1° Convegno Tematico Le Filiere dell’energia LE BIOMASSE

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1 1° Convegno Tematico Le Filiere dell’energia LE BIOMASSE
Denis Picco Trieste, 26 novembre 2010

2 C.E.T.A. – CENTRO DI ECOLOGIA TEORICA ED APPLICATA
Il C.E.T.A. è una associazione senza scopo di lucro fondata nel 1987 e con personalità giuridica riconosciuta dalla Regione Friuli Venezia Giulia nel 1995 Il Centro, con sede a Gorizia, svolge attività di ricerca, sperimentazione applicata e progettazione di sistemi tecnologici innovativi in differenti comparti ambientali I settori su cui si focalizza l'attività del Centro sono i seguenti: Promozione e diffusione delle tecnologie che impiegano le fonti rinnovabili d'energia (biomasse combustibili, biogas, biocarburanti, fotovoltaico) Gestione sostenibile dell'ambiente e delle risorse naturali Gestione integrata delle risorse idriche e degli ambienti ad esse associati Risparmio energetico, uso efficiente dell’energia, bioedilizia Pianificazione energetica Divulgazione scientifica Il C.E.T.A. si avvale di tecnici e di professionisti specializzati, di diversa formazione quali ad esempio ingegneri, agronomi, biologi, naturalisti, economisti, architetti.

3 CONVERSIONE ENERGETICA DELLE BIOMASSE VEGETALE
Generazione di energia termica, elettrica, frigorifera, meccanica

4 PRODUZIONE DI ENERGIA DA FONTI RINNOVABILI
Diverse modalità di conversione energetica Diverse tipologie biomasse

5 Filiera colture oleaginose – energia

6 Filiera colture oleaginose – energia
Punti di forza della filiera energetica: Filiera corta La tecnologia è matura, con sperimentazione di lunga data, adattata recentemente anche ad impianti di piccola potenza Rendimenti elettrici elevati (superiori al 30 %) Recupero termico elevato (oltre il 40 %) Valorizzazione dei sottoprodotti della filiera - il panello proteico Attitudine del territorio regionale alla coltivazione di oleaginose

7 FILIERA COLTURE OLEAGINOSE ENERGIA
Punti di forza della filiera energetica: Attitudine del territorio regionale alla coltivazione di oleaginose

8 Filiera colture oleaginose – energia
Punti di forza della filiera energetica: Valorizzazione dell’energia elettrica: interessanti prospettive con il nuovo sistema di incentivazione della produzione di energia elettrica da fonti rinnovabili Tariffa onnicomprensiva = 0,28 €/kWh o 0,18 €/kWh Coefficiente di moltiplicazione CV = 1,8 o 1,3 Valorizzazione dell’energia termica: prezzo del gas metano e altre fonti fossili variabili (…in ascesa) potenziali applicazioni in agricoltura (serre, essiccazione, ecc.) interessanti prospettive per la trigenerazione (frigorie)

9 Filiera colture oleaginose – energia
Punti di debolezza della filiera energetica Forte instabilità del mercato dei prodotti agricoli seme oleoso (anno €/t) panello proteico (anno €/t) olio vegetale grezzo (anno €/t) Ad oggi: €/t Ad oggi: €/t Ad oggi: €/t

10 Filiera colture oleaginose – energia
Motore a olio vegetale puro Potenza nominale = 1,0 MWe Consumo specifico di carburante: 0,254 kg/kW Funzionamento impianto: ore/anno Fabbisogno biocombustibile: t olio/anno Fabbisogno in semi oleosi (es. girasole): t semi/anno (valori commerciali) Attitudine territorio alla coltivazione della oleaginosa (es. girasole) produzioni : 2 t/ha superfici agricole: ha produzioni : 3 t/ha superfici agricole: ha produzioni : 4 t/ha superfici agricole: ha Esempio di filiera agro-energetica estesa sul territorio. Necessità di forte organizzazione per l’approvvigionamento della biomassa.

11 Filiere agro-energetiche: conversione termochimica
Le biomasse lignocellulosiche

12 Modello di filiera agro-energetica
BIOMASSE UTILIZZABILI Colture dedicate e residui colturali Parametri fondamentali Produzioni biomassa (t/ha) p.c.i. (GJ/t) Contenuto idrico alla raccolta (%) Temporalità delle produzioni Cantieri di raccolta Pezzatura (mm) Peso specifico (kg/m3) Costo di produzione biomassa (€/t) e biocombustibile (€/t) Fonte: Venturi e Monti

13 Colture energetiche PUNTI DI FORZA PUNTI DI DEBOLEZZA CANNA COMUNE
Punti di forza e di debolezza delle diverse colture energetiche per la produzione di biocombustibili. PUNTI DI FORZA PUNTI DI DEBOLEZZA CANNA COMUNE Ridotto fabbisogno di input colturali Limitate problematiche fitosanitarie Elevate produzioni annuali di biomassa Prolungata occupazione delle superfici agricole Alti costi di impianto (rizomi e messa a dimora) Meccanizzazione da perfezionare Elevata umidità della biomassa alla raccolta (stoccaggio) Ripristino dei terreni a fine ciclo produttivo Qualità della biomassa combustibile MISCANTO Buone produzioni annuali di biomassa Bassa umidità della biomassa alla raccolta (stoccaggio) Qualità del biocombustibile (in funzione del cantiere di raccolta) Alti costi di impianto (rizomi) Bassa densità del trinciato (movimentazione e stoccaggio) PIOPPO SRF Qualità del biocombustibile Sviluppo della meccanizzazione dei cantieri di raccolta Incentivi per la realizzazione degli impianti (es. PRS) Alti costi di impianto (talee) Numero di trattamenti fitosanitari Elevata umidità alla raccolta Diffusione delle macchine per la raccolta

14 Caratterizzazione della biomassa (pellet)
La densità è comparabile al pellet di legno ( kg/msr). Il p.c.i. rientra nel valore tipico dei pellet erbacei; le differenze sono dovute al contenuto di ceneri. Il contenuto in ceneri è circa dieci - venti volte maggiore rispetto a quello medio del pellet di legno. Il contenuto in acqua rientra nei valori tipici del pellet (7,5 - 10%). Sorgo da fibra da fibra* Miscanto Canna comune Legno Paglia p.c.i. (MJ/kg s.s.) 17,7 17,5 18,2 17,9 18,79 17,32 Contenuto in ceneri (% s.s.) 4,6 6,6 2,9 4,9 0,25 5,71 Contenuto in acqua (%) 5,9 8,5 7,7 7,4 - Carbonio 47,50 46,50 48,30 47,25 51,30 47,20 Idrogeno 6,22 5,75 5,91 5,83 5,90 5,70 Azoto 0,84 1,28 0,28 0,74 0,10 0,66 Zolfo (mg/kg s.s.) 910 1.210 521 1.800 41 1.008 Cloro 1.820 3.800 202 2.632 22 1.720 Elevate concentrazioni di azoto, variano in funzione della tipologia di biomassa. Elevate concentrazioni di cloro e zolfo: sono i maggiori componenti dei depositi che si formano sulle pareti della camera di combustione e sulle superfici degli scambiatori di calore (rischio corrosione). Possono formare pericolose emissioni : SO2, HCl e diossine. Il contenuto di questi microelementi, in particolare il cloro, è fortemente correlato alla fase di produzione agronomica della biomassa (suolo, fertilizzanti ed erbicidi, epoca di raccolta).

15 Prove di combustione del pellet – problematica delle emissioni
(mg/Nm3 al 11% O2) Sorgo da fibra Miscanto Canna comune Limiti posti dal d.lgs. 152/2006 ( kW) Polveri totali 241 16 119 100 potenza kW - limite sale a 200 CO 240 75 83 350 NOX 270 288 459 500 SOX 126 73 228 200 Normativa di riferimento Emissioni (mg/Nm3 al 10% O2) Sorgo da fibra Miscanto Canna comune EN (caldaia automatica, classe 3, potenza < 50 kW) Polveri totali 265 18 131 150 CO 264 83 91 3.000

16 Biomasse Lignocellulosiche – sostenibilità economica
Costo dell’energia termica erogata (€/MWh) con diversi combustibili

17 Biomasse Lignocellulosiche – sostenibilità economica
Sostenibilità Economica delle filiere agro-energetiche Biomasse vs gasolio Analisi del VAN della centrale a biomasse, con o senza incentivi Biomasse vs metano

18 Es. di tecnologie di conversione applicabili - piccola scala
SISTEMI COGENERATIVI Es. di tecnologie di conversione applicabili - piccola scala ORC – Organic Rankine Cycle Rendimenti elettrici limitati (15-18%) Tecnologia affidabile – anche a potenze basse (200 KW) Gassificazione Rendimenti elettrici buoni (27-30%) Affidabilità ancora da ottimizzare

19 Co-generazione da biomasse
CICLO ORC Trova sostenibilità quando utilizzo biomasse dal basso costo di approvvigionamento (es. biomasse residuali – pollina)

20 Cenni su gassificazione e pirolisi
La gassificazione e la pirolisi sono due processi termochimici che avvengono rispettivamente in parziale (gassificazione) o pressoché totale assenza (pirolisi) di ossigeno a partire da un combustibile solido A seconda delle caratteristiche dell’impianto, della presenza di ossigeno e della temperatura si ottiene come prodotto principale un gas (syngas o producer gas) costituito da una miscela di Monossido di Carbonio (CO), Anidride Carbonica (CO2), Idrogeno (H2), Metano (CH4) e altri componenti unitamente a solidi e liquidi

21 Una tecnologia “vicina” alla maturità
Punti di forza dei sistemi di pirogassificazione elevati rendimenti di processo (75% - 85%) rendimenti elettrici tra il 27-30% facilità di integrazione con sistemi generativi già esistenti (motori, turbine, celle a combustibili) possibilità di realizzare cicli combinati (elettricità e calore) mediante recupero termico (sezione purificazione gas; motore) “eliminazione” di agenti problematici per il comparto agricolo (ad esempio nitrati) dimensioni di impianto compatibili con realtà agricole del nostro territorio

22 Una tecnologia “vicina” alla maturità
AD OGGI, SALVO ALCUNI IMPIANTI PILOTA O IN FASE DI PERDURANTE COLLAUDO E SETTAGGIO, NON CI SONO IMPIANTI IN ESERCIZIO CONTINUATIVO Punti deboli dei sistemi di pirogassificazione pulizia e qualità del gas flessibilità di utilizzo in relazione alla biomassa utilizzata affidabilità (continuità) di funzionamento (7.000 / h/anno) soprattutto nella generazione di energia elettrica costo di investimento iniziale degli impianti costi di manutenzione elevati o non sempre preventivabili

23 IL BIOGAS IN ITALIA Crescita del numero cumulativo degli impianti qualificati in esercizio, suddivisi per fonte Marzo 2010: 319 impianti Fonte : GSE

24 La digestione anaerobica - schema

25 La digestione anaerobica
Al fine di spingere al massimo le rese degli impianti è possibile utilizzare altri materiali - da soli o assieme ai liquami (CODIGESTIONE) Liquami zootecnici (bovini, suini, ecc.) Colture energetiche (silomais, sorgo zuccherino, triticale, ecc.) Residui colturali (paglie, stocchi, colletti di barbabietola, ecc.) Scarti agroindustria (buccette pomodoro, siero di latte, vinacce, scarti ortofrutticoli, marco mela, succhi, conserve, ecc.) Scarti di macellazione Fanghi di depurazione Frazione organica rifiuti urbani

26 La digestione anaerobica
Le possibilità di alimentare un impianto a biogas sono quindi molteplici Importante il ruolo dell’approvvigionamento delle biomasse per l’alimentazione dell’impianto e della tipologia e quantità di singola biomassa utilizzata Per quanto riguarda le COLTURE DEDICATE, molti impianti si presentano sul mercato alimentati esclusivamente da silomais (eventualmente con sorgo insilato e triticale) IMPIANTO BIOGAS - dimensionamento Potenza nominale = 1 MWh Fabbisogno in biomassa = t silomais/anno Stoccaggi biomassa insilata = m3 Superfici agricole interessate = ha/anno Areale di approvvigionamento = km

27 Biogas dal trinciato di mais
Contrariamente a quanto accade se si impiegano effluenti zootecnici o materiali con scarso o nullo valore di mercato, l’approvvigionamento può rappresentare una voce di costo molto significativa nel conto economico. (elab. C.E.T.A.)

28 Valutazione del prezzo di conferimento all’impianto.
Biogas dal trinciato di mais Valutazione del prezzo di conferimento all’impianto. Costo di produzione: 25,7 €/tonnellata (per trinciato di mais con produzione medie di 60 t/ha) Aggiungere i costi di insilamento e costi di trasporto!!! 28

29 Progetti di ricerca – C.E.T.A.
Il C.E.T.A. è fortemente coinvolto in diversi progetti di ricerca e di diffusione sui biocarburanti di prima e seconda generazione da diverse tipologie di biomasse: Progetto SWEETHANOL (Comunità Europea - programma IEE) Diffusione di un modello Europeo sostenibile per la produzione di etanolo di 1a generazione dal Sorgo Zuccherino in impianti decentralizzati Progetto MULTISORGO (MIPAAF) Produzione integrata di bioetanolo e biogas da una coltura agraria a basso consumo idrico, il sorgo zuccherino: aspetti tecnologici, economici, energetici ed ambientali Progetto ZOOTANOLO (MIPAAF) La produzione del bioetanolo come valorizzazione energetica innovativa dei reflui zootecnici Progetto BIOSEGEN (MIPAAF) Filiere innovative per la produzione di biocarburanti di seconda generazione da residui agricoli ed agro-industriali e da colture da biomassa

30 6 beneficiari da 3 Paesi UE:
Titolo completo: Acronimo: 6 beneficiari da 3 Paesi UE: Durata: Budget totale: Contributo FESR: Diffusion of a sustainable EU model to produce 1st generation ethanol from Sweet Sorghum in decentralized plants SWEETHANOL C.E.T.A. come Lead Partner CARTIF e ADABE (Spagna), REACM-Anatoliki e Halastra-COOP (Grecia), INIPA-Coldiretti (Italia) 24 mesi (16/05/ /05/2012) € € (massimo) -> 75%

31 L’etanolo di 1a generazione dal sorgo zuccherino ha un’elevata sostenibilità ambientale, economica ed energetica Semplicità tecnica nel processamento e nello sfruttamento dei sottoprodotti garantiscono la fattibilità economica anche per impianti di piccola-media taglia decentralizzati (max 20,000 t/anno) Il bilancio energetico è pari a (senza/con sfruttamento sottoprodotti) Il risparmio in emissioni di GHG attribuito è del 70-71% Il mercato Europeo dell’etanolo è controllato da grandi gruppi industriali e cooperative agricole legate all’industria della produzione di zucchero ed alcol Vengono processati principalmente cereali e barbabietola in impianti di grande taglia (100, ,000 t/anno) Vi sono barriere economiche, logistiche, ecologiche, ambientali, sociali e di diffusione

32 WP1 – Gestione del progetto (C.E.T.A.)
WP2 – Perfezionamento del “Know-how” Acquisizione di know-how in merito alla coltivazione ad al processamento del sorgo zuccherino ad etanolo attraverso visite a: istituti di ricerca in campo agronomico realtà agricole che coltivano il sorgo compagnie che costruiscono impianti impianti esistenti ed in funzione Raccolta dei dati più interessanti (e.g. varietà di sorgo zuccherino, costi di investimento e di produzione, consumi energetici, rese in etanolo, sfruttamento dei sottoprodotti)

33 Varietà di sorgo studiate presso ICRISAT
Viaggio in Andhra Pradesh a Hyderabad, presso ICRISAT - International Crop Research Institute for the Semi-Arid Tropics ( Nuove varietà di sorgo zuccherino ad alto contenuto in zuccheri nel succo Supporto tecnico agli agricoltori locali per lo sviluppo della filiera (DCU, Decentralized Crushing Units) Collaborazione con distillerie RUSNI, impianto per bioetanolo da sorgo da t/anno ( Visita all’impianto del gruppo TATA TCL per la produzione di bioetanolo da sorgo da litri/gg presso Nanded, Maharashtra ( ICRISAT meeting a Hyderabad Impianto TATA TCL, Nanded Varietà di sorgo studiate presso ICRISAT

34 Visita al CRF, Centro Nacional de Recursos Fitogèneticos, a Madrid
Visita all’ impianto di produzione di bioetanolo da cereali e impianto pilota bioetanolo di seconda generazione dalle paglie e residui agricoli del gruppo ABENGOA Bioenergia, presso Salamanca Visita allo zuccherificio del gruppo ACOR, presso Olmedo (impianto di estrazione) Visita al CRF, Centro Nacional de Recursos Fitogèneticos, a Madrid Visita all’Agroenergy Group del Politecnico di Madrid ABENGOA Bioenergia, bioetanolo da cereali UPM Madrid, campi sperimentali ACOR, zuccherificio

35 WP3 – Discussione su un modello sostenibile
Discussione di un possibile modello Europeo con i rappresentanti di ogni attore della filiera (approccio multi-disciplinare): agricoltori ed associazioni agricole, processisti e PMI, ditte sementiere ed aziende agricole, investitori, rappresentanti del mondo politico (legislazione), delle autorità pubbliche e delle agenzie per l’energia Gli attori della filiera verranno invitati a partecipare e discutere in workshops e convegni settoriali ed intersettoriali a livello nazionale ed internazionale

36 WP4 – Formazione degli attori della filiera
Spiegazione del modello Europeo sviluppato nella WP3 ad ogni categoria di attori della filiera Formazione e miglioramento delle competenze di ogni attore della filiera riguardo alla produzione di etanolo da sorgo zuccherino in impianti di taglia piccola e media Corsi adattati e direzionati per ogni categoria di attori della filiera verranno tenuti in ogni Stato di cui fanno parte i partner del progetto: agricoltori (30 corsi Italia e Spagna e 15 in Grecia) produttori di sementi ( 1 corso per Paese) processisti (1 corso per Paese) decisori politici, operatori pubblici, agenzie per l’energia, ecc. (2 corsi per Paese) investitori (2 corsi per Paese) associazioni di agricoltori (1 corso per Paese)

37 WP5 – On-line Community La missione dell’on-line community è di creare una rete di contatti a livello internazionale tra gli attori della filiera del bioetanolo da sorgo zuccherino Essa sarà un punto di riferimento per lo start-up di nuovi impianti pilota in futuro, soprattutto in Europa Struttura: blog, forum, social network, teleconferenze, discussioni pubbliche Pubblicazione di articoli, database di aziende

38 WP6 – Comunicazione Diffusione e disseminazione dei risultati di progetto Website ( Conferenze nazionali ed internazionali Articoli tecnici e scientifici Manuali Altro (newsletters, brochures, ecc..)

39 Website del progetto (in costruzione): http://sweethanol.eu
Website della On-line community: GRUPPO DI LAVORO - C.E.T.A. Project Coordinator: Ing. Alessandro Bon Project manager: Dott.ssa Michela Pin Expert: Dott.ssa Alessia Vecchiet Expert: Dott. Denis Picco Expert: Dott.ssa Francesca Visintin

40 Grazie per l’attenzione!
Via III Armata, 69 – Gorizia Tel