Cagliari 22 luglio 2008

(1)

REGIONE AUTONOMA DELLA SARDEGNA

Il laboratorio biomasse e biocombustibili Il laboratorio biomasse e biocombustibili

Efisio A. Scano Efisio A. Scano

Cagliari 22 luglio 2008

(2)

Cluster Tecnologico Cluster Tecnologico

Energie Rinnovabili Energie Rinnovabili

Laboratorio per lo sviluppo di tecnologie solari termiche Laboratorio per lo sviluppo di tecnologie solari termiche tradizionali e a concentrazione e di idrogeno da FER tradizionali e a concentrazione e di idrogeno da FER

Laboratorio fotovoltaico Laboratorio fotovoltaico Laboratorio fotovoltaico Laboratorio fotovoltaico

Laboratorio biomasse e biocombustibili Laboratorio biomasse e biocombustibili

Laboratorio efficienza energetica

(3)

Le finalità Le finalità

Favorire

Favorire lo lo sviluppo sviluppo della della produzione produzione di di energia energia da da

Le finalità Le finalità

pp

pp p p g g

biomasse

biomasse e e l’impiego l’impiego di di biocombustibili biocombustibili in in Sardegna Sardegna

(4)

Le attività generali Le attività generali

•• Caratterizzazione Caratterizzazione di di biomasse biomasse e e di di biocombustibili biocombustibili

••

Valutazione Valutazione della della possibilità possibilità di di impiego impiego di di singole singole biomasse

biomasse o o di di mix mix di di biomasse biomasse nella nella produzione produzione di di ii

energia energia

••

Messa Messa a a punto punto di di processi processi di di produzione produzione di di biocombustibili

biocombustibili

••

Sviluppo di Sviluppo pp pp di tecnologie tecnologie per g g p per l’impiego p l’impiego di p g p g di biomasse biomasse nella

nella produzione produzione di di energia energia

••

Studio Studio di di tecniche tecniche di di raccolta raccolta stoccaggio stoccaggio e e

••

Studio Studio di di tecniche tecniche di di raccolta, raccolta, stoccaggio stoccaggio e e gestione

gestione delle delle biomasse biomasse

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La struttura

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Impianto pilota biogas Impianto pilota biogas

Materie Prime Materie Prime

Biogas

Biogas DigestatoDigestato Materie Prime

Materie Prime

Trituratore

Reattore

Tramoggia di carico Anaerobico

Plug Flow

Controllo Controllo

Controllo volumetrico

Termostatazione Termostatazione

Controllo mescolamento

Controllo

volumetrico Misura biogasMisura biogas Analisi metano Analisi metano

Quadro elettrico Quadro elettrico Modem PLC

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Impianto pilota biogas Impianto pilota biogas

L’impianto pilota è stato progettato per trattare contestualmente miscele dip p p g p liquami di origine zootecnica, biomasse vegetali e rifiuti

MATERIE

MATERIE PRIMEPRIME

•

Liquami suinicoli e bovini

•

^Pollina

•

^FORSU

•

Biomasse vegetali

•

Scarti agroindustrialiScarti agroindustriali

•

Fanghi di depurazione CONFIGURAZIONE

CONFIGURAZIONE EE PRESTAZIONIPRESTAZIONI CONFIGURAZIONE

CONFIGURAZIONE EE PRESTAZIONIPRESTAZIONI

Contenuto in solidi totali (ST) pari al 15 % Reattore Plug Flow con volume di 1 1 m³ Reattore Plug Flow con volume di 1.1 m³ Temperatura max di esercizio 60°C

Portata di alimentazione 20-50 kg/giorno Portata di alimentazione 20-50 kg/giorno Produzione di biogas 1 - 4 m³/giorno

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Impianto pilota biogas Impianto pilota biogas

Layout Layout

3 3

14 14

10 10

17 17

21 21 11

11

1 1

2

2 44

8 8

18

18 1919 20 16 20

16 13

13 15 15 11

11

9 6 9

6

15 M t tt

5

5 77

5

5 1212

1. Trituratore 1. Trituratore 2. Bilancia 2. Bilancia 3. Container 3. Container

4 Tramoggia di carico 4 Tramoggia di carico

8. Reattore 8. Reattore 9. Fascioni 9. Fascioni

10. Trappola di condensa 10. Trappola di condensa 11 Misuratore portata 11 Misuratore portata

15. Motore reattore 15. Motore reattore 16. Quadro di controllo 16. Quadro di controllo 17. Antenna GSM 17. Antenna GSM 18 Compressore 18 Compressore 4. Tramoggia di carico

4. Tramoggia di carico 5. Celle di carico

5. Celle di carico 6. Pompa dosatrice 6. Pompa dosatrice 7. Valvola di carico 7. Valvola di carico

11. Misuratore portata 11. Misuratore portata 12. Valvola scarico 12. Valvola scarico 13. Pompa dosatrice 13. Pompa dosatrice 14. Motore tramoggia 14. Motore tramoggia

18. Compressore 18. Compressore

19. Serbatoio Digestato 19. Serbatoio Digestato 20. Cella di carico

20. Cella di carico 21. Gasometro 21. Gasometro gg

gg

(9)

Impianto pilota biogas

(10)

Impianto pilota biogas

(11)

L’attività sperimentale L’attività sperimentale

Impianto pilota biogas Impianto pilota biogas

• Caratterizzazione di diversi substrati ai fini della digestione anaerobica

• Digestione anaerobica di singoli substrati

• Codigestione di mix di substrati

• Individuazione di mix ottimali ai fini della resa in biogas Individuazione di mix ottimali ai fini della resa in biogas

• Valutazione dei parametri di processo

• Ottimizzazione dei processi di digestione anaerobica

• Valutazione delle rese e della qualità del biogas

• Valutazione economica dei processi di digestione anaerobica Valutazione economica dei processi di digestione anaerobica p p g g

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Impianto pilota Pirolisi Impianto pilota Pirolisi

Motore a combustione

interna Triturazione

Essiccatore

Tramoggia

interna

Tramoggia

Gasometro

G

Pirolizzatore

Trattamento e raffinazione

C i

Gas

Vapori Olio

Gas

Pirolizzatore raffinazione di gas e vapori Ceneri

Residuo carbonioso

Combustione

(13)

Impianto pilota Pirolisi Impianto pilota Pirolisi

L’impianto pilota è stato progettato per trattare biomasse vegetali e scarti dip p p g p g lavorazione

MATERIE

MATERIE PRIMEPRIME

•

Biomasse vegetali

•

Scarti agroindustriali id i di t t

residui di potatura sanse asciutte

cippati di sottobosco

•

Materiali di provenienza industriale

•

Frazione secca RSU CONFIGURAZIONE

CONFIGURAZIONE EE PRESTAZIONIPRESTAZIONI

L’impianto consente produzione di combustibili gassosi, liquidi e solidi Portata di alimentazione 100 kg/ora

Temperatura max di esercizio 700°C Produzione di gas 12-15 m³/ora

Potenza del motore a combustione interna 10 kWe

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Impianto pilota Pirolisi Impianto pilota Pirolisi

Pirolizzatore Pirolizzatore

Motore a combustione interna Motore a combustione interna

(15)

Trattamento e raffinazione dei gas Trattamento e raffinazione dei gas

Impianto pilota Pirolisi Impianto pilota Pirolisi

Trattamento e raffinazione dei gas Trattamento e raffinazione dei gas

(16)

Impianto pilota Pirolisi Impianto pilota Pirolisi

L’attività sperimentale L’attività sperimentale

•

Caratterizzazione di diversi substrati per l’impiego nella pirolisi

•

Test di Pirolisi su singoli substrati e loro miscele

•

Studio delle condizioni di processo (composizione mix biomasse, tempi, temperature, velocità di riscaldamento)

•

Valutazione delle rese, della qualità del gas e degli altri prodotti della pirolisi

•

Ottimizzazione dei processi di pirolisi

•

Ottimizzazione dei processi di pirolisi

•

Analisi economica dei processi di pirolisiAnalisi economica dei processi di pirolisi

(17)

Fotobioreattori pilota Fotobioreattori pilota

I fotobioreattori sono dispositivi che ricreano le condizioni ottimali per lap p crescita e la coltivazione di microrganismi fotosintetici ossigenici come microalghe e cianobatteri

••

Crescono in acqua salata e in acqua dolce Le microalghe

Le microalghe

•

Assorbono radiazione luminosa, CO₂ e acqua e producono biomassa

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P i i li li i i d ll i l h Fotobioreattori pilota

Fotobioreattori pilota

• Biofissazione della CO₂

(

2 kg/kg biomassa)

P d i di bi b tibili

Principali applicazioni delle microalghe

• Produzione di biocombustibili:

Biodiesel Idrogeno Bioetanolo Metano

• Trattamento acque reflue

q

• Usi alimentari e farmaceutici

(19)

Fotobioreattori pilota Fotobioreattori pilota

Produzione di biodiesel da microalghe

Rese in olio (L/ha anno) Rese in olio (L/ha anno)

•• Rese elevate

Semi di soia

Semi di soia 446446 Colza

Colza 1.1901.190

• Possono essere coltivate in terreni non agricoli

• Non competono col settore alimentare

Jatropha

Jatropha 1.8921.892 Palma

Palma 5.9505.950

Microalghe (70% olio)

Microalghe (70% olio) 136 900136 900

Non competono col settore alimentare

• Non richiedono grosse estensioni di terreno

Microalghe (70% olio)

Microalghe (70% olio) 136.900136.900 Microalghe (30% olio)

Microalghe (30% olio) 58.70058.700

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Fotobioreattori a pannelli verticali Fotobioreattori a pannelli verticali

Il sistema è costituito da due pannelli collegati che si sviluppano,ciascuno,

l h di 10 l di 0 L I lli

per una lunghezza di 10 m e presentano un volume di 550 L. I pannelli sono alimentati mediante pompe che distribuiscono acqua prefiltrata ed arricchita con azoto, fosforo ed altri nutrienti

(21)

Fotobioreattori a pannelli verticali Fotobioreattori a pannelli verticali

Superficie dei reattori 40 m² Volume totale dei reattori 2,2 m, ³

Produzione biomassa algale 1,1 Kg/giorno

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Fotobioreattori anulari Fotobioreattori anulari

Ciascun reattore è costituito da due cilindri Ciascun reattore è costituito da due cilindri concentrici di Plexiglas in modo da creare un’intercapedine all’interno della quale è localizzata la coltura algale

localizzata la coltura algale

L’intercapedine è dotata di supporti per L intercapedine è dotata di supporti per l’ingresso dei dispositivi di insufflazione dell’aria, dell’anidride carbonica e delle sonde per il controllo ed il monitoraggio deip gg parametri colturali

L’elevato rapporto superficie-volume consente di ottenere produttività e concentrazioni cellulari molto più elevate rispetto ai sistemi tradizionali

Volume utile della coltura 208 L Volume utile della coltura 208 L

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L’attività sperimentale L’attività sperimentale

Fotobioreattori pilota Fotobioreattori pilota

L attività sperimentale L attività sperimentale

• Prove di coltivazione e biofissazione di CO

₂

• Determinazione dei parametri di processo

• ^{Otti i} ⁱ ^{d i} ^{i di} ^it ^l ^l

• Ottimizzazione dei processi di crescita algale

• Valutazione delle rese in biomassa algale

• Valutazione economica dei processi Valutazione economica dei processi

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Laboratorio Misure

(25)

Calorimetro

Calorimetro Isoperibolico Isoperibolico

Lo strumento consente di misurare il potere calorifico delle biomasse in accordo con le norme ASTM, ISO, DIN, BSI

Range operativo: da 12 MJ/kg a 38 MJ/kg

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Analizzatore termogravimetrico Analizzatore termogravimetrico

L’apparecchiatura consente di determinare l’umidità, le ceneri ed i solidi totalipp volatili di combustibili e biomasse, ovvero eseguire l’analisi prossima

Lo strumento è costituito da un forno, che può raggiungere la temperatura massima di 1000°C, da una bilancia integrata e da un alloggiamento ceramico per i campioni da analizzare con una capacità di 20 campioni

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Analizzatore di Carbonio, Idrogeno, Azoto e Zolfo Analizzatore di Carbonio, Idrogeno, Azoto e Zolfo

Lo strumento determina la concentrazione del carbonio dell’idrogeno dell’azoto Lo strumento determina la concentrazione del carbonio, dell’idrogeno, dell’azoto e dello zolfo contenuti nelle biomasse ovvero esegue l’analisi ultima

L’analizzatore è dotato di forno di combustione riscaldato mediante resistenze elettriche che permette di raggiungere temperature di circa 1000°C. Lo strumento è equipaggiato con rivelatori ad infrarossi per il carbonio, l’idrogeno e lo zolfo, con un rivelatore a conducibilità termica per l’azoto

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Gascromatografi FID/TCD Gascromatografi FID/TCD

Gli strumenti determinano la concentrazione di acidi grassi volatili, lag , composizione del biogas e del gas di pirolisi e sono quindi impiegati per monitorare i processi eseguiti con gli impianti pilota oltre che per effettuare altre tipologie di analisi chimiche

(29)

Linee di attività Linee di attività

Sperimentazioni applicate in collaborazione e per conto di Sperimentazioni applicate in collaborazione e per conto di

9 Imprese agroindustriali e per l’energia

9 ^A ⁱ ⁱ ^{li (A} ⁱ ^L ⁾

9 Agenzie regionali (Agris, Laore)

9 Agenzie per l’energia

9 Associazioni di categoria

9 Altri organismi della Regione Autonoma della Sardegna

9 ^Consorzi

Altri organismi della Regione Autonoma della Sardegna

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Linee di attività Linee di attività

Sviluppo di progetti e programmi di ricerca con Sviluppo di progetti e programmi di ricerca con

9 Imprese agroindustriali e per l’energia

9 ^A ⁱ ⁱ ^li ^l ⁱ ^(A ^{i )} 9 Agenzie regionali per la ricerca (Agris)

9 Università regionali e nazionali

9 Agenzie per l’energia

9 9 Enti di ricerca nazionali e internazionali

9 Associazioni di categoria g

9 ^Consorzi

(31)

Linee di attività Linee di attività

Divulgazione scientifica e tecnologica mediante Divulgazione scientifica e tecnologica mediante Divulgazione scientifica e tecnologica mediante Divulgazione scientifica e tecnologica mediante

9 ^Seminari ^Se ^a 9 ^Workshop 9

9 ^Newsletter

(32)

Ruoli del laboratorio Ruoli del laboratorio

• ^St ^tt ^t ^l ⁱ ^di ^if ⁱ ^t ⁱ ^t ^{i di}

• Struttura tecnologica di riferimento per imprese e operatori di settore

• Nucleo di trasferimento tecnologico

• Promotore dell’innovazione di prodotto e di processo p p

• Centro di elaborazione di linee tecnologiche per i processi di produzione e di conversione energetica

produzione e di conversione energetica

• Interfaccia con altre strutture di livello nazionale e europeo

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Obiettivi del laboratorio Obiettivi del laboratorio

• Promuovere la crescita di processi di conversione energetica delle biomasse

• Contribuire allo sviluppo delle filiere concretamente realizzabili in Sardegna

• Individuare le zone ottimali per lo sviluppo delle diverse filiere nella regione g

• Valutare la sostenibilità di ciascuna filiera individuata

• Essere un riferimento tecnico per gli organi competenti della Regione Autonoma della Sardegna

• Collaborare allo studio e alla progettazione di attività formative

specialistiche

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Possibili risultati dell’attività Possibili risultati dell’attività

• Istituzione di distretti agro-energetici

• Sviluppo di tecnologie a basso impatto ambientale

• Introduzione di tecnologie alternative per lo smaltimento e la Introduzione di tecnologie alternative per lo smaltimento e la valorizzazione dei rifiuti