Criticità tecnologiche in impianti di piccola taglia e attuali soluzioni. (direttore RE-CORD) KlimaEnergy Settembre Bolzano

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Alice Mattioli
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1 Criticità tecnologiche in impianti di piccola taglia e attuali soluzioni Matteo Prussi (direttore RE-CORD) Chi Siamo 2

2 RE-CORD Renewable Energy Consortium for R&D Chemical laboratory fully dedicated to Bioenergy/Biofuels and Renewables (Pianvallico area) Various equipments for Solar and Wind energy assessments 1 ha fenced experimental area at the Villa Montepaldi Farm (300 ha University farm) Preliminary and detailed engineering skills through Spike Renewables SrL Academic R&D skills through CREAR/Dept. of Energy Engineering/Dept.s of Agriculture Various Renewable Pilot Plants CREAR University Research Center Villa Montepaldi University Farm Pianvallico SpA Mugello Land Devel. Company Spike Renewables SrL Engineering and R&D SME In partnership with DIBA and F&M

through Spike Renewables SrL Academic R&D skills through CREAR/Dept. of Energy Engineering/Dept.

3 Network Nazionali ed Internazionali International Energy Agency - Bioenergy (IEA-Bioenergy, T34-Pyrolysis T39, 1 st & 2 nd gen biofuels Gruppo M&G) EU Biofuel Technology Platform (WG4-Sustainability) THERMALNET Intelligent Energy for Europe Italian Biofuel Technology Platform (WG2 Conversione) ISES-Italia (Ital.sect. of Int.Solar Energy Society-Consiglio Direttivo.) Coordination of EC-R&D&D and IT-MATT projects International Master Course IMES on Bioenergy (Bioenergy and Environment Prog.Europeo, I Master Bioenergia in Italia) Alcune partnerships industriali Mossi & Ghisolfi / Chemtex (IT) Second generation bioethanol from woody feedstock SILO (IT) Esterified vegetable oil plant Galigani Filtri (IT) Design and construction of cold extraction vegetable oil plant VWP (DE) Vegetable oil engines Riello (IT) Test on vegetable oil burners Assocostieri (IT, Novaol coord.) Innovative microalgae cultivation IBT/Capstone (IT/US) Microturbine adaptation for biofuel feeding TURBEC (Sweden) Microturbine minor modifications for external combustion feeding BTG Biomass technology group (Netherland) Pyrolysis oil test in an adapted microturbine SEA Marconi (IT) Design and construction of biomass torrefaction and pyrolysis reactors Mawera - Viessman (A-DE) Solid biomass furnace development

) Coordination of EC-R&D&D and IT-MATT projects International Master Course IMES on Bioenergy (Bioenergy and Environment Prog.

4 Alcune collaborazioni istituzionali ENEA (IT) Biomass gasification systems, bioethanol production, steam explosion treatments CNR Istituto Motori (IT) Tests and advanced measurements on biofuels spraying and combustion behavor Indian Institute of Science and Technology (Bangalore - INDIA) Biomass gasification systems Aston University (Birmingham - UK) International Master on renewable energies CSGI Consortium for large interphase systems (Florence - IT) [CREAR member] Emulsion of diesel and biofuels for use in prime movers TUG Technical University of Graz (Graz - UK) Clean and efficient biomass combustion systems CFD simulation of biomass combustion Imperial College of London (UK) Assessment on biofuels market, potential and perspectives IFEU (Heidelberg - DE) LCA on power production from renewable resources Agronomic department (Florence - UK) [CREAR member] Energy-crop activities FCT, Universidad Nova de Lisboa, (Portugal) Vegetable oil related activities Boreskov Institute of Catalysis (Novosibirsk, RU) Catalytic treatment of biofuels and emission reduction from power plant Reti, scambi, progetti 8

energies CSGI Consortium for large interphase systems (Florence - IT) [CREAR member] Emulsion of diesel and biofuels for use in prime movers TUG Technical University of Graz (Graz - UK) Clean and

5 Il Progetto AGROGAS 9 Obiettivi del progetto con il partner IISc (Indian Institute of Science) Installazione del sistema di gassificazione 70 kwel Marcatura CE Analisi sperimentale della tecnologia e delle prestazioni reali. Test di biomasse locali: potature di vite e olivo 10

gassificazione 70 kwel Marcatura CE Analisi sperimentale della

6 Principali caratteristiche di impianto Capacità massima e minima: 70 kg/ora e 35kg/ora Potenza elettrica ceduta alla rete: 70kW Potenza elettrica assorbita dalla rete: circa 20kW Tipologia combustibile: cippato di legna Generazione elettrica: motore Cummings (G855G)a gas da 70 kwe 11 La Gassificazione di piccola taglia 12

dalla rete: circa 20kW Tipologia combustibile: cippato di legna Generazione

7 L interesse per la Gassificazione di piccola scala Gassificazione di piccola scala è interessante perché: tecnologia adeguata per impianti <200 kwel; richiesta di biomassa facilmente reperibile sul territorio; capace di valorizzare legna e scarti di produzioni agricole. L Impianto di Gassificazione Sistema di pre-trattamento e caricamento della BM Reattore Sistema di GasCleaning Produzione di energia elettrica e termica 14

capace di valorizzare legna e scarti di produzioni agricole.

8 Elementi di criticità dell attuale stato dell arte 15 Sistema di pre-trattamento e caricamento BM Gassificazione di piccola scala richiedono: 1. bassa umidità in ingresso: <10%. 2. Caratteristiche costanti. Pezzatura omogenea. Tipologia poco variabile REALMENTE NECESSARIE??

9 Sistema di pre-trattamento e caricamento BM Gassificazione di piccola scala richiedono: 1. bassa umidità in ingresso: <10%. 2. Caratteristiche costanti. Pezzatura omogenea. Tipologia poco variabile Temperatura del reattore >1000 C per riduzione tars e composizione gas. Setting parametri operativi del reattore del gas cleaning: Stabilità di funzionamento Tipologie principali di Gassificatori a Letto Fisso Updraft Double Fire Two/Three Stage Biomass B rennstoff Air L u f t T ro c k n u n g Air L u f t P y ro ly s e Air Downdraft Gas, Tar P r o d u k t g a s Air L u f t O x id a tio n R e d u k tio n O x id a tio n A sche Ash Molti schemi e varianti Fonte: H.Hofbauer, Wien University, 2007

Setting parametri operativi del reattore del gas cleaning: Stabilità di funzionamento Tipologie principali di Gassificatori a Letto Fisso Updraft Double Fire Two/Three Stage

10 Reattore di pirolisi-gassificazione La tipologia di reattore definisce: composizione del gas; efficienza massima d impianto; ore di funzionamento continuativo; costi di manutenzione. Reattore di pirolisi-gassificazione ηmax_teorico= = 70-85% Il rendimento massimo influenza il rendiomento globale d impianto: ηmax_impianto= = 22-25% 25%

11 Premessa al gas cleaning Durante il processo di gassificazione si formano sempre tars. Il sistema di pulizia deve essere visto come un unico elemento con l impianto di gassificazione. Premessa al gas cleaning La scelta dell impianto di gassificazione deve essere compatibile con la destinazione (utilizzo) del gas Generazione di calore Fornaci, grandi caldaie, co-combustione Motori Stirling Motori a gas Turbine e Gas Produzione di combustibili di sintesi Celle a Combustibile

Premessa al gas cleaning La scelta dell impianto di gassificazione deve essere compatibile con la destinazione

12 Principali contaminanti e metodi di rimozione Contaminante Esempio Problemi Metodo di pulizia Particolato Ceneri, particelle di char, materiale inerte (se letto fluido) Erosione Filtraggio, scrubbing Metalli alcalini Composti di Na e K Corrosione a caldo Raffreddamento, condensazione, filtrazione, adsorbimento Azoto (dal combustibile) Principalmente NH 3 ed HCN Formazione di NO X Tars Aromatici refrattari Intasamento filtri, difficoltà di combustione, depositi all interno dell impianto, avvelenamento catalizzatori Zolfo, cloro H 2 S, HCl Corrosione, emissioni, avvelenamento catalizzatori Scrubbing, SCR (riduzione catalitica selettiva) Cracking termico o catalitico, rimozione Scrubbing con dolomite o calce, assorbimnento Rimozione dei tar Principali sistemi per la rimozione dei tars: Rimozione fisica si condensano gocce di tars e le si rimuovono con sistemi simili a quelli per il particolato (scrubber, filtri,etc). Rimozione chimica Cracking catalitico o termico Sottoprodotti da trattare: Acqua di lavaggio/biodiesel Tars

refrattari Intasamento filtri, difficoltà di combustione, depositi all interno dell impianto, avvelenamento catalizzatori Zolfo, cloro H 2 S, HCl Corrosione, emissioni, avvelenamento catalizzatori

13 Sistema di conversione Motori alternativi (20<ηel<35%): motori gas modificati: rendimenti contenuti; rumorosità; elevato CO; motori a ciclo diesel modificati: rendimenti elevati; necessitano di un 7-10% di combustibile liquido. Sezione di impianto che con un buon gas non evidenzia particolari criticità. Osservazioni Generali 26

rendimenti elevati; necessitano di un 7-10% di combustibile liquido.

Elementi di criticità dell installazione di un impianto di gassificazione di piccola scala Sull attuale mercato Europeo (e non solo) si riscontra:

14 Elementi di criticità dell installazione di un impianto di gassificazione di piccola scala Sull attuale mercato Europeo (e non solo) si riscontra: Difficoltà nella definizione delle prestazioni di impianto. Genericità nelle specifiche sul combustibile. Procedure sul commissioning non formalizzate.

Difficoltà nella definizione delle prestazioni di impianto.

Definizione contratto di manutenzione e certezza sui costi.

15 Elementi di criticità dell installazione di un impianto di gassificazione di piccola scala Da un punto di vista contrattuale, inoltre: Copertura garanzia sulle prestazioni. Definizione contratto di manutenzione e certezza sui costi. Copertura assicurativa su garanzia per il fermo macchina. Elementi di criticità dell installazione di un impianto di gassificazione di piccola scala NECESSITA DI VERIFICHE EFFETTUATE DA ENTE TERZO Gruppo CTI su gassificazione

16 Conclusioni 31 Impianti di gassificazione di piccola scala Tecnologia che è prossima ad una fase di maturità tecnica. Interessante per impianti di piccola-media taglia. Rimangono aperte questioni di natura tecnica (complessità di impianto impianto e di gestione) ma anche di natura commericale commerciale. Installazioni che mantengono un rischio medio per l investitore

Rimangono aperte questioni di natura tecnica (complessità di impianto impianto e di

17 Grazie per l attenzione Criticità tecnologiche in impianti di piccola taglia e attuali soluzioni Matteo Prussi (direttore RE-CORD)

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