IMPIEGO A FINI ENERGETICI DELLE BIOMASSE giugno 2010 Dott. Giovanni Ghimenti

Vantaggi e limiti connessi all’impiego a fini energetici delle biomasse L’impiego delle biomasse per fini energetici non contribuisce all’effetto serra La quantità di anidride carbonica rilasciata durante la decomposizione della biomassa nel processo di conversione è equivalente a quella assorbita durante la crescita della biomassa stessa

L’ elemento di criticità nella pianificazione dell’impiego energetico della biomassa è rappresentato dal mantenimento di un equilibrio su scala locale tra domanda e offerta, in stretta interdipendenza con il territorio La massima valorizzazione della filiera avviene prevedendo di mantenere in ambito locale le attività di raccolta, trasformazione e utilizzo, con disponibilità e continuità nell’arco dell’anno Le dinamiche economiche e sociali connesse all’avvio di una filiera bioenergetica, se appositamente studiate e promosse, rappresentano un fattore di interesse per agricoltori, imprenditori e pubbliche amministrazioni del territorio

Le colture energetiche possono costituire un’importante opportunità per lo sviluppo di una “nuova” destinazione dei beni agricoli, contribuendo alla diversificazione delle produzioni agricole, alla multifunzionalità dell’agricoltura ed allo sviluppo sostenibile L’avvio di progetti di filiera nel comparto delle agro-energie viene sostenuto a vari livelli in quanto rappresenta un reddito certo (vendita dell’elettricità al GSE) e distribuito nell’arco dell’anno per gli agricoltori.

BIOCOMBUSTIBILI SOLIDI L’energia elettrica e/o termica da biomassa può essere ottenuta ricorrendo a soluzioni tecniche (filiere di conversione energetica) che si differenziano sostanzialmente per caratteristiche della biomassa impiegata principio fisico applicato per la conversione energetica prestazioni conseguibili

I principali fattori che influenzano la scelta del processo di conversione sono riconducibili a tipo, qualità (caratteristiche chimico-fisiche delle biomasse) e quantità di biomassa disponibile forma in cui l’energia è richiesta dall’utente finale fattori ambientali, economici e sociali del contesto in cui viene inserito il progetto

IMPIANTO A GRIGLIA – ORC (ORGANIC RANKINE CYCLE) Una prima tecnologia, ad oggi del tutto matura, prevede il termoutilizzo della biomassa attraverso la combustione diretta della biomassa in caldaia a griglia mobile la conversione dell’energia termica ottenuta dalla combustione in energia meccanica e quindi elettrica con l’utilizzo di un turbogeneratore basato sul Ciclo Rankine a fluido organico (ORC – Organic Rankine Cycle)

Il layout di un impianto di produzione di energia elettrica mediante combustione della biomassa e recupero termico in un ciclo ORC consiste di (1) sezione alimentazione: la biomassa viene prelevata dall’area di stoccaggio mediante sistema automatico (2) combustore a griglia mobile ove avviene la combustione della biomassa (3) scambiatore di calore fumi/olio diatermico; (4) turbogeneratore (ciclo ORC) (5) sezione di trattamento fumi.

ENERGIA TERMICA DISPONIBILE E POSSIBILI IMPIEGHI Un impianto che adotti la tecnologia ORC, di potenza elettrica pari a 1,1 MWe, dispone mediamente di 5 MWth. L’acqua in uscita dall’economizzatore è disponibile ad una temperatura media di 80°C e pertanto risulta idonea ad impieghi nel campo del riscaldamento o teleriscaldamento e per la produzione di frigorie attraverso macchine ad assorbimento, in assetto trigenerativo Supponendo che la centrale funzioni 7.500 h/anno, la produzione di energia termica ammonta a circa 36 GWhth

PIROLISI DELLA BIOMASSA ASSOCIATA A MOTORI A COMBUSTIONE INTERNA Attualmente è disponibile sul mercato soprattutto biomassa come scarto di produzione di prodotti agroalimentari, dell'industria della carta e della cellulosa, di sottobosco La generazione su piccola e microscala di energia elettrica (EE) è appannaggio dei Motori a Combustione Interna (MCI) e delle Turbine a Gas (TG) che necessitano, notoriamente, di combustibili liquidi o gassosi; pertanto, l’eventuale utilizzo di biomassa in alimentazione di MCI o TG deve necessariamente passare per un processo termochimico di gassificazione o liquefazione della stessa

Le tecnologie disponibili per questo scopo sono diverse ma quasi tutte caratterizzate da elevata complicazione impiantistica, rigidità sulle caratteristiche fisico-chimiche della biomassa in ingresso e soprattutto da uno stadio prototipale-dimostrativo di sviluppo anche in termini di ritorno economico dell’investimento. La gassificazione della biomassa può essere ottenuta mediante una combustione parziale della stessa per ottenere un gas ricco di monossido di carbonio CO, ma diluito dall’azoto presente nell’aria, quindi a basso potere calorifico (circa un quarto di quello del metano).

Ove il calore sia ceduto in maniera indiretta, ed in assenza di ossigeno, la combustione non può avvenire e si realizza un processo di pirolisi che porta ad un prima liquefazione della biomassa ed al successivo ottenimento di tre fasi distinte solida carboniosa (char) con un interessante potere calorifico (dello stesso ordine di grandezza di quello della lignite) gassosa (syngas) composta essenzialmente da metano, idrogeno ed ossidi di carbonio, a medio potere calorifico (circa la metà di quello del metano) fase liquida catramosa (tar)

Rispetto alla gassificazione la pirolisi lenta produce un gas combustibile a più elevato contenuto energetico (perché non c’e’ diluizione con aria), quindi di più semplice utilizzo nelle macchine, e due sottoprodotti energetici [carbone (char) e oli (tar)] che possono essere riutilizzati all’interno dell’impianto Il calore di risulta del processo è disponibile in grande quantità; un’aliquota significativa viene generalmente utilizzata per essiccare il combustibile di partenza ed il resto può essere inviato ad una linea di teleriscaldamento oppure utilizzato per essiccare ulteriore biomassa da dedicare alla produzione di biocombustibile solido (pellet o bricchette)

LA TECNOLOGIA B-POWER La nostra tecnologia si basa sull'impiego di un particolare reattore bifunzionale brevettato che permette di ottenere una elevata conversione di biomassa in prodotti energeticamente ricchi La biomassa viene immessa nel reattore di pirolisi mantenuto a temperatura controllata ed i gas ed i vapori, generati durate il ciclo, vengono inviati ad un trattamento di raffinazione che permette di ridurre drasticamente il peso molecolare dei prodotti massimizzando quelli gassosi a temperatura ambiente

Il trattamento di raffinazione, costituito da un particolare processo di conversione catalitica, determina il craking degli idrocarburi a catena lunga non ancora sufficientemente degradati dalla pirolisi contribuendo così da un lato alla purificazione dei prodotti di reazione e dall’altro all’incremento del loro apporto energetico TRATTAMENTO DI RAFFINAZIONE

Il processo garantisce emissioni gassose rientranti ampiamente nei limiti di legge in quanto tutti i fumi di scarico provenienti dai processi di combustione (combustore catalitico e motore a ciclo diesel) passano attraverso un convertitore catalitico per completare le reazioni di ossidazione e ridurre il contenuto di microinquinanti. I fumi uscenti dal convertitore catalitico finale sono sufficientemente caldi e permettono di attuare un recupero sotto forma di energia termica

4.5 x 106 Kcal/t Energia ricavabile da 1000 kg di biomasse                     Energia ricavabile da 1000 kg di biomasse Base di calcolo - calore (energia) teorico ricavabile dalla biomassa 4.5 x 106 Kcal/t

3.87 x 106 Kcal/t Energia utilizzata - calore inviato ai motori                     Energia utilizzata - calore inviato ai motori attraverso i gas ed i vapori di pirolisi 86% Calore di pirolisi 4% Calore disperso 4% Calore di “purge” e transitori 6% 3.87 x 106 Kcal/t

1.35 x 106 Kcal/t Conversione energia termica 35%                     Conversione gas e vapori condensati di pirolisi motore-alternatore Conversione energia termica 35% 1.35 x 106 Kcal/t

0.18 x 106 Kcal/t Dispersione energia in fase pirolisi                     Conversione gas e vapori condensati di pirolisi motore-alternatore Dispersione energia in fase pirolisi 0.18 x 106 Kcal/t

Energia elettrica ricavata (rendimento cautelativo motore 30%)                     Conversione gas e vapori condensati di pirolisi motore-alternatore Energia elettrica ricavata (rendimento cautelativo motore 30%) 1.16 x 106 Kcal/t 1.35 x 103 KWh/t