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Progetto cluster Energie Rinnovabili
REPUBBLICA ITALIANA
Cagliari, 7 marzo 2014
Il settore delle biomasse e dei biocombustibili in Sardegna
Efisio A. Scano
REPUBBLICA ITALIANA
Le Biomasse in Europa
L’associazione europea per le biomasse AEBIOM stima che il contributo delle biomasse all’energia nell’UE può essere incrementato dai 72 Mtep del 2004 ai 220 Mtep del 2020
Attualmente nell’Europa a 27 le biomasse valgono approssimativamente 95,7 Mtep dei quali 40 Mtep destinati alla produzione di calore e 48 Mtep alla produzione di elettricità
Questo enorme volume di energia necessita di risorse forestali addizionali, di colture dedicate, di biomasse acquatiche e di biomasse residuali
Nell’Europa a 27 possono essere impiegati da 20 a 40 Mha di terra per la produzione di energia senza danneggiare la catena europea di produzione degli alimenti
REPUBBLICA ITALIANA
Le Biomasse in Italia
Il target italiano per le energie rinnovabili al 2020 è pari al 17 %. Di cui il 26,4 % per i consumi elettrici, il 17,1 % per il riscaldamento e la refrigerazione, mentre il 10,1 % per i trasporti Le proiezioni per il 2020 prevedono: l’installazione di 2620 MW di impianti a biomasse con una percentuale pari al 3,4 % dei consumi elettrici l’installazione di 5117 MW per la produzione di energia termica con una percentuale pari 9,2 % dei consumi termici
REPUBBLICA ITALIANA
19,74%
3,24%
1,72%
2,99%
32,77%
8,91%
4,58%
21,82% 1,84% 2,40%
Residui colturali del carciofo Residui colturali del pomodoro Residui vitivinicoli Scarti di macellazione Siero di latte ovino Fanghi di depurazione Manutenzione del verde FORSU Acque di vegetazione Sanse denocciolate
Le Biomasse in Sardegna
REPUBBLICA ITALIANA
Tipologia Ind. Casearia Scarti di
macellazione FORSU Reflui
Scarti colt.
Carciofo Scarti Colt. Pomodoro
Colture Dedicate Totale
MW Inst. 1,42 0,37 4,96 111,07 14,02 4,42 21,13 157,38
Tipologia Paglie
Potatura Agrumi e
frutteti Potatura
vite Potatura
olivo Manuten.
Verde Forestali+Arboric.
Scarti Ind.
Legno
Scarti Vitic. ed
Enol. Scarti
nocciol. Sanse Totale
MW Inst. 78,11 15,60 42,70 16,9 4,17 115,77 41,50 2,89 1,58 8,26 327,48
Le potenzialità energetiche delle Biomasse in Sardegna
REPUBBLICA ITALIANA
Le Biomasse residuali in Sardegna
86,57%
8,41%
4,87% 0,16% Reflui zootecnici
Residui agricoli
Residui agroindustriali
Scarti di macellazione
52,60%
26,74%
14,72%
5,50% 0,43% Industria latt/casearia
Industria del legno
Industria olearia
Industria enologica
Industria del pomodoro
30,85%
24,64% 19,43%
9,72%
7,86% 7,51% Residui colturali carciofo
Paglie
Potature vite
Residui colturali pomodoro
Potature ulivo
Potature frutteti
REPUBBLICA ITALIANA
Potenziale energetico delle biomasse residuali
Processi Biochimici (BIOGAS)
Processi Termochimici
0 150 300 450 600 750 900
Industria lattiero/casearia
Scarti di Macellazione
Reflui zootecnici
Scarti di carciofo
Scarti di pomodoro
GWh/anno
0 100 200 300 400 500 600 700
Paglie
Potature frutteti
Potature vite
Potature ulivo
Residui industria del legno
Residui industria enologica
Residui industria olearia
GWh/anno
REPUBBLICA ITALIANA
Stato attuale
Diversi impianti di media taglia (1 MW) localizzati presso imprese agricole e alimentati con colture dedicate Presenza di piccoli impianti per il trattamento dei reflui zootecnici Un solo impianto per il trattamento della frazione organica dei rifiuti solidi urbani (FORSU) Problematiche principali
Difficoltà per l’approvvigionamento della materia prima agli impianti
Mancato impiego dell’energia termica prodotta dai cogeneratori
Collocazione del digestato
Difficoltà ad impiegare mix comprendenti biomasse residuali per l’assenza di processi consolidati
Il settore del BIOGAS
REPUBBLICA ITALIANA
Trattamento del digestato
1.Reimpiego per lo sfruttamento dell’energia residua 2.Impiego agronomico Incremento dell’uso di biomasse residuali
1.Messa a punto di processi di trattamento per biomasse singole ed in mix fra loro Recupero dell’energia termica
1.Impiego in altri processi agroindustriali (concentrazione, essiccamento, pastorizzazione, riscaldamento, refrigerazione)
Frazione organica dei rifiuti solidi urbani (FORSU)
1.Messa a punto di processi di trattamento specifici 2.Dimensionamento di impianti di piccola taglia utilizzabili per la generazione
distribuita di energia
Tematiche di interesse nel settore del BIOGAS
REPUBBLICA ITALIANA
Il settore delle Biomasse Forestali
Stato attuale Impianti di grossa e media taglia alimentati prevalentemente con biomasse di importazione e impianti di piccola taglia alimentati con biomasse locali Problematiche principali
Limitata conoscenza delle caratteristiche delle biomasse diffuse sul territorio regionale
Limitata conoscenza dell’effettiva ritraibilità sull’intero territorio regionale e di
conseguenza della potenza installabile nei diversi territori Costi di smaltimento delle ceneri
Diffusione di cogeneratori di piccola taglia
REPUBBLICA ITALIANA
Tematiche di interesse nel settore delle Biomasse Forestali
Caratteristiche delle biomasse 1.Caratterizzazione delle biomasse forestali in Sardegna 2.Valutazione delle tecnologie di conversione energetica più appropriate per la
regione Stima della ritraibilità 1.Valutazione dell’effettiva ritraibilità delle biomasse nei differenti territori 2.Valutazione del potenziale energetico dei singoli territori Costi di smaltimento per le ceneri 1.Messa a punto di processi di trattamento per l’impiego in campo agronomico e
industriale generale Impianti per la cogenerazione 1.Dimensionamento di impianti di piccola taglia utilizzabili per la generazione
distribuita di energia
REPUBBLICA ITALIANA
Il settore delle Microalghe
Grande interesse internazionale per questo settore, numerose attività di ricerca in corso, ma con risultati che non consentono ancora l’applicazione industriale alla produzione di biocombustibili Prospettive interessanti invece per la produzione di chemicals e di alimenti per il settore ittico Stato del settore Apparecchiature da laboratorio presenti in qualche impresa, centro di ricerca e Università Alcuni impianti pilota disponibili nel laboratorio di Sardegna Ricerche Gli studi effettuati sono rivolti essenzialmente alla crescita delle microalghe ed alla massimizzazione delle rese produttive. Problematiche principali Massimizzazione della crescita Separazione della biomassa dal medium colturale Estrazione delle sostanze di interesse (olio, chemicals)
REPUBBLICA ITALIANA
Tematiche di interesse nel settore delle microalghe
1.Individuazione di specie algali con la massima resa produttiva 2.Individuazione dei sistemi ottimali di separazione e disidratazione della
biomassa algale 3.Valutazione dell’impiego della biomassa algale in processi di pirolisi e
digestione anaerobica 4.Determinazione della convenienza economica allo sviluppo di una filiera
produttiva basata sulle microalghe
REPUBBLICA ITALIANA
Il settore della pirolisi Stato attuale Nessun impianto industriale. Idee e contatti per la realizzazione di qualche impianto alimentato con biomasse legnose ed erbacee. Interesse alla realizzazione di un impianto industriale con l’impiego delle lolle di riso per la produzione di silicio di grado solare Processo molto interessante per il trattamento di rifiuti (secco, pneumatici, ASR) Problematiche principali
Necessità di processi di pretrattamento delle biomasse (riduzione delle dimensioni, essiccamento)
Problemi di stabilità dell’olio ottenuto dalle biomasse
Problemi di miscibilità dell’olio con altri combustibili liquidi
Bassa efficienza energetica complessiva del processo
Necessità di altri processi di trattamento a valle
Complessità e costi dei reattori
Necessità di catalizzatori specifici
Impiego del Char
REPUBBLICA ITALIANA
Tematiche di interesse nel settore della pirolisi
1. Messa a punto di processi di trattamento di residui urbani e industriali 2. Caratterizzazione degli oli di pirolisi
3. Prove di impiego in turbine e motori a combustione interna nella
produzione di energia elettrica e termica
4. Messa a punto di processi di up-grading dell’olio per la produzione di biocombustibili e chemicals
5. Impiego del char come materiale adsorbente in campo ambientale
(bonifica di siti inquinati) 6. Impiego del gas nella produzione di energia
REPUBBLICA ITALIANA
Caratterizzazione di biomasse e di biocombustibili Valutazione della possibilità di impiego di singole biomasse o di mix di
biomasse nella produzione di energia
Messa a punto di processi di produzione di biocombustibili Sviluppo di tecnologie per l’impiego di biomasse nella produzione di
energia
Studio di tecniche di raccolta, stoccaggio e gestione delle biomasse
Le attività generali del laboratorio biomasse e biocombustibili
REPUBBLICA ITALIANA
Impianto pilota biogas
MATERIE PRIME
• Liquami suinicoli e bovini, pollina
• Scarti di macellazione
• FORSU
• Biomasse vegetali
• Scarti agroindustriali
• Fanghi di depurazione
CONFIGURAZIONE E PRESTAZIONI
Contenuto in solidi totali (ST) pari al 15 %
Reattore Plug Flow con volume di 1.1 m3
Temperatura max di esercizio 60°C
Portata di alimentazione 20-50 kg/giorno
Produzione di biogas 1 - 4 m3/giorno
REPUBBLICA ITALIANA
• Caratterizzazione di diversi substrati ai fini della digestione anaerobica
• Digestione anaerobica di singoli substrati
• Codigestione di mix di substrati
• Individuazione di mix ottimali ai fini della resa in biogas
• Valutazione dei parametri di processo
• Ottimizzazione dei processi di digestione anaerobica
• Valutazione delle rese e della qualità del biogas
• Valutazione del reimpiego del digestato
• Valutazione economica dei processi di digestione anaerobica
Attività sperimentale con l’Impianto pilota biogas
REPUBBLICA ITALIANA
Impianto pilota Pirolisi MATERIE PRIME
• Biomasse vegetali • Scarti agroindustriali residui di potatura sanse asciutte cippati di sottobosco
• Materiali di provenienza industriale • Frazione secca RSU
CONFIGURAZIONE E PRESTAZIONI
L’impianto consente la produzione di combustibili gassosi, liquidi e solidi
Portata di alimentazione 100 kg/ora
Temperatura max di esercizio 700°C
Produzione di gas 12-15 m3/ora
Potenza del motore a combustione interna 10 kWe
REPUBBLICA ITALIANA
• Caratterizzazione di diversi substrati per l’impiego nella pirolisi • Test di Pirolisi su singoli substrati e loro miscele • Studio delle condizioni di processo (composizione mix biomasse, tempi,
temperature, velocità di riscaldamento) • Valutazione delle rese, della qualità del gas e degli altri prodotti della pirolisi • Ottimizzazione dei processi di pirolisi
• Valutazione delle possibilità di applicazione pratica dei processi di pirolisi
• Analisi economica dei processi di pirolisi
Attività sperimentale con l’impianto pilota Pirolisi
REPUBBLICA ITALIANA
• Crescono in acqua salata e in acqua dolce
• Assorbono radiazione luminosa, CO2 e acqua e producono biomassa
Fotobioreattori pilota
Le microalghe
I fotobioreattori sono dispositivi che creano le condizioni per la crescita e la coltivazione di microrganismi fotosintetici ossigenici come microalghe e cianobatteri
REPUBBLICA ITALIANA
Attività sperimentale con i fotobioreattori pilota
• Prove di accrescimento e biofissazione di CO2
• Determinazione dei parametri di processo • Ottimizzazione dei processi di crescita algale • Valutazione delle rese in biomassa algale • Valutazione economica dei processi