Analisi degli effetti del calore di reazione nella pirolisi del legno

Nel lavoro di Tesi è stato investigato l’effetto delle condizioni di riscaldamento e delle dimensioni delle particelle sul campo di temperatura nella pirolisi a letto fisso di particelle d faggio, uno standard nella pirolisi di biomasse, in condizioni di grande interesse
commerciale come quelle del fronte di pirolisi di un gassificatore.
Inoltre è stata posta particolare attenzione a tali effetti poichè essi possono essere critici per sistemi che richiedono accurato controllo della temperatura quali pirolisi catalitica, utilizzata per ricavare determinati chemicals di interesse commerciale, o torrefazione.
Il lavoro di tesi ha previsto la realizzazione dei campioni attraverso procedure di dimensionamento ed essiccamento, l'utilizzo di un apparato sperimentale precedentemente realizzato al quale sono state apportate delle modifiche che hanno permesso di ottimizzare il processo come testimoniato dai bilanci di materia finali chiusi sempre tra il 98-100%, conduzione di prove sperimentali attraverso l'utilizzo di un controllare gestito dal sistema Labview e l'elaborazione dei risultati ottenuti.

Durante l’attività sperimentale ho approfondito le conoscenze personali in:
• progettazione di sistema di pirolisi a letto fisso in scala da laboratorio;
• realizzazione di sistemi di controllo PID per la temperatura e per il controllo del peso;
• monitoraggio emissioni gassose attraverso un Gascromatografo;
• analisi dei prodotti liquidi attraverso Hplc;
• Gestione dell'impianto attraverso sistema Labview;
I risultati dello studio sono di notevole interesse poichè, sulla base di questi, è stato scritto un articolo scientifico sottoposto alla casa editrice ENERGY&FUELS che lo sta revisionando.
I principali risultati riguardano il decorso di reazioni esotermiche ed endotermiche durante la pirolisi del legno di faggio ed attraverso questo studio è stato possibile attribuire questo tipo di reazioni alle principali costituenti della biomassa. In particolare si è osservato che la emicellulosa e la lignina degradano esotermicamente mentre la cellulosa degrada endotermicamente. In più è stato possibile individuare il range di temperatura nel quale queste reazioni avvengono e quali sono le condizioni in cui il loro decorso diventa significativo.
Successivamente è stato investigato l'effetto delle dimensioni delle particelle sul campo di temperatura per provare a valutare il contributo derivante da reazioni di degradazione primaria e secondaria e si è osservato che in condizioni di pirolisi a letto fisso non si riscontrano cambiamenti signifativi nella distribuzione dei prodotti al variare della dimensione dei campioni poichè la dimensione caratteristica sembra essere quella del letto.
Altro risultato importante riguarda un fenomeno che si osserva in corrispondenza della temperatura di ebollizione dell'acqua. In lavori precedenti si credeva che ciò fosse legato ad una vaporizzazione di acqua residua contenuta all'interno dei pellets ma attraverso questo studio, grazie a foto SEM, è stato possibile attribuire questo fenomeno a condensazione e successiva rivaporizzazione dei prodotti di pirolisi degli strati esterni del letto i quali, muovendosi verso il cuore ancora freddo, prima condensano per poi rivaporizzare.
Come detto in precedenza questo studio è stato condotto in condizioni di interesse commerciale come quelle del fronte di pirolisi di un gassificatore, impianti in grande diffusione, o come quelle della pirolisi catalitica del legno condotta con lo scopo di ottenere determinati chemicals e che richiede un accurato controllo della temperatura ed attraverso questo studio è stato possibile determinare i range ottimali per massimizzare le rese nelle tre classi principali di prodotti di pirolisi ed individuare i range di degradazione delle costituenti principali del legno.