Tecnologie Sostenibili per il Controllo dell'Inquinamento (STPC-Lab)

Il gruppo di ricerca in Tecnologie Sostenibili per il Controllo dell'Inquinamento (STPC-Lab) mira ad avanzare lo stato dell'arte delle tecnologie di trattamento convenzionalmente utilizzate per ridurre l'impatto ambientale dei processi industriali e renderli sostenibili. La sostenibilità non è solo considerata come un modo per migliorare la qualità dell'ambiente, ma anche come l'approccio necessario per rendere accettabili le nuove tecnologie dagli stakeholder industriali: tecnologie più efficienti, meno costose e con migliori profili di Life-Cycle assessment. Questi obiettivi sono perseguiti mediante lo sviluppo e la progettazione, anche meccanica, di tecnologie ed impianti per trattare le emissioni di industrie di processo, centrali energetiche e motori a combustione interna. L'STPC-Lab si interessa anche dello sviluppo di processi chimico-fisici più puliti, che riducano il fabbisogno di prodotti chimici, minimizzino le emissioni inquinanti e, ove possibile, recuperino sottoprodotti di interesse economico.

L'STPC-Lab ha sei principali linee di ricerca:

  • Trattamento di gas di scarico e purificazione di biogas e syngas - Le principali linee di ricerca riguardano lo sviluppo di tecnologie per la rimozione singola o simultanea di NOx, SOx, Hg, CO2, H2S e particolato fine ed ultrafine. Gli esperimenti e le modellazioni fisico-matematiche sono condotte sui processi di assorbimento con soluzioni ossidanti, scrubbing elettrificati e processi di adsorbimento. Parte integrante delle attività di ricerca sono gli studi di chemi-elettroidrodinamica di spray di acqua elettricamente carichi. Nuove linee di ricerca riguardano lo sviluppo di tecnologie basate sul plasma non termico per la rimozione di SOx e NOx da correnti gassose. Le attività di ricerca sono applicate sia al trattamento end-of-pipe di gas di scarico sia alla purificazione e all'upgrade di biogas e syngas, con applicazioni alla produzione di combustibili da biomasse o alle celle a combustibile. Uno degli argomenti più rilevanti è lo sviluppo di tecnologie dedicate al trattamento di gas di scarico di motori marini. Queste includono l'impego di scrubber elettrificati per la rimozione simultanea di SOx, NOx e particolato diesel, con sistemi integrati di trattamento delle acque di lavaggio e di recupero energetico dai fumi. Le attività di ricerca includono la progettazione, la messa a punto e l'esercizio di impianti prototipali, di scala fino a 15000 Nm3/h, in ambiente rappresentativo. Il campo di applicabilità del sistema può essere esteso ai treni diesel o ai grandi motori heavy-duty industriali.
  • Recupero energetico - Questo argomento di ricerca mira allo sviluppo di nuove tecnologie per il recupero energetico da gas di scarico basate sull'impiego di reattori a letto fluidizzato solido-gas. L'attività di ricerca prevede la realizzazione di studi sperimentali e modellistici per la valutazione dei coefficienti di trasporto di calore in letti fluidizzati e la selezione di particelle solide ottimali, inclusi materiali adsorbenti utilizzati per ridurre I punti di rugiada dei gas e aumentare l'efficienza energetica.
  • Depurazione di aria indoor - Questa attività di ricerca è orientata allo sviluppo di sistemi di scrubbing elettrificato (WES) per la rimozione di particolato tossico (fine e ultrafine) e di bioaersol in ambienti confinati (abitazioni, ospedali, luoghi di lavoro o locali commerciali). La ricerca mira a sviluppare sia apparecchiature per grandi volumetrie di aria da trattare che per la disinfezione di piccolo ambienti domestici. Il sistema WES miniaturizzato può anche essere usato per il campionamento a scopo analitico del particolato e del bioaerosol presente nell'aria ambiente.
  • Decontaminazione delle acque - Tra gli aspetti più critici per la riqualificazione di acque naturali e la depurazione delle acque reflue, civili e industriali, spiccano la rimozione di microinquinanti inorganici e organici, come i metalli pesanti, i PAH o i PCB. Il STPC-Lab vanta anni di esperienza nello sviluppo di processi di adsorbimento avanzati basati sull'impiego di carboni attivi (granulari o anche nanoparticellari), resine di scambio ionico e materiali naturali o ricavati da rifiuti. Il gruppo di ricerca possiede competenze avanzate nel caratterizzare le condizioni di equilibrio e il funzionamento dinamico di processi di adsorbimento che sono cruciali per la progettazione di adsorbitori. Le attività di ricerca riguardano sia sistemi monocomponente che acque reflue complesse contenenti più inquinanti. Sul piano impiantistico, l'STPC-Lab svolge studi sperimentali e modellistici sulla progettazione di adsorbitori convenzionali, a letto fisso, sistemi continui, a letto fluidizzato e sistemi moving bed a letto pulsato.
  • Recupero di metalli preziosi - I processi di adsorbimento consentono di rimuovere sostanze in tracce da una corrente liquida o gassosa, per assicurare il rispetto dei più stringenti limiti normativi, ma, se opportunamente dimensionati, possono consentire di ottenere contemporaneamente alte quantità della sostanza adsorbita sulla superficie del materiale adsorbente. Per la natura reversibile dei processi di adsorbimento, queste sostanze possono essere recuperate, soprattutto quando hanno un elevato valore aggiunto. L'STPC-Lab sta sviluppando nuovi processi di recupero a basso costo e basso impatto ambientale, in grado di recuperare più del 99% di PGM (Palladio, Platino, Rodio ecc.), da convertitori catalitici e circuiti elettronici. Nuove attività di ricerca sono orientate al recupero di metalli del gruppo delle terre rare.
  • Controllo delle emissioni di gas serra (GHG) - Questa linea di ricerca mira allo sviluppo di sorbenti innovativi, ad alte prestazioni, per la rimozione selettiva di CO2 da gas di scarico di sorgenti stazionarie (per esempio centrali energetiche) e mobili (veicoli equipaggiati con motori a combustione interna). Le principali attività sono: i) Produzione di sorbenti funzionali con K2CO3, Ca(OH)2 e liquidi ionici su supporti meccanicamente performanti (e.g. carboni attivi, allumina); ii)  Test di adsorbimento in reattori a letto fisso e in condizioni rappresentative di specifici processi (temperatura, composizione dei gas modello, velocità del gas); iii) Test di rigenerazione di sorbenti esausti da CO2 per ottenere correnti di gas concentrate e permettere Il riutilizzo dei sorbenti esausti in cicli di adsorbimento/desorbimento; iv) Sviluppo di modelli fisico-matematici per lo studio degli aspetti connessi all'equilibrio e alla dinamica dei processi di adsorbimento e per la valutazione di parametri cinetici, termodinamici e fluidodinamici necessari per la progettazione di unità industriali. Gli studi sul controllo delle emissioni di GHG riguardano anche l'impiego di scrubber elettrificati per la rimozione di particelle di soot da gas di scarico di processi di combustione. In particolare, la tecnologia WES ha dimostrato di essere in grado di rimuovere più del 95% in numero delle particelle di Black Carbon, che sono tra i principali responsabili del riscaldamento globale connessi alle attività antropogeniche.

L'STPC-Lab ha diversi laboratori e attrezzature equipaggiate con strumentazioni di misura, controllo e acquisizione dati allo stato dell'arte della tecnologia:

  • Impianti per test di adsorbimento in continuo in correnti gassose.
  • Impianti a scala di laboratorio per analisi chemo-elettroidrodinamica di spray elettrificati.
  • Prototipi industriali di scrubber elettrificati per applicazioni industriali e marine, con portate di gas fino a 15000 Nm3/h.
  • Impianti per l'analisi termodinamica di processi di assorbimento chimico
  • Colonne impaccate e spray per lo studio di processi di assorbimento chimico
  • Impianti per lo studio di processi di adsorbimento in fase liquida.

Maggiori dettagli sono disponibili a questo sito internet: http://www.dicmapi.unina.it/faculty/faculty-by-disciplines/name/francesco-di-natale

Partecipanti

  • Amedeo Lancia (Full Professor – DICMAPI)
  • Francesco Di Natale (Assistant Professor, DICMAPI)
  • Roberto Nigro (Assistant Professor, DICMAPI)
  • Claudia Carotenuto (Assistant Professor, Univeristy of Campania “Luigi Vanvitelli”)