Brembate

Che cos’è l’acqua supercritica?

Che cos’è l’ossidazione tramite acqua supercritica e cos’è l’acqua supercritica?
L’acqua supercritica è, come dice la parola stessa, acqua, ma in un stato fisico particolare, quello supercritico appunto. Tutti conosciamo l’acqua in tre stati fisici: solido sotto forma di ghiaccio, liquido sotto forma di acqua (per esempio la pioggia o l’acqua che scende da qualunque rubinetto di casa) e gassoso sotto forma di vapore acqueo (per esempio i vapori generati da una pentola piena d’acqua che bolle). Lo stato supercritico, invece, è quella particolare condizione che si crea quando l’acqua viene portata alla temperatura di 374 °C e alla pressione di 221 bar. In queste condizioni, o a pressioni e temperature maggiori, lo stato dell’acqua è supercritico.

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Allo stato supercritico qualunque composto modifica notevolmente le sue caratteristiche. L’acqua in particolare vede modificare completamente la solubilità dei suoi sali che, in queste condizioni, diventano quasi insolubili e, allo stesso tempo, vede aumentare esponenzialmente la solubilità dei composti organici (composti che contengono carbonio). Quest’ultima caratteristica permette di sciogliere in acqua qualsiasi tipo di composto orga-nico.
Se a questa miscela di composti organici in acqua supercritica viene aggiunto dell’ossigeno, avviene quella che può essere chiamata “Combustione in acqua”; infatti il sistema di ossidazione ad acqua supercritica si basa sulla capacità dell’acqua di utilizzare l’ossigeno libero presente come ossidante di tutti i composti organici, provocando a tutti gli effetti la loro degradazione completa in anidride carbonica e acqua.
Una qualunque reazione chimica che preveda l’ossidazione di un composto organico, cioè la trasformazione chimica del carbonio in anidride carbonica, produce la stessa quantità di energia sia che avvenga in aria sia che avvenga in acqua. Se avviene in acqua, la dissipazione di energia è molto inferiore rispetto a quella in aria, proprio perché l’acqua è in grado di immagazzinare il calore generato dalla reazione come aumento della temperatura o della pressione e, quindi, poterla utilizzare, da un lato per autoalimentare il processo e, nella fase finale, per produrre energia elettrica convogliando l’acqua in turbine a vapore che sfrutteranno l’elevata temperatura e pressione che ha l’acqua in uscita dal processo.
Questa tecnologia presenta un altro grande vantaggio: la reazione di ossidazio-ne-combustione avviene in modo completo grazie, da un lato alla presenza costante di un eccesso di ossigeno sempre presente durante il processo chimico e, dall’altro, alla completa solubilità dei composti organici, come già precedentemente spiegato. Inoltre, la reazione avviene in un lasso di tempo nell’ordine di 30 secondi mentre una combustione tradizionale avviene in un tempo infinitesimamente più breve e, quindi, molto più difficile da controllare. In virtù di tutto questo, durante l’intero processo, non si formano composti organici complessi come IPA (Idrocarburi Policiclici Aromatici), diossine e furani. Non si formano nemmeno ossidi di azoto e di zolfo responsabili della formazione delle nano-polveri, composti che, invece, si formano durante la combustione di composti chimici complessi e tossici come i rifiuti industriali o urbani.
Il sistema ad acqua supercritica nasce molti anni fa dalla necessità della marina militare americana di smaltire i rifiuti delle navi senza dover utilizzare l’incenerimento o lo sversamento in mare, non tanto per un’esigenza ecologica quanto strategica, cioè evitare di essere localizzati dal nemico. Questa esigenza ha così portato alla progettazione ed alla realizzazione di impianti che utilizzano questa tecnologia. Negli anni successivi si è verificato lo sviluppo di nuove applicazioni, come lo smaltimento di armi chimiche o esplosivi non più utilizzabili per le operazioni belliche. In questi ultimi anni, questa tecnologia ormai desegretata ha conosciuto un sempre crescente interesse per l’utilizzo in ambito civile, soprattutto per quanto riguarda lo smaltimento di composti altamente tossici come i PCB e gli altri composti clorurati. Oggi sul mercato sono presenti diverse aziende che producono ed installano questo tipo di impianti per uso civile. Tra questi possiamo annoverare, tra i più recenti, un impianto che smaltisce rifiuti chimici nel sud della Francia datato 2012 ed un impianto di ossidazione ad acqua supercritica per lo smaltimento di fanghi di depurazione ad Orlando negli Stati Uniti datato 2013.
È stata fatta questa scelta per due motivi importanti:

  • perché rappresenta la soluzione meno inquinante in assoluto rispetto a tutte le altre prese in considerazione;
  • perché il costo di esercizio è il più basso di tutti gli altri proprio grazie al maggior recupero di energia che si ottiene a fine processo.

Questa tecnologia sta riscontrando notevole successo. Tra i Paesi che hanno manifestato maggior interesse ci sono quelli affacciati sul Golfo Persico, in particolare per quanto ri-guarda lo smaltimento della parte residua della distillazione petrolifera. Questo tipo di smaltimento rappresenta un grosso problema e, allo stesso tempo, genera un alto contenuto calorico al suo interno. Questi Paesi stanno valutando l’acquisto di numerosi impianti ad acqua supercritica per poter recuperare più energia possibile da questi scarti e, perché no, senza inquinare. Tutto ciò è possibile poiché, come spiegato precedentemente, l’SCWO è molto più efficiente in termini di recupero energetico rispetto alla combustione tradizionale.

Una soluzione alternativa agli inceneritori per rifiuti speciali e alle discariche di amianto.

Per ulteriori approfondimenti, potete dare un’occhiata a questo progetto universitario, nato dalla collaborazione tra Politecnico di Milano, Università di Genova e SSistemi.

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