Tecnopolo di Ravenna CIRI: Energia e Ambiente. Francesco Basile, Fabrizio Cavani. 27 Settembre 2011

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1 Tecnopolo di Ravenna CIRI: Energia e Ambiente Francesco Basile, Fabrizio Cavani 27 Settembre 2011

2 85% PRODUZIONE Attuale produzione mondiale ~ 500 billion Nm 3 /yr 4% 4% 7% CONSUMO 50% 37% 8% 5%

3 Steam Reforming (SMR) CH 4 + H 2 O CO + 3 H 2 Ossidazione Parziale (POX) CH 4 + ½ O 2 CO + 2 H 2 Reforming con Vapore Metano Vapore (SR) Combustibile Gas di Sintesi CH 4 O 2 Reforming Autotermico (ATR) Vapore Catalizzatore Gas di Sintesi (ATR) Vapore CH 4 O 2 Reforming a 2 stadi Steam Reformer ATR (CR) Gas di Sintesi Ossidazione Parziale (non catalitica) CH 4 O 2 Vapore Gas di Sintesi (POX)

4 Evoluzione dei processi catalitici L ossidazione parziale catalitica (CPO) CH 4 O 2 (Steam) CH 4 + 1/2 O 2 2H 2 + CO CO H 2 Steam reformer ATR CPO Sviluppo di un catalizzatore stabile

5 Evoluzione dei processi catalitici Produzione, Upgrading e separazione a membrane Membrane Pd Sperimentazione che coinvolge il tecnopolo di Ravenna: Tecnologie ad Idrogeno per i primi mercati In collaborazione con Marco Giacinti (Ingegneria Chimica, UNIBO), H 2

6 Catalizzatori strutturati per la produzione di idrogeno Reattori a parete o a membrana (O2, H2) Reazioni esotermiche (WGS, CPO) Sistema di raffreddamento (Air, Steam) o permeazione gas Schiume Catalitiche ad alta conducibilità: Refroming di metano e etanolo ad alta efficienza Change in the radial and axial thermal profile High exothermic and endothermic reaction

7 Scenari di utilizzo di fonti rinnovabili Scenari per la riduzione della CO 2 a 450 e 550 ppm Obiettivo dell Europa nel 2010 arrivare a 5,75% di carburanti da rinnovabili e nel 2020 al 10% Lo scenario che ferma a 450 ppm il contenuto di CO2 nell atmosfera prevede che globalmente si arrivi al 9% di biofuel al 2030 al 26% nel 2050 (29,6 Ej) (90% second generation)

8 Conversione delle biomasse integrazione in bioraffineria FOOD Oleaginose Biomasse Lignina/ cellulosa 1)Estrazione Oli Produzine di Biodiesel zuccheri, amido cellulosa residui 2) Fermentazione etanolo residui 3) Gassificazione (gas di sintesi)

9 Biomasse: le materie prime di orgine biologica (non fossili). Residui lignocellulosici Residui dell agricoltura Residui delle foreste Residui dall industria del cibo Residui della lavorazione del legno Frazione organica dei residui urbani Colt ur e dedicat e Er bacee: colt ur e ad alt a pr odut t ivit à: (miscant hus) Ar bor ee: Pioppo, Piant e da olio: colza, gir asole, palma Piant e zuccher ine/ amidacee: bar babiet ola e canna/ mais alghe

10 Second Generation Biofuels Dal 25% dei r esidui agr of or est ali accessibili Si può pr odur r e il 15% dei car bur ant i necessar i al 2030 ( Mld di lit r i) Previsioni al 2030 BioSNG e BTL stimate dall I EA sono ottenuti per Gassificazione

11 Perché la gassificazione 24,00 21,00 Total Energy Energia Gas (kj/g wood) 18,00 15,00 12,00 9,00 6,00 Gasification Energy Carrier Syngas CO + H 2 Sensible Energy 3,00 Chemical Energy 0,00 0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 Equivalent Ratio La gassificaizone massimizza l Energia chimica nei gas prodotti Biomass Gasification. Principles and Technology. T.B. Reed. Solar Energy Research Institute. Golden, Colorado (1981).

12 Biomasse e rifiuti Carburanti ottenibili per gassificazione Biomass and waste Methanol DME Gasification CH4/H2 Reforming Synthesis Gas Fischer -Tropsch 2 impianti simbolo Varnamo: Svezia ( primo impianto europeo) Gussing: Austria

13 Växjö Värnamo Biomass Ga sifica tion Centre, VVBGC Power/heat generation 6 MW e /9 MW th Fuel input (wood chips) 18 MW (85% dry substance) Net electrical efficiency 32% Total net efficiency 83% Gasification pressure/temperature 18 bar (g)/950 C Lower calorific value of product gas 5 MJ/N m 3 Product gas steam pressure/temperature 40 bar (a)/455 C 1992 Costruzione dell impianto programma R&D IGCC 18 MW fuel input 2005 Ripartono i test di Gassificazione

14 VVBGC Key points: Gassificazione con O2/vapore, filtro ad alta T, Reformer Limpianto utilizza ossigeno puro ha elevata efficienza ma necessita di gra ndi insta lla zioni (100 Mw(input)) I c a ta lizza tori p ossono essere utilizza ti in d iverse unità per migliorare il processo

15 L impanto di Gussing Non utilizza ossigeno GreenSyngas L imp ia nto CHP d i Gussing -utilizza aria e permette Imp ia nti < 10 MW(Inp ut) -Produce Bio-SNG

16 Building Block Classici ottenibili per gassificazione C1: CH 4, H 2 /CO CH 3 OH (da gassificazione) C2: CH 3 -CH 2 OH ed Etilene (da gassificazione) C3 Propilene C4 CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 2 OH (gassificazione) Utilizzi metanolo MTC MtSynfuels MTP MTO MtPower MTH Fuel Cells Chemicals ( MTBE, Acido acetico) Diesel Propilene, PP Acido acrilico Etilene, Propilene DME Hydrogen

17 Chemicals da biomasse