BIOCHAR DA GASSIFICAZIONE

ALESSANDRO POZZI

AGT – ADVANCED GASIFICATION TECHNOLOGY / ELY

alessandro.pozzi@agtgasification.com

alessandro.pozzi@elyspa.it

IL BIOCHAR

UN’OPPORTUNITÀ PER IL SETTORE AGRICOLO ED ENERGETICO

C/O OPENFIELDS - COLLECCHIO (PR), 18 LUGLIO 2013

CARBONE VEGETALE: GENERALITÀ

IL CARBONE VEGETALE È IL PRODOTTO DEL PROCESSO DI CARBONIFICAZIONE DI

BIOMASSE, (CIOÈ LA PERDITA DI IDROGENO, OSSIGENO E AZOTO DA PARTE DELLA MATERIA

ORGANICA A SEGUITO DI APPLICAZIONE DI CALORE IN ASSENZA DI AGENTE OSSIDANTE)

MATERIA VEGETALE = CELLULOSA, EMICELLULOSA, LIGNINA, ESTRATTIVI

ORGANICI, MINERALI INORGANICI E ACQUA

LA DISTRIBUZIONE % DEI VARI COMPONENTI VARIA CON LA SPECIE, L’ETÀ + FATTORI CLIMATICI

COME TIPOLOGIA DI SUOLO E CONDIZIONI CLIMATICHE

CELLULOSA, EMICELLULOSA E LIGNINA EVIDENZIANO UN COMPORTAMENTO

DIFFERENTE QUANDO SOTTOPOSTI A UN PROCESSO DI DEGRADAZIONE

TERMOCHIMICA

EMICELLULOSA (220°/315°C) → GAS NON CONDENSABILI, COMPOSTI ORG. A B.P.M. + H2O

CELLULOSA (315°/400°C) → CO2 + H2O + CO + CH4 + CARBONE

LIGNINA (160°/900°C) → GAS NON CONDENSABILI, VAPORI CONDENSABILI E AEROSOL LIQUIDI,

CARBONE

EFFICIENZA DEL PROCESSO DI CARBONIFICAZIONE

COMPOSIZIONE DELLA BIOMASSA : TEMPERATURA : TEMPO DI RESIDENZA

ηfc= (mchar*cfc)/(mbio*(1 – ba))DOVE mCHAR È LA MASSA DI BIOCHAR PRODOTTA, cfc IL CONTENUTO DI CARBONIO NEL BIOCHAR,

mbio LA MASSA DI MATERIALE ORIGINARIO, ba IL CONTENUTO DI CENERI NELLA BIOMASSA

QUANTITÀ PROPORZIONALI DI PRODOTTI OTTENUTI A

DIVERSE T°C IN UN PROCESSO DI FAST PYROLYSIS CON

BIOMASSA DI PIOPPO (FONTE: IEA, 2007)

PROCESSOLIQUIDO

(OLIO)SOLIDO

(BIOCHAR)GAS

(SYNGAS)

FAST PYROLYSIS

TEMP. MODERATA (≈500°C),

BREVE TEMPO RESIDENZA VAPORI

CALDI (< 2 SEC)

75%(25% H2O)

12% 13%

INTERMEDIATE PYROLYSIS

TEMPERATURA MODERATAMENTE

BASSA, MODERATO TEMPO

RESIDENZA VAPORI CALDI

50%(50% H2O)

25% 25%

SLOW PYROLYSIS

TEMPERATURA MODERATAMENTE

BASSA, LUNGO TEMPO DI

RESIDENZA DEI VAPORI

30%(70% H2O)

35% 35%

GASIFICATION

ALTA TEMPERATURA (> 800°C),

LUNGO PERIODO DI RESIDENZA

DEI VAPORI

5% (catrame

+ H2O)

10% 85%

DATI GENERALI DI RESA DEI DIVERSI SISTEMI DI PIROLISI

(FONTE: IEA, 2007)

SISTEMI MODERNI DI PRODUZIONE DEL CARBONE VEGETALE

PRODURRE CHARCOAL IN QUANTITÀ E QUALITÀ SUPERIORE NEL RISPETTO DELLE

NORME AMBIENTALI, CONSENTENDO LO SFRUTTAMENTO DEL GAS PER LA

PRODUZIONE DI E.E. E CALORECICLO CONTINUO → MAGGIORE EFFICIENZA DI CONVERSIONE + RIDUZIONE EMISSIONI

RICICLO E SFRUTTAMENTO DI TUTTI I PRODOTTI → RIDUZIONE EMISSIONI + INCREMENTO RESA

CONTROLLO DEL PROCESSO → RIDUZIONE EMISSIONI + INCREMENTO DELLA QUALITÀ

FLESSIBILITÀ NELL’IMPIEGO DI BIOMASSE DIVERSE (ARBOREE, ERBACEE, SCARTI)

PIROLIZZATORI, FORNI ROTATIVI, GASSIFICATORI, IMPIANTI DI CARBONIZZAZIONE

IDROTERMICA, STUFE A GAS DI LEGNO

PRODUZIONE DI CARBONE VEGETALE DA GASSIFICAZIONE

LA GASSIFICAZIONE È UN PROCESSO DI CONVERSIONE TERMOCHIMICA IN CUI

UNA MATRICE ORGANICA È PARZIALMENTE OSSIDATA ATTRAVERSO UNA

COMBUSTIONE AD ALTA TEMPERATURA (1.200°C)

IMM

AG

INE:

IMP

IAN

TOE

LYS

PA

DIG

AD

ESC

OP

IEV

ED

ELM

ON

A(C

R)

1. ESSICCAZIONE COMPLETAMENTO DELL’ESSICCAZIONE

2. PIROLISII COMPONENTI VOLATILI DELLA BIOMASSA (CELLULOSE

E EMICELLULOSE) EVAPORANO GENERANDO GAS DI

PIROLISI; LA LIGNINA RIMANE IN FASE SOLIDA

FORMANDO CARBONE

PRODOTTI: GAS DI PIROLISI + TAR E CARBONE

3. COMBUSTIONEI PRODOTTI VOLATILI E PARTE DEL CARBONE

REAGISCONO CON L’OSSIGENO LIBERANDO CALORE

PER LE REAZIONI DI GASSIFICAZIONE

PRODOTTI: CALORE + CO, CO2 E H2O

4. GASSIFICAZIONEI PRODOTTI DELLA COMBUSTIONE PASSANO

ATTRAVERSO UN LETTO DI CARBONE ROVENTE

RIDUCENDOSI

PRODOTTI: CO, H2, CH4, H2O

PROCESSO DI GASSIFICAZIONE: IL SISTEMA AGT/ELY

ALL’INTERNO DEL REATTORE IL MATERIALE CARBONIOSO SUBISCE PROCESSI

DIVERSI IN UN GRADIENTE CRESCENTE DI TEMPERATURA:

TRATTAMENTO DEL SYNGAS

IL SISTEMA DI PULIZIA DEL GAS È ASSOCIATO A UN CICLO CHIUSO CHE PERMETTE IL

RICIRCOLO DEL CATRAME E ALTRE IMPURITÀ VERSO IL REATTORE DI GASSIFICAZIONE

IL GASSIFICATORE NON GENERA SCARICHI IDRICI

L’EMISSIONE DI POLVERE DI CARBONE È IMPEDITA DA UN SISTEMA DI ESTRAZIONE CHIUSO

CYCLONES

REA

CTO

R

DEC

AN

TER

SCRUBBER 1ELECTROSTATIC FILTER

ENGINE

IMPIANTO DI GASSIFICAZIONE AGT/ELY: PARAMETRI TECNICI

COMBUSTIBILE LEGNO

PORTATA COMBUSTIBILE AL GASSIFICATORE 500 KG/H S.S.

POTENZA ELETTRICA NOMINALE 500 KW

POTENZA TERMICA NOMINALE 1.500 KW

PRODUZIONE DI SYNGAS 1.200 NM3/H

P.C.I. SYNGAS 1.075 KCAL/NM3

TEMPERATURA INIZIALE SYNGAS 650°C

TEMPERATURA FINALE SYNGAS 50°C

PRODUZIONE DI CARBONE 10% P/P S.S.

AUTOCONSUMI ELETTRICI 75 KW

IMMAGINE: IMPIANTO ELY SPA DI GORIZIA (GO)

IMMAGINE: IMPIANTO ELY SPA DI GADESCO PIEVE DELMONA

(CR)

DATI RIFERITI A UN SINGOLO MODULO DA 500 KWE

PAGLIA DI SOIA

PRODUZIONE DI BIOCHAR: MATERIALI IN INGRESSO/BIOMASSE

NEL CORSO DEGLI ULTIMI ANNI DIVERSI MATERIALI SONO STATI TESTATI

ALL’INTERNO DEGLI IMPIANTI DI GASSIFICAZIONE AGT/ELY PER LA PRODUZIONE

DI SYNGAS, CALORE E BIOCHAR

LEGNO DI CONIFERA

PAGLIA DI CEREALI

SANSA D’OLIVA

PALM KERNEL SHELL

INSILATO DI MAIS

LEGNO DI PIOPPO VINACCIA

CRUSCA DI GRANO

PELLET DI LEGNO(CONIFERA + PIOPPO + CASTAGNO)

CARATTERISTICHE DEL BIOCHAR AGT/ELY: ALCUNE NOTE

IL CHARCOAL DA GASSIFICAZIONE È UN MATERIALE CON CARATTERISTICHE

PROPRIE, CHE DIFFERISCONO DAI CARBONI OTTENUTI A BASSE TEMPERATURE, EVIDENZIANDO FORTE VARIABILITÀ IN RELAZIONE ALLA BIOMASSA IN INGRESSO

SONO IN GENERE CARATTERISTICHE COMUNI:

FINE GRANULOMETRIA

ELEVATA POROSITÀ

REAZIONE MOLTO ALCALINA

ELEVATA STABILITÀ

SONO ELEMENTI DI FORTE VARIABILITÀ:

SALINITÀ, IN CONSIDERAZIONE DEL VALORE DI CENERI

VALORE DI CARBONIO TOTALE (COMPRESO TRA 45%S.S. E OLTRE L’80%S.S.)

LA CARATTERIZZAZIONE DEL MATERIALE È ESSENZIALE AL FINE DI INDIRIZZARE IL

SUO CORRETTO IMPIEGO IN AGRICOLTURA

PRINCIPALI CARATTERISTICHE CHIMICHE DEL BIOCHAR DA

GASSIFICAZIONE: PH, SALINITÀ E CENERI

BIOCHAR

PHEN13037:1999)

SALINITÀ

(EN13038:1999)

CENERI550°C

(EN13039:1999)

POTASSIO

(SOLUBILE IN H2O) (EN13652:2001)

Unità di pH mS m-1 %s.s. mg l-1t.q.

CONIFERA 11,0 38 3,8 307,5

PIOPPO 10,6 121 15,8 2.050,0

PAGLIA DI GRANO 11,3 115 25,0 1475,0

VINACCIA 11,8 710 23,3 10.250,0

SANSA D’OLIVA 9,9 194 10,8 3.250,0

PALM KERNEL SHELL 10,1 40 9,7 485,0

SILO-MAIS 11,6 758 39,3 11.500,0

PH MOLTO ALCALINO, SALINITÀ MOLTO VARIABILE

VALORI MEDI – COEFFICIENTE DI VARIAZIONE SEMPRE < 0.5

CONTENUTO DI CARBONIO TOTALE E STABILITÀ DEL BIOCHAR DA

GASSIFICAZIONE

BIOCHAR

CARBONIO

TOTALE

(METODO

DUMAS)

RAPPORTO H:C(METODO DUMAS)

%DM -

CONIFERA 81.1 0.5

PIOPPO 67.3 0.5

PAGLIA DI

GRANO61.1 0.5

VINACCIA 62.1 0.4

SANSA D’OLIVA 68.5 0.5

PALM KERNEL

SHELL67.1 0.5

SILOMAIS 45.2 0.4

CARBONIO TOTALE → 45%S.S. - 81%S.S.

H:C BASSO, INDICE DI STABILITÀ DEL MATERIALE!

VALORI MEDI – COEFFICIENTE DI VARIAZIONE SEMPRE < 0.5

REATTIVITÀ CHIMICA: OSSIDAZIONE CON BICROMATO

(0,1M -16 ORE)

RESPIRAZIONE: 6 SETTIMANE

POSSIBILI INQUINANTI DEL BIOCHAR DA GASSIFICAZIONE: IL CASO

DEGLI IDROCARBURI POLICICLICI AROMATICI

BIOCHAR

IPA(EN15527:2008)

mg kg-1DM

CONIFERA < 0.1

PIOPPO < 0.1

PAGLIA DI GRANO < 0.1

VINACCIA < 0.1

SANSA D’OLIVA < 0.1

PALM KERNEL SHELL < 0.1

SILOMAIS < 0.1

I VALORI DI IPA MISURATI CON METODO EN SONO ESTREMAMENTE BASSI IN TUTTI I

MATERIALI ANALIZZATI E BEN AL DI SOTTO DELLA SOGLIA DI PERICOLOSITÀ PER LA SALUTE

UMANA (IBI→16 mg kg-1DM)

I DATI ANALITICI RIPORTATI SONO LA

SOMMA DEI VALORI MISURATI DELLE

PRINCIPALI MOLECOLE ELENCATE DALL’

INTERNATIONAL AGENCY FOR RESEARCH

ON CANCER (IARC) COME CAUSA DI

CANCRO

EN 15527:2008 GAS CHROMATOGRAPHY – MASS

SPECTROMETRY (GC-MS) ANALYSIS ON THE

PURIFIED EXTRACT OBTAINED BY SOXHLET

EXTRACTOR WITH CYCLOHEXANE

VALORI MEDI – COEFFICIENTE DI VARIAZIONE SEMPRE < 0.5

TEST DI CRESCITA CON ORZO PRIMAVERILE IN SUBSTRATO A BASE

DI TORBA DI SFAGNO E BIOCHAR DA GASSIFICAZIONE

IN VERDE LE TESI A BASE DI BIOCHAR CHE HANNO RESTITUITO UN SIGNIFICATIVO

INCREMENTO DELLA PRODUZIONE IN TERMINI DI PESO FRESCO DELLA MATERIA VEGETALE

DI CIASCUN VASO

EN 16086-1:2011

EFFECT OF SOIL IMPROVERS ON THE GROWTH OF

SPRING BARLEY IN POT EXPERIMENT

DRY BIOCHAR IS ADDED TO FERTILIZED AND

LIMED SPHAGNUM PEAT (PH 5.5-6.5) AT THE

RATE OF 10, 20 AND 40 g l-1. 700 ML POT ARE USED, 20 SEEDS FOR EACH POT,

3 REPLICATES. AFTER 5 DAYS, GERMINATION

RATE IS DETERMINED, WHILE FRESH WEIGHT IS

MONITORED AS SOON AS THE SECOND TRUE LEAF

OF 50% OF THE PLANTS OF THE CONTROL

SAMPLE ARE BIGGER THAN THE FIRST LEAF.

CONCLUSIONI

L’IMPIANTO DI GASSIFICAZIONE AGT/ELY È CANDIDATO A OFFRIRE UNA

SOLUZIONE SIA ECONOMICA CHE AMBIENTALE: ENERGIA ELETTRICA, CALORE E

BIOCHAR SONO UNA DIRETTA FONTE DI REDDITO E NEL CONTEMPO ASSICURANO

UN CONTRIBUTO ALLE RINNOVABILI

IL BIOCHAR DA GASSIFICAZIONE PUÒ ESSERE UN IMPORTANTE FATTORE PER

AUMENTARE LA PRODUTTIVITÀ AGRICOLA E STOCCARE CARBONIO NEL SUOLO, RAPPRESENTANDO UNA DELLE POCHE TECNICHE REALMENTE C-NEGATIVE

I PRIMI ESPERIMENTI DI UTILIZZO IN AGRICOLTURA DI BIOCHAR DA

GASSIFICAZIONE EVIDENZIANO COME TALE MATRICE POSSA GIOCARE UN

RUOLO ASSAI POSITIVO COME FERTILIZZANTE. LA MAGGIOR PARTE DEI RISULTATI

INDICA INFATTI INCREMENTO DELLA GERMINAZIONE, DELLA CRESCITA

VEGETATIVA E DELLA PRODUZIONE IN TERMINI DI RACCOLTO

GRAZIE PER L’ATTENZIONE!

2ND MEDITERRANEAN BIOCHAR SYMPOSIUM

ENVIRONMENTAL IMPACT OF BIOCHAR AND ITS ROLE IN GREEN

REMEDIATION

16-17 JANUARY, 2014

PALERMO

COMING SOON AT WWW.MEDITBIOCHAR.ORG

ABSTRACT SUBMISSION DEADLINE WILL BE NOVEMBER 30 2013