Dai fanghi di depurazione agli scarti agricoli, la tecnologia HTC trasforma le biomasse umide in una risorsa ricca di carbonio.
E se gli scarti più difficili da gestire potessero diventare una risorsa invece di un problema? La tecnologia HTC permette di trasformare biomasse umide, residui organici e fanghi di depurazione in un materiale carbonioso chiamato Idrochar, evitando il tradizionale passaggio dell’essiccazione preventiva.
È una tecnologia che inserisce il trattamento dei rifiuti in una logica di economia circolare, recuperando carbonio e trasformandolo in una materia prima potenzialmente utilizzabile per energia, industria e suolo.
Il grande problema delle biomasse
Il problema degli scarti organici non è soltanto quanto materiale bisogna smaltire, ma anche quanta acqua contiene. I fanghi di depurazione, per esempio, possono contenere circa l’80% di acqua. Un documento parlamentare italiano indica proprio questa percentuale per i fanghi destinati ai processi di trattamento, mentre dati più recenti riportano la stessa composizione di riferimento, con circa l’80% di acqua e il 20% di sostanza secca.
Questo trasforma l’acqua in un costo energetico nascosto. Se si vuole utilizzare un materiale così umido in processi termici convenzionali, bisogna prima ridurne drasticamente il contenuto d’acqua. L’essiccamento termico richiede infatti energia per riscaldare ed evaporare l’acqua: nel caso dei fanghi, questa fase può diventare particolarmente onerosa. Un’esperienza italiana di essiccamento termico dei fanghi è stata abbandonata proprio perché risultava molto costosa dal punto di vista energetico.
Lo stesso problema riguarda molte altre biomasse umide, dagli scarti agroalimentari ai residui di lavorazione agricola. Bruciarle direttamente non risolve la questione: una parte significativa dell’energia disponibile dovrebbe essere impiegata per eliminare prima l’umidità. La revisione scientifica pubblicata su Renewable and Sustainable Energy Reviews evidenzia proprio uno dei principali vantaggi della carbonizzazione idrotermale: la possibilità di trasformare biomasse umide senza una fase preliminare di essiccazione.
È qui che entra in gioco la tecnologia HTC, acronimo di Hydrothermal Carbonization, cioè carbonizzazione idrotermale: invece di combattere l’acqua contenuta nel rifiuto, la utilizza direttamente all’interno del processo.
Il principio della tecnologia HTC
Immaginiamo una sorta di pentola a pressione industriale. Al suo interno vengono introdotti la biomassa e l’acqua già presente nel materiale; il reattore viene quindi chiuso e portato a temperatura e pressione controllate. A differenza di un forno tradizionale, l’obiettivo non è far evaporare l’acqua, ma mantenerla allo stato liquido mentre partecipa alle reazioni chimiche.
La HTC opera generalmente tra 180 e 250 °C, in condizioni di pressione autogenerata sufficienti a mantenere l’acqua in fase liquida. In queste condizioni avvengono reazioni successive di idrolisi, disidratazione, decarbossilazione, condensazione e aromatizzazione che trasformano progressivamente la materia organica in un solido ricco di carbonio.
Come spiegano gli studi di settore, il vantaggio fondamentale è quindi immediato: la biomassa non deve essere essiccata prima di entrare nel reattore. L’acqua diventa contemporaneamente mezzo di reazione e componente fondamentale dell’ambiente idrotermale.
Il sistema è inoltre chiuso: non si tratta di bruciare il materiale all’aria aperta. La trasformazione avviene in un ambiente controllato e genera principalmente un prodotto solido, una fase acquosa e una quantità relativamente ridotta di gas, prevalentemente CO₂.
Imitare la natura dentro un reattore chiuso
La biomassa bagnata viene inserita nel reattore, la porta viene chiusa e la temperatura viene innalzata. La pressione aumenta naturalmente perché l’acqua, riscaldandosi in uno spazio confinato, non può semplicemente trasformarsi in vapore e uscire.
A circa 180-250 °C, l’acqua calda e compressa diventa un ambiente particolarmente efficace per favorire la decomposizione delle molecole organiche complesse. Cellulosa, emicellulosa, proteine e altri componenti vengono progressivamente trasformati, mentre una parte del carbonio viene concentrata nel materiale solido finale.
È proprio questo il punto che distingue la HTC da una normale combustione o da una pirolisi: l’acqua non evapora, ma viene usata come mezzo di reazione,non è quindi un ostacolo da eliminare prima del trattamento, ma il mezzo nel quale avviene la trasformazione. Il tutto senza dispersione di fumi o cattivi odori.
La nascita dell’Idrochar e la differenza col Biochar
Al termine del processo si ottiene l’Idrochar, un materiale solido ricco di carbonio e dalle caratteristiche simili a quelle di un carbone di origine biologica. La HTC è stata studiata su numerosi materiali, compresi residui agricoli, rifiuti organici e fanghi di depurazione.
Idrochar e Biochar, però, non sono sinonimi. La differenza fondamentale riguarda il processo di produzione e il contenuto d’acqua della materia prima. Il Biochar viene generalmente prodotto attraverso pirolisi di biomasse secche, in assenza o scarsità di ossigeno, mentre l’Idrochar si ottiene dalla carbonizzazione idrotermale di materiali umidi e non richiede la stessa fase preliminare di essiccazione.
La distinzione è importante soprattutto quando si parla di rifiuti molto bagnati. Proprio la possibilità di trattare il materiale senza sottoporlo prima a un’essiccazione energeticamente intensiva rappresenta uno dei principali motivi di interesse della HTC.
Dalla teoria ai campi di applicazione
Trasformare uno scarto in Idrochar ha senso soltanto se il prodotto ottenuto può essere effettivamente valorizzato. Le applicazioni studiate sono diverse. L’Idrochar può essere sottoposto a trattamenti successivi e utilizzato come combustibile solido, anche attraverso la produzione di pellet, oppure come materia prima carboniosa per alcuni processi industriali di acciaierie e cementifici. La letteratura scientifica ne considera inoltre l’impiego come materiale adsorbente e come ammendante o materiale per il trattamento dei suoli.
In ambito industriale, il materiale carbonioso può quindi entrare in prospettiva nei processi che oggi utilizzano combustibili fossili, compresi quelli ad alta intensità energetica come la produzione di cemento e alcuni processi siderurgici. Uno studio del 2025 sui fanghi di depurazione ha valutato un idrochar sottoposto a lisciviazione chimica come possibile sostituto del carbone fossile negli altiforni, ottenendo in laboratorio una capacità di sostituzione media intorno al 40% e valori compresi tra il 42 e il 48% nelle condizioni analizzate.
L’altra grande possibilità riguarda il terreno. Alcuni Idrochar possono essere utilizzati come materiali per il miglioramento del suolo, contribuendo a modificarne le proprietà fisiche e a trattenere acqua e nutrienti. Nel caso dei fanghi di depurazione, tuttavia, l’impiego agricolo non può essere considerato automatico: la presenza di metalli pesanti e contaminanti organici deve essere valutata in funzione della materia prima e del processo di trattamento.
Anche il bilancio del carbonio deve essere valutato senza semplificazioni. La HTC può trasferire una quota significativa del carbonio della biomassa nel solido prodotto, ma non è corretto affermare che recuperi sempre quasi tutto il carbonio del rifiuto né che lo sequestri integralmente e stabilmente. La quota trattenuta nell’Idrochar dipende dalla materia prima e dalle condizioni operative.
Il valore della tecnologia HTC sta quindi nella possibilità di trasformare un problema di gestione — soprattutto quando riguarda materiali ricchi d’acqua — in una filiera di recupero. L’acqua non deve essere necessariamente eliminata prima della trasformazione, il carbonio organico può essere concentrato in un prodotto solido e quello che prima era uno scarto può diventare una risorsa per l’economia circolare, a condizione che composizione del materiale, contaminanti e destinazione finale siano valutati caso per caso.
