Le tecnologie per la conversione delle biomasse

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1 Facoltà di Ingegneria Dipartimento di Energetica Le tecnologie per la conversione delle biomasse

2 Indice Il contributo delle biomasse La combustione La digestione anaerobica I biocombustibili La gasificazione

3 Definizione di Biomassa Materia organica di origine animale o vegetale, esclusa la materia organica di origine fossile Scarti della lavorazione del legno e della manutenzione dei boschi Elevato PCI Scarti ortofrutticoli e frazione organica RSU Basso PCI (non immagazzinabile) Coltivazioni energetiche Elevato PCI

4 Il contributo delle biomasse: Energia Primaria Le tecnologie per le biomasse

5 Il contributo delle biomasse: Energia Primaria Le tecnologie per le biomasse

6 Il contributo delle biomasse nel mondo Le tecnologie per le biomasse Produzione di EE

7 Il contributo delle biomasse in Europa Produzione di EE

8 La conversione della biomassa

9 La combustione 6500 kw La tecnologia 5500 kwt 300 C 1000 kw η ee = 15 % 4500 kw t 90 / 60 C η ex = 30 %

10 La combustione I problemi La dimensione del bacino di raccolta limita le potenze Stagionalità della produzione e dell utilizzo comporta immagazzinamento I vantaggi Flessibilità della tipologia del combustibile Flessibilità della produzione

11 Il legno In Europa Legno 55,5 Mtep Biomassa totale 62 Mtep

12 La combustione I problemi La dimensione del bacino di raccolta limita le potenze Stagionalità della produzione e dell utilizzo comporta immagazzinamento I vantaggi Flessibilità della tipologia del combustibile Flessibilità della produzione

13 La digestione anaerobica EE La tecnologia MCI η=35% ET Biogas CH % (vol) CO % Biomassa Umida 90-95% acqua PCI MJ/kg basso PCI Produzione m 3 /t deiezioni zootecniche residui dell industria alimentare frazioni organiche di RSU Reattore Reflui fertilizzanti

14 La digestione anaerobica In Europa (4 Mtep) I problemi La dimensione del bacino di raccolta limita le potenze I vantaggi Combustibile altrimenti non smaltibile

15 La digestione anaerobica

16 I biocombustibili Il biodiesel Produzione Colza o girasole: 1 t biodiesel / (ettaro anno) Utilizzo In miscela fino al 40%, senza modifiche Problemi Eccessiva viscosità, depositi Emissioni PM Incomb SO x NO x

17 I biocombustibili Il biodiesel 1 Apr 2005

18 Il biodiesel: esterificazione (esteri 90-95%) 1000 Kg Kg = 100 Kg Kg

19 Il biodiesel I biocombustibili (1,9 Mtep)

20 I biocombustibili Il biodiesel

21 I biocombustibili Etanolo Produzione Frumento o granoturco: 2 t etanolo / (ettaro anno) Canna o barbabietola: 5 t etanolo / (ettaro anno) Utilizzo In miscela fino al 20%, senza modifiche Problemi Corrosività, basso PCI Emissioni CO Incomb. NO x

22 I biocombustibili L etanolo 1 Apr 2005

23 Etanolo: Fermentazione C 6 H 12 O 6 = 2 C 2 H 5 OH + 2 CO 2 (glucosio) 10 Kg = 5 Kg + 5 Kg ETBE: Produzione (rinnovabile circa 45%) Isobutilene + C 2 H 5 OH = ETBE 55 Kg + 45 Kg = 100 Kg

24 I biocombustibili L etanolo (0,3 Mtep)

25 I biocombustibili L etanolo

26 I biocombustibili

27 Gasificazione Processo per la conversione di combustibile solido in combustibile gassoso Obiettivi rispetto combustione diretta: Migliorare rendimento di conversione Migliorare impatto ambientale

28 Legno Le tecnologie per le biomasse Schema gasificatore Gas Essiccamento Solido Gas Pirolisi Gassificazione Ceneri Combustione Aria & Vapore Temperatura

29 La pirolisi Degradazione termica in: char (idrocarburi solidi) tar (idrocarburi liquidi) gas combustibile Carbone Biomassa C mol 1 1 H mol O mol H 2 0 % Kg 5 20 PCI MJ/Kg Le biomasse risultano essere più volatili del carbone

30 La gasificazione Gasificazione C s 131 CO + H ( ) + H 2O + MJ/kmol 2 Water gas shift CO + H H 2 O CO MJ/kmol Metanazione CO 3H 2 CH 4 + H O 206 MJ/kmol

31 La gasificazione Minore T necessaria Si gasifica in aria

32 Il syngas (%mol) Composizione Biomassa Carbone H % 30-35% CO 20-25% 60-65% CO % 0-5% H 2 O 5-10% 0-5% CH 4 0-5% 0-5% N % 0% PCI [ MJ/Kg ]

33 Le impurezze Tecnologie abbattimento emissioni Biomassa rispetto carbone Le polveri Scrubber, ESP Bassa produzione Il tar Scrubber Elevata produzione H 2 S Scrubber, in situ* Basso tenore S

34 Letto trascinato Vantaggi Tecnologia consolidata Elevato η di conversione (alta T) Basso contenuto di tar e idrocarburi Svantaggi Necessita granulometria fine Alta T: recupero termico necessario, stress termici, fusione ceneri Elevata concentrazione polveri

35 Letto fisso Vantaggi Tecnologia consolidata Flessibilità su granulometria e composizione Bassa T: bassa entalpia syngas Bassa concentrazione polveri Svantaggi Basso η di conversione (bassa T) Alto contenuto di tar e idrocarburi

36 Letto fluido Vantaggi T uniforme Discreto η di conversione (alta T) Basso contenuto di tar e idrocarburi Desolforazione in situ Svantaggi Alta T: recupero termico necessario Elevata concentrazione polveri Maggior complicazione tecnologica Nuova tecnologia

37 Impiego Cicli combinati Alto rendimento Compressore a carico parziale Dimensione impianto ed economie di scala Motori a combustione Piccole potenze Basso rendimento PCI syngas basso

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