Incremento dei consumi mondiali di energia

Presentazione sul tema: "Incremento dei consumi mondiali di energia"— Transcript della presentazione:

1 Incremento dei consumi mondiali di energia
I problemi che affliggono l’attuale sistema energetico sono vari, e tra questi i principali sono l’esaurimento dei combustibili fossili e le modifiche all’equilibrio ambientale del pianeta. (Tep= unità di misura convenzionale dell’energia, pari all’energia ottenibile dalla combustione di una tonnellata di petrolio, a cui si attribuiscono 10 milioni di chilocalorie; 1Gtep= 109tep) Fonte: Energia per il futuro. ENEA, vol.23

2 Fonti energetiche utilizzate nei 27 Paesi dell’Unione Europea (dati 2004)

3 Emissioni di CO2 e aumento di temperatura
I problemi che affliggono l’attuale sistema energetico sono vari, e tra questi i principali sono l’esaurimento dei combustibili fossili e le modifiche all’equilibrio ambientale del pianeta. (Tep= unità di misura convenzionale dell’energia, pari all’energia ottenibile dalla combustione di una tonnellata di petrolio, a cui si attribuiscono 10 milioni di chilocalorie; 1Gtep= 109tep) Emissioni di CO2 e aumento di temperatura Fonte: IPCC, Third Assessment Report (2001)

4 All’aumentare del contenuto di idrogeno aumenta la quantità di energia disponibile

5

6 Le possibili soluzioni
Uso di vettori energetici aventi impatto ambientale quasi nullo; ottenibili da fonti energetiche primarie rinnovabili, intercambiabili e ampiamente disponibili; facilmente distribuibili attraverso una rete ampia e diffusa. Una possibile soluzione a queste problematiche potrebbe essere l’uso di un vettore energetico che abbia come caratteristiche di avere un basso impatto ambientale, di essere producibile da più fonti energetiche e di essere facilmente distribuibile. Quando si parla di vettore energetico ci si riferisce non ad una fonte primaria di E, cioè ad una fonte di cui esistono giacimenti, ed è quindi presente in natura in forma direttamente utilizzabile e non deriva dalla trasformazione di nessuna altra forma di energia. Rientrano in questa classificazione sia fonti rinnovabili (quali ad esempio l'energia solare, eolica, idroelettrica, geotermica, l'energia delle biomasse) che fonti esauribili, come i combustibili direttamente utilizzabili (petrolio grezzo, gas naturale, carbone) o l'energia nucleare. Si differenziano dalle fonti di energia secondaria in quanto queste ultime possono essere utilizzate solo a valle di una trasformazione di energia (come l'energia elettrica o l'idrogeno). Fonte:Energia per il futuro. ENEA, vol.23.

7

8 Etanolo

9 Produzione di metano Produzione di etanolo Produzione di biodiesel da microalghe Produzione di idrogeno

10 Il possibile contributo dei rifiuti di natura biologica:
vettori energetici gassosi ottenuti a partire da biomasse CH4 H2

11 Energia da digestione anaerobica

12 Tendenza della produzione di Biogas nell’UE (EurObserv’ER)
Obiettivo UE 15 Tendenza attuale

13 Digestione anaerobica

14

15 I digestori anaerobici

16 Il biogas da discarica

17

18

19 Biodiesel da microalghe

20

21 L’idrogeno come vettore energetico

22 Cella a combustibile (fuel cell)

23 Produzione di idrogeno per via microbiologica:
Processi a basso impatto ambientale Uso di fonti rinnovabili (es. residui dell’agroindustria) Possibilità di applicare strategie multiprocesso/multiprodotto

24 Sistemi integrati di fermentazione e
Biofotolisi dell’acqua Fotofermentazione di composti organici Fermentazione di composti organici I processi di produzione La produzione biologica di idrogeno avviene infatti utilizzando fonti di energia rinnovabili, in un processo a basso impatto ambientale operante a temperatura e pressione ambiente, che può anche essere alimentato da rifiuti di natura organica (scarti vegetali, sottoprodotti di industrie alimentari, etc.). Sistemi integrati di fermentazione e fotofermentazione

25 Es. fermentazione acido mista

26

27 H2 da microrganismi a fotosintesi anossigenica

28 Enzimi coinvolti nella produzione biologica di idrogeno
N2 + 8 H++ 8 e ATP NH3+ H ADP + 16 Pi Nitrogenasi Idrogenasi 2 H++ 2 e H2 Idrogenasi reversibile Idrogenasi "uptake" H H++ 2 e -

29 Biofotolisi diretta dell'acqua
PS II e PS I 2 H2O 4 e- O2 + 4 H+ Fd H2asi 2 H2 Condizioni necessarie: 2 H2O H2 + O2 Microalghe verdi Chlamydomonas spp. Scenedesmus spp.. Produzione in anaerobiosi, luce, bassa PH2 periodo di incubazione al buio

30 Biofotolisi diretta dell'acqua
2 H2O H2 + O2 Cianobatteri Anabaena spp. Nostoc spp.

31 Biofotolisi diretta dell'acqua
(Cianobatteri) Vantaggi Idrogeno prodotto dall’acqua Rilascio O2 Uso luce solare Limitazioni Attività H2-asi “uptake” N2-asi sensibile a O2 Bassi tassi produzione

32 Batteri rossi non sulfurei
Fotofermentazione Substrati organici (acidi) PS I 2 e- Fd H2 4 ATP 2 H+ N2asi Acidi organici x H2 + y CO2 Rhodopseudomonas spp Rhodospirillum spp Batteri rossi non sulfurei

33 Fotofermentazione Vantaggi Idrogeno prodotto da reflui
Uso ampio spettro di luce Tassi superiori a biofotolisi Altri prodotti di interesse applicativo Limitazioni Attività H2-asi “uptake” Produzione di CO2 Competizione con altre vie metaboliche che utilizzano NADH

34

35 H2 + CO2 Sistema a due fasi Fermentazione acidogenesi fototrofa
Residui vegetali Acidi organici Fermentazione fototrofa acidogenesi 1° Fase 2° Fase

36 Sistema a due fasi-1°fase
Fermentazione con microflora autoctona di residui vegetali provenienti dal mercato ortofrutticolo di Firenze RESIDUI VEGETALI

37 Sistema a due fasi-1°fase
Recupero del fermentato. Composizione: Acido lattico 6,5 g/L Acido acetico 1,2 g/L Etanolo 0,15 % (v/v) Ammonio 70 mg/L Sono state effettuate tre fermentazioni vegetali, in tre diverse stagioni autunno-primavera-estate

38 Sistema a due fasi-2°fase
Dispositivo: fermentatore 11 L Durata produzione: 4-5 giorni Tasso di produzione medio = mL L-1h-1 Tasso di produzione max = mL L-1h-1 Conversione substrato/H2 = 24-26%

39 Sistema a due fasi: produzione energia elettrica da H2
L’H2 prodotto ha alimentato una cella a combustibile PEMFC (che ha prodotto energia elettrica con una densità di potenza massima di circa 60 mW/cm2 a temperatura ambiente.