Produzione di biogas da biomassa di terza generazione - presentazione

1Produzione di potenza da fonti rinnovabiliA.A. 2013/2014

Biomasse di III a generazione per la produzione di Biogas

Tommaso CortigianiMatteo FattoracciDavide FedericiBernardo Gianelli

Tipologie di biomassa da coltura dedicata2

•• IIaa generazione generazione

•• IIIIaa generazione generazione

Sostenibilità

Sostenibilità

Dept of Mechanical Engineering

•• IIIIaa generazione generazione

•• IIIIIIaa generazionegenerazione

Sostenibilità

Sostenibilità

Biologia delle alghe

Le alghe costituiscono il 50% della biomassa terrestre:

500.000 specie stimate di cui 40.000 catalogateSi dividono in:

3


microalghemicroalghe macroalghemacroalghe

Potenzialità

•• Composizione: assenza lignina e zolfo, molti Composizione: assenza lignina e zolfo, molti lipidilipidi

•• No concorrenza coltivazioni e terreniNo concorrenza coltivazioni e terreni•• Alta Alta producibilitàproducibilità

4


•• Alta Alta producibilitàproducibilità•• COCO22 Free/NegativeFree/Negative•• Alta FotoefficienzaAlta Fotoefficienza

Caratteristiche ideali 5

•• Alta produttivitàAlta produttività•• Alto contenuto lipidi e carboidratiAlto contenuto lipidi e carboidrati•• Elevata resistenza alla contaminazioneElevata resistenza alla contaminazione•• Facile metanazioneFacile metanazione

Specie Proteine Lipidi Carboidrati


Specie Proteine [%]

Lipidi[%]

Carboidrati[%]

Chlamydomonas 48 21 17

Chlorella Vulgaris 57 2 26

Dunaliella 57 6 32

Scenedesmus 50-56 12-14 10-17

Spirulina Fusiforma

60-71 6-7 13-16

Spirulina Maxima 46-63 4-9 8-14

From: Aitken and Antizar-Ladislao (2012); John et al. (2011); Rodjaroen(2007)

coltivazionecoltivazione raccoltaraccolta conversioneconversione

Coltivazione 6

Radiazione solare


ReattoreReattoreFotosintesiFotosintesi22

Nutrienti, Nutrienti, COCO22

HH22OO

Radiazione solare

AlgheAlgheO2O2

AlgheAlghe

Problema: 10% delle alghe superficiali assorbe Problema: 10% delle alghe superficiali assorbe 85% 85% radiazioneradiazione

Efficienza luminosa 7

Strato esterno riceve troppa luce, interno


• Sistema Miscelazione• Riduzione Recettori

troppa luce, interno troppa poca

Open Pond 8

•• Struttura ad Struttura ad anello anello con con movimentazione movimentazione acque acque

•• Facile ed Facile ed


•• Facile ed Facile ed economica economica realizzazionerealizzazione

•• 90% produzione 90% produzione mondialemondiale

•• Produttività Produttività raggiunta:70t/(ha*y)raggiunta:70t/(ha*y)

Closed Pond - Fotobioreattori 9


Possibilità: CCU e acque reflue 10

CO2CO2•• Riutilizzo della CO2 Riutilizzo della CO2

dell’impianto dell’impianto •• Aumento la Aumento la

produttivitàproduttività•• Complicazione Complicazione


•• Complicazione Complicazione impianto impianto

Acque ReflueAcque Reflue•• SSostanze organiche ostanze organiche

discioltedisciolte•• Smaltimento reflui Smaltimento reflui uurbanirbani

Raccolta 11



Fase IFase I• Liquida • Concentrazione Alghe 1%

FaseFase IIII• Slurry (fango)• Concentrazione Alghe 10%

Fase I: concentrazione primaria

Coagulazione e Flocculazione

12

Le microalghe sono molto diluite e separate a causa di un Le microalghe sono molto diluite e separate a causa di un potenziale negativo distribuito sulle pareti cellularidistribuito sulle pareti cellulari


• Chimica• Organica• Ultrasuoni

La densità locale aumenta da circa 0,5 g/l a 10 g/l

Fase II: Ispessimento 13


•• Centrifugazione• Flottazione (aria,

chimica) INGRESSO

SLURRY


Conversione 14


• Facile metanazione• Fino a 68% CH4 nel biogas• No acqua aggiunta• Fino a 300 l CH4 per kg di biomassa secca digerita

Digestione Digestione AnaerobicaAnaerobica

AlgheAlghe BiogasBiogas

Stato dell’arte

Impianti commerciali limitati da:

• Prezzo combustibili fossili

• Ridotta conoscenza

15


• Ridotta conoscenza delle specie di alghe esistenti

• Impianti ingombranti• Tecnologia recente

EnAlgae Project

Progetto sperimentale, si Progetto sperimentale, si propone di introdurre su propone di introdurre su larga scala lo studio della larga scala lo studio della

16Impianti Sperimentali


larga scala lo studio della larga scala lo studio della coltivazione delle alghe per coltivazione delle alghe per ottimizzarne le ottimizzarne le caratteristiche. caratteristiche.

Gli unici impianti ad oggi competitivi sono quelli

Impianti Commerciali 17

Sunnyvale (2011, USA )Trelleborg (2012, Sweden )


competitivi sono quelli integrati con in preesistenti stazioni di depurazione dell’acqua

Concludendo 18

Pro

Ridotto utilizzo risorse

Alta produttività

Contro

Rischio contaminazione esterna

Rischio contaminazione interna


Alta produttività

Possibile integrazione con produzione di bio-diesel

Carbon Capture Utilization;

Possibile Produzione 365 d/y

Rischio contaminazione interna

Impatto olfattivo e visivo

Alto rischio investimento

Alti costi di raccolta

Riferimenti

- Power from solar energy Via algae-produced methane, Clarence G. Golueke; William J. Oswald

- Algae for Biofuels and Energy-Springer, Michail Borowitzka, Navid Moheimani

- Biofuel Technologies Recent Developments, Vijai Kumar Gupta • Maria G. Tuohy

- Production and harvesting of microalgae for wastewater treatment, biofuels, and bioproducts,Logan Christenson, Ronald Sims

- New methodologies for the integration of power plants with algae ponds, Kira Schipper, Sven van der Gijp, Rob van der Stel, Earl Goetheer

- The techno-economic potential of renewable energy through the anaerobic digestionof microalgae, Carlos Zamalloaa, Elien Vulstekeb, Johan Albrechtb, Willy Verstraete

- Life-cycle assessment of microalgae culture coupled to biogas production, Pierre Collet , Arnaud Hélias , Laurent Lardon, MoniqueRas , Romy-Alice Goy, Jean-Philippe Steyera

- Micro-algaecultivationfor biofuels: Cost, energybalance, environmentalimpactsand future prospectsRaphaelSlade, Ausilio Bauen

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- Micro-algaecultivationfor biofuels: Cost, energybalance, environmentalimpactsand future prospectsRaphaelSlade, Ausilio Bauen

- Optimization of light use efficiency for biofuel production in algae Diana Simionato, Stefania Basso, Giorgio M. Giacometti, TomasMorosinotto

- Hydrodynamic evaluations in high rate algae pond (HRAP) design H. Hadiyanto,Steven Elmore , Tom Van Gervend, AndrzejStankiewicz

- Wastewater treatment high rate algal ponds for biofuel production J.B.K. Park a, R.J. Craggsa, A.N. Shilton

- http://sunnyvale.ca.gov/Departments/EnvironmentalServices/WaterPollutionControlPlant.aspx

- http://www.nib.int/filebank/2261-NIB_PortOfTrelleborg.pdf

- http://www.enalgae.eu/

- http://www.all-gas.eu/Pages/default.aspx

- Microalgal biomethan production integrated with an existing biogas plant: A case study in Sweden Xiaoqiang Wang, Eva Nordlander, Eva Thorin, Jinyue Yan.

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