Esperienze e potenzialit della Stazione sperimentale per i ... · Esperienze e potenzialit della...

La Stazione sperimentale per i Combustibili nel settore dei combustibili rinnovabili:

esperienze e potenzialità

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Giugno 2005 (Rev3)

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• Caratterizzazione merceologica e energetica

• Valutazione della sicurezza nella manipolazione e nello stoccaggio • Comportamento alla combustione

• Impatto ambientale


La situazione attuale

a Stazione sperimentale per i Combustibili (SSC) è un istituto sperimentale L

(ente pubblico economico) che opera principalmente nel campo dei

combustibili svolgendo attività di analisi, studi, ricerche, sperimentazioni e

consulenze.

1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 Andamento dei campioni di combustibili rinnovabili analizzati presso la SSC

mi anni l’attività della SSC, accanto ad una base consolidata legata Negli ulti

ai combustibili fossili (circa 20000 analisi/anno ripartite tra gas, prodotti

petroliferi e carbone), ha registrato una crescente richiesta di analisi su

combustibili rinnovabili e, in particolare, su biomasse vegetali, combustibili

derivati da rifiuti (CDR), biodiesel e biogas, per un ammontare complessivo

superiore alle 1500 analisi/anno.


Lo sviluppo di tale attività, focalizzata principalmente alla caratterizzazione

analitica, è ben rappresentato nel grafico successivo dove vengono

segmentate le varie tipologie di combustibili rinnovabili.

Dagli andamenti degli ultimi anni risulta evidente il ruolo preponderante che

stanno acquisendo le biomasse vegetali.

1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004

biomasse vegetali

CDR

biogas

biodiesel

L’ampia gamma di

segatura, vinaccioli

SSC di acquisire u

delle biomasse che

utili non solo nell’am

alla valutazione dell

fini energetici. Nel

SSC per l’analisi e l

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Tipologia dei combustibili rinnovabili analizzati

materiali analizzati (sanse, lolla di riso, cippato di legno,

, scarti di lavorazioni e materiale vario) ha permesso alla

na profonda e articolata conoscenza delle proprietà sia

dei biocombustibili, consolidando competenze specifiche

bito analitico, ma anche per un più ampio progetto teso

e problematiche connesse all’utilizzo dei biocombustibili a

seguito vengono presentate le potenzialità offerte dalla

o studio dei combustibili rinnovabili.

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CARATTERIZZAZIONE MERCEOLOGICA E ENERGETICA La SSC dispone di strumentazione analitica altamente specializzata che

consente un’accurata caratterizzazione merceologica e chimico-fisica dei

combustibili solidi, liquidi e gassosi.

In particolare è possibile determinare i seguenti parametri :

sulle biomasse solide :

• Analisi immediata (umidità, materie volatili, ceneri)

• Analisi elementare (carbonio, idrogeno, azoto)

• Contenuto di cloro e di zolfo

• Contenuto in metalli pesanti

• Potere calorifico superiore e inferiore

• Composizione e comportamento termico delle ceneri

• Temperatura di fusione delle ceneri

• Densità vera

• Densità in mucchio

sui biogas:

• Composizione (metano, anidride carbonica, azoto e altri costituenti)

• Contenuto di composti solforati


• Massa volumica


sui biodiesel :

• Massa volumica

• Viscosità

• Punto di infiammabilità

• Analisi elementare (carbonio, idrogeno, azoto)

• Contenuto di zolfo

• Residuo carbonioso

• Numero di cetano

• Contenuto di ceneri solfatate

• Contenuto di acqua

• Contaminazione totale

• Corrosione su lamina di rame

• Stabilità termico-ossidativa

• Valore di acidità

• Contenuto di fosforo

• Metalli alcalini (Na + K)

• Contenuto in metalli pesanti

• Punto di scorrimento

• Prova di filtrazione a freddo (CFPP)



VALUTAZIONE DDEELLLLAA SSIICCUURREEZZZZAA NNEELLLLAA MMAANNIIPPOOLLAAZZIIOONNEE EE NNEELLLLOO SSTTOOCCCCAAGGGGIIOO Presso i laboratori della SSC vengono effettuate determinazioni e

sperimentazioni su gas, vapori, nebbie e polveri per definirne le

caratteristiche di infiammabilità e di autoaccensione, parametri

indispensabili ai fini della valutazione dei rischi di incendio e di esplosione

nella manipolazione e nello stoccaggio dei prodotti.

La tipologia di prove che vengono eseguite è in buona parte estendibile

anche alle biomasse sulle quali è quindi possibile valutare:

• Infiammabilità (solidi) a

• Suscettibilità all’autoaccensione a

• Temperatura di autoaccensione relativa dei solidi

• Infiammabilità a contatto con l’acqua

Su campioni polverizzabili possono inoltre essere eseguite, ai fini della

valutazione del rischio (atmosfere esplosive sotto forma di nubi di polveri) le

seguenti determinazioni :

• Limite inferiore di infiammabilità

• Temperatura di autoaccensione in nube e in strato

• Concentrazione limitante di ossigeno

• Parametri della violenza dell’esplosione

• Energia minima di accensione

• Resistività elettrica

(a) La valutazione può essere effettuata in conformità sia alla normativa Europea (Direttiva 67/548/CEE) in materia di “classificazione ed etichettatura delle sostanze pericolose” sia secondo il Manual of Test and Criteria dell’ADR (European Agreement concerning the International Carriage of Dangerous Goods by Road).


COMPORTAMENTO ALLA COMBUSTIONE Nel settore dei combustibili per riscaldamento la SSC, accanto alla

tradizionale caratterizzazione chimico-fisica, è in grado di condurre una

estesa attività di ricerca e sperimentazione su prodotti gassosi, liquidi e solidi:

combustibili tradizionali e alternativi (emulsioni, biomasse) e prodotti organici

potenzialmente adatti allo smaltimento.

L’Istituto è dotato di impianti termici sperimentali con potenza da 25 a 300

kW. In queste prove sperimentali vengono valutate sia le caratteristiche

prestazionali dei prodotti (stabilità della combustione, rendimenti termici) sia

le emissioni (in particolare CO, SO2, NOx, particolato).

Inoltre nella valutazione del comportamento dei combustibili solidi al riscaldamento e alla combustione, la SSC è in grado di condurre:

• Studi di pirolisi rapida su reattore a lamina in grado di raggiungere

temperature di 1200°C con velocità di riscaldamento fino a 104 °C/s

• Studi di ossidazione di materiali solidi in atmosfera controllata

• Modellazione della combustione di solidi sia in termini fluodinamici che

cinetici

• Indagini mediante tecniche non convenzionali: termogravimetria (TG) e

calorimetria differenziale a scansione (DSC).


IMPATTO AMBIENTALE

Parte dell’attività SSC in campo ambientale riguarda il controllo e la

caratterizzazione delle emissioni gassose alla fonte :

- emissioni gassose prodotte da impianti termici di uso civile e

industriale* (centrali termoelettriche, inceneritori, cementifici,ecc.)

- controllo e verifica dei sistemi di monitoraggio in continuo

- emissioni autoveicolari

• Emissioni da impianti Per impianti che utilizzano biomasse, anche sulla base di competenze

sviluppate su caldaie sperimentali alimentate con combustibili tradizionali e

rinnovabili, è in grado di effettuare le seguenti determinazioni :

Parametri analitici Parametri termotecnici

Anidride carbonica Portata fumi

Monossido di carbonio Temperatura fumi

Ossidi di azoto (NO e NO2) Ossigeno nei fumi

Anidride solforosa

Contenuto di umidità

Numero di Bacharach

Composti carbonilici specifici

Idrocarburi Policiclici Aromatici (IPA)

Composti organici volatili (espressi come C totale)

Particolato totale

PM2.5 e PM10

*Tra le esperienze più recenti e significative segnaliamo la sperimentazione sulla qualità dei combustibili per uso civile (svolta in collaborazione con ENEA, CTI e IPASS) promossa da Ministero Ambiente, Regione Lombardia, Regione Piemonte e Associazioni di settore (2003).


• Controllo e verifica dei sistemi di monitoraggio in continuo La SSC è in grado di effettuare prove di validazione dei sistemi automatici di

monitoraggio delle emissioni (SME) secondo quanto indicato dal DM

21.12.95.

• Emissioni da autoveicoli e prestazioni motoristiche La SSC vanta esperienza pluridecennale in questo campo.

Viene studiata l'influenza delle caratteristiche dei combustibili e dei dispositivi

antinquinamento sulle emissioni inquinanti, regolamentate (CO, HC, NOx,

PM) e non (microinquinanti), sulla distribuzione del particolato fine e sul

consumo di combustibile.

La misura delle emissioni e del consumo viene effettuata su autoveicoli (con

motore ad accensione comandata e diesel) in marcia simulata su banco

dinamometrico a rulli.

Le sperimentazioni vengono effettuate in conformità con procedure

normalizzate (ECE, EPA, ecc.) e non (cicli di guida non convenzionali).

Per i combustibili di origine vegetale in particolare, si segnalano le

sperimentazioni riguardanti la valutazione del comportamento prestazionale e

ambientale a medio e lungo termine di autovetture turbodiesel alimentate con

miscela di gasolio/esteri metilici di acidi grassi (1986) e di un motore diesel ID

per trattori alimentato con esteri etilici di olio di palma (1993).


I nostri interlocutori Le attività specialistiche della Stazione sperimentale per i Combustibili sono

rivolte principalmente a:

• Istituzioni ed Enti pubblici

• Università e Istituti di ricerca

• Enti di Normazione

• Associazioni e operatori del settore (produttori e/o utilizzatori di

combustibili rinnovabili; progettisti e costruttori di impianti termici)

• Laboratori di analisi


PPuubbbblliiccaazziioonnii SSSSCC ssuu bbiiooccoommbbuussttiibbiillii ee bbiioommaassssee G.Salvi, E.Zanella Gassificazione in letto fluidizzato di biomasse e scarti industriali - La Rivista dei Combustibili 32 (1978) p. 233) M.T. Feruglio E. Zanella Studi sulla pirolisi rapida di vinacce - La Rivista dei combustibili 39 (1985) p. 313 F. Avella Formulazione, caratteristiche e impiego di un combustibile misto gasolio-derivati vegetali in motori diesel veloci - La Rivista dei Combustibili 41 (1987) p. 252 E. Zanella, E. Parodi Pirolisi rapida di biomasse in letto trascinato - La Rivista dei Combustibili 42 (1988) p. 265 G. Salvi Unità di gassificazione della lolla di riso munita di un gruppo elettrogeneratore - La Rivista dei combustibili 45 (1991) p. 243 Avella F., Galtieri A., Fiumara A. Characteristics and Utilization of Vegetable Derivatives as Diesel Fuels - La Rivista dei Combustibili 46 (1992) p. 181 F. Avella, S. Anselmi Prova di durata di un motore diesel ID alimentato con esteri etilici di olio di palma - La Rivista dei Combustibili 48 (1994) p. 99 G. Pinelli Stabilità delle miscele gasolio-biodiesel : aspetti analitici e metodi di prova - La Rivista dei Combustibili 55 (2001) p. 173 G. Migliavacca Cinetica di pirolisi e degradazione di carbone e biomasse - La Rivista dei Combustibili 57 (2003) p. 59 M. Perini (1), G. Migliavacca, A. Mancini (1), La termovalorizzazione dei rifiuti: la combustion engineering quale strumento gestionale degli inceneritori. Riv. Combustibili (2004), 58, 92 T. Zerlia , G. Pinelli Come si inseriscono le biomasse nel panorama dei combustibili alternativi, Convegno Impieghi e potenzialità di sviluppo dei combustibili alternativi, Istituto di Ricerca Internazionale, Milano, 22-23 giugno 2004 S. Frigerio(2), G. Migliavacca, T. Faravelli(2), E. Ranzi(2), “Carbon and Biomass Gasification. GRICU, Ischia, 2004 (1)Orim srl, Piediripa di Macerata (MC) (2)Dipartimento Chimica Materiali e Ingegneria Chimica, Politecnico di Milano G. Pinelli, T. Zerlia La caratterizzazione energetica e merceologica delle biomasse vegetali - La Rivista dei Combustibili 59 (2005) p. 23


SSttuuddii SSSSCC Nell’ambito di un accordo di collaborazione con il CTI, la SSC ha collaborato, per la parte riguardante la caratterizzazione analitica, alla realizzazione del progetto BIOCEN (Gestione e valorizzazione delle ceneri di combustione nella filiera Legno-Energia) sviluppato nell’ambito di un Programma Regionale di ricerca della regione Lombardia, 2004. Stazione sperimentale per i Combustibili, Dipartimento di chimica, materiali e ingegneri chimica del Politecnico di Milano, Istituto di chimica e biochimica G. Ronzoni Studio fondamentale della devolatilizzazione dei combustibili solidi: relazione fra struttura e prodotti di pirolisi Progetto RBAU014SW3 – FIRB (Fondo per gli investimenti della ricerca di base), 2004-2006. Nell’ambito del progetto Nuovi Combustibili e Nuove tecnologie verranno affrontati, tra gli altri, i seguenti sottotemi : impiego di fonti rinnovabili (biomasse) per uso energetico produzione di H2 da combustibili fossili e da biomasse

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Redazione curatada Pianificazione Strategica SSC

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