Biocarburanti avanzati: la ricerca eni

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1 Biocarburanti avanzati: la ricerca eni Daniele Bianchi Development, Operations & Technology Renewable Energy and Environmental R&D Center Accademia Nazionale di Agricoltura - BIOSEA Agroenergie: produzione e utilizzazioni Bologna 4 Dicembre 2014

2 I biocarburanti I BIOCARBURANTI PERCHE? QUALI PRODOTTI SERVONO? COME PRODURLI?

3 Perché i biocarburanti Fonti di emissione CO2 (EU-27) Le emissioni di CO 2 associate al settore dei trasporti, in particolare quelli su strada, avranno in futuro un peso percentuale sempre maggiore Fonte: EC Publication EU Energy, transport and GHG emissions trends to 2050

4 Perché i biocarburanti? L unica alternativa a BREVE TERMINE per diminuire le emissioni nei trasporti sono i BIOCARBURANTI La direttiva europea RED richiede che, entro il 2020 il 10% dell energia utilizzata nei trasporti dovrà provenire da biofuel, elettricità ed idrogeno prodotti da fonti rinnovabili. L attuale Bozza di Decreto del Ministro dello Sviluppo Economico, in ricezione della proposta di Direttiva Europea prevede una traiettoria indicativa di immissione di biocarburanti: % ,5% ,5% ,5% di cui 1,2% di advanced biofuel ,0% di cui 1,2% di advanced % di cui 1,6% di advanced % di cui 2,0% di advanced

5 Lo scenario dei biocarburanti (IEA: New Policies Scenario 2013) Nel 2035 i biofuel soddisferanno l 8% del mercato mondiale dei carburanti (trasporto su strada), rispetto al 3% del La domanda di biofuel è attesa crescere del 5% anno rispetto al 1% della domanda globale di petrolio per trasporto. Fonte: IEA WORLD ENERGY OUTLOOK 2013

6 Europa Italia 22,5 21,6 19,5 18,9 19,0 18,4 173,4 182,8 179,7 184,6 188,0 186,7 Europa Italia 9,7 8,0 7,0 6,0 5,6 76,8 70,7 62,7 60,2 108,4 86,3 Lo scenario dei biocarburanti:la crisi delle raffinerie L industria europea della raffinazione sta attraversando un periodo di forte crisi, già da alcuni anni, a causa del calo strutturale della domanda di prodotti raffinati e del conseguente eccesso di capacità accompagnato da crollo dei margini. La crisi è ancora più spinta per le aree MED e per l Italia in particolare Mton/a Benzina 109,2 0,8 Consumi benzina e gasolio in Italia ( ) 90,7 4,4-36% 81,3 4,5 75,7 5,0 70,4 7,7 69,4 9,3 13,5 9,9 0,2-52% 8,3 0,2 7,4 0,3 6,7 0,7 6,5 0,8 Raffinerie in Italia dal 2009 Sannazzaro Venezia Cremona Trecate Mantova Ravenna Busalla Falconara Livorno #16 Sannazzaro Venezia Cremona xx x Trecate Mantova Ravenna Busalla Falconara Livorno #11 Mton/a Gasolio +20% 193,9 191,2 197,1 11,2 11,5 12,5 174,9 1, ,2 19, Bio 209,4 22, Oil 22,7 23,1 0,2 1, % 20,9 1,4 20,3 1, ,0 2, ,7 2,3 Sarroch Roma Gela Milazzo Taranto Priolo Augusta Capacità di raffinazione chiusa in Italia -12 Mton/a Sarroch x Roma x Gela Milazzo Taranto Priolo Augusta x Chiusura annunciata nel (Europa -80 Mton/a) Fonte: Wood Mackenzie

7 COSA SERVE: la domanda di biofuel in Italia Come nel resto d Europa, Il consumo di biofuel in Italia è atteso in sensibile crescita nei prossimi 10 anni. In particolare, il biodiesel si conferma il biocarburante più richiesto dai consumatori italiani che mantengono la propria predilezione per i mezzi alimentati a diesel kt/a Domanda nazionale di biofuels % biogasoline biodiesel

8 COME PRODURLI: la materia prima 1 a generazione Biocarburanti avanzati

9 Rifiuti Organici Alghe Biomasse Lignocellulosiche La ricerca eni di sui biocarburanti: pool DIESEL Gasificzione/ liquefazione BtL diesel zuccheri Fermentazione olio olio Idrogenazione Green diesel bio-olio Liquefazione

10 La ricerca eni di sui biocarburanti Greendiesel di seconda e terza generazione

11 Processi per Biodiesel di 1 generazione MeOH Transesterificazione Estrazione olio Purificazione glicerolo Piante oleaginose Fatty Acid Methyl Ester (FAME)

12 Il biodiesel come fuel I vantaggi del biodiesel Processo semplice con bassi costi di investimento Gli svantaggi E un prodotto ossigenato (potere calorifico inferiore al diesel fossile) Proprietà a freddo non ottimali Limitata stabilità all ossidazione (presenza di doppi legami) E biodegradabile (può causare problemi di biofouling) Ha proprietà solventi (degrada parti in gomma ed elastomeri) Emissioni di NOx superiori al diesel convenzionale Limiti nel blending (max 7%) Impossibile soddisfare target 2020 (10% in termini energetici)

13 Il GREEN DIESEL: Hydrogenated Vegetable Oil (HVO) H 2 Idro-deossigenzione Trigliceridi / acidi grassi H 2 Idro-isomerizzazione Processo Ecofining TM Distillazione Green diesel (prodotto NON-ossigenato, analogo al diesel fossile)

14 GREEN DIESEL: il processo Ecofining TM Green GPL Green nafta Green Jet Green diesel Materie prime: oil vegetali di bassa qualità grassi animali oli usati oli algali

15 Il progetto Green Refinery - Venezia La raffineria di Venezia è stata riconvertita in bio raffineria Un impianto con tecnologia Ecofining è stato avviata a Gennaio 2014, producendo globalmente circa ton/anno di biocarburanti. Nella prima metà del 2015 la bioraffineria raggiungerà la sua massima capacità produttiva, pari a circa ton/anno di biocarburanti.

16 Il progetto Green Refinery - Venezia L idea fondante del Progetto Green Refinery è oggetto di un brevetto depositato da eni nel 2012 con il titolo: Metodo per convertire una raffineria convenzionale di oli minerali in una bioraffineria La nuova soluzione tencologica prevede la conversione delle due unità di idrodesolforazione gasoli (HDS) già esistenti in un unità ECOFINING TM. Le principali modifiche comprendono la sostituzione del catalizzatore e del sistema di scambio termico La tecnologia è replicabile per la riconversione di raffinerie tradizionali

17 Il progetto Green Refinery - Gela Un iniziativa analoga a quella di Venezia è stata annunciata anche per la riconversione della raffineria di Gela dove è previsto per il 2017 l avviamento di un secondo impianto Ecofining in grado di trattare 750 kt/anno di oli vegetali e/o di scarto.

18 GREEN DIESEL: la disponibilità delle materie prime Per soddisfare la richiesta di diesel è necessario partire da MATERIE PRIME ALTERNATIVE

19 GREEN DIESEL di seconda generazione sviluppato da Saccarificazione zuccheri Fermentazione Lieviti oleaginosi Lisi/Estrazione Oli microbici Biomasse Lignocellulosiche (scarti agricoli, forestali, energy crops) Ecofining TM Trigliceridi Green diesel

20 I microorganismi oleaginosi Proprietà dei lieviti oleaginosi: Alta produttività in lipidi (fino al 70% sul peso secco della cellula) Alta produttività in biomassa (>100 g/l) Capacità di crescere sia su tutti gli zuccheri (C5 e C6) derivati da biomasse lignocellulosiche I lipidi prodotti sono equivalenti agli oli vegetali e possono essere utilizzati nei processi per biodiesel o greendiesel I lipidi sono endocellulari e sono immagazzinati come riserva di energia nei lipid bodies Cryptococcus curvatus

21 GREEN DIESEL di seconda generazione Scale-up del processo 7 liters 20 liters 200 liters liters Target: m 3 Impianto pilota presso il Renewable Energy and Environmental R&D Center (Novara)

22 GREENDIESEL di terza generazione: LE MICRO ALGHE Sono organismi fotosintetici in grado di accumulare fino al 70% in peso di oli all interno della cellula Microalga Oil content (% dry weight) Botryococcus braunii Chlorella sp Crypthecodinium cohnii 20 Cylindrotheca sp Nitzschia sp Phaeodactylum tricornutum Schizochytrium sp Tetraselmis suecia Fonte: Y. Chisti / Biotechnology Advances 25 (2007)

23 GREEN DIESEL di terza generazione Emissioni industriali CO 2 CO 2 ossigeno acqua nutrienti riciclo acqua addensamento inoculo Green diesel Ecofining TM Oli algali estrazione

24 Processo per produzione di fuel da alghe I vantaggi Assenza di competizione con suolo e acqua Possono utilizzare acque reflue come fonti di nutrienti (N, P) Possono utilizzare acque salmastre e di falda Elevata produttività rispetto alle biomasse terrestri I problemi aperti Coltivazione adatta solo per zone ad elevato irraggiamento Sezione di downstream della biomassa complesso e costoso (la densità cellulare in uscita dai pond è ~ 1 g/l peso secco) Elevato costo di produzione dell olio algale

25 Coltivazione alghe: impianto pilota raffineria eni di Gela 2 vasche da 1000 m2 1 vasca da 2000 m2 Avviato nel vasche da 50 m2 4 vasche da 200 m2

26 Processo per produzione di fuel da alghe: LA PRODUTTIVITA MICROALGHE (Gela) 20 Produttività biomassa annua (Open Ponds) Produttività biomassa giornaliera ton/ha anno 88 g/m 2 giorno 24 Contenuto Lipidico ton/ha anno 23.3 Dewatering Downstream Microfiltrazione/ Flottazione Estrazione con solvente Fino a 60 g/l Risultati medi sito di Gela

27 La ricerca eni di sui biocarburanti Waste to Fuel

28 Processo Waste to Fuel: la materia prima In Italia la produzione attuale di rifiuti organici (stima peso umido) è la seguente: frazione umida + potature (FORSU) t/anno di cui già differenziate t/anno rifiuti agroalimentari t/anno fanghi t/anno t/anno Fonte: ISPRA Rapporto Rifiuti Urbani 2013

29 Processo Waste to Fuel: la materia prima Raccolta differenziata rifiuti urbani Raccolta umido/verde Fonte: ISPRA Rapporto Rifiuti Urbani 2013

30 Opzioni per smaltimento/valorizzazione dei rifiuti organici Discarica Produzione di gas serra Compostaggio Fertilizzanti frazione umida (FORSU) Digestione anaerobica Energia Liquefazione

31 Processo di liquefazione dei rifiuti organici Sviluppato da Biomasse umide (~65% H 2 O) Liquefazione Separazione Acque (74%) Frazione organica rifiuti urbani 100 bar, 310 C 1 ora Scarti industria agroalimentare Fanghi depurazione reflui urbani