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Seminario “La sfida della sostenibilità energetica per le imprese agricole” Valorizzazione Energetica delle biomasse Giacobbe Braccio Unità Tecnica Tecnologie.

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Presentazione sul tema: "Seminario “La sfida della sostenibilità energetica per le imprese agricole” Valorizzazione Energetica delle biomasse Giacobbe Braccio Unità Tecnica Tecnologie."— Transcript della presentazione:

1 Seminario “La sfida della sostenibilità energetica per le imprese agricole” Valorizzazione Energetica delle biomasse Giacobbe Braccio Unità Tecnica Tecnologie Trisaia C.R. Enea Trisaia - SS Jonica 106, km UN PROGETTO PER LA RAZIONALIZZAZIONE DELLE POLITICHE DI SOSTENIBILITÀ ENERGETICA 9 Dicembre 2013 – Incubatore d’impresa Sviluppo Basilicata - Metapontum - Metaponto di Bernalda, Mt

2 ktoe Pacchetto Clima e Energia (2009/28/CE) Obiettivo:  20 % reduzione emissioni GHG (  T < 2 °C) vs 1990  20 % riduzione consumi di energia  20 % aumento produzione da FER 10% aumento nel trasporto Energy Roadmap verso il 2050  “Low carbon economy”  Riduzione emissioni GHG del % vs livelli del 1990 GREEN PAPER A 2030 framework for climate & energy policies (competitività, sostenibilità economica e la maturità delle tecnologie, 30 % di bioprodotti al 2030) The EU targets by 2020 and 2050 Energia (Elettricità e Calore) Carburanti x Trasporto Bioraffineria L’impiego delle Biomasse sarà cruciale per il conseguimento dei target EU al 2020 G.F. De Santi – Institute for Energy and Transport (IET-JRC) - 21st European Biomass Conference & Exhibition Copenhagen, 3 June 2013

3 Sviluppo delle energie rinnovabili - Obiettivi

4 Contatore Bioenergie Elettriche FER elettriche M€/Y al 31/08/2013 ( Totale Bioenergie elettriche M€/y) ( FV= 6700 M€/Y Raggiunto il 6 giugno 2013)

5 Biomasse 4.7% Bioliquidi 5.0% Biogas 71.1 % Impianti da 600 kW a 1 MW Contatore Tariffa Omnicomprensiva 88.2 % Fonte : GSE

6 Biomasse 9.3% Bioliquidi 12.8% Biogas 4.4 % 3) Per gli impianti alimentati da rifiuti gli oneri sono riferiti solo all'incentivazione della parte biodegradabile Impianti > 10 MW Contatore Certificati Verdi 82.5 % Fonte : GSE

7 Incentivi alla produzione di energia da biomasse DM 6 luglio 2012 Allegato 1 – Vita utile convenzionale, tariffe incentivanti e incentivi per i nuovi impianti Esempi di tariffe 0÷300 kWe Nell’ipotesi più favorevole: A. Colture dedicate: (CHP) + 30 (emissioni) = 299 €/MWh B. Sottoprodotti : (CHP) + 30 (telerisc.) + 30 (emissioni) = 327 €/MWh Esempi di tariffe 300÷1.000 kWe Nell’ipotesi più favorevole: A. Colture dedicate: (CHP) + 30 (emissioni) = 250 €/MWh B. Sottoprodotti : (CHP) + 30 (telerisc.) + 30 (emissioni) = 279 €/MWh

8 Biogas: sistema incentivante fissa e costante per 20 anni Fonte Tipologia Potenza kW Tariffa base CAR CAR teleriscald. Biomasse Filiera tab 1 B Riduzione Gas serra Emissioni Recupero Azoto 60% Recupero Azoto 30% Rimozione azoto 40% BIOGASBIOGAS Prodotti di origine biologica 1 Sottoprodotti di origine biologica ( tab. 1 A) e rifiuti non provenienti da raccolta differenziata 1 Rifiuti per i quali la frazione biodegradabile è determinata forfetariamente 1

9 9 Trasformazioni energetiche ESTRAZIONE OLI TERMOCHIMICI digestione anaerobica fermentazione alcolica combustione BIOLOGICI esterificazione Biomassa biodiesel etanolo bio-olio syn-gas carbone syn-gas bio-gas CALORE gassificazione pirolisi

10 10 Combustione diretta: – impiegata quasi esclusivamente per la produzione di energia elettrica tramite impianti di potenza media intorno ai 5-10 MW – rendimento elettrico del 20-25% e consumi specifici di biomassa di circa 1-1,4 kg/kWh trasformazione in biocombustibili liquidi (biodiesel da specie oleaginose e bioetanolo da specie zuccherine e amidacee): – tecnologie di produzione da colture agricole dedicate ormai consolidate, produzione in costante aumento produzione di biogas da fermentazione anaerobica di reflui zootecnici, civili o agroindustriali Tecnologie mature per valorizzazione energetica biomasse

11 11 Gassificazione biomassa: Il processo consiste nella trasformazione di un combustibile solido in combustibile gassoso i componenti combustibili presenti nel gas prodotto sono CO, H, idrocarburi; – Le tecnologie più diffuse sono quella a letto fisso e quella a letto fluido, la ricerca è focalizzata allo sviluppo di processi di gassificazione finalizzati a produrre gas di qualità e basso contenuto di catrami, nonché a tutta le sezioni di purificazione. – Altro interesse forte per la gassificazione è la produzione di combustibili liquidi sun- diesel Produzione di bioetanolo da lignocellulosiche Tecnologie più distanti dalla maturità gassificazione per produzione di combustibili liquidi sun-diesel Pirolisi delle biomasse per produzione di biolii TECNOLOGIE VICINE ALLA MATURITA’

12 12 Proprietà delle biomasse residuali Tipo P.C.I. [MJ/kg] ss Densità [kg/m³] Densità energetica [GJ/m³] Dimensioni tipiche [ø mm] Ceneri [%] ss Legno catasta ,4-9, ,1-3 Cippato ,1-4,75-300,1-3 Segatura ,6-3,50,1-0,50,1-3 Paglia di frumento17, ,6-5, Stocchi di tabacco17, , Potatura di olivo17, , Lolla di riso ,6-1, Sansa esausta19, ,6-8,40, Potere calorifico di alcuni combustibili tradizionali [MJ/kg]: Gasolio42 Gas naturale48 Carbone29 Idrogeno120

13 13 gassificazione a letto fisso/MCI combustione con turbina ORC gassificazione a letto fluido con MCI combustione con turbina a vapore potenza (kW el ) necessità annua biomassa (tonnellate di sostanza secca) Energia elettrica da biomasse lignocellulosiche

14 La gassificazione della Biomassa: il processo Gassificazione “Dry” (biomassa “secca” - % umidità <50 %p) Gassificazione Supercritica (% umidità >70 %p) Impieghi gas Combustibile Comb./Chemicals Gassificante Agente Composizione Gas Secco (% v) PCI (MJ/Nm3) H2H2 COCO 2 CH 4 N2N2 C2H4C2H4 Aria < Ossigeno < Vapore “Frazione biodegradabile dei prodotti, rifiuti e residui di origine biologica proveniente dall’agricoltura (comprendente sostanze vegetali e animali) dalla silvicoltura e dalle industrie connesse, comprese la pesca e l’acquacoltura, gli sfalci e le potature provenienti dal verde pubblico e privato, nonché la parte biodegradabile dei rifiuti industriali e urbani” (Decreto Legislativo 28/2011).

15 La gassificazione della Biomassa: Le applicazioni MCITurbina a GasHT Fuel Cell Dipendentemente dal processo di produzione, si ottiene un gas di potere calorifico variabile, daI basso al medio PC, che si presta per la produzione di energia elettrica e calore, attraverso tecnologie convenzionali o avanzate. Il gas di medio PC si presta anche per la produzione di vettori energetici secondari (CH4, FT, MeOH, H2 etc.) e di chemicals. Stirling

16 FT fuels production costs Biomass costs: 7.3 €/GJ FT (4€/GJ BM ) La gassificazione della Biomassa: Conversione in Biofuels Consumo GN (2011) 77.9 Miliardi m GJ/anno (90% importazione) SNG + Biogas da immettere in rete SNG production costs Biomass cost: 4 €/GJ for the 100 and 1000 MWth; e.g. imported biomass) 2 €/GJ for the 10 MWth Prezzo GN: 6 €/GJ Necessary support for production of SNG Petrolio (2013) : €/bbl Biomass To Liquid (BTL) 15 €/GJ FT confront. quando Oil price of ~60 $/bbl

17 La gassificazione della Biomassa: Produzione Elettrica Uso Finale  el (% LHV gas) Motore Stirling< 20 MCI (& ORC)25-30 (35) Turbina a Gas (  TG) HTFC Provato // gassificazione R&S Electric power supply (kW)

18 Quali tecnologie: Reattori da piccola a media taglia Letti Fluidi Bollente Circolante Letti Fissi Up-DraftDown-Draft T. Bridgwater. Review Biomass for energy. J Sci Food Agric 86:1755–1768 (2006)

19 Gli impianti di gassificazione Biomasse in Italia N: 13 Reattori a letto Fisso Up-Draft ; Down-Draft DownDraft // MCI Up-Draft // Stirling (no Gas Cleaning)

20 BIOMASSA Gas Comb., H2, Syngas for BioFuels; SMG … Step chiave alla Maturità tecnologica Step chiave alla Maturità tecnologica Il ruolo dell’attività di R&S Maturità e fruibilità Tecnologia Design e modellazione reattori Gas cleaning e condizionamento Efficienza negli usi finali Integrazione e scale-up di impianto Integrazione FER (Biomasse e Solare) Ridurre i costi di produzione

21 IMPIANTI DI GASSIFICAZIONE ENEA TRISAIA BiomassaSyngas grezzo Aria Vapore DOWNDRAFT fixed bed Air/steam kWth Coupled with ICE for power generation UPDRAFT fixed bed Air/steam 200kWth Coupled with ICE for power generation, Fisher Tropsch Fluidized catalitic bed – external recirculating Air/steam 550kWth Coupled with ICE or FC for power generation, Fisher Tropsch Fluidized bed –Internally recirculating enriched air/steam 1MWth Coupled with ICE for power generation %Vol. H2H2 32 CO17 CH N2N2 0.9 CO H2OH2O32 SYNGAS COMPOSITION %Vol. H2H CO25.1 CH N2N2 9.6 CO %Vol. H2H2 20 CO21 CH 4 4 N2N2 40 CO 2 6 H2OH2O9 %Vol. H2H2 15 CO22 CH 4 3 N2N2 40 CO 2 20 Gas grezzo Aria Zona di combustione Biomassa OssigenoVapore Syngas pulito Biomassa Vapore Aria Syngas pulito Fumi di Combustione SYNGAS COMPOSITION

22 Es.: Integrazione degli step di gassificazione & purificazione gas La tecnologia attualmente più consolidata per la purificazione del gas e’ del tipo ‘a valle’ (downstream). I costi per il trattamento del gas possono contribuire fino al 40 % del costo di investimento. Una possibilità di ridurre i costi, e al tempo stesso aumentare l’efficienza del processo e’ una integrazione spinta del gas cleaning & conditioning direttamente nel reattore di gassificazione Impianto Compatto Riduzione costi di investimento (20-30%) Ridotte perdite termiche Gassificatore BFB con circulazione interna (1MW th ICBFB, Brevettato)

23 Grazie per l’attenzione

24 Type of plantDemonstration plant Fuel Power8000 kW Electrical output2000 kW Thermal output4500 kW Electrical efficiency25,0 % Thermal efficiency56,3 % Electrical/thermal output0,44 Total efficiency81,3 % Cost categoryAmountUnit Investment cost10Mio. EURO Funding (EU, National)6Mio. EURO Operation cost / year % of investm. costs Price for heat (into grid) *2,0€-cents/kWh th Price for heat (consumer )*3,9€-cents/kWh th Price for electricity *16,0€-cents/kWh el ComponentRange (Vol-%) H CO CO CH N ComponentRaw gasClean gasUnit tar1, , mg/Nm 3 particles5,000 – 10,000<5mg/Nm 3 NH <400ppm H2Sn.m ppm L’impianto da 8MW th di Gussing Importante flagship sulla gassificazione di Biomassa per la produzione CHP et al. (*feed-in tariff in Austria; April 2004) 5 Mio.€/MW el


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