GASSIFICAZIONE: OPPORTUNITÀ E LIMITI

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1 GASSIFICAZIONE: OPPORTUNITÀ E LIMITI Donatella Barisano, Giuseppe Canneto Unità Tecnica Tecnologie Trisaia C.R. Enea Trisaia SS Jonica 106, km

2 Sommario La gassificazione della biomassa Impieghi del processo: Biofuels Produzione di energia elettrica e calore Prospettive per l Italia: potenziale biomassa vs tecnologie Confronto caratteristiche delle tecnologie più mature Attività R&S

3 La gassificazione della Biomassa: il processo Frazione biodegradabile dei prodotti, rifiuti e residui di origine biologica proveniente dall agricoltura (comprendente sostanze vegetali e animali) dalla silvicoltura e dalle industrie connesse, comprese la pesca e l acquacoltura, gli sfalci e le potature provenienti dal verde pubblico e privato, nonché la parte biodegradabile dei rifiuti industriali e urbani (Decreto Legislativo 28/2011). Gassificazione Dry (biomassa secca % umidità <50 %p) Gassificazione Supercritica (% umidità >70 %p) Gassificante Agente Composizione Gas Secco (% v) PCI (MJ/Nm3) H 2 CO CO 2 CH 4 N 2 C 2 H 4 Aria < Ossigeno < Vapore Impieghi gas Combustibile Comb./Chemicals Comb./Chemicals

4 La gassificazione della Biomassa: Le applicazioni MCI Turbina a Gas HT Fuel Cell Stirling Dipendentemente dal processo di produzione, si ottiene un gas di potere calorifico variabile, dai basso al medio PC, che si presta per la produzione di energia elettrica e calore, attraverso tecnologie convenzionali o avanzate. Il gas di medio PC si presta anche per la produzione di vettori energetici secondari (CH4, FT, MeOH, H2 etc.) e di chemicals.

5 La gassificazione della Biomassa: Conversione in Biofuels Biomass To Liquid (BTL) FT fuels production costs Consumo GN (2011) 77.9 Miliardi m GJ/anno (90% importazione) SNG + Biogas da immettere in rete 15 /GJ FT confront. quando Oil price of ~60 $/bbl SNG production costs Biomass cost: 4 /GJ for the 100 and 1000 MWth; e.g. imported biomass) 2 /GJ for the 10 MWth Prezzo GN: 6 /GJ Biomass costs: 7.3 /GJ FT (4 /GJ BM ) Petrolio (2013) : /bbl Necessità di supporto alla produzione R&D

6 La gassificazione della Biomassa: Produzione Elettrica & Calore Electric power supply (kw) Uso Finale el (% LHV gas) Motore Stirling < 20 MCI (& ORC) (35) Turbina a Gas ( TG) HTFC // gassificazione Provato R&S

7 Tecnologie di gassificazione: prospettive in Italia Biomassa residuale legnosa kton/anno GW t GW e TWh t TWh e Residui legnosi da attività agricole 5715,0 3,3 0,8 11,74 2,94 Residui forestali 2180,6 1,2 0,3 4,48 1,12 Totale 7895,5 4,5 1,1 16,22 4,06 PCI: 18.0 GJ/ton; conv. el: 25 % 2006 Piccola e media Taglia di potenza Gassificazione della biomassa Rapporto statistico impianti da fonti rinnovabili 2011 Potenziare il settore della produzione elettrica Migliorare l efficienza di conversione Generazione distribuita di energia

8 Quali tecnologie: Reattori da piccola a media taglia Up Draft Down Draft Bollente Circolante Letti Fissi Letti Fluidi T. Bridgwater. Review Biomass for energy. J Sci Food Agric 86: (2006)

9 Gli impianti di gassificazione biomasse in Italia N: 13 Reattori a letto Fisso Up Draft ; Down Draft DownDraft // MCI Up Draft // Stirling (no Gas Cleaning) Mancanza di aziende italiane

10 Le tecnologie più mature

11 Letti Fissi vs Letti Fluidizzati Maturità Tecnologica Facilità di Esercizio Area di applicazione Costo Investimento Costo esercizio Costi produzione Commerciali Discreto livello di standardizzazione (Facilità di esercizio) Adatti per impieghi in contesti isolati (rurali, piccole comunità), generazione distribuita Commerciali Richiedono personale con specifica formazione Adatti per impieghi in contesti rurali e piccole comunità, distretti industriali, generazione distribuita 3 4 mln /MWe 4 5 mln /MWe Inferiori (tecnologia più semplice, costi di esercizio più bassi) % Costo di investimento c /kwh e Accesso agli incentivi per la produzione di energia da fonte rinnovabile (DM 6 luglio 2012)

12 Incentivi alla produzione di energia da biomasse DM 6 luglio 2012 Allegato 1 Vita utile convenzionale, tariffe incentivanti e incentivi per i nuovi impianti Costi di produzione c /kwhe

13 Il ruolo dell attività di R&S BIOMASSA Step chiave alla Maturità tecnologica Gas Comb., H2, Syngas for BioFuels; SMG Efficienza negli usi finali Gas cleaning e condizionamento Integrazione e scale up di impianto Design e modellazione reattori Maturità e fruibilità Tecnologia Integrazione FER (Biomasse e Solare) Ridurre i costi di produzione

14 Overview degli impianti di gassificazione al CR Enea Trisaia Steam Syngas Air Syngas Biomass Oxigen Flue gas Biomass Steam Gassificatore a lettofluidizzato con ricircolo interno Aria arricchita/vapore 1MWth Generazione CHP con FC e MCI Gassificatore a doppiolettofluidizzato Aria/Vapore 500kWth Generazione CHP per accoppiamento con FC (MCFC) e per conversione syngas in carburanti di sintesi (BTL) COMPOSIZIONE GAS Specie %Vol. H 2 32 CO 17 CH N CO H 2 O 32 COMPOSIZIONE GAS Specie %Vol. H CO 25.1 CH N CO Biomass Steam Dirty Syngas Air Letto Fisso Up Draft Aria/Vapore 150kWth // con MCI COMPOSIZIONE GAS Specie %Vol. H 2 20 CO 21 CH 4 4 N 2 40 CO 2 6 H 2 O 9 Air Combustion zone Syngas Letto Fisso Down Draft Air kWth // con MCI COMPOSIZIONE GAS Specie %Vol. H COMPOSIZIONE 2 15 SYNGAS CO 22 CH 4 3 N 2 40 CO 2 20

15 AIR PRODUCT GAS CYLINDRICAL CHAMBER NOZZLE THERMOCOUPLE BIOMASS PRODUCT GAS PRODUCT GAS REFRACTORY WALL COMBUSTION REDUCTION ZONE Overview degli impianti di gassificazione al CR Enea Trisaia Gassificatori Sistemi Gas Cleaning Ceramic Hot gas Filters filtration Usi Finali HT Fuel Cell DFB 500 kw th ICBFB 1000 kw th Scrubbing/ in vessel hot gas cleaning & conditioning Gas Turbine ICBFB Lab 10 kw th Hot gas filtration & Scrubbing SNG Methanol Up Draft 150 kw th Biodiesel srubber & coalescer filters Hydrogen IC Engine Down Draft 80 kw th Water Scrubber & filters

16 Es.: Integrazione degli step di gassificazione & purificazione gas La tecnologia attualmente più consolidata per la purificazione del gas e del tipo a valle (downstream). I costi per il trattamento del gas possono contribuire fino al 40 % del costo di investimento. Una possibilità di ridurre i costi, e al tempo stesso aumentare l efficienza del processo e una integrazione spinta del gas cleaning & conditioning direttamente nel reattore di gassificazione Impianto Compatto Riduzione costi di investimento (20 30%) Ridotte perdite termiche Gassificatore BFB con circulazione interna (1MW th ICBFB, Brevettato)

17 Grazie per l attenzione

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