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RISPARMIO ENERGETICO ED ENERGIE RINNOVABILI IN ZOOTECNIA (CORSO REER) prof. Massimo Lazzari Dip. VSA- Veterinaria e Sicurezza alimentare - Università Milano.

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1 RISPARMIO ENERGETICO ED ENERGIE RINNOVABILI IN ZOOTECNIA (CORSO REER) prof. Massimo Lazzari Dip. VSA- Veterinaria e Sicurezza alimentare - Università Milano prof. Marco Fiala Dip. Ingegneria Agraria - Università Milano

2 2 DI CHE COSA CI OCCUPEREMO PROGRAMMA TRASFORMAZIONI TERMOCHIMICHE I PROCESSI: La combustione diretta – energia termica La gassificazione – energia termica e meccanica Limpiego di oli vegetali – energia termica e meccanica Limpiego di biodiesel – cenni Limpiego di bioetanolo – cenni

3 3 COMBUSTIONE DIRETTA C + O 2 CO 2 + Energia 4H + O 2 2H 2 O Ossidazione completa dei costituenti i tessuti vegetali con emissione di energia termica, fumi e ceneri. La quantità di tali prodotti è, rispetto alla massa iniziale del combustibile, in relazione alle caratteristiche chimiche e fisiche del materiale di partenza C = 45-50%; H = 5-8%; O = 40-45% PCI = 3,7-5,0 kWh t /kg di s.s. SV = 90-95% a 600 °C U alla raccolta = 15-60% C/N = Ceneri = 5-25% sulla s.s. = kg/m 3 CostantiVariabili

4 4 COMBUSTIONE DIRETTA: EVOLUZIONE del PROCESSO Riscaldamento Essiccazione Pirolisi Ossidazione Carbonio CALORE Aria primaria Fumi Cenere Pre combustion e Fase gassosa Post combustion e Gas

5 5 COMBUSTIONE DIRETTA: SOSTANZA VOLATILE 2, 5 kg di paglia pellettata in mucchio 2, 5 kg di diversi combustibili A = carbone; B = coke; C = legna in tronchetti; D = legna sminuzzata; E = paglia sfusa; F = paglia pellettata

6 6 COMBUSTIONE DIRETTA: RENDIMENTO TOTALE Produzione di calore Trasferimento del calore

7 7 COMBUSTIONE DIRETTA: PARAMETRI IMPORTANTI (1) Temperatura della camera di combustione T = °C favoriscono la combustione di tutta la sostanza combustibile uso refrattari Temperatura dei fumi 200°C < T < 350 °C sono normali e indice di: una sufficiente superficie di scambio un buon rendimento di trasferimento del calore un corretto apporto d'aria comburente Temperature > 350 °C indicano: una zona di scambio sottodimensionata una zona di scambio incrostata Temperature < 200 °C indicano: elevate quantità d'aria comburente elevate perdite al camino quantità aria comburente

8 8 PARAMETRI IMPORTANTI (2) Contenuto CO 2 nei fumi [CO 2 ] < 10% vol. elevate perdite al camino [CO 2 ] > 15% vol. perdite per incombusti Contenuto Sostanze Volatili (SV >90% a 600°C) Nelle prime fasi della combustione i tessuti vegetali liberano - tanto più velocemente quanto più è alta la superficie volumica - notevoli quantità di gas combustibili Per ottenere elevati rendimenti: OCCORRE CONTROLLARE LEMISSIONE di QUESTI GAS quantità aria comburente Contenuto ceneri

9 9 COMBUSTIONE DIRETTA: COLPI di FUOCO CARICO MECCANICO del COMBUSTIBILE colpo di fuoco carico continuo carico discontinuo

10 10 PERDITE TOTALI ed ECCESSO dARIA (b) incombusti (a) camino (a + b) TOTALI Q teorica = 5,0-7,0 m 3 /kg di ss e = 1,5 Q = 7,0-10,5 m 3 /kg di ss

11 11 COMBUSTIONE DIRETTA: ARIA PRIMARIA e SECONDARIA Catturati i gas occorre: BRUCIARLI in una CAMERA di COMBUSTIONE SECONDARIA aria PRIMARIA Aria comburente Massa combustibile aria SECONDARIA GAS

12 12 COMBUSTIONE DIRETTA: GENERATORI TERMICI a LETTO FISSO camera semplice con griglia orizzontale Potenze ridotte P < 40 kW

13 13 MODALITA di IMMISSIONE ARIA COMBUSTIONE MONTANTE Il flusso d'aria, diretto al di sotto del combustibile, determina la formazione di una fiamma che lambisce l'intera massa del materiale COMBUSTIONE ORIZONTALE La fiamma, originata dall'aria insufflata di fianco, interessa solo una parte del combustibile COMBUSTIONE INVERSA La fiamma non interessa altro combustibile oltre a quello che lha generata

14 14 UN ESEMPIO SEMPLICE COMBUSTIONE MONTANTE La biomassa si scalda, i gas si sviluppano e non passano attraverso la fiamma. Rendimento e autonomia modesti COMBUSTIONE ORIZZONTALE La biomassa si scalda, parte dei gas che si sviluppano passano attraverso la fiamma, parte sfuggono Rendimento e autonomia medi COMBUSTIONE INVERSA La biomassa si scalda, spinti dallaria tutti i gas che si sviluppano passano attraverso la fiamma e bruciano Rendimento e autonomia elevati

15 15 COMBUSTIONE DIRETTA: LEGNA TRONCHETTI manuale, combustione orizzontale manuale, combustione inversa

16 16 COMBUSTIONE DIRETTA: LEGNA CIPPATA cippato, nastro + doppio cassetto, combustione montante, grata inclinata cippato, manuale, combustione inversa, adattabile a caldaie

17 17 COMBUSTIONE DIRETTA: PAGLIA sminuzzata, coclea, combustione montante imballata, pinza dallalto, combustione montante, potenze medio-elevate (P > 1000 kW)

18 18 COMBUSTIONE DIRETTA: TUTOLI nastro + doppio cassetto, combustione montante, griglia inclinata, recupero fumi per essiccazione tutoli, P > 1000 kW essiccatoio granella nastro + doppio cassetto, combustione montante, griglia inclinata, uso fumi per essiccazione spighe, P > 1000 kW platea essiccazione

19 19 COMBUSTIONE DIRETTA: LOLLA di RISO tramoggia + griglia inclinata, focolare, P > 2000 kW

20 20 COMBUSTIONE DIRETTA: MATERIALI a GRANULOMETRIA FINE tramoggia + coclea + ventilatore, focolare, potenze medio-elevate Pellets, chip, gusci, noccioli, vinacce e sanse macinate, lolla, segatura, truciolame ecc.

21 21 GASSIFICAZIONE C nx H ny + O 2 CO + H 2 + CH 4 + C x H y + Energia Ossidazione incompleta dei costituenti i tessuti vegetali con emissione di una miscela di composti carboniosi gassosi combustibili, energia termica e ceneri. AGENTE OSSIDANTE Aria (Q = 2,1-3,0 m 3 /kg di ss) gas povero PCI = 1,3-1,4 kWh t /Nm 3 AGENTE OSSIDANTE Ossigeno Q = 0,3 kg/kg di ss PCI = 2,6-4,0 kWh t /Nm 3 AGENTE OSSIDANTE Vapore Q = 0,5 kg/kg di ss gas d'acqua PCI = 3 kWh t /Nm 3 GASSIFICATORI IN SOSPENSIONE P >2000 kW termici Pezzatura < 1 mm Complessi Specifici GASSIFICATORI A LETTO FISSO P < 400 kW termici Pezzatura 1-15 cm Semplici Versatili IMPIEGHI AGRICOLI IMPIEGHI INNDUSTRIALI

22 22 GASSIFICAZIONE: LETTO FISSO CONTRO-CORRENTE

23 23 GASSIFICAZIONELETTO FISSO CO-CORRENTE

24 24 GASSIFICAZIONE: PRODUZIONE di ELETTRICITA da BIOMASSA 1.2-1,4 kg di biomassa per kWh

25 GASSIFICAZIONE: PRODUZIONE di ELETTRICITA da BIOMASSA GASSIFICATORE DA 75 kWel Tipo: Down-flow U% Biomassa = 15% T fornello = 1100°C PCI gas = 1100 kcal/m 3 Filtro elettrostatico Produzione carbonella pari al 10% s.s /kW

26 GASSIFICAZIONE: PRODUZIONE di ELETTRICITA da BIOMASSA GASSIFICATORE DA 250 kWel Tipo: Downdraft U% Biomassa = 15% T fornello = 1100°C PCI gas = 1200 kcal/m 3 Filtro a secco con biomasse 3800 /kW

27 GASSIFICAZIONE: PRODUZIONE di ELETTRICITA da BIOMASSA

28 Motore diesel modificato a gas Consumo gasolio = 5% energia richiesta

29 E un biocombustibile ottenuto dalla spremitura dei semi di oleaginose quali ad esempio girasole, colza e soia. La produzione dellolio vegetale puro può avvenire direttamente nellazienda agricola con semplici sistemi di pressatura e filtraggio, ottenendo cos una produzione decentralizzata su piccola scala. Il prodotto di scarto è rappresentato da un pannello di estrazione, adatto alla alimentazione di animali da ingrasso. In Italia, per ora, lolio vegetale puro può essere impiegato a livello di aziende agricole sia per la alimentazione di motori statici per la generazione di energia elettrica e calore, sia per lalimentazione di motori diesel di automobili, autobus, motori nautici e trattori agricoli, che sono stati appositamente adattati e/o modificati. Per ragioni fiscali non può essere impiegato su motori dei comparti extraagricoli come avviene invece in Austria e Germania. GASSIFICAZIONE OLIO VEGETALE PURO

30 OLEIFICI DECENTRALIZZATI IN GERMANIA PER LA PRODUZIONE DI OLIO VEGETALE PURO PRODOTTO PRINCIPALMENTE DALLA COLZA OLIO VEGETALE PURO

31 FILIERA

32 OLIO VEGETALE PURO

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37 PREZZO OLIO GIRASOLE (Euro/l) mercato di Modena OLIO VEGETALE PURO

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39 ELEMENTI DI ANALISI ECONOMICA

40 E un biocombustibile ottenuto dallolio vegetale ( colza, girasole, soia, oli riciclati/rigenerati) che viene sottoposto ad una successiva reazione detta di transesterificazione che determina la sostituzione dei componenti alcolici dorigine (glicerolo) con alcol metilico (metanolo) in presenza di un catalizzatore alcalino. La miscela così ottenuta è impiegata come combustibile per lautotrazione e il riscaldamento, sia miscelata con gasolio che tal quale. BIODIESEL

41 I SETTORI DI MERCATO ITALIA MOTORI DIESEL RISCALDAMENTO PURO ADDITIVO 5%MISCELA 30% PURO BIODIESEL

42 I PRODUTTORI DI BIODIESEL IN ITALIA Novaol Ital Bi Oil Comlube De.Fi.Lu. Bakelite Fox Petroli * dati immissioni luglio febbraio 2004 Fonte Assobiodiesel BIODIESEL

43 Legge Finanziaria 2005: Approvazione progetto esenzione accisa per 6 anni Riduzione del contingente da a tonn/anno nel 2005 ITALIA CONTINGENTE DEFISCALIZZATO BIODIESEL BIODIESEL

44 Il bioetanolo è prodotto mediante un processo di fermentazione delle biomasse, ovvero di prodotti agricoli ricchi di zucchero ( glucidi) quali i cereali, le colture zuccherine, gli amidacei e le vinacce. In campo energetico, il bioetanolo può essere utilizzato come componente per benzine o per la preparazione dellETBE (Etere Etilbutilico), un derivato alto ottanico. Può essere utilizzato nelle benzine con percentuali fino al 20% senza modificare il motore o, adottando alcuni accorgimenti tecnici, anche puro. Il processo di produzione del bioetanolo genera, a seconda della materia prima agricola utilizzata, diversi sottoprodotti con valenza economica, destinabili a seconda dei casi alla mangimistica, alla cogenerazione, ecc. BIOETANOLO

45 Direttiva –Biocarburanti: obiettivi a livello Comunitario –Il Consiglio dei Ministri del 27 maggio scorso ha approvato il decreto legislativo di attuazione della direttiva 2003/30/CE del Parlamento Europeo sulla promozione dei biocarburanti e di altri carburanti rinnovabili nei trasporti. Decreto Ministero delle Finanze n. 96 del 20 febbraio 2004 –Agevolazioni fiscali per etanolo di origine agricola (bioetanolo) –Utilizzo di 45,5 M stanziati in Finanziaria 2001 Legge 30 dicembre 2004 nr Finanziaria 2005 –Trasla il progetto bioetanolo al triennio –Destina 219 M su tre anni ( ) per defiscalizzazione bioetanolo di origine agricola (vinico, da barbabietole, da cereali) da destinare principalmente a produzione ETBE –Obiettivo iniziale: 1 Milione di ettolitri nel 2005 –Produzione attesa: 3 Milioni di ettolitri nel triennio –Obiettivo finale: 4 Milioni di ettolitri (2 % mercato benzine) Bioetanolo: incentivi (fiscalità) BIOETANOLO

46 Accordo Bioetanolo (Feb.05) ACCORDO VOLONTARIO QUADRO PER LA VALORIZZAZIONE DELLA FILIERA dei BIO-CARBURANTI e per la promozione dellimpiego di BIOETANOLO E di ETBE – ASSODISTIL – CIA – COLDIRETTI – CONFAGRICOLTURA – ITABIA Obiettivi annuali da raggiungere nel triennio (05-07) di validità dellaccordo : – Obiettivo generale: creare le condizioni operative per la produzione e lavvio in carburazione di 1 milione di ettanidri annui di bioetanolo, a partire dal 2005 – Obiettivi legati agli stanziamenti esistenti per la defiscalizzazione, ~ 73 M – ~ 1 milione di ettanidri ( m 3 ) di bioetanolo avviabile alla carburazione BIOETANOLO


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