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

DI CHE COSA CI OCCUPEREMO 27/03/2017 DI CHE COSA CI OCCUPEREMO PROGRAMMA TRASFORMAZIONI TERMOCHIMICHE I PROCESSI: La combustione diretta – energia termica La gassificazione – energia termica e meccanica L’impiego di oli vegetali – energia termica e meccanica L’impiego di biodiesel – cenni L’impiego di bioetanolo – cenni

C + O2 CO2 + Energia 4H + O2  2H2O 27/03/2017 COMBUSTIONE DIRETTA C + O2 CO2 + Energia 4H + O2  2H2O 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 kWht/kg di s.s. SV = 90-95% a 600 °C U alla raccolta = 15-60% C/N = 45-130 Ceneri = 5-25% sulla s.s.  = 40-300 kg/m3 Costanti Variabili

COMBUSTIONE DIRETTA: EVOLUZIONE del PROCESSO 27/03/2017 COMBUSTIONE DIRETTA: EVOLUZIONE del PROCESSO CALORE Aria primaria Riscaldamento Essiccazione Pirolisi Ossidazione Carbonio Cenere Gas combustione Pre gassosa Fase combustione Post Fumi

COMBUSTIONE DIRETTA: SOSTANZA VOLATILE 27/03/2017 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

COMBUSTIONE DIRETTA: RENDIMENTO TOTALE 27/03/2017 COMBUSTIONE DIRETTA: RENDIMENTO TOTALE Produzione di calore Trasferimento del calore

COMBUSTIONE DIRETTA: PARAMETRI IMPORTANTI (1) 27/03/2017 COMBUSTIONE DIRETTA: PARAMETRI IMPORTANTI (1) uso refrattari Temperatura della camera di combustione T = 900-1100 °C favoriscono la combustione di tutta la sostanza combustibile 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

PARAMETRI IMPORTANTI (2) 27/03/2017 PARAMETRI IMPORTANTI (2) quantità aria comburente Contenuto CO2 nei fumi [CO2] < 10% vol.  elevate perdite al camino [CO2] > 15% vol.  perdite per incombusti Contenuto ceneri 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 L’EMISSIONE di QUESTI GAS

COMBUSTIONE DIRETTA: COLPI di FUOCO 27/03/2017 COMBUSTIONE DIRETTA: COLPI di FUOCO CARICO MECCANICO del COMBUSTIBILE colpo di fuoco carico continuo carico discontinuo

PERDITE TOTALI ed ECCESSO d’ARIA 27/03/2017 PERDITE TOTALI ed ECCESSO d’ARIA (b) incombusti (a) camino (a + b) TOTALI Q teorica = 5,0-7,0 m3/kg di ss e = 1,5 Q = 7,0-10,5 m3/kg di ss

COMBUSTIONE DIRETTA: ARIA PRIMARIA e SECONDARIA 27/03/2017 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

COMBUSTIONE DIRETTA: GENERATORI TERMICI a LETTO FISSO 27/03/2017 COMBUSTIONE DIRETTA: GENERATORI TERMICI a LETTO FISSO Potenze ridotte P < 40 kW camera semplice con griglia orizzontale

MODALITA’ di IMMISSIONE ARIA 27/03/2017 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 l’ha generata

COMBUSTIONE ORIZZONTALE 27/03/2017 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 dall’aria tutti i gas che si sviluppano passano attraverso la fiamma e bruciano Rendimento e autonomia elevati

COMBUSTIONE DIRETTA: LEGNA TRONCHETTI 27/03/2017 COMBUSTIONE DIRETTA: LEGNA TRONCHETTI manuale, combustione orizzontale manuale, combustione inversa

COMBUSTIONE DIRETTA: LEGNA CIPPATA 27/03/2017 COMBUSTIONE DIRETTA: LEGNA CIPPATA cippato, manuale, combustione inversa, adattabile a caldaie cippato, nastro + doppio cassetto, combustione montante, grata inclinata

COMBUSTIONE DIRETTA: PAGLIA 27/03/2017 COMBUSTIONE DIRETTA: PAGLIA sminuzzata, coclea, combustione montante imballata, pinza dall’alto, combustione montante, potenze medio-elevate (P > 1000 kW)

COMBUSTIONE DIRETTA: TUTOLI 27/03/2017 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

COMBUSTIONE DIRETTA: LOLLA di RISO 27/03/2017 COMBUSTIONE DIRETTA: LOLLA di RISO tramoggia + griglia inclinata, focolare, P > 2000 kW

COMBUSTIONE DIRETTA: MATERIALI a GRANULOMETRIA FINE 27/03/2017 COMBUSTIONE DIRETTA: MATERIALI a GRANULOMETRIA FINE Pellets, chip, gusci, noccioli, vinacce e sanse macinate, lolla, segatura, truciolame ecc. tramoggia + coclea + ventilatore, focolare, potenze medio-elevate

IMPIEGHI INNDUSTRIALI 27/03/2017 GASSIFICAZIONE CnxHny + O2  CO + H2 + CH4 + CxHy + 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 m3/kg di ss) gas povero PCI = 1,3-1,4 kWht/Nm3 AGENTE OSSIDANTE Ossigeno Q = 0,3 kg/kg di ss PCI = 2,6-4,0 kWht/Nm3 AGENTE OSSIDANTE Vapore Q = 0,5 kg/kg di ss gas d'acqua PCI = 3 kWht/Nm3 GASSIFICATORI A LETTO FISSO P < 400 kW termici Pezzatura 1-15 cm Semplici Versatili GASSIFICATORI IN SOSPENSIONE P >2000 kW termici Pezzatura < 1 mm Complessi Specifici IMPIEGHI AGRICOLI IMPIEGHI INNDUSTRIALI

GASSIFICAZIONE: LETTO FISSO CONTRO-CORRENTE 27/03/2017 GASSIFICAZIONE: LETTO FISSO CONTRO-CORRENTE

GASSIFICAZIONELETTO FISSO CO-CORRENTE 27/03/2017 GASSIFICAZIONELETTO FISSO CO-CORRENTE

GASSIFICAZIONE: PRODUZIONE di ELETTRICITA’ da BIOMASSA 27/03/2017 GASSIFICAZIONE: PRODUZIONE di ELETTRICITA’ da BIOMASSA 1.2-1,4 kg di biomassa per kWh

Filtro elettrostatico Produzione carbonella pari al 10% s.s. GASSIFICAZIONE: PRODUZIONE di ELETTRICITA’ da BIOMASSA GASSIFICATORE DA 75 kWel Tipo: Down-flow U% Biomassa = 15% T fornello = 1100°C PCI gas = 1100 kcal/m3 Filtro elettrostatico Produzione carbonella pari al 10% s.s. 2700 €/kW

Filtro a secco con biomasse GASSIFICAZIONE: PRODUZIONE di ELETTRICITA’ da BIOMASSA GASSIFICATORE DA 250 kWel Tipo: Downdraft U% Biomassa = 15% T fornello = 1100°C PCI gas = 1200 kcal/m3 Filtro a secco con biomasse 3800 €/kW

GASSIFICAZIONE: PRODUZIONE di ELETTRICITA’ da BIOMASSA

Motore diesel modificato a gas Consumo gasolio = 5% energia richiesta GASSIFICAZIONE: PRODUZIONE di ELETTRICITA’ da BIOMASSA Motore diesel modificato a gas Consumo gasolio = 5% energia richiesta

OLIO VEGETALE PURO E’ un biocombustibile ottenuto dalla spremitura dei semi di oleaginose quali ad esempio girasole, colza e soia. La produzione dell’olio vegetale puro può avvenire direttamente nell’azienda 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, l’olio 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 l’alimentazione 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 OLEIFICI DECENTRALIZZATI IN GERMANIA PER LA PRODUZIONE DI OLIO VEGETALE PURO PRODOTTO PRINCIPALMENTE DALLA COLZA

OLIO VEGETALE PURO FILIERA

OLIO VEGETALE PURO

OLIO VEGETALE PURO

OLIO VEGETALE PURO

OLIO VEGETALE PURO

OLIO VEGETALE PURO

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

OLIO VEGETALE PURO

ELEMENTI DI ANALISI ECONOMICA OLIO VEGETALE PURO ELEMENTI DI ANALISI ECONOMICA

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

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

I PRODUTTORI DI BIODIESEL IN ITALIA Novaol Ital Bi Oil Comlube De.Fi.Lu. Bakelite Fox Petroli * dati immissioni luglio 2002 - febbraio 2004 Fonte Assobiodiesel

ITALIA CONTINGENTE DEFISCALIZZATO BIODIESEL Legge Finanziaria 2005: Approvazione progetto esenzione accisa per 6 anni Riduzione del contingente da 400.000 a 200.000 tonn/anno nel 2005

BIOETANOLO 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 dell’ETBE (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: incentivi (fiscalità) Direttiva 30-2003 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 311 - Finanziaria 2005 Trasla il progetto bioetanolo al triennio 2005-2007 Destina 219 M€ su tre anni (2005-2007) 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)

Accordo Bioetanolo (Feb.’05) ACCORDO VOLONTARIO QUADRO PER LA VALORIZZAZIONE DELLA FILIERA dei BIO-CARBURANTI e per la promozione dell’impiego di BIOETANOLO E di ETBE ASSODISTIL CIA COLDIRETTI CONFAGRICOLTURA ITABIA Obiettivi annuali da raggiungere nel triennio (‘05-’07) di validità dell’accordo : Obiettivo generale: creare le condizioni operative per la produzione e l’avvio 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 (100.000 m3) di bioetanolo avviabile alla carburazione