Maurizio.Fermeglia@dicamp.units.it www.di3.units.it Le Filiere dell'Energia “Le Biomasse” 1o Convegno Tematico Maurizio Fermeglia Maurizio.Fermeglia@dicamp.units.it www.di3.units.it

Approccio multiscala alla produzione di biocarburanti Dagli eletttroni … allìimpianto Quanto meccanica - Atomistica Elementi finiti – macro scala Impianto pilota Processo

Simulazione atomistica e mesoscala Lo strumento Simulazioni MD atomistiche (all atoms FF) Simulazione mesoscala (DPD) Il problema La decomposizione di biomassa lignocellulosica per reazione catalitica o enzimatica Per ottenere Relazione struttura e proprietà di microfibre Effetto del solvente (acqua o liquidi ionici - BMIM) per dissolvere la cellulosa Studiando (con simulazione) Dipendenza spaziale della forza dei legami idrogeno Le strutture di solvatazione Il risultato Legami idrogeno tra catene e dentro le catene sono facilmente rotti Legami idrogeno tra I fogli sono persistenti Legami tra I fogli sono fondamentali per i meccanismi di distruzione Altre applicazioni: membrane per la separazione di CH4 da CO2 e per la diffusione di protoni in celle a combustibile

Simulazione atomistica e mesoscala Composizione Cellulosa: 38-50% (glucosio) Emicellulosa: 23-32% (xilosio, arabinosio …) Lignina: 15-25% (composti fenolici) Lipidi: 0-10% (liquidi e solidi) Il problema La decomposizione di biomassa lignocellulosica per reazione catalitica o enzimatica Lo strumento Simulazioni MD atomistiche (all atoms FF) Simulazione mesoscala (DPD) Per ottenere Relazione struttura e proprietà di microfibre Effetto del solvente (acqua o liquidi ionici - BMIM) per dissolvere la cellulosa Studiando (con simulazione) Dipendenza spaziale della forza dei legami idrogeno Le strutture di solvatazione Il risultato Legami idrogeno tra catene e dentro le catene sono facilmente rotti Legami idrogeno tra I fogli sono persistenti Legami tra I fogli sono fondamentali per i meccanismi di distruzione

modelli di processi e di impianti Laboratorio Laboratorio idrolisi della cellulosa a zuccheri riducenti trattamento chimico e microbiologico Diversi trattamenti per biomassa Sistema trifasico biomassa liquido gas acqua acqua + inquinanti aria di processo aria + inquinanti biogas aerobica anaerobica rimozione VOC reattori anaerobici respirometria modelli di processi e di impianti +

Impianto pilota Pilota anaerobico (UASB - EGSB) SPERIMENTAZIONE Specific gas production (SGP): Volume CH4 prodotto per COD substrato caricato [NmLCH4 / gCODin] Specific methanogenic activity (SMA). Volume orario CH4 prodotto per bio-massa caricata [NmLCH4 / (h·gVSS)] Pilota anaerobico (UASB - EGSB) Pilota anaerobico (Batch- 60 L) Reattori anaerobici da banco

Processo: Bio etanolo da molassa (Cuba)

Gassificazione e celle a combustibile Biomass Pre treatment Gasification Gas Clean-up Reforming Burner An. Cath. Water Evaporator Air/Oxygen Pre heating Co generation Compr Turbine Air Donolo G, Fermeglia M., De Simon G., J. Power Sources, 2007

Gassificazione di biomasse e MCFC Simulazione di processo di produzione di energia elettrica tramite cella a combustibile Celle a combustibile ad alta temperatura (MCFC) usate per produrre energia elettrica da gas naturale e/o da biomasse tramite gassificazione. Modellazione in stato stazionario dell’intero processo e in regime dinamico della cella. Donolo G, Fermeglia M., De Simon G., J. Power Sources, 2007

Valutazione impatto ambientale PSP Indexes 1D 3D CAPE OPEN (CoLan) PSP Framework Toxicological data Process Simulators Molecular Modeling Process Design Fermeglia M., Longo, G, Toma L., AIChE J, 2008, in press

si compone delle seguenti parti:

Per Informazioni: Maurizio Fermeglia (Mauf@dicamp. units Per Informazioni: Maurizio Fermeglia (Mauf@dicamp.units.it) Università di Trieste www.di3.units.it