Introduzione CAPITOLO I

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CAPITOLO I

Introduzione

1.1 La conversione energetica della biomassa

Questo lavoro ha origine da un progetto di ricerca in collaborazione tra Dipartimento di ingegneria chimica, chimica industriale e scienza dei materiali e il Dipartimento di Sistemi elettrici per l’Energetica dell’Università di Pisa, finalizzato all’acquisizione di nuove conoscenze indispensabili per lo sviluppo di un sistema basato sull’impiego di una microturbina, della potenza elettrica di 75 kW, per applicazioni nel settore della produzione di energia e cogenerazione distribuita.

La tematica dell’impiego delle fonti rinnovabili di energia è ritornata di attualità, soprattutto nell’ultimo anno, alla luce dei ben noti avvenimenti quali l’aumento dei prezzi dei combustibili fossili e le difficoltà del loro approvvigionamento. Si tratta di un interesse ciclico, se visto nell’arco degli ultimi trenta anni, dovuto a momenti contingenti di aumento dei prezzi del petrolio, alla fonte.

Questa volta però vi è piena coscienza che la crisi è strutturale, ossia non più contingente, ma dovuta al sistema dei consumi di energia (elevati) della nostra società, alla diminuzione contestuale delle disponibilità delle fonti fossili e all’aumento della domanda a livello mondiale.

Il ricorso alle fonti rinnovabili e all’uso efficiente dell’energia si impone quale scelta strategica e irreversibile.

E l’assunto assume una importanza di rilievo nel nostro paese che importa oltre 80% del fabbisogno di energia dall’estero, in termini di combustibili, di carburanti e anche energia elettrica.

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Figura 1 Richiesta energetica mondiale[2]

La presente tesi attiene all’impiego di biomasse, una tra le fonti rinnovabili di energia di più spiccato interesse, poiché diffusa su tutto il territorio nazionale, già ampiamente sperimentata con l’ausilio di tecnologie che attualmente risultano consolidate e “mature”. Il settore dell’energie rinnovabili in Italia, fornisce una disponibilità per il consumo interno di energia pari a 13.95 GWh (2006), circa il 12% della produzione totale nazionale (195.6 GWh). Di questa, una grossa aliquota è sostenuta dall’energia idroelettrica (71%) e geotermica(11%), ma una rilevate quota è fornita dalla biomassa e rifiuti.

Figura 2. Settore energie rinnovabili in Italia [Autorità per l’energia elettrica e il gas, Relazione annuale 2007]

Attualmente l’interesse si è aperto anche alle altre materie prime di origine vegetale e animale, nell’ottica del completo recupero di tutte le risorse disponibili: combustibili legnosi

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agroindustriali che producono Biogas, biocarburanti di nuova generazione quali biodisel e il bioalcool.

Volendo fornire un dato indicativo in merito alla disponibilità del territorio destinabili alle colture energetiche, si può assumere, nell’ottica di un quadro di riferimento e non di una valutazione puntuale la stima di oltre 1 milione di ha il territorio che potrebbe essere destinato alla riconversione a colture annuali o poliennali per la produzione di biomassa da energia. Uno studio recente, elaborato dal CETA a livello nazionale, stima che entro pochi anni, attuando una politica di interventi decisa e mirati, potrebbe essere ottenute energie dalle biomasse agricole e forestali pari ad oltre il 6% dei consumi odierni, con un incremento dall’attuale 12% rappresentato da tutte le rinnovabili al 18% complessivo.

La dimensione è sicuramente rilevante.

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1.2 Obiettivi ed organizzazione del lavoro di tesi

E’ in questo contesto, che il presente lavoro di tesi propone di analizzare uno dei più innovativi impianti per la produzione di energia elettrica, mediante termo conversione diretta della biomassa lignocellulosica.

La presente tesi si articola in tre differenti parti:

- Sezione di caratterizzazione sperimentale delle biomasse di maggiore interesse industriale ed energetico, eseguita presso il laboratorio di caratterizzazione delle biomasse del D.I.C.C.I.S.M. dell’Università di Pisa.

- Sezione di raccolta e acquisizione dati di processo, relativi ad un impianto EFGT, composto da una caldaia per la combustione della biomassa e una microturbina per la produzione di energia elettrica.

La biomassa scelta come combustibile è il cippato di pino, con un grado di umidità del 38%.

I test sperimentali sono stati effettuati al fine inoltre di valutare eventuali situazioni critiche di funzionamento e determinare possibili ipotesi per la risoluzione di problemi operativi.

- Sezione di modellazione dell’impianto sperimentale, con il software Aspen HYSYS® per analizzare il processo e ricreare le diverse condizioni operative, in cui l’impianto si trova ad operare, valutare le condizioni di funzionamento ottimali, individuare i parametri caratteristici e i gradi di libertà delle singole unita che costituiscono il processo.

L’analisi del modello è stata estesa con l’impiego di biomasse lignocellulosiche aventi natura e umidità differenti, con lo scopo principale di evidenziare la versatilità dell’impianto nell’utilizzo di differenti biomasse lignocellulosiche valutando le prestazioni dell’impianto

A partire da questo modello è stato ampliato lo studio ad un modello, comprendete un essiccatore della biomassa in ingresso.