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Cremona 18 marzo 2011 Tecnologie di conversione delle biomasse: stato dell'arte e prospettive per lindustria agro-alimentare Ing. Giacobbe BRACCIO- Ing.

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1 Cremona 18 marzo 2011 Tecnologie di conversione delle biomasse: stato dell'arte e prospettive per lindustria agro-alimentare Ing. Giacobbe BRACCIO- Ing. Roberta ROBERTO ( ) tel

2 2Sintesi Aspetti generali delle biomasse nel contesto nazionale Processi di conversione Tecnologie per produzione di energia elettrica e termica nel settore agricolo Attività di ricerca Enea

3 Obiettivo UE per ITALIA Le fonti rinnovabili devono raggiungere almeno il 17% dei consumi finali di energia al 2020

4 Riscaldamento e raffrescamento Piano di azione nazionale per lutilizzo delle Fonti Rinnovabili di cui alla Direttiva 2009/28/CE

5 PIANO DI AZIONE PER LE RINNOVABILI

6 Elettricità Piano di azione nazionale per lutilizzo delle Fonti Rinnovabili di cui alla Direttiva 2009/28/CE

7 Riscaldamento e raffrescamento Piano di azione nazionale per lutilizzo delle Fonti Rinnovabili di cui alla Direttiva 2009/28/CE

8 Trasporti (ai fini dellobiettivo 10%) Piano di azione nazionale per lutilizzo delle Fonti Rinnovabili di cui alla Direttiva 2009/28/CE

9 Piano di azione nazionale per le energie rinnovabili 2,25 Mtep TOTALE BIOMASSE 9,8 Mtep 0,4 Mtep 1,65 Mtep 1,8 Mtep ( 9,1) 5,5 Mtep (9,5) riscaldameno/raffrescamento Elettricità Biofuels lordi 0,2 Mtep 2,5 Mtep (2,9) BIOMASSE 6,94 Mtep TOTALE FR x ob. 17% 22,3 Mtep RISPOSTE E MODELLI CON VALIDITÀ LOCALE BIOMASSE

10 Censimento del Potenziale delle biomasse PARTNER DI PROGETTO Dipartimento di Economia e politica agraria Università di Napoli Federico II Dipartimento di Ingegneria Industriale CRB Università di Perugia Centro ricerche produzioni animali Spa Facoltà di Agraria Area Agronomia/Genetica Università di Bologna Agenzia Nazionale per le nuove Tecnologie, lenergia e lo sviluppo economico sostenibile

11 Portale WEB GIS sulla disponibilità delle Biomasse Produttività Colture energetiche Bilancio Legno Forestale

12 Utilizzatori della piattaforma WEB GIS sulla disponibilità delle Biomasse Green Power biomasse.enea.it RECEPITO ALLINTERNO DELLACTION PLAN MSE PRESENTATO IL 30 GIUGNO 2010 PER LIMPLEMENTAZIONE DELLA DIRETTIVA 2009/28/CE, LA

13 La disponibilità Biomasse in Italia (ENEA) REGIONI Paglie (kTEP) Potature (kTEP) Sanse + Vinaccia (kTEP) Totale Foreste (kTEP) Piemonte 949,6747,7126,93111,07 Valle D'Aosta 0,080,740,170,47 Lombardia 1.385,7717,329,43104,82 Veneto 668,48158,9141,5239,39 Trentino-Alto Adige 0,5827,987,1915,15 Friuli-Venezia Giulia 227,1324,416,2028,19 Liguria 1,628,382,9941,76 Emilia-Romagna 596,38172,4934,79102,40 Toscana 277,43102,8935,42158,04 Marche 206,6025,059,4213,99 Lazio 167,36107,2931,5048,63 Umbria 164,7944,117,6329,07 Abruzzo 87,83125,6930,5526,03 Molise 62,6213,6316,1318,94 Campania 121,41124,0636,5951,87 Basilicata 173,2221,636,4328,26 Puglia 467,21352,33205,3620,10 Calabria 81,27438,19105,5166,58 Sicilia 280,45258,84103,5311,07 Sardegna 99,6252,3415,9928,14 TOTALE KTEP6.019, ,98733,28943,97

14 14 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

15 Biomassa Estrazione Oli Termochimici Biologici M%<50 C/N>30 M%<50 C/N>30 M%>50 C/N<30 M%>50 C/N<30 M% ~35 C/N>35 M% ~35 C/N>35 Digestione Anaerobica Digestione Anaerobica Fermentazione Alcolica Fermentazione Alcolica Coltivazioni & Residui Lignocel. Coltivazioni & Residui Lignocel. Coltivazioni Oleaginose e Residui Coltivazioni Oleaginose e Residui Coltivazioni & Residui Lignocel., Amido e Zuccheri Coltivazioni & Residui Lignocel., Amido e Zuccheri Residui Vegetali Fermentabili, (Liquami Animali) Residui Vegetali Fermentabili, (Liquami Animali) Pirolisi Gassificazione Combustione Processi Conversione Biomasse a Fini Energetici

16 16 Tecnologie utilizzabili Energia elettrica da biomasse gassificazione a letto fisso downdraft con MCI combustione con turbina ORC gassificazione a doppio letto fluido con MCI combustione con turbina a vapore potenza (kW el ) necessità annua biomassa (tonnellate di sostanza secca)

17 BiomassaBiomassa TermochimiciTermochimici Pirolisi Gassificazione Combustione CO 2 + H 2 O + Ceneri CO 2 + H 2 O + Ceneri Gas + CO 2 + H 2 O + Ceneri Gas + CO 2 + H 2 O + Ceneri Char + Gas + H 2 O + Oli + Ceneri Char + Gas + H 2 O + Oli + Ceneri ProcessiProcessi P rodotti P rodotti Gas: CO, H2, Idrocarburi leggeri (CH 4, C 2 H 4, C 2 H 6 …) ER ~ ER = 0 ER 1 Equivalence Ratio O2 eff/O2 stech Equivalence Ratio O2 eff/O2 stech T > 1800°C T ~ °C T ~ 500°C Processi Termochimici Conversione Biomasse

18 UpDraftUpDraft DownDraftDownDraftCrossDraftCrossDraft Gassificatori a Letto Fisso Review: Biomass for energy. Tony Bridgwater. J Sci Food Agric 86:1755–1768 (2006)

19 Facility alla gassificazione delle biomasse per la produzione di energia elettrica e calore co-tri generativo IVECO giri/min 40kWe MCFC 125kWe Turbec T kWe + 165kW risc o 95kW raffr

20 Biomassa Vapore Aria Syngas pulito Fumi di Combustione BiomassaSyngas grezzo Aria Vapore Sviluppo di processi per lottenimento del syngas: Centro Ricerche ENEA di Trisaia LETTO DOWNDRAFT Aria/vapore kWth Idoneo alla produzione di Energia Elettrica con MCI LETTO FISSO UPDRAFT Aria/vapore 150kWth Idoneo alla produzione di Energia Elettrica con MCI LETTO FLUIDO RICIRCOLANTE Aria/vapore 500kWth Idoneo alla produzione di Energia Elettrica con MCI, FC o alla produzione di biocombustibili da F/Tropsh LETTO FLUIDO Aria arricchita/vapore 1MWth Idoneo alla produzione di Energia Elettrica con MCI Specie%Vol. H2H2 32 CO17 CH N2N2 0.9 CO H2OH2O32 COMPOSIZIONE SYNGAS Specie%Vol. H2H CO25.1 CH N2N2 9.6 CO Specie%Vol. H2H2 20 CO21 CH 4 4 N2N2 40 CO 2 6 H2OH2O9 COMPOSIZIONE SYNGAS Specie%Vol. H2H2 15 CO22 CH 4 3 N2N2 40 CO 2 20 Gas grezzo Aria Zona di combustione Biomassa OssigenoVapore Syngas pulito COMPOSIZIONE SYNGAS

21 21 Tecnologie mature per utilizzo termico cogenerativo delle biomasse in agricoltura

22 Conversione energetica della biomassa - COMBUSTIONE DIRETTA: apparecchi ad uso termico (da pochi kW t a diversi MW t ) impianti cogenerativi (da 0,5 MW t ) impianti per la produzione di energia elettrica Impianti a biomassa (combustione diretta) caminetti, termo-caminetti,stufe caldaie legna da ardere bricchette cippato di legna pellet diverse soluzioni tecnologiche e possibili configurazioni (potenza richiesta, tipo di combustibile, localizzazione impianto)

23 Impianti cogenerativi e trigenerativi produzione di energia termica (caldo e/o freddo) e di energia elettrica < 100 kW el tecnologie non pienamente mature e affidabili (combustione +: motori Stirling, microturbine); 200÷2000 kW el combustione +: motori a vapore a vite, turbine a vapore, ciclo ORC (ciclo Rankine con fluidi organici); > 2000 kW el combustione +: turbine a vapore + cicli ad assorbimento per la refrigerazione/climatizzazione Impianti a biomassa (combustione diretta)

24 aria primaria aria secondaria sistemi di controllo e regolazione cenere Moderne caldaie (dotate di sistemi di regolazione a microprocessore e sensori): rendimenti > 90% Impianti a biomassa (combustione diretta)

25 Impianti cogenerativi e trigenerativi Impianti a biomassa (combustione diretta) Misure per ottimizzare la combustione aumentare il rendimento e ridurre le emissioni: qualità del combustibile (NO incenerimento domestico e utilizzo di biomassa qualsiasi) corretto dimensionamento/scelta della potenza qualità e prestazioni dellapparecchio (rendimento, controllo ottimizzato della combustione, sistemi di regolazione, sistemi di pulizia) qualità dellimpianto (progettazione, accumulo termico, impianto idraulico) installazione corretta conduzione e manutenzione

26 26 Legno cippato scaglie di legno di dimensioni variabili standardizzate prodotte con macchine cippatrici da: residui di potature boschive, agricole o urbane; sottoprodotti da segherie e da lavorazione del legno, legname coltivato (SRF). Può essere trasportato mediante coclee, nastri trasportatori o spintori ed è immagazzinabile in depositi e silos. potere calorifico : 8÷16 MJ/kg %M (ca. 10 MJ/kg con 40% umidità M); costo indicativo 5÷12 /t (30%M). 3 kg cippato = 1 litro gasolio = 1,23 Nmc CH 4 Impianti a biomassa (combustione diretta)

27 27 Costo di esercizio relativo ai diversi combustibili (riferito al calore utile) Impianti a biomassa (combustione diretta)

28 BIOGAS: miscela di gas prodotta dalla decomposizione, in assenza di ossigeno, di materiale organico di varia natura metano (50-80%), anidride carbonica (25-40%), varie impurità (H 2 S, CO, H 2, vapore acqueo e altri gas) (0,01%) Biogas da fermentazione anaerobica reflui zootecnici, fanghi di depurazione, frazione organica RSU, residui delle attività agro-industriali E. elettrica e calore: motore endotermico a biogas + recupero calore (circuito olio, fumi, circuito di raffreddamento)

29 29 MCI a biocombustibili (biodiesel, bioetanolo, olii vegetali tal quali) MCI accoppiati a gassificatori (syngas) o digestori (biogas) Turbine e microturbine a gas TG Cicli ORC Motori Stirling Motori a vapore etc Sintesi impianti cogenerativi di piccola taglia

30 30 AGENZIA NAZIONALE PER LE NUOVE TECNOLOGIE, LENERGIA E LO SVILUPPO ECONOMICO SOSTENIBILE SEZIONE BIOMASSE Centro Ricerche TRISAIA


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