Upgrading Avanzato con Processo ad Acqua 2.0. focus Metano in Atmosfera. Costi di Esercizio e Life Cycle Cost

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1 Upgrading Avanzato con Processo ad Acqua 2.0 focus Metano in Atmosfera Costi di Esercizio e Life Cycle Cost 1

2 GM Green Methane: Chi Siamo GM fu costituita nel 2013 da 2 aziende italiane: Marchi Industriale & Giammarco Vetrocoke MARCHI INDUSTRIALE - Marano Veneziano (Venezia) GIAMMARCO VETROCOKE - Venezia Ferruccio Marchi apre un attività per la produzione di fertilizzanti Apre lo stabilimento di Marano Veneziano (sopra). Fondata la Holding Marchi Industriale Fondazione di Giammarco Vetrocoke. Giuseppe Giammarco brevetta un processo di assorbimento CO2 basato su una soluzione di Carbonato di Potassio. Il processo GV trova applicazione in gas differenti per pressione, temperatura e composizione Nasce Marchi Energia, società del gruppo dedicata alle energie rinnovabili GV è adesso tra i primi 3 licenziatari di processi per l assorbimento di CO2 nel mondo con più di 360 applicazioni. 2

3 GM: Scopo di Fornitura Impianti Chiavi in mano di Pretrattamento ed Upgrading per convertire il Biogas Grezzo in Biometano. Servizio Post-vendita per la conduzione e manutenzione dei suddetti Impianti. 3

4 Tecnologia GM: Pretrattamento Biogas Il Biogas Grezzo proveniente dalla Digestione Anaerobica deve essere purificato:.per rispettare la specifica di qualità del biometano.. NON per proteggere l Unità di Upgrading. L unità di Pretrattamento viene progettatta di volta in volta in base alle caratteristiche del Biogas Grezzo (contenuto in H2S, NH3 etc). 4

5 Unità di Pretrattamento: esempio Biogas ricco in H2S (schema semplifcato) RIMOZIONE DI H 2 S COMPLETAMENTO RIMOZIONE H 2 S RIMOZIONE DI VOC, TERPENI, SILOSSANI C-301 C-302 C-303 BIOGAS GREZZO BIOGAS PRETRATTATO K-301 Ossidazione K-302 P-301 Additivi Sedimentatore Zolfo elementare 5

6 Tecnologia GM: Upgrading Processo Giammarco Vetrocoke per l Assorbimento di CO2 Nielsen-Kohl, Gas Purification, V ed. Slack-Russel, Fertilizer Science and technology series, vol.2 part II Gas Processing Handbook 1982 pag 95 Kent-Riegel, Handbook of Industrial Chemistry and Biotechnology La Tecnologia di Upgrading GM viene impiegata da più di 60 anni nella rimozione di CO2 in vari settori industriali. Più di 360 impianti nel mondo catturano la CO2 con la tecnologia GM. 6

7 Unità di Upgrading K2 Reazione CO 3 +H 2 O+CO 2! 2KHCO 3 7

8 Il Processo L impianto lavora in continuo. Il BIOGAS viene pre-trattato (in base alla natura del biogas) per eliminare i principali composti indesiderati. Il BIOGAS pre-trattato viene compresso a 8 bar (g). La CO2 presente nel BIOGAS viene assorbita da una soluzione di Carbonato di Potassio (K2CO3) nella Colonna di Assorbimento; il Carbonato si trasforma in Bicarbonato di Potassio (KHCO3). La CO2 viene poi liberata nella Colonna di Rigenerazione dove il Bicarbonato ridiventa Carbonato di Potassio. La soluzione rigenerata di Carbonato di Potassio ritorna infine alla Colonna di Assorbimento. 8

9 Rimozione Composti Indesiderati H2S: Lavaggio Ossidativo + Carboni Attivi NH3: Raffreddamento/Condensazione + Soluzione Salina Upgrading HCl, HF: Soluzione Salina Upgrading VOC(*): Raffreddamento/Condensazione + Carboni Attivi H2O: Setacci Molecolari (*) (mercaptani, silossani, ammine, terpeni, etc) 9

10 GM: Best Available Technique GM è Amica dell Ambiente Le perdite di metano in atmosfera sono inferiori a 0,1% del metano presente nel biogas senza l impiego di impianti di post-trattamento. GM è Efficiente Il metano recuperato è superiore al 99,9% del metano presente nel biogas. GM abbatte i Costi Energetici Il consumo di energia elettrtica è inferiore a 0,2 kwh/nm 3 di biogas secco. L energia termica è recuperata per più dell 80%. GM abbatte i Costi di Manutenzione Tecnologia semplice, robusta e affidabile. GM è Green Nessun impiego di prodotti pericolosi e dannosi per l ambiente. 10

11 GM è Amica dell Ambiente: Perdite di Metano<0,1% Al di sopra di una certa soglia di perdite di metano, i benefici sull effetto serra sono annullati. The 100-yr horizon methane GHG contribution is 1 g CH4 = 28 g CO2,eq (IPCC V assessment 2015) The process results no longer sustainable when methane losses reach 4%. (Beylot et al, Waste manage 2013) The equivalent CO2 saving raises considerably if methane slip is limited to 0.05% (Ravina et al, J. Cleaner Product 2015) German Legislation on Methane Slip: Gas Grid Access Ordinance (GasNZV 2010): <0.5% Renewable Energy Sources Act (EEG 2012) : <0.2% Fonte: Beil et al., Fraunhofer IWES 11

12 GM è Amica dell Ambiente: il Biometano è Sostenibile DM Biometano 2 marzo 2018 Art.3 Qualità e sostenibilità del Biometano - comma 6 Il biometano comunque immesso nei trasporti ai sensi del presente decreto, deve rispettare quanto previsto dal decreto del Ministro dell ambiente e della tutela del territorio e del mare 23 gennaio 2012 e successive modifiche e integrazioni, secondo le linee guida definite dal Comitato Termotecnico Italiano per la qualificazione degli operatori economici della filiera di produzione del biometano ai fini della tracciabilità e del bilancio di massa di cui alla UNI/TS e sue modifiche o integrazioni. Nel caso di biometano incentivato mediante ritiro dei CIC da parte del GSE, i produttori di biometano assicurano il rispetto delle succitate previsioni in luogo dei soggetti obbligati. Revisione UNI/TS Valori standard di emissione di gas ad effetto serra. Affinché il biometano sia sostenibile i valori di risparmio di gas ad effe1o serra (GHGsavings) devono rispe<are dal 1/1/2018 la soglia definita dalla RED pari al 60%. La UNI/TS riporta valori di risparmio standard in base (principalmente) alle matrici organiche impiegate (Forsu, reflui zootecnici, colqvazioni agricole, residui, fanghi) ed alla quan?tà di metano perso in atmosfera con l off gas. I valori di risparmio standard più al? si o<engono con: impianto combusqone off-gas, oppure upgrading con perdite di metano <0,2% senza combusqone off gas Con il prossimo recepimento della RED II (entro il ) verrà alzata l as?cella della sostenibilità ed anche il biometano da Forsu e da Reflui zootecnici (a<ualmente considerato sostenibile a prescindere) dovrà tenere conto delle perdite di metano in atmosfera, così come vale per tu<e le altre matrici. 12

13 GM è Efficiente: Metano Recuperato>99,9% Un maggior recupero di biometano di pochi punti percentuali rispetto ad altre tecnologie di upgrading aumenta in modo significativo il rendimento dell investimento. 13

14 GM abbatte i Costi Energetici: Energia Elettrica L upgrading GM richiede meno di 0.19 kwh/nm3 di Biogas per produrre Biometano a 8 barg.. Rispetto al processo a 3 stadi delle membrane, la quantità di Biogas riciclata al compressore è trascurabile. Rispetto al lavaggio ad acqua, il processo GM non è influenzato dalle condizioni meteo ed il consumo di EE è inferiore grazie alla minore portata della soluzione di lavaggio ed al trascurabile riciclo al compressore del metano assorbito dalla soluzione acquosa. L Energia Elettrica costituisce un alto Opex negli Impianti di Upgrading. Risparmiare il 15-35% aumenta in modo significativo il rendimento dell investimento. 14

15 GM abbatte i Costi Energetici: Energia Termica La tecnologia GM richiede energia C per rigenerare la soluzione nella Colonna di Rigenerazione (0,38-0,45 kwh/nmc Biogas, in base alla % CO2 nel Biogas). Più dell 80% dell energia termica è recuperata sotto forma di acqua calda C. Gli impianti di upgrading GM sono spesso forniti con un Cogeneratore al fine di soddisfare i fabbisogni elettrici dell intero sito; l energia C può essere recuperata dai fumi del Cogeneratore. L Energia Termica è un Opex Trascurabile o Nullo, e comunque sempre più che bilanciato dal risparmio sull Energia Elettrica. 15

16 GM abbatte i Costi di Manutenzione Il processo GM per l upgrading del Biogas a Biometano comporta bassi costi di manutenzione, grazie alla robusta unità ed al semplice design. Nessuna costosa sostituzione di membrane. Il Costo di Manutenzione è simile a quello di altre Tecnologie di Upgrading, ad esclusione della Tecnologia a Membrana che soffre di un costo maggiore dovuto alla periodica sostituzione delle membrane durante la vita dell Impianto. 16

17 GM è Green Il K2CO3 contenuto nella soluzione acquosa non è volatile e non si degrada, a differenza delle soluzioni a base di ammine. Il Processo di Upgrading GM non genera scarichi liquidi (solo l Unità di Pretrattamento del Biogas li genera), quindi non occorre alcun reintegro di K2CO3. Il Processo di Upgrading GM è un assorbimento chimico, ma SENZA consumo di Prodotti Chimici, a differenza dell assorbimento fatto con ammine o con la sola acqua, che necessita di Prodotti Chimici per il suo condizionamento (inibitori di incrostazioni, biocidi etc). 17

18 GM: Upgrading Avanzato.Acqua 2.0 E per tutte queste ragioni che parliamo di: Processo ad Acqua 2.0 Upgrading Avanzato 18

19 Anzio (Roma) 750 Nm 3 /h BG In costruzione: Novamont Rovigo 750 Nm 3 /h BG Soc Agr Leona Ferrara Nm 3 /h BG 19 GM Impianti di Upgrading

20 LCCA: Life Cycle Cost Analysis LCCA è un metodo di valutazione economica dei progetti che misura il Costo Totale prendendo in considerazione il loro Intero Ciclo di Vita. Anziché limitarsi al Costo dell Investimento Iniziale, il LCCA considera anche tutti i Costi Operativi e di Manutenzione nell Intero Ciclo di Vita. LCC: Life Cycle Cost Ct: Somma dei Costi Rilevanti N: Numero di anni dell Intero Ciclo di Vita r: Tasso di attualizzazione dei flussi di cassa 20

21 LCC: Impianto Upgrading GM Vita: 20 anni Tasso attualizzazione: 5% Inflazione: 1% Paese: Italia GM (CON COGEN) GM (SENZA COGEN) Ncm/h BG OPEX ( /a) LCC ( ) OPEX ( /a) LCC ( ) Investimento Unità Upgrading Investimento Post-trattamento Off-gas 0 0 Perdite di metano Energia (Elettrica+Termica) Consumabili (BG Pretrattamento) Manutenzione TOTALE /a /a I Costi Operativi (OPEX) impattano sul Business Plan molto più dell Investimento (CAPEX) 21

22 LCC: GM vs Membrane Energia Elettrica da rete /Mwh 150 Energia Termica /Mwh 30 INPUT Energia Elettrica da CAR /Mwh 100 Biometano /Smc 0, Ncm/h BG U.M. GM MEMBRANE Investimento Unità di Upgrading (U/G) (montato e collaudato) Investimento Post Trattamento Off-gas (montato e collaudato) Perdita di Metano (media in 20 anni) % 0,05 0,8 Consumo Energia Elettrica U/G (BM@12 Barg) Kwh/Nmc BG (umido) 0,204 0,270 Consumo Energia Termica 130 C Kwh/Nmc BG (umido) 0,395 0 Recupero Energia Termica 75 C Kwh/Nmc BG (umido) 0,335 x 65%(i) 0,08 Carboni Attivi per COV (Pretrattamento BG) % su consumo nominale 75% 110% Manutenzione U/G (escl mezzo separazione CO2) + RTO (off gas) /y Costo di Sostituzione mezzo separazione (medio in 20 anni) /y (ii) (i) 0,335: recuperabile; 65%: recuperata su recuperabile (ii) il costo aumenta se il biogas non viene purificato adeguatamente prima dell ingresso nelle membrane 22

23 LCC: GM vs Membrane Vita: 20 anni Tasso attualizzazione: 5% Inflazione: 1% Paese: Italia GM (CON COGEN) MBR (CON COGEN) Ncm/h BG OPEX ( /a) LCC ( ) OPEX ( /a) LCC ( ) Investimento Unità Upgrading Investimento Post-trattamento Off-gas (i) Perdite di metano Energia (Elettrica+Termica) Consumabili (BG Pretrattamento) Manutenzione TOTALE /a /a (ii) (ii) MBR - GM /a (i) una alternativa è la liquefazione della CO2, con il relativo Capex e Opex; da considerare, tuttavia, che la produzione di 1 miliardo di Smc/a di biometano comporta una produzione di CO2 pari a 8 volte il suo consumo italiano. (ii) la differenzia si amplia se il biogas non viene purificato adeguatamente prima dell ingresso nelle membrane

24 LCC: GM vs Membrane Vita: 20 anni Tasso attualizzazione: 5% Inflazione: 1% Paese: Italia GM (SENZA COGEN) MBR (SENZA COGEN) Ncm/h BG OPEX ( /a) LCC ( ) OPEX ( /a) LCC ( ) Investimento Unità Upgrading Investimento Post-trattamento Off-gas (i) Perdite di metano Energia (Elettrica+Termica) Consumabili (BG Pretrattamento) Manutenzione TOTALE /a /a (ii) (ii) MBR - GM /a (i) una alternativa è la liquefazione della CO2, con il relativo Capex e Opex; da considerare, tuttavia, che la produzione di 1 miliardo di Smc/a di biometano comporta una produzione di CO2 pari a 8 volte il suo consumo italiano. (ii) la differenzia si amplia se il biogas non viene purificato adeguatamente prima dell ingresso nelle membrane

25 LCC: GM vs Membrane Vita: 20 anni Tasso attualizzazione: 5% Inflazione: 1% Paese: Italia Ncm/h BG GM (CON COGEN) MBR (CON COGEN) GM (SENZA COGEN) MBR (SENZA COGEN) Costi APPARENTI Costi VERI LCC MBR - GM (i) (i) (i) la differenzia si amplia se il biogas non viene purificato adeguatamente prima dell ingresso nelle membrane 25

26 COSTRUIAMO UN MONDO VERDE INSIEME Maurizio Pastori 26