PRODUZIONE SOSTENIBILE DI ENERGIA ELETTRICA MEDIANTE GASSIFICAZIONE DI BIOMASSE E CELLE A COMBUSTIBILE Pier Ugo Foscolo e Antonio Germanà (foscolo/germana@ing.univaq.it) Università dell’Aquila, 67100 L’Aquila (AQ) Giacobbe Braccio e Domenico Matera (braccio/matera@trisaia.enea.it) Centro Ricerche ENEA, Trisaia, 75025 Policoro (MT) Struttura del progetto di ricerca Una politica energetica equilibrata non può trascurare le fonti rinnovabili, anche se esse sono destinate a soddisfare quote minoritarie del fabbisogno complessivo. Per ovvi motivi strategici: la diffusione di modelli di sviluppo sostenibili; la salvaguardia dell’ambiente in generale; la riduzione delle emissioni di gas serra, in particolare. Per motivi sociali ed economici: attivazione di filiere produttive differenziate e distribuite sul territorio; ricadute importanti sull’occupazione. Obiettivi specifici del progetto Realizzazione di un impianto pilota integrato costituito da: reattore a letto fluidizzato circolante (500 kW termici, T=850°C), per la gassificazione catalitica di biomasse (gusci di mandorle, scarti legnosi); sistema di purificazione a caldo del gas, per la rimozione dei componenti acidi con un sorbente (ossido di calcio) e del particolato solido fine con filtro ceramico; cella a combustibile a carbonati fusi (125 kW elettrici, T=650°C) con il relativo BoP (balance of plant). Conduzione di ricerche di laboratorio e studi collegati: sviluppo di un catalizzatore Ni-olivina a basso costo da utilizzare nel gassificatore per incrementare il tenore di idrogeno e ridurre la concentrazione di tar; ottimizzazione del progetto e delle condizioni operative del gassificatore mediante un prototipo “freddo” che rispetta la similitudine geometrica e dinamica; implementazione del modello numerico del gassificatore, che combina le cinetiche di reazione e di trasferimento di calore con la fluidodinamica del letto fluidizzato. sviluppo del codice di simulazione del sistema integrato su software commerciali, per definire strategie ottimali di gestione e controllo dell’impianto. Istituzione Università di L’Aquila (Italia) Funzioni nel progetto Coordinazione del progetto; progettazione impianto pilota integrato; studi di laboratorio sulla gassificazioe catalitica Università Tecnica di Vienna (Austria) Progettazione e realizzazione del gassificatore FICFB (Fast Internally Circulating Fluidised Bed); Simulazione del sistema integrato University College London (Gran Bretagna) Modello freddo e simulazione CFD (Computational Fluid Dynamics) del gassificatore Universtià di Strasburgo (Francia) Preparazione e caratterizzazione del catalizzatore Nichel/Olivina Ansaldo Ricerche Srl (Genova- Italia) Sistema di pulizia a caldo del gas: eliminazione a secco dei composti acidi Pall Schumacher GmbH (Cralsheim- Germania) Sistema di pulizia a caldo del gas: eliminazione del particolato solido per filtrazione ENEA – Ente Nazionale per le Nuove Tecnologie, l’Energia e l’Ambiente (Trisaia- Italia) Assemblaggio e conduzione dell’impianto pilota integrato Ansaldo Fuel Cells SpA (Genova- Italia) Progettazione e realizzazione dello Stack della cella a combustibile a carbonati fusi (MCFC) Tra le fonti rinnovabili, le biomasse rappresentano una forma importante di immagazzinamento dell’energia solare e di assorbimento dell’anidride carbonica atmosferica, attraverso la fotosintesi. L’utilizzo di biomasse di rifiuto (scarti forestali, sottoprodotti del settore agro-alimentare, bio-combustibili derivati da rifiuti urbani) per fini energetici riveste particolare interesse in tutti quei Paesi, come ad esempio quelli Mediterranei, in cui scarsa è la disponibilità di “energy crops”. Inoltre, il loro uso consente di evitare i costi connessi con lo smaltimento in discarica e, quindi, contribuisce positivamente al bilancio economico del processo di conversione ad energia. La integrazione diretta tra gassificazione di biomasse e celle a combustibile, una volta che alcuni specifici progressi tecnologici siano stati raggiunti, offre le potenzialità di un sistema per la generazione di energia elettrica con elevata efficienza e bassissimo impatto ambientale. Il progetto R&D, promosso da ENEA e Università dell’Aquila in ambito Europeo, riveste particolare importanza per lo sviluppo delle tecnologie di conversione delle biomasse e di celle a combustibile affidabili, efficienti e competitive sul piano dei costi. La sezione di gassificazione dell’impianto pilota integrato della Trisaia. La sezione di purificazione a caldo del gas combustibile The Trisaia pilot plant Livelli di temperatura nelle zone di gassificazione e di combustione del reattore a letto fluidizzato Caratteristiche del gas combustibile prodotto con il letto del gassificatore contenente il catalizzatore Ni/Olivina (50%) Produzione gas = 1.2-1.5 Nm3/kg di biomassa; Contenuto di Tar nel gas = 0.5 g/Nm3secco; PCI del gas = 13 MJ/Nm3secco Simulazione del gassificatore Fluidodinamica computazionale doppia alimentazione del gas e circolazione del letto Modello “freddo” in plexiglas CONCLUSIONI  I risultati ottenuti indicano la fattibilità tecnica dell’accoppiamento di un processo catalitico di gassificazione di biomasse con una cella a combustibile a carbonati fusi, mediante un sistema di purificazione a caldo del gas; in particolare: Il gas combustibile prodotto dalle biomasse (scarti legnosi, gusci di mandorle) soddisfa le specifiche di progetto in termini di elevato contenuto di idrogeno (>40% in volume), potere calorifico, e basso tenore di tar (<500 mg/Nm3); Il sistema di purificazione a caldo del gas combustibile consente l’abbattimento praticamente completo del particolato solido, e una buona separazione dei componenti acidi (H2S, HCl); La cella a combustibile ha dimostrato di produrre sufficiente potenza elettrica se alimentata da un gas che simula, per composizione, il prodotto della gassificazione. Trattandosi di una cella che opera ad elevata temperatura, l’ossido di carbonio è utilizzato come combustibile in aggiunta all’idrogeno. La realizzazione del BoP della cella, e la integrazione di quest’ultima nell’impianto pilota della Trisaia saranno effettuati nell’ambito di un progetto FISR recentemente finanziato (Gazzetta Ufficiale n° 146, 24 Giugno 2004) .