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1° Convegno Tematico Le Filiere dellenergia LE BIOMASSE Denis Picco Trieste, 26 novembre 2010.

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1 1° Convegno Tematico Le Filiere dellenergia LE BIOMASSE Denis Picco Trieste, 26 novembre 2010

2 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 C.E.T.A. – CENTRO DI ECOLOGIA TEORICA ED APPLICATA I settori su cui si focalizza l'attività del Centro sono i seguenti: P romozione 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 dellenergia, 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 Trieste, 26 novembre 2010 CONVERSIONE ENERGETICA DELLE BIOMASSE VEGETALE Generazione di energia termica, elettrica, frigorifera, meccanica

4 Trieste, 26 novembre 2010 PRODUZIONE DI ENERGIA DA FONTI RINNOVABILI Diverse modalità di conversione energeticaDiverse tipologie biomasse

5 Trieste, 26 novembre 2010 Filiera colture oleaginose – energia

6 Trieste, 26 novembre 2010 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 Filiera colture oleaginose – energia

7 Trieste, 26 novembre 2010 FILIERA COLTURE OLEAGINOSE ENERGIA Punti di forza della filiera energetica : Attitudine del territorio regionale alla coltivazione di oleaginose

8 Trieste, 26 novembre 2010 Punti di forza della filiera energetica : Valorizzazione dellenergia 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 dellenergia 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) Filiera colture oleaginose – energia

9 Trieste, 26 novembre 2010 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 Trieste, 26 novembre 2010 Motore a olio vegetale puro Potenza nominale = 1,0 MW e 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/hasuperfici agricole: ha produzioni : 3 t/hasuperfici agricole: ha produzioni : 4 t/hasuperfici agricole: ha Esempio di filiera agro-energetica estesa sul territorio. Necessità di forte organizzazione per lapprovvigionamento della biomassa. Filiera colture oleaginose – energia

11 Trieste, 26 novembre 2010 Filiere agro-energetiche: conversione termochimica Le biomasse lignocellulosiche

12 Trieste, 26 novembre 2010 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/m 3 ) Costo di produzione biomassa (/t) e biocombustibile (/t) Fonte: Venturi e Monti

13 Trieste, 26 novembre 2010 Colture energetiche PUNTI DI FORZAPUNTI 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 Ridotto fabbisogno di input colturali Limitate problematiche fitosanitarie Buone produzioni annuali di biomassa Bassa umidità della biomassa alla raccolta (stoccaggio) Qualità del biocombustibile (in funzione del cantiere di raccolta) Prolungata occupazione delle superfici agricole Alti costi di impianto (rizomi) Meccanizzazione da perfezionare Bassa densità del trinciato (movimentazione e stoccaggio) Ripristino dei terreni a fine ciclo produttivo PIOPPO SRF Qualità del biocombustibile Sviluppo della meccanizzazione dei cantieri di raccolta Incentivi per la realizzazione degli impianti (es. PRS) Prolungata occupazione delle superfici agricole Alti costi di impianto (talee) Numero di trattamenti fitosanitari Elevata umidità alla raccolta Diffusione delle macchine per la raccolta Ripristino dei terreni a fine ciclo produttivo Punti di forza e di debolezza delle diverse colture energetiche per la produzione di biocombustibili.

14 Trieste, 26 novembre 2010 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%). Caratterizzazione della biomassa (pellet) Sorgo da fibra Sorgo da fibra* Miscanto Canna comune LegnoPaglia p.c.i. (MJ/kg s.s.) 17,7 17,5 18,217,9 18,7917,32 Contenuto in ceneri (% s.s.) 4,6 6,6 2,94,9 0,255,71 Contenuto in acqua (%) 5,9 8,5 7,77,4 -- Carbonio (% s.s.) 47,50 46,50 48,3047,25 51,3047,20 Idrogeno (% s.s.) 6,22 5,75 5,915,83 5,905,70 Azoto (% s.s.) 0,84 1,28 0,280,74 0,100,66 Zolfo (mg/kg s.s.) Cloro (mg/kg s.s.) 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 : SO 2, 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 Trieste, 26 novembre 2010 Prove di combustione del pellet – problematica delle emissioni Emissioni (mg/Nm 3 al 11% O 2 ) Sorgo da fibraMiscantoCanna comune Limiti posti dal d.lgs. 152/2006 ( kW) Polveri totali potenza kW - limite sale a 200 CO NO X SO X Emissioni (mg/Nm 3 al 10% O 2 ) Sorgo da fibra Miscanto Canna comune EN (caldaia automatica, classe 3, potenza < 50 kW) Polveri totali CO Normativa di riferimento

16 Trieste, 26 novembre 2010 Biomasse Lignocellulosiche – sostenibilità economica Costo dellenergia termica erogata (/MWh) con diversi combustibili

17 Trieste, 26 novembre 2010 Sostenibilità Economica delle filiere agro-energetiche Analisi del VAN della centrale a biomasse, con o senza incentivi Biomasse vs gasolio Biomasse vs metano Biomasse Lignocellulosiche – sostenibilità economica

18 Trieste, 26 novembre 2010 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 Trieste, 26 novembre 2010 CICLO ORC Co-generazione da biomasse Trova sostenibilità quando utilizzo biomasse dal basso costo di approvvigionamento (es. biomasse residuali – pollina)

20 Trieste, 26 novembre 2010 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 dellimpianto, 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 (CO 2 ), Idrogeno (H 2 ), Metano (CH 4 ) e altri componenti unitamente a solidi e liquidi

21 Trieste, 26 novembre 2010 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 Una tecnologia vicina alla maturità

22 Trieste, 26 novembre 2010 Una tecnologia vicina alla maturità 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 AD OGGI, SALVO ALCUNI IMPIANTI PILOTA O IN FASE DI PERDURANTE COLLAUDO E SETTAGGIO, NON CI SONO IMPIANTI IN ESERCIZIO CONTINUATIVO

23 Trieste, 26 novembre 2010 Crescita del numero cumulativo degli impianti qualificati in esercizio, suddivisi per fonte Fonte : GSE IL BIOGAS IN ITALIA Marzo 2010: 319 impianti

24 Trieste, 26 novembre 2010 La digestione anaerobica - schema

25 Trieste, 26 novembre 2010 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 La digestione anaerobica

26 Trieste, 26 novembre 2010 Le possibilità di alimentare un impianto a biogas sono quindi molteplici Importante il ruolo dellapprovvigionamento delle biomasse per lalimentazione dellimpianto 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 = m 3 Superfici agricole interessate = ha/anno Areale di approvvigionamento = km La digestione anaerobica

27 Trieste, 26 novembre 2010 Contrariamente a quanto accade se si impiegano effluenti zootecnici o materiali con scarso o nullo valore di mercato, lapprovvigionamento può rappresentare una voce di costo molto significativa nel conto economico. (elab. C.E.T.A.) Biogas dal trinciato di mais

28 Trieste, 26 novembre 2010 Biogas dal trinciato di mais 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!!! Valutazione del prezzo di conferimento allimpianto.

29 Trieste, 26 novembre 2010 Progetti di ricerca – C.E.T.A. 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 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:

30 Trieste, 26 novembre 2010 Diffusion of a sustainable EU model to produce 1 st 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% Titolo completo: Acronimo: 6 beneficiari da 3 Paesi UE: Durata: Budget totale: Contributo FESR:

31 Trieste, 26 novembre 2010 Il mercato Europeo delletanolo è controllato da grandi gruppi industriali e cooperative agricole legate allindustria 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 Letanolo di 1 a generazione dal sorgo zuccherino ha unelevata 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%

32 Trieste, 26 novembre 2010 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 Trieste, 26 novembre 2010 Viaggio in Andhra Pradesh a Hyderabad, presso ICRISAT - International Crop Research Institute for the Semi-Arid Tropics (www.icrisat.org)www.icrisat.org 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 (www.abiicrisat.org/rusni)www.abiicrisat.org/rusni Visita allimpianto 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 Trieste, 26 novembre 2010 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 allAgroenergy Group del Politecnico di Madrid ABENGOA Bioenergia, bioetanolo da cereali ACOR, zuccherificio UPM Madrid, campi sperimentali

35 Trieste, 26 novembre 2010 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 lenergia Gli attori della filiera verranno invitati a partecipare e discutere in workshops e convegni settoriali ed intersettoriali a livello nazionale ed internazionale

36 Trieste, 26 novembre 2010 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 lenergia, ecc. (2 corsi per Paese) investitori (2 corsi per Paese) associazioni di agricoltori (1 corso per Paese)

37 Trieste, 26 novembre 2010 WP5 – On-line Community La missione dellon-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 Trieste, 26 novembre 2010 WP6 – Comunicazione Diffusione e disseminazione dei risultati di progetto Website ( Conferenze nazionali ed internazionali Articoli tecnici e scientifici Manuali Altro (newsletters, brochures, ecc..)

39 Trieste, 26 novembre 2010 Website del progetto (in costruzione): 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 lattenzione! Via III Armata, 69 – Gorizia Tel


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