BIOCHAR DA GASSIFICAZIONE

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Vittore Alfieri
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1 BIOCHAR DA GASSIFICAZIONE ALESSANDRO POZZI AGT ADVANCED GASIFICATION TECHNOLOGY / ELY alessandro.pozzi@agtgasification.com alessandro.pozzi@elyspa.it IL BIOCHAR UN OPPORTUNITÀ PER IL SETTORE AGRICOLO ED ENERGETICO C/O OPENFIELDS - COLLECCHIO (PR), 18 LUGLIO 2013

2 CARBONE VEGETALE: GENERALITÀ IL CARBONE VEGETALE È IL PRODOTTO DEL PROCESSO DI CARBONIFICAZIONE DI BIOMASSE, (CIOÈ LA PERDITA DI IDROGENO, OSSIGENO E AZOTO DA PARTE DELLA MATERIA ORGANICA A SEGUITO DI APPLICAZIONE DI CALORE IN ASSENZA DI AGENTE OSSIDANTE) MATERIA VEGETALE = CELLULOSA, EMICELLULOSA, LIGNINA, ESTRATTIVI ORGANICI, MINERALI INORGANICI E ACQUA LA DISTRIBUZIONE % DEI VARI COMPONENTI VARIA CON LA SPECIE, L ETÀ + FATTORI CLIMATICI COME TIPOLOGIA DI SUOLO E CONDIZIONI CLIMATICHE CELLULOSA, EMICELLULOSA E LIGNINA EVIDENZIANO UN COMPORTAMENTO DIFFERENTE QUANDO SOTTOPOSTI A UN PROCESSO DI DEGRADAZIONE TERMOCHIMICA EMICELLULOSA (220 /315 C) GAS NON CONDENSABILI, COMPOSTI ORG. A B.P.M. + H 2 O CELLULOSA (315 /400 C) CO 2 + H 2 O + CO + CH 4 + CARBONE LIGNINA (160 /900 C) GAS NON CONDENSABILI, VAPORI CONDENSABILI E AEROSOL LIQUIDI, CARBONE

VARIA CON LA SPECIE, L ETÀ + FATTORI CLIMATICI COME TIPOLOGIA DI SUOLO E CONDIZIONI CLIMATICHE CELLULOSA, EMICELLULOSA E LIGNINA EVIDENZIANO UN COMPORTAMENTO DIFFERENTE QUANDO SOTTOPOSTI A UN

3 EFFICIENZA DEL PROCESSO DI CARBONIFICAZIONE COMPOSIZIONE DELLA BIOMASSA : TEMPERATURA : TEMPO DI RESIDENZA η fc = (m char *c fc )/(m bio *(1 b a )) DOVE m CHAR È LA MASSA DI BIOCHAR PRODOTTA, c fc IL CONTENUTO DI CARBONIO NEL BIOCHAR, m bio LA MASSA DI MATERIALE ORIGINARIO, b a IL CONTENUTO DI CENERI NELLA BIOMASSA QUANTITÀ PROPORZIONALI DI PRODOTTI OTTENUTI A DIVERSE T C IN UN PROCESSO DI FAST PYROLYSIS CON BIOMASSA DI PIOPPO (FONTE: IEA, 2007) PROCESSO FAST PYROLYSIS TEMP. MODERATA ( 500 C), BREVE TEMPO RESIDENZA VAPORI CALDI (< 2 SEC) INTERMEDIATE PYROLYSIS TEMPERATURA MODERATAMENTE BASSA, MODERATO TEMPO RESIDENZA VAPORI CALDI SLOW PYROLYSIS TEMPERATURA MODERATAMENTE BASSA, LUNGO TEMPO DI RESIDENZA DEI VAPORI GASIFICATION ALTA TEMPERATURA (> 800 C), LUNGO PERIODO DI RESIDENZA DEI VAPORI LIQUIDO (OLIO) 75% (25% H 2 O) 50% (50% H 2 O) 30% (70% H 2 O) 5% (catrame + H 2 O) SOLIDO (BIOCHAR) GAS (SYNGAS) 12% 13% 25% 25% 35% 35% 10% 85% DATI GENERALI DI RESA DEI DIVERSI SISTEMI DI PIROLISI (FONTE: IEA, 2007)

PYROLYSIS CON BIOMASSA DI PIOPPO (FONTE: IEA, 2007) PROCESSO FAST PYROLYSIS TEMP.

4 SISTEMI MODERNI DI PRODUZIONE DEL CARBONE VEGETALE PRODURRE CHARCOAL IN QUANTITÀ E QUALITÀ SUPERIORE NEL RISPETTO DELLE NORME AMBIENTALI, CONSENTENDO LO SFRUTTAMENTO DEL GAS PER LA PRODUZIONE DI E.E. E CALORE CICLO CONTINUO MAGGIORE EFFICIENZA DI CONVERSIONE + RIDUZIONE EMISSIONI RICICLO E SFRUTTAMENTO DI TUTTI I PRODOTTI RIDUZIONE EMISSIONI + INCREMENTO RESA CONTROLLO DEL PROCESSO RIDUZIONE EMISSIONI + INCREMENTO DELLA QUALITÀ FLESSIBILITÀ NELL IMPIEGO DI BIOMASSE DIVERSE (ARBOREE, ERBACEE, SCARTI) PIROLIZZATORI, FORNI ROTATIVI, GASSIFICATORI, IMPIANTI DI CARBONIZZAZIONE IDROTERMICA, STUFE A GAS DI LEGNO

5 PRODUZIONE DI CARBONE VEGETALE DA GASSIFICAZIONE LA GASSIFICAZIONE È UN PROCESSO DI CONVERSIONE TERMOCHIMICA IN CUI UNA MATRICE ORGANICA È PARZIALMENTE OSSIDATA ATTRAVERSO UNA COMBUSTIONE AD ALTA TEMPERATURA (1.200 C) IMMAGINE: IMPIANTO ELY SPA DI GADESCO PIEVE DELMONA (CR)

È PARZIALMENTE OSSIDATA ATTRAVERSO UNA COMBUSTIONE AD ALTA

PROCESSO DI GASSIFICAZIONE: IL SISTEMA AGT/ELY ALL INTERNO DEL REATTORE IL MATERIALE CARBONIOSO SUBISCE PROCESSI DIVERSI IN UN GRADIENTE CRESCENTE DI TEMPERATURA: 1.

PIROLISI I COMPONENTI VOLATILI DELLA BIOMASSA (CELLULOSE E EMICELLULOSE) EVAPORANO GENERANDO GAS DI PIROLISI; LA LIGNINA RIMANE IN FASE SOLIDA FORMANDO CARBONE PRODOTTI: GAS DI

6 PROCESSO DI GASSIFICAZIONE: IL SISTEMA AGT/ELY ALL INTERNO DEL REATTORE IL MATERIALE CARBONIOSO SUBISCE PROCESSI DIVERSI IN UN GRADIENTE CRESCENTE DI TEMPERATURA: 1. ESSICCAZIONE COMPLETAMENTO DELL ESSICCAZIONE 2. PIROLISI I COMPONENTI VOLATILI DELLA BIOMASSA (CELLULOSE E EMICELLULOSE) EVAPORANO GENERANDO GAS DI PIROLISI; LA LIGNINA RIMANE IN FASE SOLIDA FORMANDO CARBONE PRODOTTI: GAS DI PIROLISI + TAR E CARBONE 3. COMBUSTIONE I PRODOTTI VOLATILI E PARTE DEL CARBONE REAGISCONO CON L OSSIGENO LIBERANDO CALORE PER LE REAZIONI DI GASSIFICAZIONE PRODOTTI: CALORE + CO, CO 2 E H 2 O 4. GASSIFICAZIONE I PRODOTTI DELLA COMBUSTIONE PASSANO ATTRAVERSO UN LETTO DI CARBONE ROVENTE RIDUCENDOSI PRODOTTI: CO, H 2, CH 4, H 2 O

7 REACTOR DECANTER TRATTAMENTO DEL SYNGAS IL SISTEMA DI PULIZIA DEL GAS È ASSOCIATO A UN CICLO CHIUSO CHE PERMETTE IL RICIRCOLO DEL CATRAME E ALTRE IMPURITÀ VERSO IL REATTORE DI GASSIFICAZIONE IL GASSIFICATORE NON GENERA SCARICHI IDRICI L EMISSIONE DI POLVERE DI CARBONE È IMPEDITA DA UN SISTEMA DI ESTRAZIONE CHIUSO ENGINE CYCLONES SCRUBBER 1 ELECTROSTATIC FILTER

GASSIFICAZIONE IL GASSIFICATORE NON GENERA SCARICHI IDRICI L EMISSIONE DI POLVERE DI

8 IMPIANTO DI GASSIFICAZIONE AGT/ELY: PARAMETRI TECNICI IMMAGINE: IMPIANTO ELY SPA DI GADESCO PIEVE DELMONA (CR) COMBUSTIBILE PORTATA COMBUSTIBILE AL GASSIFICATORE POTENZA ELETTRICA NOMINALE POTENZA TERMICA NOMINALE LEGNO 500 KG/H S.S. 500 KW KW PRODUZIONE DI SYNGAS NM 3 /H P.C.I. SYNGAS KCAL/NM 3 TEMPERATURA INIZIALE SYNGAS 650 C TEMPERATURA FINALE SYNGAS 50 C PRODUZIONE DI CARBONE AUTOCONSUMI ELETTRICI 10% P/P S.S. 75 KW DATI RIFERITI A UN SINGOLO MODULO DA 500 KWE IMMAGINE: IMPIANTO ELY SPA DI GORIZIA (GO)

9 PRODUZIONE DI BIOCHAR: MATERIALI IN INGRESSO/BIOMASSE NEL CORSO DEGLI ULTIMI ANNI DIVERSI MATERIALI SONO STATI TESTATI ALL INTERNO DEGLI IMPIANTI DI GASSIFICAZIONE AGT/ELY PER LA PRODUZIONE DI SYNGAS, CALORE E BIOCHAR LEGNO DI CONIFERA SANSA D OLIVA LEGNO DI PIOPPO VINACCIA PELLET DI LEGNO (CONIFERA + PIOPPO + CASTAGNO) INSILATO DI MAIS PAGLIA DI CEREALI PALM KERNEL SHELL PAGLIA DI SOIA CRUSCA DI GRANO

CALORE E BIOCHAR LEGNO DI CONIFERA SANSA D OLIVA LEGNO DI PIOPPO VINACCIA PELLET DI LEGNO (CONIFERA +

10 CARATTERISTICHE DEL BIOCHAR AGT/ELY: ALCUNE NOTE IL CHARCOAL DA GASSIFICAZIONE È UN MATERIALE CON CARATTERISTICHE PROPRIE, CHE DIFFERISCONO DAI CARBONI OTTENUTI A BASSE TEMPERATURE, EVIDENZIANDO FORTE VARIABILITÀ IN RELAZIONE ALLA BIOMASSA IN INGRESSO SONO IN GENERE CARATTERISTICHE COMUNI: FINE GRANULOMETRIA ELEVATA POROSITÀ REAZIONE MOLTO ALCALINA ELEVATA STABILITÀ SONO ELEMENTI DI FORTE VARIABILITÀ: SALINITÀ, IN CONSIDERAZIONE DEL VALORE DI CENERI VALORE DI CARBONIO TOTALE (COMPRESO TRA 45% S.S. E OLTRE L 80% S.S. ) LA CARATTERIZZAZIONE DEL MATERIALE È ESSENZIALE AL FINE DI INDIRIZZARE IL SUO CORRETTO IMPIEGO IN AGRICOLTURA

ELEVATA POROSITÀ REAZIONE MOLTO ALCALINA ELEVATA STABILITÀ SONO ELEMENTI DI FORTE VARIABILITÀ: SALINITÀ, IN CONSIDERAZIONE DEL VALORE DI CENERI VALORE DI

11 PRINCIPALI CARATTERISTICHE CHIMICHE DEL BIOCHAR DA GASSIFICAZIONE: PH, SALINITÀ E CENERI BIOCHAR PH EN13037:1999) SALINITÀ (EN13038:1999) CENERI 550 C (EN13039:1999) POTASSIO (SOLUBILE IN H 2 O) (EN13652:2001) Unità di ph ms m -1 % s.s. mg l -1 t.q. CONIFERA 11,0 38 3,8 307,5 PIOPPO 10, , ,0 PAGLIA DI GRANO 11, ,0 1475,0 VINACCIA 11, , ,0 SANSA D OLIVA 9, , ,0 PALM KERNEL SHELL 10,1 40 9,7 485,0 SILO-MAIS 11, , ,0 VALORI MEDI COEFFICIENTE DI VARIAZIONE SEMPRE < 0.5 PH MOLTO ALCALINO, SALINITÀ MOLTO VARIABILE

CONIFERA 11,0 38 3,8 307,5 PIOPPO 10,6 121 15,8 2.050,0 PAGLIA DI GRANO 11,3 115 25,0 1475,0 VINACCIA 11,8 710 23,3 10.

CONTENUTO DI CARBONIO TOTALE E STABILITÀ DEL BIOCHAR DA GASSIFICAZIONE BIOCHAR CARBONIO TOTALE (METODO DUMAS) RAPPORTO H:C (METODO DUMAS) % DM - CONIFERA 81.1 0.5 PIOPPO 67.3 0.5 PAGLIA DI GRANO 61.

12 CONTENUTO DI CARBONIO TOTALE E STABILITÀ DEL BIOCHAR DA GASSIFICAZIONE BIOCHAR CARBONIO TOTALE (METODO DUMAS) RAPPORTO H:C (METODO DUMAS) % DM - CONIFERA PIOPPO PAGLIA DI GRANO REATTIVITÀ CHIMICA: OSSIDAZIONE CON BICROMATO (0,1M -16 ORE) VINACCIA SANSA D OLIVA PALM KERNEL SHELL SILOMAIS VALORI MEDI COEFFICIENTE DI VARIAZIONE SEMPRE < 0.5 CARBONIO TOTALE 45% S.S. - 81% S.S. H:C BASSO, INDICE DI STABILITÀ DEL MATERIALE! RESPIRAZIONE: 6 SETTIMANE

1 0.4 SANSA D OLIVA 68.5 0.5 PALM KERNEL SHELL 67.1 0.5 SILOMAIS 45.2 0.4 VALORI MEDI COEFFICIENTE DI VARIAZIONE SEMPRE < 0.

13 POSSIBILI INQUINANTI DEL BIOCHAR DA GASSIFICAZIONE: IL CASO DEGLI IDROCARBURI POLICICLICI AROMATICI BIOCHAR IPA (EN15527:2008) mg kg -1 DM CONIFERA < 0.1 PIOPPO < 0.1 PAGLIA DI GRANO < 0.1 VINACCIA < 0.1 SANSA D OLIVA < 0.1 PALM KERNEL SHELL < 0.1 SILOMAIS < 0.1 EN 15527:2008 GAS CHROMATOGRAPHY MASS SPECTROMETRY (GC-MS) ANALYSIS ON THE PURIFIED EXTRACT OBTAINED BY SOXHLET EXTRACTOR WITH CYCLOHEXANE I DATI ANALITICI RIPORTATI SONO LA SOMMA DEI VALORI MISURATI DELLE PRINCIPALI MOLECOLE ELENCATE DALL INTERNATIONAL AGENCY FOR RESEARCH ON CANCER (IARC) COME CAUSA DI CANCRO VALORI MEDI COEFFICIENTE DI VARIAZIONE SEMPRE < 0.5 I VALORI DI IPA MISURATI CON METODO EN SONO ESTREMAMENTE BASSI IN TUTTI I MATERIALI ANALIZZATI E BEN AL DI SOTTO DELLA SOGLIA DI PERICOLOSITÀ PER LA SALUTE UMANA (IBI 16 mg kg -1 DM)

1 EN 15527:2008 GAS CHROMATOGRAPHY MASS SPECTROMETRY (GC-MS) ANALYSIS ON THE PURIFIED EXTRACT OBTAINED BY SOXHLET EXTRACTOR WITH CYCLOHEXANE I DATI ANALITICI RIPORTATI SONO LA SOMMA DEI VALORI

14 TEST DI CRESCITA CON ORZO PRIMAVERILE IN SUBSTRATO A BASE DI TORBA DI SFAGNO E BIOCHAR DA GASSIFICAZIONE EN :2011 EFFECT OF SOIL IMPROVERS ON THE GROWTH OF SPRING BARLEY IN POT EXPERIMENT DRY BIOCHAR IS ADDED TO FERTILIZED AND LIMED SPHAGNUM PEAT (PH ) AT THE RATE OF 10, 20 AND 40 g l ML POT ARE USED, 20 SEEDS FOR EACH POT, 3 REPLICATES. AFTER 5 DAYS, GERMINATION RATE IS DETERMINED, WHILE FRESH WEIGHT IS MONITORED AS SOON AS THE SECOND TRUE LEAF OF 50% OF THE PLANTS OF THE CONTROL SAMPLE ARE BIGGER THAN THE FIRST LEAF. IN VERDE LE TESI A BASE DI BIOCHAR CHE HANNO RESTITUITO UN SIGNIFICATIVO INCREMENTO DELLA PRODUZIONE IN TERMINI DI PESO FRESCO DELLA MATERIA VEGETALE DI CIASCUN VASO

700 ML POT ARE USED, 20 SEEDS FOR EACH POT, 3 REPLICATES.

15 CONCLUSIONI L IMPIANTO DI GASSIFICAZIONE AGT/ELY È CANDIDATO A OFFRIRE UNA SOLUZIONE SIA ECONOMICA CHE AMBIENTALE: ENERGIA ELETTRICA, CALORE E BIOCHAR SONO UNA DIRETTA FONTE DI REDDITO E NEL CONTEMPO ASSICURANO UN CONTRIBUTO ALLE RINNOVABILI IL BIOCHAR DA GASSIFICAZIONE PUÒ ESSERE UN IMPORTANTE FATTORE PER AUMENTARE LA PRODUTTIVITÀ AGRICOLA E STOCCARE CARBONIO NEL SUOLO, RAPPRESENTANDO UNA DELLE POCHE TECNICHE REALMENTE C-NEGATIVE I PRIMI ESPERIMENTI DI UTILIZZO IN AGRICOLTURA DI BIOCHAR DA GASSIFICAZIONE EVIDENZIANO COME TALE MATRICE POSSA GIOCARE UN RUOLO ASSAI POSITIVO COME FERTILIZZANTE. LA MAGGIOR PARTE DEI RISULTATI INDICA INFATTI INCREMENTO DELLA GERMINAZIONE, DELLA CRESCITA VEGETATIVA E DELLA PRODUZIONE IN TERMINI DI RACCOLTO

SUOLO, RAPPRESENTANDO UNA DELLE POCHE TECNICHE REALMENTE C-NEGATIVE I PRIMI ESPERIMENTI DI UTILIZZO IN AGRICOLTURA DI BIOCHAR DA GASSIFICAZIONE EVIDENZIANO COME TALE MATRICE POSSA

16 2 ND MEDITERRANEAN BIOCHAR SYMPOSIUM ENVIRONMENTAL IMPACT OF BIOCHAR AND ITS ROLE IN GREEN REMEDIATION JANUARY, 2014 PALERMO COMING SOON AT ABSTRACT SUBMISSION DEADLINE WILL BE NOVEMBER GRAZIE PER L ATTENZIONE!

PALERMO COMING SOON AT WWW.MEDITBIOCHAR.

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