Scopo del progetto è stata la realizzazione di dimostratori solari che abbinino la decontaminazione di acque contenenti sostanze organiche alla conversione dell’energia solare in idrogeno. La produzione di idrogeno rappresenta in tal modo un valore aggiunto alla proposta di soluzioni innovative di decontaminazione ambientale, di notevole interesse per multi-utilty che operano nel campo dei rifiuti e dell’energia. Il processo è applicabile sia al trattamento di reflui contenenti elevate concentrazioni di materia organica, quantificabile tramite COD (Chemical Oxygen Demand), sia alla decontaminazione terziaria, finalizzata alla rimozione di tracce di inquinanti emergenti resistenti alle attuali metodologie di potabilizzazione.
Dispositivi progettati e realizzati all’interno del progetto HP Solar
L'obiettivo è di coniugare sistemi di depurazione ambientali e conversione di energia solare in energia chimica immagazzinata sotto forma di combustibili puliti come l’idrogeno. Il progetto si sviluppa sull’idea di rendere la depurazione delle acque di scarico non solo produttiva dal punto di vista energetico ma anche ambientalmente ed economicamente sostenibile. Ciò è possibile mediante foto reattori, dove si sfrutta l’energia accumulata in due diversi tipi di assorbitori di energia solare: reattori fotochimici, operanti preferenzialmente in regime di concentrazione solare, atti alla depurazione delle acque potabili dagli inquinanti difficilmente eliminabili con i sistemi comunemente utilizzati per trattamento delle acque; sistemi modulari fotoelettrochimici, utilizzabili per la depurazione di acque reflue civili e industriali, capaci di ottenere un drastico abbattimento del COD del refluo, con diminuzione dei fanghi prodotti nei trattamenti secondari, realizzando un risparmio immediato sui costi dei processi di depurazione, riducendo l’ammontare di gas serra come metano ed ossidi di azoto, liberati nei processi fermentativi e assicurando la rimozione di inquinanti emergenti resistenti alle attuali tecnologie di sanificazione/potabilizzazione. Un altro aspetto è la generazione d’idrogeno, un combustibile pulito a 0 emissioni, prodotto in misura proporzionale al carico di materia organica, trasformando un potenziale problema ambientale in una preziosa risorsa energetica.
Negli impianti per il trattamento delle acque reflue urbane, il peso economico relativo al consumo di energia elettrica può arrivare fino al 30 % di tutti i costi operativi, comprendenti manodopera, manutenzione, prodotti chimici, altre forniture e smaltimento fanghi. La tecnologia proposta è in grado non solo di abbattere la concentrazione di inquinanti emergenti ma anche di ridurre la formazione di sottoprodotti di disinfezione rispetto agli attuali processi di sanificazione e con un sostanziale abbattimento dei costi operativi essendo una tecnologia che sfrutta l’energia solare.
Nell'ambito del progetto sono stati realizzati dei dimostratori solari che decontaminano l’acqua da sostanze organiche e in contemporanea convertono l’energia solare in idrogeno. Si è resa la depurazione delle acque di scarico non solo produttiva dal punto di vista energetico, ma anche ambientalmente ed economicamente sostenibile. La produzione di idrogeno è un valore aggiunto alla soluzione innovativa di decontaminazione ambientale: rappresenta quindi un’opportunità di interesse per le multituility che operano nei campi del servizio idrico, dei rifiuti e dell’energia.
Sistema cilindrico foto-elettrochimico modulare completamente stand-alone costituito da dispositivi dotati di tandem di foto-anodi in triossido di tungsteno e celle fotovoltaiche in silicio
Test di performance su acque reflue civili e industriali
Sono stati messi a punto dimostratori a scala di laboratorio, sia indoor che outdoor, basati sullo sviluppo di materiali foto catalitici integrati in dispositivi solari wired e stand alone. Il sistema di dispositivi è stato testato su acque reflue, acque di impianti di depurazione civili e industriali fornite da HERA S.p.A., gestore del ciclo idrico integrato. Il triossido di tungsteno (WO3) anodizzato o colloidale si è dimostrato in grado di operare stabilmente su campioni reali di acque di scarico urbane e industriali portando ad un abbattimento del carico organico totale dell’ordine del 70% dopo ca. 1 ora di illuminazione. In tali condizioni le foto correnti generate dal dispositivo consentono rese di conversione di energia solare in idrogeno dell’ordine del 2%. I medesimi substrati a base di ossido di tungsteno sono in grado di rimuovere contaminanti emergenti dalle acque potabili. Inoltre, i sistemi proposti sono in grado di diminuire il carico di microorganismi nocivi di diverse specie batteriche Gram Positive, Gram Negative e del fungo Candida Albicans, giungendo sino all’abbattimento di concentrazioni batteriche dell’ordine di 5x10^10 unità in tempi di poche ore. Questi risultati consentono quindi di proporre un sistema in grado di ridurre la contaminazione chimica e microbiologica sfruttando l’energia solare.
Terra&Acqua Tech; TekneHub; Hera S.p.A.; Italia Energia
Richiesta di brevetto italiano "Sistema Fotovoltaico modulare" Autori del Brevetto: Donato Vincenzi, Micol Boschetti, Luisa Pasti, Carlo Alberto Bignozzi, Stefano Caramori, Vito Cristino
Dispositivo solare a concentrazione che integra un sistema foto-catalitico costituito da sferette ricoperte in triossido di tungsteno per fotodegradazione delle sostanze inquinanti