CONTROLLO E RIDUZIONE DELLE EMISSIONI DA MOTORI ALIMENTATI A BIOMASSA LIQUIDA BOLZANO

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1 CONTROLLO E RIDUZIONE DELLE EMISSIONI DA MOTORI ALIMENTATI A BIOMASSA LIQUIDA BOLZANO ING. CARLO ANDREA BERTOGLIO HUG FILTERSYSTEMS ING. LUCA PINAUDA HUG ENGINEERING

2 CONTROLLO E RIDUZIONE DELLE EMISSIONI DA MOTORI ALIMENTATI A BIOMASSA LIQUIDA SOMMARIO : Parte 1 PERCHE LE BIOMASSE NELLA PRODUZIONE DI ENERGIA. IMPIEGO DELLE BIOMASSE E IMPLICAZIONI ECONOMICHE CATENA PRODUTTIVA OLI CARATTERISTICHE DEGLI OLI LAY OUT IMPIANTISTICO PRINCIPALI CRITICITÀ E ACCORGIMENTI. Parte 2 MOTOTRI DIESEL, PARAMETRI CARATTERISTICI, TEORIA DI COMBUSTIONE, PRODUZIONE DEGLI INQUINANTI. CONTROLLO INQUINANTI A LIVELLO MOTORE. Parte 3 POST TRATTAMENTO DELLE EMISSIONI,

3 RAGIONI PER L IMPIEGO Alimentare motori diesel stazionari con carburanti alternativi offre alcuni vantaggi confrontati con l'utilizzo classico del diesel. L'utilizzo di carburanti rinnovabili rende possibile l'attività economica e rispettosa dell'ambiente di motori diesel stazionari. Incentivi statali sui rimborsi di immissione se si utilizzano carburanti conformemente rinnovabili e durevoli Neutralità di CO2 Emissioni più basse di particelle Utilizzo di risorse rinnovabili Autonomia dall'esaurimento dei giacimenti fossili di petrolio

4 DEFINIZIONE DI OLIO NON MODIFICATO CHIMICAMENTE OVP: olio prodotto a partire da piante oleaginose mediante spremitura, estrazione o procedimenti analoghi, greggio o raffinato ma chimicamente non modificato (Direttiva 2009/28/CE del Parlamento Europeo e del Consiglio del 23 aprile 2009), nei casi in cui il suo uso sia compatibile con il tipo di motori usato e con i corrispondenti requisiti in materia di emissione. Gli OVP possono anche aver subito trattamenti semplici che non alterano la composizione acidica.

5 BILANCIO ENERGETICO GLOBALE

6 Emissioni CO2 Paragoni per sorgenti.

7 ECONOMICS

8 ECONOMICS

9 PRODUZIONE DI OLIO Piante in grado di accumulare sostanze grasse nei semi o nei frutti come materiale di riserva altamente energetico Girasole Colza Soia

10 PRODUZIONE DI OLIO Processo necessario a separare le sostanze grasse presenti nelle cellule vegetali dalla matrice proteica Estrazione Olio grezzo Seme Matrice proteica Tecniche di estrazione:

11 PRODUZIONE DI OLIO

12 PRODUZIONE DI OLIO SPREMITURA MECCANICA

13 TRATTAMENTI: FILTRAZIONE E RAFFINAZIONE I trattamenti dell olio grezzo sono finalizzati alla rimozione di sostanze presenti sia in sospensione che in soluzione, che possono avere influenza negativa sia sul suo diretto impiego energetico che come materia prima per la produzione del biodiesel: Trattamenti fisici (sedimentazione, filtrazione, centrifugazione) Trattamenti fisico-chimici (degommazione, neutralizzazione, decolorazione, deodorazione): necessitano di impianti industriali Sedimentazione: consiste nella separazione per decantazione a gravità di una sospensione di solidi in un fluido chiaro e in un fango ad alta concentrazione di solidi. (elimino solo i solidi sedimentabili). Filtrazione: è un'operazione meccanica con la quale un liquido in movimento, sotto l'azione di un gradiente di pressione, si separa dalle particelle solide in esso disperse, per effetto della loro ritenzione da parte di un mezzo filtrante poroso attraverso cui il liquido viene fatto passare. (elimino i solidi sospesi non sedimentabili). Centrifugazione: deriva dall'esigenza di migliorare l'efficacia della decantazione, in particolare aumentandone la velocità e la portata grazie all accelerazione centrifuga. Può essere utilizzata per eliminare sia i solidi che l acqua presente nell olio.

14 RAFFINAZIONE Degommazione: rimozione di circa il 90% delle gomme (un complesso di sostanze, prevalentemente fosfatidi, ma anche altre di natura complessa come fosfolipidi, lipoproteine, esteri fosforilati degli zuccheri, glucosidi, ecc. presenti negli oli) tramite lo sfruttamento della loro idratabilità; il rimanente 10% viene eliminato durante la eventuale neutralizzazione. La degommazione risulta utile in quanto i fosfolipidi possono assorbire umidità dall'aria e formare gomme insolubili nei serbatoi, nelle tubazioni e nei filtri. Neutralizzazione: eliminazione chimica o fisica, sino alla neutralità, degli acidi grassi liberi che compromettono la qualità dell olio in quanto molto suscettibili all'ossidazione e ad alte temperature formano sali con il metallo e quindi possono danneggiare il motore o i serbatoi di stoccaggio.

15 RAFFINAZIONE

16 CARATTERISTICHE CHIMICO FISICHE Per impiegare l olio vegetale come combustibile in motori endotermici si deve tener conto di una serie di caratteristiche chimico-fisiche che ne descrivono il comportamento.

17 CARATTERISTICHE CHIMICO FISICHE Il potere calorifico è l energia liberata da una sostanza durante la sua combustione. Il potere calorifico superiore (PCS) è quello che considera tutta l energia prodotta dalla combustione e si determina recuperando anche il calore dei gas prodotti dalla combustione, facendoli raffreddare sino a 15 C, in modo da condensare il vapore d acqua contenuto. Nel determinare il potere calorifico inferiore (PCI) invece, il calore dei gas di combustione non viene recuperato, perciò non si considera la frazione di energia impiegata per l evaporazione dell acqua di combustione. La formula per il calcolo del PCI prende in considerazione l idrogeno presente nel combustibile: PCI (MJ/kg) = PCS x H dove H è la massa percentuale dell idrogeno presente.

18 POTERE CALORIFICO INFERIORE

19 CARATTERISTICHE CHIMICO FISICHE La viscosità è la resistenza di attrito che si deve vincere per far scorrere un fluido lungo una superficie o all interno di un tubo. Esprime la fluidità di un liquido comprendendo sia l attrito tra i diversi strati del fluido che l attrito esercitato tra gli strati esterni del fluido e le pareti del tubo o della superficie che lo accoglie.

20 CARATTERISTICHE CHIMICO FISICHE Il punto d infiammabilità (Flash Point FP) rappresenta la temperatura minima alla quale i vapori di un combustibile si accendono in presenza di una fiamma. Il valore dipende dalla pressione atmosferica e viene misurato alla pressione standard di 1013 mbar. In genere, gli oli vegetali manifestano un flash point molto più elevato di quello del gasolio, basti pensare che l olio di girasole ha un FP di 215 C mentre il gasolio di 68 C. Data l alta volatilità degli acidi grassi liberi, la loro resenza può abbassare il flash point. Più il flash point è alto più è sicuro lo stoccaggio, il trasporto e la manipolazione.

21 CARATTERISTICHE CHIMICO FISICHE Il numero di cetano indica il comportamento di un combustibile all accensione. E un numero proporzionale alla pressione cui è necessario portare la miscela aria-combustibile perché questa si autoaccenda. Influenza l avviamento a freddo, la combustione, il gradiente di pressione, la pressione massima e la rumorosità del motore. Si determina misurando il tempo che passa tra l iniezione del combustibile e la sua accensione e da qui si calcola un indice che esprime il suo ritardo. Più è alto il valore del numero di cetano, maggiore è la prontezza del combustibile all accensione, ma valori troppo elevati causano combustione incompleta. Il range ottimale è Il residuo carbonioso misura la presenza di alcuni composti di origine naturale ad alto peso molecolare che ad elevate temperature, come quelle che si sviluppano nella camera di combustione, si decompongono dando origine a residui carboniosi. Per gli oli vegetali la determinazione viene fatta sul prodotto tal quale. La stabilità all ossidazione è legata al grado d insaturazione poiché la presenza di doppi legami promuove reazioni di ossidazione, che portano alla formazione di gomme e polimeri. L ossidazione di un olio vegetale determina un peggioramento delle sue caratteristiche, poiché un olio ossidato tende a formare depositi gommosi nei serbatoi e, in generale, presenta valori di viscosità elevati.

22 CARATTERISTICHE CHIMICO FISICHE Il contenuto in fosforo viene determinato in quanto i suoi composti assorbono umidità dall atmosfera e possono portare alla formazione di gomme nei serbatoi, nei condotti di alimentazione e nei filtri. I metalli, in particolare sodio e potassio, possono promuovere fenomeni corrosivi che interessano le zone più calde del motore, dove i loro composti esercitano un azione distruttiva nei confronti dei rivestimenti protettivi. L acidità totale è relativa alla quantità di acidi grassi liberi presenti nell olio e ci dà informazioni circa lo stato di alterazione dell olio stesso. Un olio con elevata acidità è stato fortemente esposto a processi alterativi come l ossidazione, dovuta al contatto dell olio con l ossigeno atmosferico. Per la determinazione di tale parametro si misurano i mg di KOH necessari per neutralizzare tutti gli acidi grassi liberi presenti in un grammo di olio e si esprime appunto in mg KOH/g olio o in % di acidità totale o in % di acido oleico. Gli oli sono molto più suscettibili all ossidazione rispetto al gasolio, in particolare quello di palma, e se questo da una parte è auspicabile perché risolve i problemi di biodegradabilità, dall altra, ad alte temperature, questi acidi liberi formano sali con il metallo e quindi possono danneggiare il motore e i serbatoi di stoccaggio.

23 CARATTERISTICHE CHIMICO FISICHE Il limite di filtrabilità indica la temperatura a partire dalla quale cominciano ad ostruirsi sia i condotti di alimentazione che i filtri del carburante a causa della formazione di depositi. Il limite di scorrimento indica invece la temperatura che determina l arresto del flusso di carburante. Il punto di solidificazione rappresenta la temperatura alla quale un olio passa in forma solida. Quando un olio viene raffreddato e portato verso il suo punto di solidificazione i diversi trigliceridi solidificano in sequenza: quelli a catena più lunga e con minor numero di doppi legami solidificano prima poiché hanno una temperatura di fusione più alta, in seguito solidificano quelli a catena più corta e più insaturi che hanno temperatura di fusione più bassa. Esiste una notevole variabilità nei punti di solidificazione dei diversi oli vegetali. Durante questo processo l olio inizia ad opacizzarsi ed aumentare il suo spessore fino a diventare completamente solido. La temperatura alla quale un olio inizia a solidificarsi è detta punto di fumo o Cloud Point. Questi parametri sono in stretta relazione con il limite di filtrabilità e di scorrimento. Alcune case automobilistiche raccomandano che il punto di fumo non superi la temperatura ambientale e che non oltrepassi di più di 6 C il valore del punto di solidificazione.

24 CARATTERISTICHE DELL OLIO RICHIESTE DA WARTSILA

25 CARATTERISTICHE DELL OLIO RICHIESTE DA MAN

26 COMBUSTIONE - IMPIEGO ENERGETICO 1-Pannello di comando. 2-Filtro aria. 3-Prefiltro. 4-Tubo di scarico. 5-Sfiatatoio coppa motore. 6-Tappo di riempimento. 7-Tappo radiatore. 8-Radiatore. 9- Generatore. 10- Supporti generatore. 11-Filtro primario carburante. 12-Pompa carburante. 13-Filtri carburante. 14-Livello olio. 15-Turbocompressore. 16-Filtri olio. 17-Scambiatore calore olio. 18-pompa acqua.

27 ACCORGIMENTI TECNICI PER L IMPIEGO IN MOTORI ENDOTERMICI A CICLO DIESEL Nell'attività di motori diesel con olio vegetale e altri carburanti alternativi si viene messi di fronte ad un gran numero di sfide. Il motore per esempio può venire danneggiato dall'assorbimento del gas o dalla formazione di acidi o anche dalla corrosione chimica e elettrochimica. E proprio per queste richieste sono state sviluppate alcuni componenti per garantire un utilizzo senza problemi dell'olio vegetale. approvvigionamento sicuro del carburante tramite pompa del carburante adattate depurazione del carburante tramite sistema filtrante a più fasi (ionizzazione, filtro, centrifuga) condutture del carburante riscaldate per il trasporto sicuro di carburanti ad alta viscosità trattamento e deposito del carburante sotto atmosfera libera da ossidazione possibilità di monitoraggio a distanza dei parametri carburante avviamento rapido possibile con olio di palma/stearine monitoraggio permanente dello stato di invecchiamento olio motore.

28 ACCORGIMENTI TECNICI PER L IMPIEGO IN MOTORI ENDOTERMICI A CICLO DIESEL

29 ACCORGIMENTI TECNICI PER L IMPIEGO IN MOTORI ENDOTERMICI A CICLO DIESEL La POMPA sostiene il carburante che viene richiesto dall'usg tramite un controllo dello stato di riempimento. Per mezzo di un sistema filtrante a due fasi in collegamento con il PION che ionizza le particelle di sporco, viene assicurata una depurazione ottimale del carburante. Nell' USG l'olio vegetale viene immagazzinato e depurato con un trattamento a ultrasuoni. A causa della depurazione si diminuisce la compressibilità del carburante. In questo modo rimangono intatti l'inizio e la geometria d'iniezione. Attraverso la precipitazione di bolle di gas vengono evitati danni meccanici per mezzo della cavitazione. Il sistema a iniezione si regola dall USG, con il quale è collegato anche il ritorno del carburante. Così il carburante diventato caldo non può entrare in contatto con l'ossigeno dell'aria ed ossidare.

30 EMISSIONI REGOLAMENTATE TIPICHE