BIOMASSA: Conversione energetica della biomassa: opportunità e prospettive. Paolo Silva

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1 BIOMASSA: OPPORTUNITA PER LO SVILUPPO SOSTENIBILE? VENERDI 5 GIUGNO 2015 TAIO (TN), SALA CONVEGNI C.O.CE.A. Conversione energetica della biomassa: opportunità e prospettive Paolo Silva Professore associato Dipartimento di energia Politecnico di Milano

2 Indice della presentazione 2 Fonti di energia rinnovabile: classificazione Consumi energetici mondiali e situazione futura Risorsa energetica biomassa Calore per riscaldamento Cogenerazione di energia elettrica e calore Emissioni

3 Le Fonti di Energia Primaria 1. FONTI RINNOVABILI: - IDRAULICA - BIOMASSE - EOLICA - SOLARE - GEOTERMICA - MAREE, CORRENTI MARINE, MOTO ONDOSO 2. FONTI NON RINNOVABILI: - Combustibili fossili: - PETROLIO - GAS NATURALE - CARBONE - NUCLEARE

4 Gli Usi Finali di Energia ENERGIA PRIMARIA USI DIRETTI: - PROCESSI INDUSTRIALI - TRASPORTI - RISCALDAMENTO - MATERIE PRIME per INDUSTRIA CHIMICA CONVERSIONE IN ENERGIA ELETTRICA

5 Energia idraulica + Energia delle maree + Energia Geotermica Energia solare Energia delle correnti marine Energia eolica Biomasse + Energia delle onde

6 Consumi mondiali di Energia Primaria

7 EFFETTO SERRA

8 In sintesi Esiste un Problema Energetico - RISORSE LIMITATE, IN ESAURIMENTO - CONCENTRAZIONE RISORSE (problematiche economiche, socio-politiche) - ACCESSO ALLE RISORSE (occorre consentire lo sviluppo economico dei paesi del terzo mondo) - IMPATTO AMBIENTALE (effetto serra e inquinamento) RISPARMIO ENERGETICO FONTI RINNOVABILI

9 Energia da biomassa CALORE ED ENERGIA ELETTRICA

10 Biomasse vegetali e animali 10 calore respirazione Produttori primari (organismi auto-trofi) Erbivori Carnivori materia organica morta Batteri energia, materia organica Materia inorganica materia inorganica

11 Motivi di interesse 11 1) Biomasse sono una fonte di energia rinnovabile 2) Emissioni nette di CO 2 ~ zero 3) Producibili in quantità adeguate nella maggior parte dei Paesi del mondo 4) Relativa facilità di stoccaggio 5) Rivalutazione del materiale organico non utilizzato (residui) o di scarti che pongono problemi di smaltimento (e.g. deiezioni animali) 6) Opportunità di reddito per l agricoltura 7) Incentivazione alla tutela di boschi e aree verdi 8) Possibilità di creare occupazione nelle aree a rischio di spopolamento (e.g. Comunità Montane)

12 Processi e tecnologie per la produzione di energia 12 COLTURE ENERGETICHE (frumento, orzo, mais, sorgo da granella e zucchero, barbabietola) CARBOIDRATI (sorgo da fibra, canna, cardo, miscanto, switchgrass, canapa) SOSTANZA SECCA (colza, girasole, soia) OLIO CONVERSIONE BIOLOGICA CONVERSIONE TERMO-CHIMICA ESTRAZIONE DELL'OLIO LEGNO CELLULOSA AMIDO ZUCCHERO BIOMASSA INSILATA SOSTANZA SECCA OLIO VEGETALE IDROLISI ACIDA O ENZIMATICA FERMENTAZIONE DIGESTIONE ANAEROBICA PIROLISI GASSIFICAZIONE LIQUEFAZIONE COMBUSTIONE ESTERIFICAZIONE DISTILLAZIONE ETANOLO BIOGAS OLIO CARBONE GAS SYNGAS OLIO CALORE ESTERE + GLICERINA COMBUSTIBILE PER I TRASPORTI ELETTRICITA' (E/O CALORE)

13 Energia primaria in Italia-2012 FONTE: BP Statistical review of world energy 2012 Il settore civile e terziario è un area strategicamente importante per i consumi energetici 56.9 Mtep (la maggior parte dei consumi sono per riscaldamento/climatizzazione).

14 Foreste in Italia Mha di foreste (2012) % pubbliche, 66.4% private Foreste alpino-montano-collinari (95%, bassa accessibilità) Incremento annuo (2012): 32,5 Mm 3 Prelievi (2012): 7,74 Mm3 24% dell incremento 65% legno da energia 35% legno da industria (Fonte: N. Andrighetto, D. Pettenella, 2014; Eurostat, 2013, AIEL 2013)

15 Gestione forestale sostenibile 15 rischio incendi dissesto idrogeologico creazione ricchezza e occupazione (aree montane) Stesso bilancio di CO 2 MA grazie al beneficio energetico risparmio di CO 2

16 Utilizzo del legno per riscaldamento 16 Ogni kwh di calore utile prodotto con il legno in sostituzione di metano e gasolio risparmio kg CO 2 Ogni litri di gasolio che sostituiamo con interventi di efficienza energetica e l uso di biocombustibili legnosi prodotti localmente, lasciamo sul territorio non meno di /anno a sostegno dell economica locale In Italia con il legno produciamo l 80% dell energia termica rinnovabile, 27 milioni di t/a, circa il 16,5% dei consumi per riscaldamento (9.24 Mtep)

17 COGENERAZIONE: Definizione 17 Produzione combinata di energia elettrica e calore (combined heat and power, CHP), entrambi intesi come effetti utili. Può essere effettuata utilizzando un motore (es. a combustione interna a pistoni, a turbina a gas, a turbina a vapore.) che genera energia elettrica, dal quale si recupera anche calore altrimenti disperso. Il motore a seconda delle tipologie può essere alimentato con combustibili fossili (gas naturale, oli combustibili) o mediante biocombustibili rinnovabili (biogas, biocombustibili liquidi) o di risulta (RSU e derivati). Combustibile 100 Energia elettrica 35 Recupero termico 55 Rendimento Totale 90% Motore Perdite termiche 10

18 Vantaggio energetico della cogenerazione 18 Caso base, produzione separata Caso cogenerativo Perdite Centrale elettrica Combustibile E c Impianto cogenerativo Energia elettrica Calore Perdite E e E t EE Caldaia Combustibile E c,e Combustibile E c,t Si ottiene un vantaggio quando E c nel caso cogenerativo è minore di E c,e +E c,t, a parità di effetti utili E e e E t per l utente finale

19 Vantaggio energetico della cogenerazione 19 Paolo Silva Taio (TN), 5 Giugno 2015

20 % 79% Thermal power from Thermal Oil Thermal power to cogeneration 18 % Electric Power 3% Thermal and electrical losses Paolo Silva Taio (TN), 5 Giugno 2015

21 ESAMINIAMO TRE DIVERSI ESEMPI 21 Primo esempio: un impianto che produce solo elettricità, senza recuperare il calore (rendimento elettrico = 33%) Energia primaria risparmiata = 0.33/0.525 = 63% Secondo esempio: un impianto che produce solo calore (rendimento termico = 80%) Energia primaria risparmiata = 0.80/0.90 = 89% Terzo esempio: un impianto di cogenerazione (rendimento elettrico = 18%, rendimento termico 62%) Energia primaria risparmiata = 0.18/ /0.90 = 103%

22 EMISSIONI Qualità del biocombustibile: legna, cippato, pellet, 2. Comportamento del gestore dell apparecchio 3. Progettazione, installazione e manutenzione impianto 4. Impianto fumario: installazione, manutenzione 5. Qualità del generatore: rendimento, fattori emissione, sistemi di abbattimento

23 EMISSIONI Particolato da piccoli impianti termici 23

24 EMISSIONI Particolato da impianti più grandi 24

25 EMISSIONI Particolato da impianti più grandi 25 Elettrofiltri e filtri a maniche

26 EMISSIONI Particolato da impianti più grandi 26 Elettrofiltri e filtri a maniche

27 Conclusioni 27 Biomassa: risorsa locale (valore socio-economico) Emissione nulla di CO 2 Combustione a griglia: ottima se utilizza tecnologie moderne di combustione e abbattimento Cogenerazione da biomassa: metodo per massimizzare i benefici energetici e ambientali

28 28 Grazie per l attenzione Paolo Silva Docente Dipartimento di energia Politecnico di Milano

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