L’EFFICIENZA ENERGETICA LE RINNOVABILIL’EFFICIENZA ENERGETICA, LE RINNOVABILIE L’INNOVAZIONE IN AGRICOLTURA

TECNOLOGIE DI CONVERSIONE DELLE BIOMASSEI Gi bb BRACCIOIng. Giacobbe BRACCIO 

ENEA TRISAIARoma 20 dicembre 2010

BIOMASSE PROCESSI DI CONVERSIONE ED USI FINALI

Biomasse Usi FinaliProcessi di Conversione

Fonte: Set Plan Conference Brussels‐Nov 2010

BIOMASSE: PROCESSI TERMOCHIMICI

BIOMASSA LIGNOCELLULOSICA

Combustibili Sintetici/Idrocarburi da Carburanti per aviazioni e 

LIGNOCELLULOSICA GASSIFICAZIONE delle biomasse motori diesel

Biometano ed altri combustibili gassosi ottenuti attraverso GASSIFICAZIONE

Mercato del gas naturale e di altri BIOGAS

Generazione di Potenza ad elevata  Elettricità e Caloreefficienza di trasformazione attraverso 

GASSIFICAZIONE

Elettricità e Calore

Vettori bioenergetici attraverso altri processi termochimici(es PIROLISI, 

TORREFAZIONE, etc.)

Combustibile per riscaldamento, generazione di potenza o post upgrading pero post upgrading per automotive

Fonte: Set Plan Conference Brussels‐Nov 2010

BIOMASSE: PROCESSI CHIMICI e BIOLOGICI

BIOMASSA b b l lLIGNOCELLULOSICA Etanolo ed alcoli superiori 

attraverso FERMENTAZIONEdegli zuccheri

Combustibile nel settore automotive

COLTURE ENERGETICHE

ZUCCHERI

Idrocarburi dagli zuccheri contenuti nelle biomasse 

attraverso PROCESSI BIOLOGICIe/o CHIMICI

Carburanti per aviazioni e motori diesel

MICROALGHECombustibile per trosporto 

ottenuto da MICRORGANISMI e successivo upgrading

Fonte: Set Plan Conference Brussels‐Nov 2010

STATO DELL’ARTE DELLE TECNOLOGIE DI CONVERSIONE

Ricerca e Sviluppo Dimostrativi Pre‐Commerciali Commerciali

TorrefazionePirolisi Pellettizzazione

Densificazione 

HTU1Pirolisi Pellettizzazione

Gassificazione Combustione in Caldaia

della Biomassa

Biomassa per Calore

ORC2

Motori StirlingCicli a VaporeCombustione

IGFC3Gassificazione + Cicli a Vapore

IGCC4

IGGT5Gassificazione

Co Combustione Co‐Combustione Indiretta Co‐Combustione Parallela Co‐Combustione DirettaCo‐Combustione

Digestione Anaerobica Fuel Cells Microbiche Upgrading del Biogas Produzione Biogas

Tecniche di densificazione delle Biomasse

Biomassa per CaloreBiomassa per Elettricità 

e cogenerazione

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

1 Upgrading Idrotermico; 2 Organic Rankine Cycle; 3  Gassificazione integrata alle fuel cell; 4/5 Gassificazione integrata ai cicli combinati CC/turbine a gas GT

STATO DELL’ARTE DEI BIOCOMBUSTIBILI

Ricerca e Sviluppo Dimostrativi Pre‐Commerciali Commerciali

BioEtanolo

Biodiesel

Etanolo da Lignocellolosa

Etanolo da zuccheri

Biodiesel da Diesel daSyndiesel da

Gassificazione + Metanazione

Biogas Upgrading

Biodiesel

Biometano

Biodiesel da Microalghe

Diesel da IdrigenazioneDiesel da 

TransesterificazioneSyndiesel da 

gassificazione + FT1

DME2BiobutanoloAltri Combustibili 

e AdditviMetanolo

IdrogenoGassificazione + Metanazione

Biogas Upgrading

1. Fischer‐Tropsch2. Dimethylether Biofuel Gassosi

Biofuel Liquidi

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

DENSIFICAZIONE BIOMASSA: TORREFAZIONE

PARAMETRI DI PROCESSO

• Temperatura: 200‐300°C30% Materia

10% E iTemperatura: 200 300 C

• Tempo di Residenza: 10‐30min

• Taglie: <4cm;TORREFAZIONE

250‐300°C100% Materia

10% Energia

70% Materia

90% Energia

• Assenza di ossigeno

• Pressione atmosferica

250 300 C100% Energia BIOMASSA 

TORREFATTA

BIOMASSA 

VANTAGGI

•Incremento dell’uniformità qualitativa della biomassa torrefatta;

•Trasporto e logistica;

•Volumi e facilità di stoccaggio;

•Diminuzione dell’umidità dal 40‐50% fino a valori compresi traDiminuzione dell umidità dal 40 50% fino a valori compresi tra 1% e 6%

RENDIMENTI ELETTRICI vs UTILITY DI CONVERSIONE e TAGLIE di IMPIANTO

TECNOLOGIE PER LA PRODUZIONE DI ENERGIA ELETTRICA E CALORE DALLE BIOMASSE: TAGLIE DI IMPIANTI

Necessità annua biomassa (tonnellate)

Combustione

400.000400 800 4.000 8.000 20.000 40.000 80.000

(tonnellate)

gassificazione

combustione con turbina

ORCcombustione con turbina a

a letto fluido/dig. anaerobica Gassificazione

gassificazion gassificazione a

vapore

e a letto fisso

downdraftcon MCI

gass ca o e adoppio letto

fluido con MCI

Digestione 

50.000100 500 1.000 2.500 5.00050 10.000

anaerobica

Potenza alimentabile (kW)

Sviluppo di processi per l’ottenimento del syngas:Centro Ricerche ENEA di Trisaia

LETTO FLUIDO RICIRCOLO INTERNO Specie %Vol.

COMPOSIZIONE SYNGASSyngas pulito

Aria arricchita/vapore 1MWthIdoneo alla produzione di Energia Elettrica con MCI

H2 32

CO 17

CH4 6.2

N2 0.9

CO2 20.9Biomassa

Syngas pulito

Fumi di Combustione

LETTO FLUIDO CATALITICO RICIRCOLANTEAria/vapore 500kWthIdoneo alla produzione di Energia Elettrica con MCI FC o alla

H2O 32

COMPOSIZIONE SYNGAS

Specie %Vol.

H2 34.1

CO 25.1

OssigenoVapore

Biomassa

VaporeAria

Biomassa Syngas grezzo LETTO FISSO UPDRAFT

Idoneo alla produzione di Energia Elettrica con MCI, FC o alla produzione di biocombustibili da Fischer Tropsh

CH4 10.4

N2 9.6

CO2 20.8

COMPOSIZIONE SYNGAS

Aria

Vapore Aria/vapore 150kWthIdoneo alla produzione di Energia Elettrica con MCI

Specie %Vol.

H2 20

CO 21

CH4 4

N2 40

CO2 6

H2O 9

LETTO FISSO DOWNDRAFTAria/vapore 150‐450kWthIdoneo alla produzione di 

COMPOSIZIONE SYNGAS

Specie %Vol.

H2 15

CO 22

CH4 3

N2 40

Gas grezzo

Aria

COMPOSIZIONE SYNGAS

Energia Elettrica con MCIN2 40

CO2 20Zona di  combustione

PIATTAFORMA DI TEST ENEA per la produzione di energia elettrica e calore co‐tri generativo su piccola scala(<1MWe)

IVECO 82100 2200giri/min 40kWeIVECO 82100 2200giri/min 40kWe MCFC 125kWeMCFC 125kWe Turbec T100 100kWe + 165kW risc o 95kW raffrTurbec T100 100kWe + 165kW risc o 95kW raffr

PIATTAFORMA SPERIMENTALE DI SUPPORTO/TEST IMPIANTI INDUSTRIALI PICCOLA SCALA

Gassificazione: usi finali per la produzione di energia elettrica e calore

MOTORE A COMBUSTIONE INTERNAGASSIFICATORE

Filto ceramico a candele catalitiche

MOTORE A COMBUSTIONE INTERNA

UTILIZZATORI

MOTORE STIRLING

TURBINA A GAS(CCGT)

TURBOGENERATORE ORC

FUEL

Additive e catalizzatori ‘in bed’

CELLS

IMPIANTO UNIQUE: LETTO FLUIDO A RICIRCOLO INTERNO

Attività congiunte con Guessing

Caratteristiche Guessing

F l 8 MWFuel power 8 MW

Electrical power 2 MW

Thermal power 4.5 MWThermal power 4.5 MW

Operation hours gasifier > 47,000 h

CHP operation > 42,000 h

BIOMETANO da BIOGAS 

UPGRADING DEL BIOGAS A BIOMETANO

Raffinazione del biogas(55‐60% in metano) per ottenere biometano alimentabileRaffinazione del biogas(55 60% in metano) per ottenere biometano alimentabile alla rete di distribuzione

Biogas Rimozione di H2S ed altri contaminanti

Rimozione della CO2

BIOMETANO ALLA RETE DI DISTRIBUZIONE

CO2 < al 3% Zolfo totale < a 150 mg/m3

IMPIANTO SPERIMENTALE PER TEST MEMBRANE SEPARATIVE Scale up dell’impianto 

di l b idi laboratorio

Rete di distribuzione e/o settore Automotive

MODULI A MEMBRANE

GRANDI IMPIANTI PER BIOFUELS E BIORAFFINERIAPER BIOFUELS E BIORAFFINERIA

Agricoltori come fornitori di materia prima

PRODUZIONE DI ETANOLO DA LIGNOCELLULOSICI

Il processo di produzione del bioETOHApplicazione ENEA per il bioETOH

IMPIANTO INTEGRATO DI GASSIFICAZIONE CON FISCHER TROPSCH

Metanolo e Chemicals

Modelle Proposto: Reattore a Stadi Adiabatici

Aggiornamento Portale WEB GIS sulla disponibilità  delle BiomasseAggiornamento Portale WEB GIS sulla disponibilità  delle Biomasse

Bil i L F t l

I sette data base Provinciali:Residui agricoli ; Legna forestale; Biogas Bovini;Biogas Suini Biogas FORSU;Biogas scartiBilancio Legno Forestale Bovini;Biogas Suini, Biogas FORSU;Biogas scarti Macellazione;  Colture energetiche

025

30

Card

oProduttività Colture energetiche

510

1520

Prod

uzio

ne (t

ha-

1)un

doM

isca

nto

Pani

corg

oG

iraso

leCo

lza

0

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www.atlantebiomasse.enea.it

ECRT1

Diapositiva 19

ECRT1 Visti gli indirizzi strategici di installazione di impianti a energia distribuita e filiere bioenergetiche territoriali, si è cercato di suddividere il territorio nazionale in aree quanto più piccole possibili, per meglio permettere studi di fattibilità di installazioni basate appunto su filiera locali. il massimo restringimento possibile ottenibile dalla base dati statistica disponibile è stata la provincia Italiana.ENEA Centro Ricerche Trisaia; 22/10/2010

FINE PRESENTAZIONEFINE PRESENTAZIONE