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Biomasse: un’opportunità industrialeBiomasse: un’opportunità industrialeper un nuovo sviluppo agricoloper un nuovo sviluppo agricolo

David David ChiaramontiChiaramonti

Pag. 1Convegno Nazionale ISES, Roma, 15 Aprile 2010

CREARCREARCentro Ricerca Energie Alternative e RinnovabiliCentro Ricerca Energie Alternative e Rinnovabili

Dipartimento di Energetica “Dipartimento di Energetica “S.SteccoS.Stecco””Università degli Studi di FirenzeUniversità degli Studi di Firenze

Immagine: Prog.Seq-Cure

Sommario

� Bioenergia in EU ed in Italia

� Tecnologie e innovazione


� Sostenibilità

� Barriere ed opportunità agricole ed industriali

Bioenergia: Stato in EUBioenergia: Stato in EUBiogas


Biofuels

� Bioenergia (stima 2008)

� Consumi di ER: principale fonte (> 66%)

� Elettricità Rinnovabile: 17%, dietro idroelettrico (50%) e comparabile ad eolico (21 %)

Contributo agricolo e forestale

� Ad oggi prevalentemente forestale.

� In prospettiva crescita settore agricolo (potenziale superiore)

� Sviluppo significativo bioelettricità e biocarburanti

� Attualmente soprattutto calore

Bioenergy: Targets for heat,

electricity and fuels, 2020 AEBIOM targets for bioenergy , Mtoe

2004: EU 25; Scenario 2020 EU27


Association Européenne pour la BIOMasse

electricity and fuels, 2020 share of biomass from 4.1% in 2004 to 12 – 14% in 2020!

Association Européenne pour la BIOMasse

0

50

100

150

200

250

2004 2020

Imports

Bioenergy fromwaste

Agricultural basedbioenergy

wood basedbioenergy

2.000.000,0

4.000.000,0

6.000.000,0

8.000.000,0

10.000.000,0 TOE

Total EU 2007 (~ 8 MTOE)

Total EU 2008 (~10.5 MTOE)

2.000.000,0

4.000.000,0

6.000.000,0

8.000.000,0

10.000.000,0 TOE

Total EU 2007 (~ 8 MTOE)

Total EU 2008 (~10.5 MTOE)

EUROPA


-

BioethanolBiodiesel

Other

-

BioethanolBiodiesel

Other

� 2007-2008: + 2.5 MTOE (+31. 4 %)

� Crescita inferiore alle previsioni: 45.7 % (2006-2007), 70.9 % (2005-2006)

� Quota biofuels: 2.6 % (2007) � 3.4 % (2008), i.e. +0.8 %.

� Necessario ancora + 2.35 % in soli 2 anni!....

2008Biodiesel: 78.2 %Bioethanol: 17.7 %Other: 4.1 %

200.000,0

300.000,0

400.000,0

500.000,0

600.000,0

700.000,0 TOE

Total ITALY 2007 (~ 0.1 MTOE)

Total ITALY 2008 (~0.7 MTOE)

200.000,0

300.000,0

400.000,0

500.000,0

600.000,0

700.000,0 TOE

Total ITALY 2007 (~ 0.1 MTOE)

Total ITALY 2008 (~0.7 MTOE)

ITALIA


-

100.000,0

200.000,0

BioethanolBiodiesel

Other

-

100.000,0

200.000,0

BioethanolBiodiesel

Other

Stime Commissione Europea (biofuels)

Source: European Commission - The impact of a minimum 10% obligation

for biofuel use in the EU-27 in 2020 on agricultural markets, aprile 2007

Crescita attesa

domanda di

biocarburanti al

2020 (UE-27)


� I Biocarburanti di 2a generazione indispensabili per gli obiettivi Europei, altrimenti

rischio di

� Maggiori importazioni di materie prime

� Incremento prezzi commodities agricole ed importazioni

� Lo sviluppo di queste nuove tecnologie avrà ricadute sull’intero settore bioenergetico!

� Produzione biocarburanti

2000-2008 (IEA)

Produzione e domanda attesa biocarburanti


� Scenario IEA Blu Map :

domanda biofuels

e terreno richiesto

al 2050IEA stima che al 2030 il 9.3 % dei carburanti per trasporti siano biofuel. Il 10 % dei residui potrebbe soddisfare il 45-60 % di questa quota

Costi di produzione

� Esiste la possibilità di raggiungere costi competitivi con i combustibili fossili (nel medio termine), senza ricorrere ad incentivi


IEA - Status of Technologies - SUMMARY

Sourc

e: E

4te

ch, 2009


BIOENERGY – A SUSTAINABLE AND RELIABLE ENERGY SOURCE - A review of status and prospects - IEA BIOENERGY: ExCo: 2009:05

Sourc

e: E

4te

ch, 2009

IEA - Status of Biofuels - SUMMARY


BIOENERGY – A SUSTAINABLE AND RELIABLE ENERGY SOURCE - A review of status and prospects - IEA BIOENERGY: ExCo: 2009:05

1. Fischer-Tropsch2. Dimethylether

Esempi


Esempi

Pure Vegetable Oil (LIFE-Voice, SIEnA,..)� Sist.Estrazione e Filtraggio

Decentr. (120 kg/h semi)

� Conversione di

� Motori (5 - 50 kWe, VWP)

� MGT (30 kWe)

� Trattori (JDeere, VWP)

� Bruciatori (Serre e Scuole)


Microturbina – IBT-Capstone C30


Oli Vegetali Esterificati� Materia Prima

Oli Vegetali Puri� Materia prima producibile anche in piccoli impianti a scala aziendale

� Puro � non modificato chimicamente � possibile re-design impianti decentr.

� Importante la qualità (caratteristiche chimico-fisiche)


� “Oli Acidi”, coprodotti della raffinazione degli oli alimentari (no-food feedstock)

� Esterificazione con glicerina, ricostruzione dei trigliceridi (olio vegetale puro, non biodiesel)

� Ottime caratteristiche chimico-fisiche

� Materie prime distillate � utilizzo in motori

� Disponibilità (proporzionale alla produzione di oli alimentari)

� Ammissibile agli incentivi (18 c€/kWhe), idoneo per produzione biodiesel

� In corso test su motori e microturbine

Pretrattamento: Torrefazione e pirolisi

� Torrefazione: proc. termochimico: patm, T: 180-300°C, no O2

� Incremento densità energetica ( +130 %)

� Riduzione consumo di energia per sminuzzamento

� Biomassa: da igroscopica ad idrofobica

� Pirolisi

� Lenta, intermedia, flash. Carbone + Olio + Gas.


� Lenta, intermedia, flash. Carbone + Olio + Gas.

� Gener.di energia, upgrading ed emulsioni, biochar

0%

20%

40%

60%

80%

100%

Fast P

Intermediate P

Slow P

Gasificatio

n

Gas

Char

Water

Organics

Fonte: T.Bridgwater, 2005

Fonte: ECN

� Impianto a combustione esterna di biomassa

� Studi sin dal 1999: EC Project (2006-2010)

� Scala aziendale (100 kWe, 250 kWth)

ColdColdColdCold

Riccio G., Chiaramonti D. Design and simulation of a small polygeneration plant cofiringbiomass and natural gas in a dual combustion micro gas turbine (BIO_MGT). Biomass and Bioenergy 33 (2009)1520 – 1531, Elsevier

BIO_MGTBIO_MGT

CHP tramite Combustione biomassa


CC1

~T1C1

Power

BiomassFurnace

Chiller

Heat Exc

MixerHeat

Exchang.

CC1

~T1C1

Power

BiomassFurnace

Chiller

Heat Exc

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Heat

Cold

Stack

CC1

~T1C1

Power

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Power

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Power

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Power

BiomassFurnace

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Heat

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CC1

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Power

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Chiller

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CC1

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Power

BiomassFurnace

Chiller

Heat Exc

MixerHeat

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Heat

Cold

StackBIO_MGTBIO_MGT

Gassificazione di biomassa a piccola scala e CHP

� Lunga storia sulla gassificazione alle spalle

� Grande interesse del mercato per la taglia sino ad 1 MWe, numerosi progetti in sviluppo

� Costi di investimento ed affidabilità

� UNIFI: Progetto di cooperazione MATT (I) – MNRE(I) tra CREAR (ed ENEA) ed Indian Institute of Science (IIS).

� Nuova tipologia di gassificatore (twin-fire) accoppiato con motore 100% gas


� Nuova tipologia di gassificatore (twin-fire) accoppiato con motore 100% gas

� Sistema di pulizia gas avanzato

� Installazione impianto prevista per inizio 2011 presso l’azienda agricola Montepaldidell’Università di Firenze

Microalghe per Olio Vegetale

� Microalgae: elevata produttività (15-20 toil/ha contro 4-5 toil/ha palma)

� Progetto “MAMBO” in corso (numerosi produttori di Biodiesel Italiani).

Partnership: Univ.di Firenze (DIBA-CREAR), F&M, SSOG. Coordinamento


Industriale.: NOVAOL ed Assocostieri.

� Obiettivi:

� Sistemi di coltivazione innovativi (a basso consumo energetico):

Fotobioreattori e Vasche . Impianti pilota costruiti ed in prova.

� Analisi approfondita delle caratteristiche degli oli rispetto alla

destinazione “biodiesel”

� Progettazione impianto dimostrativo

Filiera Etanolo da Biomassa Lignocellulosica


Source: IEA-Bioenergy

� Uno dei più promettenti biocarburanti di nuova generazione

� Principali elementi del processo:

� Pretrattamento (per rendere cellulosa ed emicellulosa aggredibili dagli enzimi)

� Idrolisi enzimatica e fermentazione

� Distillazione e separazione bioetanolo

� Valorizzazione energetica e non del coprodotto ricco in lignina

Filiera lignocell.EtOH

� Produzione di Bioetanolo da Cellulosa ed Emicellulosa

� Alcune Criticità

� Pretrattamento: passaggio-chiave per l’efficienza del processo

� Enzimi: efficienza, costi

� Fermentazione dei C5

� Concentrazione bioetanolo – membrane

� Residui ricchi in lignina di difficile gestione (alimentazione)


� Residui ricchi in lignina di difficile gestione (alimentazione)

� Progetto M&G/Chemtex

Biomass

SteamSteam

Filiera BTL: esempio FT-Diesel


Fonte: Boerrigter, v.d.Drift, 2005; d.Huil, 2006

� Alcuni progetti EU dimostrativi in corso per BTL� Es/ Choren, Chemrec, Chrisgas, Guessing/Unique…

Innovative 2nd Generation EU Technologies - BTL


Fonte: www.biodme.eu

Bioraffineria� Chemrec (BTL - pulp mill integration, Mörrum, 45 MWth Black Liquor

Gasification BLG)


Sostenibilità


Sostenibilità� RED (Direttiva CE Promozione RES) - Tecnica LCA

adottata come riferimento per valutazione. Minimo 35 %

risparmio GHG. Vincolante dal 2013.� Risultati fortemente condizionati dai dati di ingresso,

dipendenti in modo significativo da spazio e tempo

� Database utilizzati poco trasparenti e verificabili

� DLU ed ILU change: ulteriore fonte di variabilità nei

risultati (pb oggettività relazione mercati-ILU)

� Normativa nazionale: promozione filiera corta,

ma stimolo trasporto su gomma...

Tipo di mezzoTipo di mezzoTipo di mezzoTipo di mezzo kgCOkgCOkgCOkgCO2222/t*Km/t*Km/t*Km/t*Km Km percorsi Km percorsi Km percorsi Km percorsi per 13,42 per 13,42 per 13,42 per 13,42 kgCOkgCOkgCOkgCO2222/t/t/t/tTirTirTirTir (40t) 89,505E-03 150TankTankTankTank shipshipshipship(trasportooceanico) 8,52E-03 1575


ma stimolo trasporto su gomma... oceanico)BulkBulkBulkBulk carriercarriercarriercarrier(trasportolocale) 31,61E-03 425TrenoTrenoTrenoTreno mercimercimercimerci 31,284E-03 429MixMixMixMix70% ship15% train15% tir 41,88E-03 320

R.Nistri, 2009

D.Chiaramonti, L.Recchia 2009

Opportunità e Barriere


Opportunità e Barriere

2 years 6 months

Fonte: http://www.palmoilhq.com/vegetable-oils/

Il caso del mercato degli Oli Vegetali

� Volatilità� Effetti speculativi� Food vs Fuel� Difficoltà previsioni


� Difficoltà previsioni

Barriere, Criticità ed Opportunità� Tecnologie

� Energia: nuove soluzioni, maggiore efficienza e prestazioni, competizione tra fornitori, anche su

piccola taglia: spesso però i piccoli impianti promettono prestazioni improbabili o irrealistiche.

� Maturità industriale non sempre raggiunta. Garanzie tecniche e finanziarie (piccola taglia)

� Nuovi prodotti (chemicals), bioraffineria. Settore in rapido sviluppo.

� Norme e standard

� Nuove od in sviluppo � essenziale supporto alla maturità industriale

� Autorizzazioni, connessione alla rete


� Autorizzazioni, connessione alla rete

� Tempi, disuniformità e discrezionalità da Regione e Regione (Piani Energ., norme, etc)

� Incentivi e fiscalità

� Tempi, certezza, durata. I sistemi non sono sostenibili senza incentivi, ma dovrebbero!

� Fiscalità in adeguamento.

� Logistica

� Infrastrutture da sviluppare.

� Mondo agricolo

� Aggregazione per massa critica, imprenditorialità (valutazione del rischio).

� Sostenibilità

� Procedure e metodologie. Impatto RED su filiere e mercati (energia e trasporti)

Grazie per l’attenzione


David ChiaramontiCREAR, Centro di Ricerca per le Energie Alternative e Rinnovabili

c/o Diprtimento di Energetica “S.Stecco”Università di Firenze

[email protected]

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