Attivitàdi ricerche ENEA nel settore delle biomasse. L Aquila - 19 Ottobre 2011

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Enrico Russo
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1 ENERGIA DA BIOMASSE: PROSPETTIVE DI SVILUPPO TRA INNOVAZIONE TECNOLOGICA ED ECONOMIA LOCALE Attivitàdi ricerche ENEA nel settore delle biomasse L Aquila - 19 Ottobre 2011 Ing. Giacobbe BRACCIO ( giacobbe.braccio@enea.it ) Tel

2 Piano di azione nazionale per le energie rinnovabili ,4 Mtep (4,84) BIOMASSE Elettricità 1,8 Mtep (9,12) 1,65 Mtep (1,91) Riscaldameno / raffrescamento 5,5 Mtep (9,52) Biocarburanti 0,2 Mtep 2,5 Mtep 2,25 Mtep TOTALE BIOMASSE 9,8 Mtep 6,94 Mtep TOTALE FR x ob. 17% 22,3 Mtep

3 Attività ENEA nel campo delle biomasse Atlante nazionale sulle biomasse Attività sperimentali sulle coltivazioni energetiche Attività sull utilizzo di energia termica delle biomasse Produzione di energia elettrica distribuita Biocombustibili: o Bioetanolo da biomasse lignocellulosiche o Biofuels da syngas (BTL) o Biodiesel da alghe o Idrometano o Idrogeno Life Cycle Analysis on biofuels production

4 Localizzazione attività di ricerca ENEA sulle biomasse Combustione biomasse LCA Digestione anaerobica Biodiesel da microalghe Digestione anaerobica Atlante sulle biomasse Coltivazioni energetiche Processi termochimici Biocarburanti di 2 gen.

5 Localizzazione attività di ricerca ENEA sulle biomasse IEA -Status of Technologies Source: E4tech, 2009 BIOENERGY A SUSTAINABLE AND RELIABLE ENERGY SOURCE - A review of status and prospects - IEA BIOENERGY: ExCo: 2009:05

6 Localizzazione attività di ricerca ENEA sulle biomasse IEA -Status of Technologies 1. Fischer-Tropsch 2. Dimethylether BIOENERGY A SUSTAINABLE AND RELIABLE ENERGY SOURCE - A review of status and prospects - IEA BIOENERGY: ExCo: 2009:05

7 Atlante nazionale sulle biomasse GIS Web Site Pruning Waste Productivity Forests Energy Crops Productivity (Herbaceous & oilseed) Produzione (t ha-1) Arundo Miscanto Panico Cardo 7 NW NE N NC C CE CW CS S SA SS S1 S2 Sorgo Girasole Colza

8 Attività sperimentali su coltivazioni energetiche Centro di Ricerche ENEA della Trisaia : COLTURE ENERGETICHE. Campi sperimentali Sorghum Miscanthus Switchgrass (panicum virgatum L.) 8

9 Utilizzo termico delle biomasse MESSA A PUNTO DI PROCESSI DI PRETRATTAMENTO DELLE BIOMASSE RESIDUALI; IMPLEMENTAZIONI DI SISTEMA PER MIGLIORARE IL RENDIMENTO; SVILUPPO DI COMPONENTI PER IL CONTENIMENTO DELLE EMISSIONI; TEST DI SISTEMA IN FUNZIONE DELLE DIVERSE TIPOLOGIE DI BIOMASSEED ALLA INTEGRAZIONE CON CALDAIE A RECUPERO. BIOMASSA GENERATORE DI CALORE scambiatore ACQUA CALDA ARIA CALDA

10 Costo di esercizio relativo ai diversi combustibili (riferito al calore utile) 160,0 140,0 120,0 EURO/MWh 100,0 80,0 60,0 40,0 20,0 0,0 gasolio metano GPL legna cippato pellet 10

Produzione di energia elettrica distribuita Impianti Termochimici di

pulito Ossigeno Biomassa LETTO FLUIDO RICIRCOLO INTERNO Aria

COMPOSIZIONE SYNGAS Specie %Vol. H 2 32 CO 17 CH 4 6.2 N 2 0.9 CO 2 20.

FLUIDO CATALITICO RICIRCOLANTE Aria/vapore 500kWth Idoneo alla produzione

Fischer Tropsh COMPOSIZIONE SYNGAS Specie %Vol. H 2 34.1 CO 25.1 CH 4 10.

8 Biomassa Vapore Syngas grezzo Aria LETTO FISSO UPDRAFT Aria/vapore

11 Produzione di energia elettrica distribuita Impianti Termochimici di Gassificazione presso il Centro Ricerche ENEA di Trisaia Vapore Syngas pulito Ossigeno Biomassa LETTO FLUIDO RICIRCOLO INTERNO Aria arricchita/vapore 1MWth Idoneo alla produzione di Energia Elettrica con MCI COMPOSIZIONE SYNGAS Specie %Vol. H 2 32 CO 17 CH N CO H 2 O 32 Syngas pulito Aria Fumi di Combustione Biomassa Vapore LETTO FLUIDO CATALITICO RICIRCOLANTE Aria/vapore 500kWth Idoneo alla produzione di Energia Elettrica con MCI, FC o alla produzione di biocombustibili da Fischer Tropsh COMPOSIZIONE SYNGAS Specie %Vol. H CO 25.1 CH N CO Biomassa Vapore Syngas grezzo Aria LETTO FISSO UPDRAFT Aria/vapore 150kWth Idoneo alla produzione di Energia Elettrica con MCI COMPOSIZIONE SYNGAS Specie %Vol. H 2 20 CO 21 CH 4 4 N 2 40 CO 2 6 H 2 O 9 Aria Gas grezzo Zona di combustione LETTO FISSO DOWNDRAFT Aria/vapore kWth Idoneo alla produzione di Energia Elettrica con MCI COMPOSIZIONE SYNGAS Specie %Vol. H 2 15 CO 22 CH 4 3 N 2 40 CO 2 20

interconnesso 1,3 MW t Gassificatore a letto fisso controcorrente 150 kw t letto fisso P=

12 Tecnologie e servizi avanzati presso i laboratori ENEA Il Centro Ricerche di Trisaia Piattaforma sperimentale impianti di gassificazione Gassificatore a letto fluido interconnesso 1,3 MW t Gassificatore a letto fisso controcorrente 150 kw t letto fisso P= KWe Cella a combustibile a carbonati fusi 125 kw e Gassificatore a doppio letto fluido a vapore 500 kw t

Maggiore compattezza impiantistica Riduzione costi di investimento (&

13 Il Progetto Unique: Candele Ceramiche Catalitiche Syngas ad alto grado di pulizia (e ad alta T) Gas Versatile (Applicazioni avanzate ad alta efficienza) Maggiore compattezza impiantistica Riduzione costi di investimento (& esercizio) Riduzione costi di PRODUZIONE Energia elettrica Additivi e Catalizzatori in bed

14 Piattaforma sperimentale per impianti co-trigenrativi (<1MWe) rpm heat heat cool

15 IMPIANTI IBRIDI SOLARE AD ALTA TEMPERATURA CON BIOMASSE Trigenerazione con Energia rinnovabile: Biomassa e Solare TURBINA A VAPORE C.P.

Biodiesel da alghe non compete con le produzioni

rese (8-10 ton di biodiesel per ettaro); capacità di

Sviluppo parco produttivo dimostrativo Valorizzazione

fotobioreattori Estrazione oli sviluppo del settore

agro biotecnologie; sviluppo del settore delle

16 Biodiesel da alghe non compete con le produzioni alimentari; occupa una superficie limitata; elevate rese (8-10 ton di biodiesel per ettaro); capacità di fissare la CO2 concentrata; Selezione di ceppi algali Sviluppo parco produttivo dimostrativo Valorizzazione energetica residuo algale Coltivazione in fotobioreattori Estrazione oli sviluppo del settore delle energie alternative; sviluppo del settore delle agro biotecnologie; sviluppo del settore delle bioplastiche; sviluppo del settore della nutricosmetica; Conversione in biodiesel

BioMetano Sviluppo delle implementazioni al processo di digestione anaerobica a partire da biomasse

performanti per la separazione dell anidride carbonica e dell acido solfidrico contenuto nel biogas;

produzione di biometano con le caratteristiche chimico-fisiche previste dal codice SNAM RETE GAS

ALLA PRODUZIONE DI METANO PER L IMMISSIONE IN RETE ED IL SETTORE AUTOMOTIVE PRODUTTORI E INDOTTO

17 BioMetano Sviluppo delle implementazioni al processo di digestione anaerobica a partire da biomasse agricole e FORSU quali matrici biofermentescibili di partenza;; Sviluppo di membrane polimeriche performanti per la separazione dell anidride carbonica e dell acido solfidrico contenuto nel biogas; Sviluppo di moduli a membrane per l upgrading mediante l implementazione di processo finalizzato alla produzione di biometano con le caratteristiche chimico-fisiche previste dal codice SNAM RETE GAS IMPIANTO DI DIGESTIONE ANAEROBICA ACCOPPIATO ALLA TECNOLOGIA A MEMBRANE PER L UPGRADING FINALIZZATO ALLA PRODUZIONE DI METANO PER L IMMISSIONE IN RETE ED IL SETTORE AUTOMOTIVE PRODUTTORI E INDOTTO SETTORE AUTOMOTIVE COGENERAZIONE Produttori e Indotto IMMISSIONE RETE DISTRIBUZIONE PRODUZIONE BIOGAS PRODUZIONE DI BIOMETANO

18 BIORAFFINERIA e LA CHIMICA VERDE I Processi per la trasformazione delle biomasse in combustibili liquidi e chemicals Idrolisi fermantazione granella Steam explosion Processo bio-chimico bioetanolo ereali uccherine paglia gassificazione H 2 CO F. tropsch pirolisi Processo termo-chimico Bio olio sundiesel spremitura transesterificazione Pianta oleaginosa Olio vegetale biodiesel 18

Progetti Mossi e Ghisolfi ETANOLO DA CELLULOSA Progetto Mossi & Ghisolfi -ENEA Industria 2015 / 7PQ Impianto pilota da 40.000 t/a Impianto ind. da 200.

19 Progetti Mossi e Ghisolfi ETANOLO DA CELLULOSA Progetto Mossi & Ghisolfi -ENEA Industria 2015 / 7PQ Impianto pilota da t/a Impianto ind. da t/a Obiettivi: Resa di EtOH 0.25 g/g BIOMASSA Resa di etanolo per ettaro EtOH 100 hl/ha Costo di produzione EtOH < 0.5 /l CO-PRODOTTI ZUCCHERI (probiotici e dolcificanti) FIBRE MATERIALI BIODEGRADABILI 19

20 Biocombustibili e bioraffineria Cellulosa 45% Lignina 30% Derivati della cellulosa CELLULOSA Polimero del glucosio Idrolisi Emicellulosa 25% Acido Levulinico Glucosio (Esosi C6) LIGNINA Polimeri fenolici Agglomeranti naturali e adesivi Sub-bituminous Coal Combustibili solidi Sulphur-free EMICELLULOSA Pentosi-Esosi Xilosio (Pentosi C5) Xilitolo Dolcificanti Furfurale Resine furaniche Chemicals Nylon Fibre sintetiche Solventi Lubrificanti Chemicals e polimeri Prodotti di fermentazione Fuels (es. Etanolo) Acidi organici (es. Acido lattico) Solventi (Acetone, Butanolo)

21 Collaborazione con UNIVAQ sulle biomasse Su molti degli argomenti citati abbiamo in corso collaborazioni storiche con Univaq. Tra le quali si citano: - Studi e protitipi sulla gassificazione biomassa con reattori a letti fluidi; - Attività di ricerca sulla modellistica termochimica - sulla produzione di metano via gassificazione - sull ottimizzazione dell idrolisi enzimatica per la produzione di bioetanolo - etcc

22 GRAZIE DELL ATTENZIONE

23 Impianto : gasificazione + Fisher-Tropsch Fisher-Tropsch reatorre Produtti Metanolo e chemicals Hydrosin gasification plant

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