LAYMAN S REPORT. Introduzione

Transcript

1 LAYMAN S REPORT Introduzione BioCoAl è un progetto di Duferdofin S.p.A., che ha intrapreso l opportunità di sviluppare un processo di pirolisi rivoluzionario: la Flash Carbonization TM. Il processo di pirolisi, conosciuto comunemente col nome di carbonizzazione, riguarda la trasformazione della biomassa, più specificatamente legna, in carbone naturale (Carbonella o Charcoal). Il processo di carbonizzazione è noto fin dal 18; consiste nella combustione della legna in carenza di ossigeno. Questa reazione, invece di consumare il combustibile come avverrebbe in una normale fiamma, lo trasforma in carbone, che è un combustibile più pregiato, essendo più leggero e più concentrato. Il carbone naturale veniva prodotto direttamente nei boschi vicino alla zona di taglio per evitare costose e faticose movimentazioni, mentre la carbonella, grazie alla sua leggerezza, era facilmente trasportabile e fruibile dagli utilizzatori. Antiche carbonaie Preparazione della catasta in una carbonaia tradizionale Oggi, l uso del carbone di legna è quasi scomparso nel mondo occidentale, mentre è ancora comune in paesi in via di sviluppo del sudamerica e dell asia meridionale. Il motivo principale di questo utilizzo non omogeneo della biomassa per la LIFE5 ENV/IT/81 BioCoAl 1/7 Layman s Report

2 produzione di carbone è da ricondurre al fatto che il progresso tecnologico di questo processo è stato pressochè nullo per un lunghissimo periodo, l alternativa fossile al charcoal, il carbone minerale, è dopotutto disponibile ed economica, e il processo tradizionale inquina sia l atmosfera che il suolo. Negli ultimi decenni, la questione dell impatto ambientale sta diventando sempre più importante: l utilizzo di combustibili fossili genera gas responsabili dell effetto serra, e il mondo scientifico sta studiando soluzioni alternative per la produzione di energia, con particolare attenzione alle energie rinnovabili, tra le quali la biomassa. L utilizzo diretto della biomassa per la produzione di energia elettrica, oggi, non è pienamente soddisfacente: il suo utilizzo è limitato a campi specifici e a condizioni al contorno particolari, rendendo questa fonte non adatta ad impieghi industriali. Altrettanto si può dire per altre fonti rinnovabili come l eolico, l idroelettrico e il solare. L idea BioCoAl Il progetto BioCoAl vuole dimostrare che il vecchio carbone da biomassa, se sostenuto da una tecnologia moderna, può avere un ruolo importante nello scenario energetico futuro. Il brevetto Flash Carbonization TM, provato in laboratorio, permette di ottenere un rendimento di carbonizzazione molto alto in un tempo sorprendentemente breve, consentendo un aumento di produttività ed efficienza rispetto al metodo tradizionale; inoltre, essendo un processo industriale, dà la possibilità di stoccare tutti gli inquinanti prodotti dal processo. Duferdofin ha provato a sviluppare un reattore Flash Carbonization TM su scala industriale con lo scopo di dimostrare la fruibilità economica ed ambientale del carbone naturale a scopo energetico. Impianto di carbonizzazione Biocoal Duferdofin, con una squadra di 7 persone, ha costruito il primo impianto di carbonizzazione a S. Zeno Naviglio (BS) in Italia. L impianto consiste in un recipiente cilindrico alto 4 metri e largo 2, il cosiddetto reattore, dove ha luogo il processo. Il reattore è disegnato per sopportare una pressione di 25 bar e una temperatura fino a 1 C; È equipaggiato con speciali sensori di temperatura, indicatori di pressione, sistema di pesatura e speciali valvole per la regolazione dei flussi di gas, necessari per il controllo del processo. Il sistema è infatti alimentato da aria compressa ed emette gas di pirolisi. Una volta inserita la carica di legna all interno del reattore, il processo è innescato da resistenze elettriche inserite per pochi minuti e successivamente si auto-sostiene fino al completamento della carbonizzazione. LIFE5 ENV/IT/81 BioCoAl 2/7 Layman s Report

3 Pannello di Controllo precedente. Naturalmente la messa a punto dell impianto non è stata affatto facile! Le prime prove sono state un completo disastro, il nostro reattore non era così facile da condurre come il piccolo reattore di laboratorio! Il periodo di messa a punto e settaggio è durato circa 12 mesi, nei quali molti miglioramenti sono stati apportati all impianto, volta per volta, imparando dall esito della prova di carbonizzazione Comparazione rapida Processo Tradizionale Processo BioCoAl Tempo di Carbonizzazione Rendimento di Carbonizzazione 25 ore 25% 2,5 ore 4% Finalmente, la squadra Duferdofin, è riuscita a trovare la giusta configurazione del macchinario, è prova dopo prova, è riuscita a produrre un buon carbone naturale con un tempo di processo molto breve. Il tempo medio di carbonizzazione è stato 2 ore e mezza, che è circa un centesimo del tempo di carbonizzazione con il metodo tradizionale! Lo sviluppo del processo consiste in tre fasi principali: accensione/essiccamento, carbonizzazione e fine della reazione, ben spiegati nei grafici. Qualche grafico operativo e prestazioni Scarico del carbone alla fine di una prova LIFE5 ENV/IT/81 BioCoAl 3/7 Layman s Report

4 Run 61 Biomass Temperatures temperature C 4 3 T2C T2D T2E T2F Dall accensione delle resistenze (time=), si nota un aumento delle temperature in tutte le altezze del reattore (T2C= parte alta, T2 F, parte bassa). La tipica temperatura di pirolisi è tra 5 e 6 C. Run 61 Wall Temperature temperature C 2 15 T1A T1B T1C T1D Tgas La temperatura interna delle pareti del reattore è monitorata per la sicurezza degli operatori e per preservare l impianto. Tgas indica la temperatura dei gas di scarico, questo calore può essere facilmente recuperato per cogenerazione. LIFE5 ENV/IT/81 BioCoAl 4/7 Layman s Report

5 Run 61 Pressure & Flows pressure bar g Flow Nm3/h P1 Inlet Outflow La pressione all interno del reattore (P1) è mantenuta costante durante il processo, l aria in ingresso invece diminuisce gradualmente col passare del tempo per mantenere le temperature all interno sotto controllo. La portata allo scarico aumenta a causa del coinvolgimento di volumi sempre più grandi di biomassa nella reazione. Run 61 Net Weight loss net weight kg 1 8 net WT L indicazione del peso dà una chiara idea sull avanzamento della carbonizzazione: dato il peso netto della carica di biomassa e conoscendo il rendimento di carbonizzazione (4%), la reazione può considerarsi completa quando il peso netto raggiunge il valore calcolato. LIFE5 ENV/IT/81 BioCoAl 5/7 Layman s Report

6 Run 61 Gas Analysis 25 2 concentration 15 1 O2 CO CO Le analisi dei gas sono necessarie per lo studio del post bruciatore catalitico. I gas contengono una percentuale significativa di Monossido di Carbonio (CO), e piccole parti di idrogeno (H) e Metano (CH 4 ). Risultati Il team BioCoAl è riuscito a trovare i giusti paramentri dell impianto per la produzione del carbone naturale. Questi risultati danno vantaggi ambientali immediati rispetto ai forni per la carbonizzazione tradizionali usati in Brasile: I sottoprodotti del processo condensabili come il catrame e l acido di pirolisi sono raccolti in contenitori specifici e possono essere inviati al trattamento senza inquinare il suolo e le falde acquifere. I gas di scarico possono essere inviati alla torcia oppure ossidati da un catalizzatore, in ogni caso sono canalizzati, mentre il forno tradizionale rilascia questi gas nell atmosfera. Il rendimento è quantificabile nel 4% contro il 25% dei forni tradizionali, dimostrando che il processo BioCoAl è più efficiente. La qualità del Carbone prodotto è ottima, anche nel caso di utilizzo dello stesso legno dei forni brasiliani, come dimostrato dai nostri partner ungheresi HAS con test di laboratorio. Vedere tabella. Risultati carbone su base secca Acqua Ceneri Volatili Zolfo Carbonio Idrogeno Azoto Potere Calorifico Campione % % % % % % % KJ/kg Campione brasiliano da Eucalipto Campione BioCoAl da eucalipto prova n. 39 4,4,8 19, <,1 84,2 3,2, ,6,9 21,1,1 83,3 3,7, LIFE5 ENV/IT/81 BioCoAl 6/7 Layman s Report

7 Criticità Il problema principale riscontrato sull impianto dopo mesi di esperienze è l instabilità del processo al variare del contenuto di umidità nella carica di biomassa. L alto contenuto di acqua condiziona gravemente la prestazione sia dal punto di vista della durata che dal punto di vista della qualità del carbone. Conclusioni L esperienza del BioCoAl è stata interessante e stimolante, l applicazione di un sistema di carbonizzazione a scopo industriale non sembra attualmente fattibile. La sostituzione dei vecchi forni tradizionali nei paesi in via di sviluppo non è supportata da convenienza economica, ma soprattutto dalla scarsa sensibilità in questi paesi ai problemi dell ambiente. L applicazione attuale di questo tipo di tecnologia può essere la produzione di carbonella per barbecue in Europa, che ha un grande mercato è permette ampi margini di guadagno. Questo mercato è attualmente alimentato dalla produzione Brasiliana, ma potrebbe anche stimolare la coltivazione intensiva di biomasse in regioni europee rurali ed isolate. LIFE5 ENV/IT/81 BioCoAl 7/7 Layman s Report