Convegno Nazionale ISES, Roma, 15 Aprile Pag. 1. Immagine: Prog.Seq-Cure

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Veronica Pace
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Alternative e Rinnovabili Dipartimento di Energetica S.

1 Biomasse: un opportunità industriale per un nuovo sviluppo agricolo David Chiaramonti CREAR Centro Ricerca Energie Alternative e Rinnovabili Dipartimento di Energetica S.Stecco Università degli Studi di Firenze Pag. 1 Immagine: Prog.Seq-Cure

2 Sommario Bioenergia in EU ed in Italia Tecnologie e innovazione Sostenibilità Barriere ed opportunità agricole ed industriali Pag. 2

3 Biogas Bioenergia: Stato in EU Biofuels Bioenergia (stima 2008) Consumi di ER: principale fonte (> 66%) Elettricità Rinnovabile: 17%, dietro idroelettrico (50%) e comparabile ad eolico (21 %) Pag. 3

4 Contributo agricolo e forestale Ad oggi prevalentemente forestale. In prospettiva crescita settore agricolo (potenziale superiore) Sviluppo significativo bioelettricità e biocarburanti Attualmente soprattutto calore AEBIOM targets for bioenergy, Mtoe 2004: EU 25; Scenario 2020 EU Bioenergy: Targets for heat, electricity and fuels, 2020 share of biomass from 4.1% in 2004 to 12 14% in 2020! Imports Bioenergy from waste Agricultural based bioenergy wood based bioenergy Association Européenne pour la BIOMasse Association Européenne pour la BIOMasse Pag. 4

5 ,0 EUROPA TOE , , ,0 Total EU 2007 (~ 8 MTOE) Total EU 2008 (~10.5 MTOE) , Biodiesel: 78.2 % Bioethanol: 17.7 % Other: 4.1 % - Bioethanol Biodiesel Other : MTOE ( %) Crescita inferiore alle previsioni: 45.7 % ( ), 70.9 % ( ) Quota biofuels: 2.6 % (2007) 3.4 % (2008), i.e %. Necessario ancora % in soli 2 anni!... Pag. 5

6 ITALIA TOE , , , , , , ,0 - Total ITALY 2007 (~ 0.1 MTOE) Total ITALY 2008 (~0.7 MTOE) Bioethanol Biodiesel Other Pag. 6

a generazione indispensabili per gli obiettivi Europei, altrimenti rischio di Maggiori importazioni di materie prime Incremento

7 Stime Commissione Europea (biofuels) Crescita attesa domanda di biocarburanti al 2020 (UE-27) Source: European Commission - The impact of a minimum 10% obligation for biofuel use in the EU-27 in 2020 on agricultural markets, aprile 2007 I Biocarburanti di 2 a generazione indispensabili per gli obiettivi Europei, altrimenti rischio di Maggiori importazioni di materie prime Incremento prezzi commodities agricole ed importazioni Lo sviluppo di queste nuove tecnologie avrà ricadute sull intero settore bioenergetico! Pag. 7

8 Pag. 8

richiesto al 2050 IEA stima che al 2030 il 9.

9 Produzione e domanda attesa biocarburanti Produzione biocarburanti (IEA) Scenario IEA Blu Map : domanda biofuels e terreno richiesto al 2050 IEA stima che al 2030 il 9.3 % dei carburanti per trasporti siano biofuel. Il 10 % dei residui potrebbe soddisfare il % di questa quota Pag. 9

10 Costi di produzione Esiste la possibilità di raggiungere costi competitivi con i combustibili fossili (nel medio termine), senza ricorrere ad incentivi Pag. 10

11 IEA - Status of Technologies - SUMMARY Source: E4te ech, 2009 BIOENERGY A SUSTAINABLE AND RELIABLE ENERGY SOURCE - A review of status and prospects - IEA BIOENERGY: ExCo: 2009:05 Pag. 11

12 IEA - Status of Biofuels - SUMMARY 1. Fischer-Tropsch 2. Dimethylether BIOENERGY A SUSTAINABLE AND RELIABLE ENERGY SOURCE - A review of status and prospects - IEA BIOENERGY: ExCo: 2009:05 Pag. 12

13 Esempi Pag. 13

14 Sist.Estrazione e Filtraggio Decentr. (120 kg/h semi) Conversione di Motori (5-50 kwe, VWP) MGT (30 kwe) Trattori (JDeere, VWP) Bruciatori (Serre e Scuole) Pure Vegetable Oil (LIFE-Voice, SIEnA,..) Pag. 14

15 Microturbina IBT-Capstone C30 Pag. 15

16 Materia Prima Oli Vegetali Puri Materia prima producibile anche in piccoli impianti a scala aziendale Puro non modificato chimicamente possibile re-design impianti decentr. Importante la qualità (caratteristiche chimico-fisiche) Oli Vegetali Esterificati Oli Acidi, coprodotti della raffinazione degli oli alimentari (no-food feedstock) Esterificazione con glicerina, ricostruzione dei trigliceridi (olio vegetale puro, non biodiesel) Ottime caratteristiche chimico-fisiche Materie prime distillate utilizzo in motori Disponibilità (proporzionale alla produzione di oli alimentari) Ammissibile agli incentivi (18 c /kwhe), idoneo per produzione biodiesel In corso test su motori e microturbine Pag. 16

17 Pretrattamento: Torrefazione e pirolisi Torrefazione: proc. termochimico: p atm, T: C, no O 2 Incremento densità energetica ( +130 %) Riduzione consumo di energia per sminuzzamento Biomassa: da igroscopica ad idrofobica Pirolisi Lenta, intermedia, flash. Carbone + Olio + Gas. Gener.di energia, upgrading ed emulsioni, biochar Fonte: ECN 100% 80% 60% 40% 20% Gas Char Water Organics 0% Fast P Intermediate P Slow P Gasification Fonte: T.Bridgwater, 2005 Pag. 17

CHP tramite Combustione biomassa Impianto a combustione esterna di biomassa Studi sin dal 1999: EC Project (2006-2010) Scala aziendale (100 kwe, 250 kwth) Riccio G., Chiaramonti D.

18 CHP tramite Combustione biomassa Impianto a combustione esterna di biomassa Studi sin dal 1999: EC Project ( ) Scala aziendale (100 kwe, 250 kwth) Riccio G., Chiaramonti D. Design and simulation of a small polygeneration plant cofiring biomass and natural gas in a dual combustion micro gas turbine (BIO_MGT). Biomass and Bioenergy 33 (2009) , Elsevier Cold Chiller Stack BIO_MGT Heat Exc Heat C1 Heat Exchang. CC1 T1 P ower ~ Mixer Biomass Furnace Pag. 18

19 Gassificazione di biomassa a piccola scala e CHP Lunga storia sulla gassificazione alle spalle Grande interesse del mercato per la taglia sino ad 1 MWe, numerosi progetti in sviluppo Costi di investimento ed affidabilità UNIFI: Progetto di cooperazione MATT (I) MNRE(I) tra CREAR (ed ENEA) ed Indian Institute of Science (IIS). Nuova tipologia di gassificatore (twin-fire) accoppiato con motore 100% gas Sistema di pulizia gas avanzato Installazione impianto prevista per inizio 2011 presso l azienda agricola Montepaldi dell Università di Firenze Pag. 19

: NOVAOL ed Assocostieri. Obiettivi: Sistemi di coltivazione innovativi (a basso consumo energetico): Fotobioreattori e Vasche.

20 Microalghe per Olio Vegetale Microalgae: elevata produttività (15-20 t oil /ha contro 4-5 t oil /ha palma) Progetto MAMBO in corso (numerosi produttori di Biodiesel Italiani). Partnership: Univ.di Firenze (DIBA-CREAR), F&M, SSOG. Coordinamento Industriale.: NOVAOL ed Assocostieri. Obiettivi: Sistemi di coltivazione innovativi (a basso consumo energetico): Fotobioreattori e Vasche. Impianti pilota costruiti ed in prova. Analisi approfondita delle caratteristiche degli oli rispetto alla destinazione biodiesel Progettazione impianto dimostrativo Pag. 20

21 Filiera Etanolo da Biomassa Lignocellulosica Uno dei più promettenti biocarburanti di nuova generazione Principali elementi del processo: Source: IEA-Bioenergy Pretrattamento (per rendere cellulosa ed emicellulosa aggredibili dagli enzimi) Idrolisi enzimatica e fermentazione Distillazione e separazione bioetanolo Valorizzazione energetica e non del coprodotto ricco in lignina Pag. 21

22 Filiera lignocell.etoh Produzione di Bioetanolo da Cellulosa ed Emicellulosa Alcune Criticità Pretrattamento: passaggio-chiave per l efficienza del processo Enzimi: efficienza, costi Fermentazione dei C5 Concentrazione bioetanolo membrane Residui ricchi in lignina di difficile gestione (alimentazione) Progetto M&G/Chemtex Biomass Steam Pag. 22

23 Filiera BTL: esempio FT-Diesel Alcuni progetti EU dimostrativi in corso per BTL Es/ Choren, Chemrec, Chrisgas, Guessing/Unique Fonte: Boerrigter, v.d.drift, 2005; d.huil, 2006 Pag. 23

24 Innovative 2 nd Generation EU Technologies - BTL Fonte: Pag. 24

25 Bioraffineria Chemrec (BTL - pulp mill integration, Mörrum, 45 MW th Black Liquor Gasification BLG) Pag. 25

26 Sostenibilità Pag. 26

27 Pag. 27

RED (Direttiva CE Promozione RES) - Tecnica LCA adottata come riferimento per valutazione.

Risultati fortemente condizionati dai dati di ingresso, dipendenti in modo significativo da spazio

variabilità nei risultati (pb oggettività relazione mercati-ilu) Normativa nazionale: promozione

.. Sostenibilità Tipo di mezzo kgco 2 /t*km Km percorsi per 13,42 kgco 2 /t Tir (40t) 89,505E-03

28 RED (Direttiva CE Promozione RES) - Tecnica LCA adottata come riferimento per valutazione. Minimo 35 % risparmio GHG. Vincolante dal Risultati fortemente condizionati dai dati di ingresso, dipendenti in modo significativo da spazio e tempo Database utilizzati poco trasparenti e verificabili DLU ed ILU change: ulteriore fonte di variabilità nei risultati (pb oggettività relazione mercati-ilu) Normativa nazionale: promozione filiera corta, ma stimolo trasporto su gomma... Sostenibilità Tipo di mezzo kgco 2 /t*km Km percorsi per 13,42 kgco 2 /t Tir (40t) 89,505E Tank ship 8,52E (trasporto oceanico) Bulk carrier (trasporto locale) 31,61E Treno merci 31,284E Mix 70% ship 15% train 15% tir 41,88E D.Chiaramonti, L.Recchia 2009 R.Nistri, 2009 Pag. 28

29 Opportunità e Barriere Pag. 29

30 2 years 6 months Il caso del mercato degli Oli Vegetali Volatilità Effetti speculativi Food vs Fuel Difficoltà previsioni Fonte: Pag. 30

31 Tecnologie Barriere, Criticità ed Opportunità Energia: nuove soluzioni, maggiore efficienza e prestazioni, competizione tra fornitori, anche su piccola taglia: spesso però i piccoli impianti promettono prestazioni improbabili o irrealistiche. Maturità industriale non sempre raggiunta. Garanzie tecniche e finanziarie (piccola taglia) Nuovi prodotti (chemicals), bioraffineria. Settore in rapido sviluppo. Norme e standard Nuove od in sviluppo essenziale supporto alla maturità industriale Autorizzazioni, connessione alla rete Tempi, disuniformità e discrezionalità da Regione e Regione (Piani Energ., norme, etc) Incentivi e fiscalità Tempi, certezza, durata. I sistemi non sono sostenibili senza incentivi, ma dovrebbero! Fiscalità in adeguamento. Logistica Infrastrutture da sviluppare. Mondo agricolo Aggregazione per massa critica, imprenditorialità (valutazione del rischio). Sostenibilità Procedure e metodologie. Impatto RED su filiere e mercati (energia e trasporti) Pag. 31

32 Grazie per l attenzione David Chiaramonti CREAR, Centro di Ricerca per le Energie Alternative e Rinnovabili c/o Diprtimento di Energetica S.Stecco Università di Firenze david.chiaramonti@unifi.it Pag. 32

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