Ricavare una risorsa indispensabile da un flusso di rifiuti ampiamente accessibile
Le acque reflue: una fonte inesauribile di rifiuti con varie potenziali applicazioni, alcune delle quali già sfruttate e altre in fase di sviluppo. L’estrazione del fosforo presente nelle acque reflue rappresenta un’area di grande interesse. Il fosforo bianco è ampiamente utilizzato da diversi settori industriali e viene impiegato in vari prodotti, ad esempio nelle applicazioni farmaceutiche, come ritardante di fiamma o nella produzione di batterie per l’industria automobilistica. L’acido fosforico di alta qualità, prodotto dal fosforo bianco, viene utilizzato anche nella produzione di semiconduttori o nell’industria alimentare come regolatore di acidità per le bevande gassate. Esiste quindi un forte interesse nell’elaborare approcci innovativi per l’estrazione di questo elemento. «Ipotizzando un aumento delle quantità di fanghi in Europa e che l’UE mantenga il suo impegno per il recupero del fosforo, entro il 2050 il progetto FlashPhos(si apre in una nuova finestra) sarebbe in grado di riciclare 1,5 milioni di tonnellate di sostanza secca di fanghi di depurazione all’anno», spiega il coordinatore di FlashPhos Christian Schmidberger(si apre in una nuova finestra) presso Università di Stoccarda(si apre in una nuova finestra) nel dipartimento di Conversione Energetica Decentralizzata(si apre in una nuova finestra).
Processo in tre fasi per l’estrazione del fosforo dalle acque reflue
Il processo FlashPhos consiste in tre fasi che sfruttano tecnologie diverse. In un essiccatore-trituratore di nuova concezione, i fanghi di depurazione umidi vengono essiccati e triturati contemporaneamente fino a ottenere una polvere secca e fine necessaria per la seconda fase. La seconda fase prevede l’utilizzo di un reattore a flusso trascinato in cui la polvere di fanghi di depurazione viene convertita, ad alte temperature, in un combustibile gassoso e in scorie contenenti fosforo. Nella fase finale, il fosforo viene ridotto dalla scoria e trasferito in fase gassosa, da cui viene separato sotto forma di fosforo bianco. «Abbiamo testato il processo in tre studi pilota che, sono lieto di dire, sono andati davvero bene», afferma l’esperto. In totale sono stati sviluppati tre impianti pilota: un essiccatore-trituratore, un reattore flash e un raffinatore. L’essiccatore-trituratore era inizialmente situato a Straubing e, dopo qualche tempo, è stato trasferito a Stoccarda, in Germania. Il reattore flash e il raffinatore si trovano a Leoben, in Austria. Il team ha dovuto affrontare alcune sfide tecniche, ricorda il ricercatore. Il reattore flash funziona a temperature molto elevate, comprese tra circa 1 500 °C e 1 600 °C. «Se si considerano le proprietà chimiche delle ceneri dei fanghi fognari e il calore, il processo è molto stressante per il materiale del reattore, in particolare per il rivestimento refrattario!» Sono stati effettuati vari test per garantire che lo strato protettivo e resistente al calore installato all’interno delle apparecchiature industriali ad alta temperatura, denominato rivestimento refrattario, fosse durevole, e sono state eseguite simulazioni per analizzare il controllo della temperatura nel reattore.
Estrarre fosforo e offrire al contempo un’alternativa al calcestruzzo
FlashPhos offre una soluzione tecnica a due problematiche: fornire un percorso di smaltimento per i fanghi di depurazione e ridurre la dipendenza europea dalle importazioni di fosforo. Come osserva l’autore, data l’ampia diffusione del fosforo, la situazione attuale è ben lungi dall’essere ideale: «In Europa non ci sono praticamente fonti naturali di fosforo disponibili, quindi dipendiamo completamente dalle importazioni da paesi come il Kazakistan e il Vietnam». Pertanto, poiché i fanghi di depurazione contengono una quantità significativa di fosforo, rappresentano una materia prima secondaria rilevante per colmare il divario nel fabbisogno di fosforo grazie a tecnologie di recupero come FlashPhos. FlashPhos offre inoltre un nuovo percorso di smaltimento per i rifiuti problematici e ricchi di fosforo. «È proprio questa combinazione tra una via di smaltimento e il recupero del fosforo sotto forma di fosforo bianco, nell’ambito di un approccio di economia circolare, a rendere FlashPhos così speciale». Un ulteriore vantaggio è la produzione, durante la fase finale del processo, di due sottoprodotti molto richiesti: si ottiene una scoria con proprietà idrauliche che può essere utilizzata come alternativa al cemento, insieme a una lega di ferro che può essere impiegata nella produzione dell’acciaio.
