Materie Prime

54  Download (0)

Testo completo

(1)

Biomasse e biocombustibili: stato dell’arte Biomasse e Biomasse e biocombustibili biocombustibili : stato dell : stato dell arte arte

Efisio A. Scano Efisio A. Scano Efisio A. Scano

9 novembre 2007 9 novembre 2007 9 novembre 2007

(2)

Il contesto Il contesto

 crescente dipendenza dalle importazioni di petrolio e gas naturalecrescente dipendenza dalle importazioni di petrolio e gas naturale

 eccessivi consumi energeticieccessivi consumi energetici

 obbligo di ridurre le emissioni dei gas serra obbligo di ridurre le emissioni dei gas serra

 rialzo dei prezzi del petrolio, del gas e dell’rialzo dei prezzi del petrolio, del gas e dell’elettricitelettricitàà approccio strategico e integrato

approccio strategico e integrato

Proposte UE

Proposte UE gennaio 2007 gennaio 2007

politica ambientale politica ambientale

politica dei trasporti politica dei trasporti

politica agricola politica agricola

 limitare le emissioni di gas ad effetto serra del 20% limitare le emissioni di gas ad effetto serra del 20%

 21% di energia elettrica da fonti rinnovabili (8% da biomasse21% di energia elettrica da fonti rinnovabili (8% da biomasse))

 fissare al 10% la quantitàfissare al 10% la quantità minima di biocarburantiminima di biocarburanti

(3)

FONTI DI ENERGIA RINNOVABILE FONTI DI ENERGIA RINNOVABILE FONTI DI ENERGIA RINNOVABILE

Con l’espressione fonti di energia rinnovabile (FER) si intendono tutte le fonti di energia non fossili quali

Con l

Con l’ ’espressione fonti di energia espressione fonti di energia rinnovabile (FER) si intendono tutte rinnovabile (FER) si intendono tutte

le fonti di energia non fossili quali le fonti di energia non fossili quali

EOLICA EOLICA

GEOTERMICA GEOTERMICA

IDRAULICA IDRAULICA

BIOMASSE BIOMASSE SOLARE

SOLARE

(4)

Le Le biomassebiomasse soddisfano il 15% circa degli usi energetici primari nel soddisfano il 15% circa degli usi energetici primari nel mondo, con 55 milioni di TJ/anno (1.230

mondo, con 55 milioni di TJ/anno (1.230 MtepMtep/anno)/anno)

I Paesi in Via di Sviluppo ricavano mediamente il 38% della prop I Paesi in Via di Sviluppo ricavano mediamente il 38% della propria ria energia dalle

energia dalle biomasse, con 48 milioni di TJ/anno (1.074 biomasse, con 48 milioni di TJ/anno (1.074 MtepMtep/anno), /anno), mediante la combustione di legno, paglia e rifiuti animali

mediante la combustione di legno, paglia e rifiuti animali

Nei Paesi Industrializzati le

Nei Paesi Industrializzati le biomassebiomasse contribuiscono appena per il 3% contribuiscono appena per il 3%

agli usi energetici primari con 7 milioni di TJ/anno (156

agli usi energetici primari con 7 milioni di TJ/anno (156 MtepMtep/anno)/anno)

Gli USA ricavano il 3,2% della propria energia dalle

Gli USA ricavano il 3,2% della propria energia dalle biomasse, biomasse, equivalente a 3,2 milioni di TJ/anno (70

equivalente a 3,2 milioni di TJ/anno (70 Mtep/anno); lMtep/anno); l’Europa il 3,5% Europa il 3,5%

corrispondenti a circa 40

corrispondenti a circa 40 Mtep/anno, con punte del 18% in Finlandia, 17% Mtep/anno, con punte del 18% in Finlandia, 17%

in Svezia, 13% in Austria, l

in Svezia, 13% in Austria, l’’Italia, con il 2,5% del proprio fabbisogno Italia, con il 2,5% del proprio fabbisogno coperto dalle

coperto dalle biomassebiomasse, , èè al di sotto della media europeaal di sotto della media europea

Ruolo delle

Ruolo delle biomasse biomasse a livello mondiale a livello mondiale

(5)

CONVERSIONE DELLE BIOMASSE

CONVERSIONE DELLE BIOMASSE

(6)

CONVERSIONE TERMOCHIMICA CONVERSIONE TERMOCHIMICA

COMBUSTIONE COMBUSTIONE

Nel corso della combustione le

Nel corso della combustione le biomassebiomasse si decompongono e si decompongono e volatilizzano lasciando un residuo (ceneri) e producendo una fra

volatilizzano lasciando un residuo (ceneri) e producendo una frazione zione gassosa volatile costituita da anidride carbonica, ossido di ca

gassosa volatile costituita da anidride carbonica, ossido di carbonio, rbonio, idrocarburi, idrogeno ed una frazione condensabile costituita da

idrocarburi, idrogeno ed una frazione condensabile costituita da acqua e acqua e composti organici a basso peso molecolare

composti organici a basso peso molecolare

Questi prodotti subiscono un ulteriore processo di ossidazione Questi prodotti subiscono un ulteriore processo di ossidazione originando una frazione

originando una frazione carboniosacarboniosa che reagisce con l’che reagisce con l’ossigeno per dare ossigeno per dare ossido di carbonio, anidride carbonica e fumo composto da partic

ossido di carbonio, anidride carbonica e fumo composto da particelle di elle di carbone e catrame

carbone e catrame

Il risultato finale di tutte queste reazioni

Il risultato finale di tutte queste reazioni èè la produzione di calore che la produzione di calore che viene recuperato attraverso scambiatori di calore

viene recuperato attraverso scambiatori di calore

(7)

CONVERSIONE TERMOCHIMICA CONVERSIONE TERMOCHIMICA

COMBUSTIONE COMBUSTIONE

Le principali tecnologie di combustione impiegate sono:

Le principali tecnologie di combustione impiegate sono:

 a griglia fissa o mobilea griglia fissa o mobile

 a tamburo rotantea tamburo rotante

 a doppio stadio a doppio stadio

 a letto fluido a letto fluido

Nel settore industriale ci sono numerose applicazioni per la Nel settore industriale ci sono numerose applicazioni per la produzione di calore, di energia elettrica o di

produzione di calore, di energia elettrica o di cogenerazionecogenerazione (produzione simultanea di energia elettrica e termica)

(produzione simultanea di energia elettrica e termica)

(8)

CONVERSIONE TERMOCHIMICA CONVERSIONE TERMOCHIMICA

COMBUSTIONE COMBUSTIONE

La combustione diretta

La combustione diretta èè una tecnologia matura impiegata quasi una tecnologia matura impiegata quasi esclusivamente nella produzione di energia elettrica mediante im

esclusivamente nella produzione di energia elettrica mediante impianti pianti con una potenza media tra i 5 e i 20 MW

con una potenza media tra i 5 e i 20 MW

Il rendimento elettrico si aggira tra il 20 ed il 25 %, mentre i

Il rendimento elettrico si aggira tra il 20 ed il 25 %, mentre il consumo l consumo specifico di

specifico di biomassabiomassa tra 1000 e 1400 Kg/MWhtra 1000 e 1400 Kg/MWh

I rendimenti termici dei piccoli impianti sono inferiori al 50 %

I rendimenti termici dei piccoli impianti sono inferiori al 50 %, mentre , mentre quelli degli impianti automatici possono raggiungere l

quelli degli impianti automatici possono raggiungere l’’80 %80 % La problematica pi

La problematica piùù critica critica èè rappresentata dall’rappresentata dall’approvvigionamento approvvigionamento delle

delle biomassebiomasse a causa della stagionalitàa causa della stagionalità, della competizione con altri , della competizione con altri settori e delle elevate superfici coltivabili necessarie

settori e delle elevate superfici coltivabili necessarie

(9)

GASSIFICAZIONE GASSIFICAZIONE

E’E’ la trasformazione delle la trasformazione delle biomassebiomasse in combustibile gassoso, in combustibile gassoso, mediante la reazione con ossigeno, aria o vapore a temperature mediante la reazione con ossigeno, aria o vapore a temperature tra 900

tra 900°°C e 1000C e 1000°°C. Il gas contiene ossido di carbonio e idrogeno C. Il gas contiene ossido di carbonio e idrogeno (SYNGAS(SYNGAS), oltre a piccole quantit), oltre a piccole quantitàà di idrocarburidi idrocarburi

AriaAria

E’E’ la tecnologia piùla tecnologia più semplice, ma il gas prodotto ha un basso semplice, ma il gas prodotto ha un basso potere calorifico per via dell

potere calorifico per via dell’’elevato contenuto in azotoelevato contenuto in azoto Ossigeno

Ossigeno

L’L’assenza di azoto consente di ottenere un assenza di azoto consente di ottenere un syngassyngas a potere a potere calorifico pi

calorifico piùù elevatoelevato Vapore

Vapore

E’E’ pipiùù economico dell’economico dell’ossigeno ed il gas ha un contenuto superiore ossigeno ed il gas ha un contenuto superiore di idrogeno, ma il processo

di idrogeno, ma il processo èè endotermicoendotermico

CONVERSIONE TERMOCHIMICA

CONVERSIONE TERMOCHIMICA

(10)

GASSIFICAZIONE GASSIFICAZIONE

I principali tipi di gassificatori sono a:

I principali tipi di gassificatori sono a:

 letto fisso in equicorrenteletto fisso in equicorrente

 letto fisso in controcorrenteletto fisso in controcorrente

 letto fluido bollenteletto fluido bollente

 letto fluido circolanteletto fluido circolante

 letto fluido trascinatoletto fluido trascinato

 doppio letto fluidodoppio letto fluido

I I gassificatorigassificatori possono lavorare possono lavorare sotto pressione oppure a sotto pressione oppure a pressione atmosferica

pressione atmosferica

CONVERSIONE TERMOCHIMICA

CONVERSIONE TERMOCHIMICA

(11)

GASSIFICAZIONE

GASSIFICAZIONE DIAGRAMMA DI PROCESSO DIAGRAMMA DI PROCESSO

Biomassa

Biomassa PIROLISIPIROLISI

CONVERSIONE CONVERSIONE

CHARCHAR

Syngas Syngas Syngas

Syngas

TURBINA A GAS TURBINA A GAS

COMBUSTIONE COMBUSTIONE

CharChare cenerie ceneri CharChar

Calore Calore CharChar e cenerie ceneri

Calore Calore

Ceneri e gas esausti Ceneri e gas esausti

(12)

CONVERSIONE TERMOCHIMICA CONVERSIONE TERMOCHIMICA

GASSIFICAZIONE GASSIFICAZIONE

Tra le maggiori applicazioni della

Tra le maggiori applicazioni della biomassabiomassa gassificata, vi gassificata, vi èè la la cocombustione

cocombustione ((cofiring) di cofiring) di syngassyngas in impianti a gas esistentiin impianti a gas esistenti I cicli IGCC (

I cicli IGCC (integratedintegrated gasificationgasification combined cyclescombined cycles), invece, a ), invece, a fronte di una maggiore complessit

fronte di una maggiore complessitàà impiantistica, consentono di impiantistica, consentono di raggiungere rendimenti di generazione elettrica dell

raggiungere rendimenti di generazione elettrica dell’’ordine del ordine del 30 -30 - 35%, anche nel caso delle biomasse35%, anche nel caso delle biomasse

Tecnologie innovative che abbinano i cicli combinati con le Tecnologie innovative che abbinano i cicli combinati con le celle a combustibile, consentono di raggiungere valori di celle a combustibile, consentono di raggiungere valori di rendimento superiori al 50% anche a piccole scale (5

rendimento superiori al 50% anche a piccole scale (5 –10 MW –10 MW elettrici)

elettrici)

(13)

CONVERSIONE TERMOCHIMICA CONVERSIONE TERMOCHIMICA

GASSIFICAZIONE GASSIFICAZIONE

Le problematiche connesse alla

Le problematiche connesse alla gassificazionegassificazione sono ancora:sono ancora:





Pulizia e qualitàPulizia e qualità del gasdel gas





FlessibilitàFlessibilità di impiego delle materie primedi impiego delle materie prime





AffidabilitAffidabilitàà di funzionamentodi funzionamento





Approvvigionamento di materie primeApprovvigionamento di materie prime

• •

I vantaggi della gassificazione rispetto alla piùI vantaggi della gassificazione rispetto alla più tradizionale tradizionale combustione possono essere cos

combustione possono essere cosìì riassunti: riassunti:

• •

elevato rendimento di generazione elettrica, anche a elevato rendimento di generazione elettrica, anche a piccola scala

piccola scala

• •

buone buone prospettive prospettive di di utilizzo utilizzo in in impianti impianti di di teleriscaldamento (central heating plant, anche combined teleriscaldamento (central heating plant, anche combined heatheat and power generation CHP); and power generation CHP);

• •

emissioni piùemissioni più contenutecontenute

(14)

PIROLISI PIROLISI

La pirolisi

La pirolisi èè la decomposizione termochimica dei materiali la decomposizione termochimica dei materiali organici a temperature comprese tra 400 e 800

organici a temperature comprese tra 400 e 800°°C, in completa C, in completa assenza o con una ridotta quantit

assenza o con una ridotta quantitàà di ossigenodi ossigeno

CONVERSIONE TERMOCHIMICA CONVERSIONE TERMOCHIMICA

Biomasse Biomasse

lignocellulosiche lignocellulosiche

frazione gassosa frazione gassosa

(ossido di carbonio, anidride carbonica, (ossido di carbonio, anidride carbonica,

idrocarburi, acqua e idrogeno) idrocarburi, acqua e idrogeno)

frazione liquida oleosa frazione liquida oleosa

(acqua e composti organici a basso peso molecolare) (acqua e composti organici a basso peso molecolare)

frazione solida frazione solida

(residui a pi

(residui a piùùelevato peso molecolare, elevato peso molecolare, furani

furani e composti fenolici)e composti fenolici)

(15)

PIROLISI PIROLISI

La pirolisi si può svolgere secondo diverse modalit La pirolisi si può svolgere secondo diverse modalitàà:: Carbonizzazione

Carbonizzazione a temperature tra 300a temperature tra 300°°C e 500C e 500°°CC Pirolisi convenzionale

Pirolisi convenzionale a temperature inferiori a 600a temperature inferiori a 600°°CC Fast pirolisi

Fast pirolisi a temperature comprese tra 500a temperature comprese tra 500°°C e 650C e 650°°CC Flash pirolisi

Flash pirolisi a temperature superiori a 700a temperature superiori a 700°°C con tempi di C con tempi di contatto < 1 sec

contatto < 1 sec

Con la pirolisi si trasforma un combustibile a bassa densit Con la pirolisi si trasforma un combustibile a bassa densitàà energetica ( 3000

energetica ( 3000--4000 Kcal/Kg) in un altro a elevato 4000 Kcal/Kg) in un altro a elevato contenuto energetico specifico ( 8000

contenuto energetico specifico ( 8000--10000 Kcal/Kg)10000 Kcal/Kg)

CONVERSIONE TERMOCHIMICA

CONVERSIONE TERMOCHIMICA

(16)

PIROLISI PIROLISI

CONVERSIONE TERMOCHIMICA

CONVERSIONE TERMOCHIMICA

(17)

PIROLISI PIROLISI

CONVERSIONE TERMOCHIMICA CONVERSIONE TERMOCHIMICA

• •

La qualitàLa qualità dei prodotti, che non ha ancora raggiunto un livello dei prodotti, che non ha ancora raggiunto un livello sufficientemente adeguato con riferimento alle applicazioni, sia

sufficientemente adeguato con riferimento alle applicazioni, sia con turbine a con turbine a gas sia con motori diesel

gas sia con motori diesel

• •

il gas non risulta stoccabile e richiede un impiego immediato in prossimitil gas non risulta stoccabile e richiede un impiego immediato in prossimitàà dell’dell’impiantoimpianto

• •

il bioil bio olio non èolio non è stabile e pertanto non èstabile e pertanto non è conservabile per lungo tempoconservabile per lungo tempo Con riferimento alle taglie degli impianti, i cicli combinati ad

Con riferimento alle taglie degli impianti, i cicli combinati ad olio olio piroliticopirolitico appaiono i pi

appaiono i piùù promettenti, soprattutto in impianti di grande taglia, mentre promettenti, soprattutto in impianti di grande taglia, mentre motori a ciclo diesel, utilizzanti prodotti di pirolisi, sembran

motori a ciclo diesel, utilizzanti prodotti di pirolisi, sembrano pio piùù adatti ad adatti ad impianti di piccola potenzialit

impianti di piccola potenzialitàà

PRINCIPALI PROBLEMATICHE PRINCIPALI PROBLEMATICHE

(18)

LA DIGESTIONE ANAEROBICA (D.A.)

LA DIGESTIONE ANAEROBICA (D.A.) ÈÈ UN PROCESSO BIOLOGICO UN PROCESSO BIOLOGICO ATTRAVERSO IL QUALE

ATTRAVERSO IL QUALE ÈÈ POSSIBILE CONVERTIRE SOSTANZA POSSIBILE CONVERTIRE SOSTANZA ORGANICA IN

ORGANICA IN BIOGASBIOGAS

Il processo avviene grazie all

Il processo avviene grazie all’’opera di BATTERI METANIGENIopera di BATTERI METANIGENI

In cui deve essere garantita una TEMPERATURA specifica In cui deve essere garantita una TEMPERATURA specifica

(PROCESSO MESOFILO 35

(PROCESSO MESOFILO 35--3737°°°°°°°°C)C) L

L’’alimentazione dei batteri deve rispettare una formulazione con alimentazione dei batteri deve rispettare una formulazione con RAPPORTO CARBONIO

RAPPORTO CARBONIO--AZOTO (C/N) < 30AZOTO (C/N) < 30

Che vengono sviluppati e alimentati in un AMBIENTE CONTROLLATO Che vengono sviluppati e alimentati in un AMBIENTE CONTROLLATO

CONVERSIONE BIOLOGICA CONVERSIONE BIOLOGICA

IL BIOGAS

IL BIOGAS

(19)

IL BIOGAS IL BIOGAS

Il biogas Il biogas , prodotto dal processo di digestione anaerobica, , prodotto dal processo di digestione anaerobica, è è una miscela di vari tipi di gas:

una miscela di vari tipi di gas:

  METANO ( CH METANO ( CH

44

) ) 50 50 75 % 75 %

  ANIDRIDE CARBONICA ( CO ANIDRIDE CARBONICA ( CO

22

) ) 25 25 35 % 35 %

  ALTRI GAS (H ALTRI GAS (H

22

, CO, NO , CO, NO

xx

…) ) 5% ~ 5% ~

  ZOLFO ZOLFO

•• La resaLa resa in biogas dipende dalle caratteristiche del substrato organico.in biogas dipende dalle caratteristiche del substrato organico.

•• La percentuale di metanoLa percentuale di metano nel biogas varia tra il 50nel biogas varia tra il 50-70%. -70%.

•• Potere Calorifico InferiorePotere Calorifico Inferiore PCI = 5,0 –PCI = 5,0 – 6,0 Mcal6,0 Mcal//NmcNmc biogasbiogas

CONVERSIONE BIOLOGICA

CONVERSIONE BIOLOGICA

(20)

LA COGENERAZIONE LA COGENERAZIONE

Il Biogas Biogas è impiegato per la produzione combinata di energia elettrica

energia elettrica ed energia termica, energia termica , partendo da una fonte fossile o rinnovabile, attuata in un unico sistema integrato

PERDITE ~ 15

PERDITE ~ 15 - - 20% 20%

CALORE ~ 45 % CALORE ~ 45 %

ENERGIA ELETTRICA ~ 40 % ENERGIA ELETTRICA ~ 40 %

CONVERSIONE BIOLOGICA

CONVERSIONE BIOLOGICA

(21)

CONVERSIONE BIOLOGICA

CONVERSIONE BIOLOGICA

(22)

MATERIE PRIME PER IL BIOGAS MATERIE PRIME PER IL BIOGAS

REFLUI ZOOTECNICI REFLUI ZOOTECNICI

Bovini Bovini

Suini Suini Polli

Polli Insilati di MaisInsilati di Mais Insilati di erba Insilati di erba Sorgo

Sorgo Erbasilo Erbasilo Triticale Triticale

RESIDUI ORGANICI RESIDUI ORGANICI

Siero Siero Lettiere Lettiere Scarti alimentari Scarti alimentari Scarti di macelleria Scarti di macelleria F.O.R.S.U.

F.O.R.S.U.

COLTURE COLTURE

ENERGETICHE ENERGETICHE

CONVERSIONE BIOLOGICA

CONVERSIONE BIOLOGICA

(23)

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 mc biogas / tonnellata di sost.organica

Liquame bovino Liquame suino Liquame avicolo Letame ovino Insilato di mais fieno paglia scarti distill. mele siero

Materie Prime

RESA IN BIOGAS DEI PRICIPALI SUBSTRATI ORGANICI

CONVERSIONE BIOLOGICA

CONVERSIONE BIOLOGICA

(24)

IMPIANTO - Digestori IMPIANTO IMPIANTO - - Digestori Digestori

Il cuore dell

Il cuore dell’impianto impianto èè la sezione di digestione anaerobica. Qui, attraverso un la sezione di digestione anaerobica. Qui, attraverso un complesso processo di trasformazione della sostanza organica pre

complesso processo di trasformazione della sostanza organica presente nel sente nel substrato

substrato (fermentazione in assenza di ossigeno), viene prodotto il biogas (fermentazione in assenza di ossigeno), viene prodotto il biogas

Il liquido ricco di materiale organico viene miscelato con Il liquido ricco di materiale organico viene miscelato con sofisticati agitatori a pala per garantire la massima sofisticati agitatori a pala per garantire la massima omogeneizzazione e resa in biogas

omogeneizzazione e resa in biogas

La temperatura nei digestori

viene mantenuta tra i 35 – 37 °C.

Condizioni Condizioni MesofileMesofile

CONVERSIONE BIOLOGICA

CONVERSIONE BIOLOGICA

(25)

Il Biogas viene raccolto all

Il Biogas viene raccolto all’’interno di cupole poste sopra le vasche e interno di cupole poste sopra le vasche e realizzate mediante una membrana in fibra sintetica elastica, pn

realizzate mediante una membrana in fibra sintetica elastica, pneumatica e eumatica e multistrato, spalmata in PVC, ad alta resistenza agli agenti fis

multistrato, spalmata in PVC, ad alta resistenza agli agenti fisici esterni e ici esterni e impermeabile al

impermeabile al gasgas

Le vasche sono

Le vasche sono coibentatecoibentate e riscaldate per garantire temperature ottimalie riscaldate per garantire temperature ottimali

CUPOLE RACCOGLIGAS CUPOLE RACCOGLIGAS CUPOLE RACCOGLIGAS

CONVERSIONE BIOLOGICA

CONVERSIONE BIOLOGICA

(26)

SISTEMI DI RACCOLTA E SEPARAZIONE DEL DIGESTATO

SISTEMI DI RACCOLTA E SEPARAZIONE DEL DIGESTATO

Il digestatoIl digestato in uscita dal digestorein uscita dal digestore viene inviato ad un sistema di viene inviato ad un sistema di separazione solido

separazione solido--liquidoliquido

La frazione solida contiene circa il 30% di azoto La frazione solida contiene circa il 30% di azoto La restante parte si trova nella frazione liquida La restante parte si trova nella frazione liquida I prodotti separati vengono stoccati per periodi di 120

I prodotti separati vengono stoccati per periodi di 120--180 giorni180 giorni

CONVERSIONE BIOLOGICA

CONVERSIONE BIOLOGICA

(27)

GRUPPO DI COGENERAZIONE GRUPPO DI COGENERAZIONE

 Rendimento elettricoRendimento elettrico 40% ~40% ~

 Rendimento termicoRendimento termico 45% ~45% ~

 Ore lavorate annoOre lavorate anno >8000 ore>8000 ore

TAGLIA IMPIANTO

TAGLIA IMPIANTO   1 1 MWe MWe PRODUTTIVITA

PRODUTTIVITA ’ ’         8.000 MWh 8.000 MWh /anno /anno

CONVERSIONE BIOLOGICA

CONVERSIONE BIOLOGICA

(28)

La produzione in Europa di BIOGAS La produzione in Europa di BIOGAS

 5 mln5 mln di t. di materiale organico e vegetale di cui:di t. di materiale organico e vegetale di cui:

64% p dai rifiuti solidi urbani 64% p dai rifiuti solidi urbani

36 % derivazione agricola o zootecnica 36 % derivazione agricola o zootecnica

 la produzione di biogas dai reflui agricolila produzione di biogas dai reflui agricoli si si èè sviluppatasviluppata per effetto della per effetto della direttiva 91/676/CEE

direttiva 91/676/CEE ““nitratinitrati” e in seguito agli incentivi alla produzione di e in seguito agli incentivi alla produzione di energia elettrica da fonti rinnovabili (Certificati Verdi)

energia elettrica da fonti rinnovabili (Certificati Verdi)

 Oltre 3000 impianti operanti su liquami zootecnici; in Germania Oltre 3000 impianti operanti su liquami zootecnici; in Germania (oltre (oltre 2700), Austria, Italia, Danimarca, Svizzera e Svezia

2700), Austria, Italia, Danimarca, Svizzera e Svezia

 Forte incentivazione del governo tedescoForte incentivazione del governo tedesco che ha fissato il prezzo che ha fissato il prezzo dell’dell’energia elettrica da biogas fino a 21, 5 centesimi di euro/energia elettrica da biogas fino a 21, 5 centesimi di euro/KWhKWh per un per un periodo di 20 anni ed eroga anche un contributo sull

periodo di 20 anni ed eroga anche un contributo sull’’investimentoinvestimento

La produzione in Italia La produzione in Italia

376,5 ktep (circa 4,3

376,5 ktep (circa 4,3 TWhTWh), di cui l), di cui l’’80% da rifiuti urbani80% da rifiuti urbani

 100 impianti aziendali funzionanti a liquami zootecnici 100 impianti aziendali funzionanti a liquami zootecnici

 5 impianti centralizzati che trattano anche fanghi da depurazione ed 5 impianti centralizzati che trattano anche fanghi da depurazione ed acque reflue dell

acque reflue dell’’industria oleariaindustria olearia

(29)

Le opportunit

Le opportunit à à in Italia per i biogas in Italia per i biogas

 In zootecnia In zootecnia èè particolarmente conveniente la cogenerazione come particolarmente conveniente la cogenerazione come valorizzazione del biogas

valorizzazione del biogas

 negli ultimi anni si ènegli ultimi anni si è sviluppata una tecnologia semplificata per la produzione sviluppata una tecnologia semplificata per la produzione aziendale di biogas partendo da soli liquami zootecnici

aziendale di biogas partendo da soli liquami zootecnici

 il biogas può avere ulteriori sviluppi dopo la riforma PAC perchéil biogas può avere ulteriori sviluppi dopo la riforma PAC perché si può si può produrre in azienda partendo da

produrre in azienda partendo da biomassebiomasse vegetali appositamente prodottevegetali appositamente prodotte

 L’L’interesse alla codigestione dei liquami zootecnici con le colturinteresse alla codigestione dei liquami zootecnici con le colture e energetiche si

energetiche si èè concretizzato in diversi impianti giàconcretizzato in diversi impianti già operativi operativi GLI INCENTIVI

GLI INCENTIVI

 esenzione dalle acciseesenzione dalle accise per la produzione destinata all’per la produzione destinata all’autoconsumo (legge autoconsumo (legge 81/2006

81/2006))

 migliorano le regole che riconoscono come attivitàmigliorano le regole che riconoscono come attività agricola la cessione di agricola la cessione di energia elettrica,

energia elettrica, privilegiando le privilegiando le biomassebiomasse agro-agro-forestali tra le varie fonti forestali tra le varie fonti rinnovabili e revisione del sistema dei Certificati Verdi (legge

rinnovabili e revisione del sistema dei Certificati Verdi (legge finanziaria 2007)finanziaria 2007)

 incentivi alla realizzazione di impiantiincentivi alla realizzazione di impianti di microgenerazione per la produzione di microgenerazione per la produzione di biogas da deiezioni zootecniche e la creazione di reti di imp

di biogas da deiezioni zootecniche e la creazione di reti di impianti di piccola ianti di piccola scala

scala

(30)

I Biocombustibili I Biocombustibili

I I

"biocombustibili

"

biocombustibili""

indicano tutte le sostanze idonee ad essere utilizzate nei indicano tutte le sostanze idonee ad essere utilizzate nei processi di combustione e ottenute da prodotti vegetali, quindi

processi di combustione e ottenute da prodotti vegetali, quindi rinnovabili su rinnovabili su base annuale (es. colture oleaginose) o poliennale (es. colture

base annuale (es. colture oleaginose) o poliennale (es. colture forestali) forestali)

I I biocombustibili biocombustibili liquidi particolarmente interessanti, allo stato attuale della liquidi particolarmente interessanti, allo stato attuale della tecnica, sono sostanzialmente tre:

tecnica, sono sostanzialmente tre: etanolo

etanolo

, ,

metanolo

metanolo , ,

oli e loro derivati

oli e loro derivati

Il Il

biodiesel "

biodiesel " , tecnicamente , tecnicamente è è una miscela di acidi grassi esterificati ed ha una miscela di acidi grassi esterificati ed ha caratteristiche molto simili al gasolio

caratteristiche molto simili al gasolio

IlIl ““ biodieselbiodiesel ",",

può essere ricavato con un processo chimico semplice può essere ricavato con un processo chimico semplice ( (

transesterificazione

transesterificazione ) ) da oli vegetali di qualunque origine, ma anche da oli da oli vegetali di qualunque origine, ma anche da oli

alimentari esausti (frittura) e da grassi animali

alimentari esausti (frittura) e da grassi animali

(31)

IL BIOETANOLO IL BIOETANOLO

-- Canna da zucchero Canna da zucchero -- Barbabietola Barbabietola -- Sorgo zuccherinoSorgo zuccherino

Pretrattamento Pretrattamento

Fermentazione Fermentazione Con lieviti e batteri Con lieviti e batteri

Pretrattamento Pretrattamento Idrolisi

Idrolisi

-- Substrati amidaceiSubstrati amidacei

-- Substrati lignocellulosiciSubstrati lignocellulosici

Distillazione Distillazione Pervaporazione

Pervaporazione EtanoloEtanolo Motori a Motori a combustione combustione

interna interna Reforming

Reforming HH2 2 FuelFuelcellcell

Additivo nelle benzine Additivo nelle benzine ETBE ( 10

ETBE ( 10--15 %)15 %)

(32)

BIOETANOLO DA MAIS BIOETANOLO DA MAIS

Fonte C.E.T.A.

(33)

Separated Separated Hydrolisis

Hydrolisis and and fermentation fermentation

Simultaneous Simultaneous saccharification saccharification and

and fermentationfermentation

Simultaneous Simultaneous saccharification

saccharification and and Cofermentation

Cofermentation

Direct

Direct microbialmicrobial conversion

conversion

Semplificazione di processo Semplificazione di processo

SHFSHF SSFSSF SSCFSSCF DMCDMC

Produzione Produzione della cellulosa della cellulosa

Idrolisi della Idrolisi della cellulosa cellulosa

Fermentazione Fermentazione degli esosi

degli esosi

Fermentazione Fermentazione dei dei pentosipentosi

(34)

Lo Lo SteamSteam ExplosionExplosion (SE) (SE) èè un trattamento innovativo che un trattamento innovativo che presenta il vantaggio fondamentale di separare in tre differenti presenta il vantaggio fondamentale di separare in tre differenti correnti le frazioni costituenti i comuni substrati vegetali correnti le frazioni costituenti i comuni substrati vegetali (emicellulosa(emicellulosa, cellulosa, lignina) rendendo possibile l’, cellulosa, lignina) rendendo possibile l’utilizzazione utilizzazione totale delle

totale delle biomassebiomasse

Il processo consiste nell

Il processo consiste nell’’uso di vapore saturo ad alta pressione uso di vapore saturo ad alta pressione per riscaldare rapidamente legno, o qualsiasi altro materiale per riscaldare rapidamente legno, o qualsiasi altro materiale lignocellulosico

lignocellulosico, in un reattore che può essere ad alimentazione , in un reattore che può essere ad alimentazione continua o discontinua

continua o discontinua

Il materiale viene tenuto alla temperatura desiderata (180

Il materiale viene tenuto alla temperatura desiderata (180-230-230°°C) C) per un breve periodo (1

per un breve periodo (1--10 minuti) nel corso del quale 10 minuti) nel corso del quale l'l'emicellulosaemicellulosa viene idrolizzata e resa solubileviene idrolizzata e resa solubile

Alla fine di questo intervallo di tempo, la pressione viene Alla fine di questo intervallo di tempo, la pressione viene rapidamente riportata al valore atmosferico ottenendo una rapidamente riportata al valore atmosferico ottenendo una decompressione esplosiva che sfibra ulteriormente la

decompressione esplosiva che sfibra ulteriormente la biomassabiomassa

Semplificazione di processo

Semplificazione di processo

(35)

Materia prima utilizzata per produrre bioetanolo Costi di produzione

dei biocarburanti Paese Grano Mais Canna da zucchero

Barbabietola da zucchero

Biodiesel da oli vegetali

U.S. $ = Dollari USA/litro USA 0.545 0,289 0,549

U.S. $ = Dollari USA/litro UE a 15 0,573 0,448 0.560 0,607

U.S. $ = Dollari USA/litro Polonia 0,530 0,337 0,546 0,725

U.S. $ = Dollari USA/litro Brasile 0,219 0,568

Materia prima utilizzata per produrre bioetanolo Costi di produzione

dei biocarburanti Paese Grano Mais Canna da zucchero

Barbabietola da zucchero

Biodiesel da oli vegetali

U.S. $ = Dollari USA/litro USA 0.545 0,289 0,549

U.S. $ = Dollari USA/litro UE a 15 0,573 0,448 0.560 0,607

U.S. $ = Dollari USA/litro Polonia 0,530 0,337 0,546 0,725

U.S. $ = Dollari USA/litro Brasile 0,219 0,568

Materia prima utilizzata per produrre bioetanolo Costi di produzione

dei biocarburanti Paese Grano Mais Canna da zucchero

Barbabietola da zucchero

Biodiesel da oli vegetali

U.S. $ = Dollari USA/litro USA 0.545 0,289 0,549

U.S. $ = Dollari USA/litro UE a 15 0,573 0,448 0.560 0,607

U.S. $ = Dollari USA/litro Polonia 0,530 0,337 0,546 0,725

U.S. $ = Dollari USA/litro Brasile 0,219 0,568

I costi di produzione di bioetanolo e biodiesel

I costi di produzione di bioetanolo e biodiesel –– analisi comparataanalisi comparata

Fonte OCSE, 2005 Fonte OCSE, 2005

Il COSTO DI PRODUZIONE SI COMPONE DI:

Il COSTO DI PRODUZIONE SI COMPONE DI:

costo materia prima: circa del 50% per etanolo e 75% per biodiescosto materia prima: circa del 50% per etanolo e 75% per biodieselel



Costo di trasformazione Costo di trasformazione –ricavo dai sottoprodottiricavo dai sottoprodotti

IL COSTO DI PRODUZIONE DEL BIOETANOLO SI COLLOCA AL DI SOPRA DELIL COSTO DI PRODUZIONE DEL BIOETANOLO SI COLLOCA AL DI SOPRA DEL PREZZO DELLA BENZINA AL NETTO DELLE TASSE, TRANNE PER QUELLO PREZZO DELLA BENZINA AL NETTO DELLE TASSE, TRANNE PER QUELLO PRODOTTO NEGLI USA DA MAIS E DA CANNA DA ZUCCHERO IN BRASILE PRODOTTO NEGLI USA DA MAIS E DA CANNA DA ZUCCHERO IN BRASILE

OCCORRE RIFLETTERE SULLE IMPLICAZIONI DERIVANTI DALLOCCORRE RIFLETTERE SULLE IMPLICAZIONI DERIVANTI DALL’’USO DI OGMUSO DI OGM

(36)

IL BIOETANOLO IL BIOETANOLO



Il Brasile è leader nel mercato mondiale del bioetanolo



è il primo produttore, consumatore ed esportatore (14,4 mln. di t.)



destina alla produzione di etanolo il 50% di produzione di canna da zucchero



L’etanolo è utilizzato in miscela al 25%: le auto Flex Fuel sono il 66,7% delle immatricolazioni e superano il milione

Altri partners sul mercato mondiale:



USA: 16,1 mln di t. - dal 2004 detassazione completa e sgravi fiscali per i produttori



CINA: 200 siti produttivi attivi in 11 regioni - 1 mln. di t/anno (utilizzato in miscela al 10%)

 

Il Brasile èIl Brasile è leader nel mercato mondiale del bioetanololeader nel mercato mondiale del bioetanolo

 

èè il primo produttore, consumatore ed esportatore (14,4 mlnil primo produttore, consumatore ed esportatore (14,4 mln. di t.). di t.)

 

destina alla produzione di etanolo il 50% di produzione di cannadestina alla produzione di etanolo il 50% di produzione di canna da da zucchero

zucchero

 

L’L’etanolo etanolo èè utilizzato in miscela al 25%: le auto Flex Fuel sono il utilizzato in miscela al 25%: le auto Flex Fuel sono il 66,7% delle immatricolazioni e superano il milione

66,7% delle immatricolazioni e superano il milione Altri

Altri partnerspartners sul mercato mondiale: sul mercato mondiale:

 

USA: 16,1 mln di t. -USA: 16,1 mln di t. - dal 2004 detassazione completa e sgravi fiscali dal 2004 detassazione completa e sgravi fiscali per i produttori

per i produttori

 

CINA: 200 siti produttivi attivi in 11 regioni CINA: 200 siti produttivi attivi in 11 regioni -- 1 1 mlnmln. di t/anno . di t/anno (utilizzato in miscela al 10%)

(utilizzato in miscela al 10%)

(37)

IL BIOETANOLO IL BIOETANOLO

La soglia di convenienza (

La soglia di convenienza (OCSEOCSE ))per l’per l’etanolo prodotto negli Stati Uniti dal mais etanolo prodotto negli Stati Uniti dal mais si realizza a 44 $/barile, per il Brasile a 29 $/barile mentre

si realizza a 44 $/barile, per il Brasile a 29 $/barile mentre per il biodiesel i valori per il biodiesel i valori soglia sono pi

soglia sono piùù alti variando dai 66 $ per il Canada ai 115 $ della Polonia alti variando dai 66 $ per il Canada ai 115 $ della Polonia

(38)

IL BIO

IL BIO – – ETBE ( ETBE ( Etil Etil Ter Ter Butil Butil Etere Etere

Il

Il

bio

bio

-

-

ETBE

ETBE

è

è

prodotto a partire dal

prodotto a partire dal

bioetanolo

bioetanolo

e trova impiego

e trova impiego nei motori a ciclo Otto come antidetonante, cio

nei motori a ciclo Otto come antidetonante, cioèè come

come regolarizzatore

regolarizzatore ed

ed

omogeneizzatore

omogeneizzatore

della miscela all’

della miscela all

’interno del

interno del cilindro

cilindro

Il

Il

bio

bio

-

-

ETBE

ETBE

è

è

considerato un

considerato un

biocarburante

biocarburante

solo per la frazione

solo per la frazione che deriva dal

che deriva dal bioetanolobioetanolo, ovvero per il 47 % in peso

, ovvero per il 47 % in peso

(39)

Sintesi tradizionale dell’ETBE

Sintesi innovativa dell’ETBE

(40)

Impiego degli oli vegetali Impiego degli oli vegetali

AUTOTRAZIONE AUTOTRAZIONE

PRODUZIONE ENERGIA TERMICA PRODUZIONE ENERGIA TERMICA

PRODUZIONE ENERGIA ELETTRICA PRODUZIONE ENERGIA ELETTRICA

Gli oli vegetali puri possono essere utilizzati tal quali come c

Gli oli vegetali puri possono essere utilizzati tal quali come combustibili apportando ombustibili apportando modifiche ai motori. Sono disponibili sul mercato, infatti, kit

modifiche ai motori. Sono disponibili sul mercato, infatti, kit di conversione con prezzi di conversione con prezzi variabili tra 350

variabili tra 350 e 1600 €e 1600

Sono presenti sul mercato impianti con capacit

Sono presenti sul mercato impianti con capacitàà compresa tra 1 e 20 MW. Data la compresa tra 1 e 20 MW. Data la viscosit

viscositàà degli oli degli oli èè necessario modificare la geometria degli ugelli di necessario modificare la geometria degli ugelli di polverizzazionepolverizzazione Il rendimento

Il rendimento èè dell’dell’ordine del 40ordine del 40-50 %-50 %

Gli oli vegetali possono essere usati per l

Gli oli vegetali possono essere usati per l’’alimentazione di gruppi di generazione con alimentazione di gruppi di generazione con rendimenti compresi tra il 42 ed il 45 %

rendimenti compresi tra il 42 ed il 45 %

(41)

Rese agricole e contenuto d

Rese agricole e contenuto d’ ’olio olio

Colza

40-45 % di olio 20-50 q/ha

Girasole

26-72 % di olio 20-30 q/ha

Soia

15 % di olio 25-30 q/ha

Palma

45-50 % di olio

50-55 q/ha

(42)

La produzione dell

La produzione dell olio olio

Vagliatura e Vagliatura e

stoccaggio

stoccaggio Pressatura Pressatura meccanica meccanica

Decorticazione/Macinazione Decorticazione/Macinazione

Preriscaldamento Preriscaldamento

Farina di estrazione Farina di estrazione

Semi oleosi Semi oleosi

Desolventizzazione Desolventizzazione Condizionamento

Condizionamento Estrazione Estrazione con solventi con solventi Panello dei semi Panello dei semi

Olio grezzo Olio grezzo

Filtrazione Filtrazione Distillazione Distillazione

Demucillaginazione Demucillaginazione

//DegommaggioDegommaggio Produzione di energia Produzione di energia

Neutralizzazione Neutralizzazione

Produzione

Produzione BiodieselBiodiesel

Solvente Solvente

(43)

Stoccaggio Stoccaggio

dell’dellolio olio Preriscaldamento Preriscaldamento dell

dell’olio olio alimentazionePompa di Filtrazione Filtrazione dell’dell’olio olio

Riscaldamento Riscaldamento

delldell’’olio olio Controllo della Controllo della viscosit viscositàà

Motore diesel Motore diesel

Generatore di Generatore di energia elettrica energia elettrica

La produzione dell

La produzione dell’ ’energia energia

Pompa supplementare

Alimentazione motore diesel

(44)

La produzione del

La produzione del Biodiesel Biodiesel

Miscelazione Miscelazione catalizzatore

catalizzatore PurificazionePurificazione Recupero del Recupero del metanolo metanolo

Transesterificazione Transesterificazione

Neutralizzazione

Neutralizzazione Separazione fasiSeparazione fasi NeutralizzazioneNeutralizzazione Recupero del metanolo Recupero del metanolo Biodiesel

Biodiesel grezzogrezzo

Metanolo di riciclo Metanolo di riciclo

Catalizzatore Catalizzatore

Metanolo Metanolo

Oli vergini Oli vergini Oli esausti Oli esausti Grassi animali Grassi animali

Acido Acido neutrneutr..

Glicerina Glicerina

grezza grezza Purificazione

Purificazione

Biodiesel Biodiesel

Glicerina Glicerina

purapura

(45)

Il cuore del processo

Il cuore del processo èè rappresentato dalla reazione di transesterificazionerappresentato dalla reazione di transesterificazione per la quale si per la quale si possono applicare diverse condizioni e soluzioni tecnologiche:

possono applicare diverse condizioni e soluzioni tecnologiche:

Processi a 20Processi a 20°°C -C - 7070°°C e pressione atmosfericaC e pressione atmosferica

Processi a 120Processi a 120°°C -C - 350350°°C e pressione atmosfericaC e pressione atmosferica

Processi a 200Processi a 200°°C -C - 240240°°C e pressioni tra 90 e 500 barC e pressioni tra 90 e 500 bar

La maggior parte degli impianti per la produzione di biodiesel u

La maggior parte degli impianti per la produzione di biodiesel utilizza basse temperature, tilizza basse temperature, pressioni vicine a quella atmosferica e lunghi tempi di reazione

pressioni vicine a quella atmosferica e lunghi tempi di reazione per ridurre i costi di impiantoper ridurre i costi di impianto

La La Transesterificazione Transesterificazione

(46)

Il processo maggiormente impiegato a livello industriale per Il processo maggiormente impiegato a livello industriale per

ottenere il biodiesel consiste nel trattamento dell

ottenere il biodiesel consiste nel trattamento dell ’ ’ olio con metanolo olio con metanolo in presenza di idrossido di potassio come catalizzatore

in presenza di idrossido di potassio come catalizzatore

I Catalizzatori I Catalizzatori

La reazione può essere catalizzata da : La reazione può essere catalizzata da :

Alcali ( Idrossido di sodio, Idrossido di potassio,

Alcali ( Idrossido di sodio, Idrossido di potassio, AlcossidiAlcossidi)) Acidi ( Acido solforico, Acidi

Acidi ( Acido solforico, Acidi solfonici, acido cloridrico)solfonici, acido cloridrico) Enzimi

Enzimi

Gli enzimi hanno una certa versatilit

Gli enzimi hanno una certa versatilità, ma sono costosi. à, ma sono costosi.

L’L’immobilizzazione o limmobilizzazione o l’’impiego multiplo di enzimi in sequenza può fornire impiego multiplo di enzimi in sequenza può fornire buone opportunit

buone opportunitàà futurefuture

Il loro impiego, comunque, elimina i problemi collegati all

Il loro impiego, comunque, elimina i problemi collegati all’’isolamento del isolamento del prodotto ed al trattamento dei reflui

prodotto ed al trattamento dei reflui

(47)

Resa in biodiesel di diversi oli vegetali Resa in biodiesel di diversi oli vegetali

170 Olio di mais

445 Olio di soia

570 Olio di senape

780 Olio di cartamo

950 Olio di girasole

1060 Olio di arachide

1190 Olio di colza/Brassica car.

1590 Olio di jatropha gossypifolia

2689 Olio di cocco

5950 Olio di palma

Resa in biodiesel litri/ha anno Materia prima

(48)

Altre materie prime Altre materie prime

Oli di rifiuto Oli di rifiuto

Grassi animali Grassi animali

Gli oli di frittura possono essere impiegati nella produzione de

Gli oli di frittura possono essere impiegati nella produzione del biodiesel e questo l biodiesel e questo contribuisce a risolvere il problema del loro smaltimento

contribuisce a risolvere il problema del loro smaltimento Per poterli utilizzare nella produzione

Per poterli utilizzare nella produzione èè necessario sottoporli a processi di purificazione necessario sottoporli a processi di purificazione ( Filtrazione,

( Filtrazione, DisacidificazioneDisacidificazione))

Sono costituiti dai sottoprodotti dell

Sono costituiti dai sottoprodotti dell’’industria delle carni e dallindustria delle carni e dall’’olio di pesce e olio di pesce e rappresentano di gran lunga la materia prima pi

rappresentano di gran lunga la materia prima piùù economica per la produzione di economica per la produzione di biodiesel

biodiesel

Il biodiesel ottenuto da questi ha caratteristiche di rendimento

Il biodiesel ottenuto da questi ha caratteristiche di rendimento inferiori rispetto a quello inferiori rispetto a quello ottenuto da altri grassi, ma

ottenuto da altri grassi, ma èè meno inquinantemeno inquinante Alghe

Alghe

Esperimenti condotti dal

Esperimenti condotti dal NationalNational LaboratoryLaboratory of of RenewableRenewable energiesenergies

(49)

I costi di investimento

I costi di investimento

(50)

I costi di investimento

I costi di investimento

(51)

La produzione europea

La produzione europea

(52)

La capacit

La capacit à à produttiva europea produttiva europea

(53)

I I biocombustibili biocombustibili di seconda generazione di seconda generazione

Gassificazione

Gassificazione + rettifica ( Steam+ rettifica ( Steam reforming) reforming) BioidrogenoBioidrogeno Gassificazione

Gassificazione + conversione catalitica Biometanolo+ conversione catalitica Biometanolo Gassificazione

Gassificazione a metanolo + conversione Biodimetileterea metanolo + conversione Biodimetiletere(DME)(DME) Biometanolo

Biometanolo + conversione Biometilterbutiletere+ conversione Biometilterbutiletere ( MTBE)( MTBE) Fermentazione

Fermentazione BiobutanoloBiobutanolo Sintesi di

Sintesi di FischerFischer TropschTropsch ( ( gassificazionegassificazione +conversione) FT+conversione) FT-- Diesel

Diesel

(54)

Grazie per l

Grazie per l ’ ’ attenzione ! attenzione !

figura

Updating...

Riferimenti

Argomenti correlati :