Verso il futuro: i biofuel di nuova generazione e la ricerca eni

Transcript

1 Verso il futuro: i biofuel di nuova generazione e la ricerca eni C. Perego Responsabile Centro Ricerche Donegani - Novara 7 Aprile 2016

2 La sostenibilità del processo La Greenrefinery ha una grande flessibilità operativa per quanto riguarda le materie prime lavorabili. Esiste un limite normativo ed ambientale ai biocarburanti di 1 generazione, ottenuti da materie prime in competizione con il settore alimentare (es. colture zuccherine, amidacee ed oleaginose). Un recente obiettivo è l obbligo di immissione di «biocarburanti avanzati» (da biomasse ligninocellulosiche, scarti agricoli e forestali, frazione organica dei rifiuti urbani e biomasse acquatiche, glicerina grezza, ecc ). Gli oli e grassi di scarto beneficiano di un bonus (double counting) in quanto più sostenibili, ma non sono considerati «avanzati». Per soddisfare le richieste della normativa è perciò necessario individuare materie prime «advanced», compatibili con il processo Ecofining. 2

3 La ricerca eni e i biocarburanti avanzati Le possibili fonti alternative per biocarburanti avanzati sono: 1. Oli microbici ottenuti dalla fermentazione di zuccheri ricavati da biomasse ligno-cellulosiche 2. Oli algali ottenuti da microalghe fotosintetiche 3. Bio-olio ottenuto da rifiuti organici, scarti agro-alimentari e fanghi di depurazione 4. Componenti diesel ossigenati da glicerina grezza 3

4 La ricerca eni e i biocarburanti avanzati Le possibili fonti alternative per biocarburanti avanzati sono: 1. Oli microbici ottenuti dalla fermentazione di zuccheri ricavati da biomasse ligno-cellulosiche 2. Oli algali ottenuti da microalghe fotosintetiche 3. Bio-olio ottenuto da rifiuti organici, scarti agro-alimentari e fanghi di depurazione 4. Componenti diesel ossigenati da glicerina grezza 4

5 Domanda mondiale di fuel MBPD 1 - Oli da biomasse ligninocellulosiche Attuale Potenziale Oli vegetali e grassi animali, oltre alla competizione con il settore dell alimentazione, soffrono anche di una limitata disponibilità rispetto alla dimensione del mercato dei carburanti per autotrazione. La materia prima rinnovabile più abbondante sul pianeta sono le biomasse ligninocellulosiche

6 1 - Oli da biomasse ligninocellulosiche: la saccarificazione Biomassa Cellulosa (%) Emicellulosa (%) Lignina (%) Legno conifera Paglia di grano Stocchi di mais Scarti agricoli energy crops Pretrattamento (steam explosion) Biomassa destrutturata Idrolisi enzimatica Lignina Zuccheri C5 e C6

7 1 - Oli da biomasse ligninocellulosiche: la fermentazione Zuccheri C5 e C6 Fermentazione Downstream Centrifugazione Oli microbici (trigliceridi) Lieviti oleaginosi Alta produttività in lipidi (fino al 70% sul peso secco della cellula) e in biomassa (>100 g/l) Lisi cellulare Estrazione oli Capacità di crescere sia su tutti gli zuccheri (C5 e C6) senza interventi di ingegneria metabolica I lipidi prodotti sono equivalenti agli oli vegetali (palm-like) lipidi endocellulari immagazzinati come riserva di energia nei lipid bodies

8 1 - Oli da biomasse ligninocellulosiche: la produttività La produttività in olio per ettaro è confrontabile o superiore a quella ottenuta con le colture oleaginose tradizionali Origine olio Produttività olio (t/ha anno) Soia 0,5 0,7 Colza 1,1-1,3 Palma 4.5-5,5 Paglia di grano (5 t/ha anno) + fermentazione lieviti Stocchi di mais (10 t/ha anno) + fermentazione lieviti Arundo Donax (40 t/ha anno) + fermentazione lieviti 0,9 1,8 7

9 1- Scale-up del processo Target: m 3 Impianto pilota presso il Renewable Energy and Environmental R&D Center (Novara) 9

10 La ricerca eni e i biocarburanti avanzati Le possibili fonti alternative per biocarburanti avanzati sono: 1. Oli microbici ottenuti dalla fermentazione di zuccheri ricavati da biomasse ligno-cellulosiche 2. Oli algali ottenuti da microalghe fotosintetiche 3. Bio-olio ottenuto da rifiuti organici, scarti agro-alimentari e fanghi di depurazione 4. Componenti diesel ossigenati da glicerina grezza 10

11 2 - Oli da biomasse acquatiche: le microalghe Le microalghe sono organismi acquatici fotosintetici in grado di accumulare fino al 70% in peso di oli (trigliceridi) all interno della cellula Microalga Contenuto Olio (% peso secco) Botryococcus braunii Chlorella sp Crypthecodinium cohnii 20 Cylindrotheca sp Nitzschia sp Schizochytrium sp Tetraselmis suecia Fonte: Y. Chisti / Biotechnology Advances 25 (2007)

12 2 - Oli da biomasse acquatiche: le microalghe Emissioni CO 2 CO 2 luce acqua nutrienti Punti di emissione: Industrie Centrali elettriche Pozzi a gas naturale con elevata coproduzione di CO 2 inoculo Vasche di coltivazione addensamento riciclo acqua Biomassa algale Greendiesel Ecofining Olio algale estrazione

13 2- Microalghe: le tecnologie di coltivazione Ponds vs Fotobioreattori PRO Basso capital cost Controllo temperatura mediante evaporazione spontanea CONTRO Difficile mantenere monocoltura Soggetti a variazioni stagionali Richiedono un irraggiamento ottimale PRO Rese più elevate per area occupata Ambiente confinato Assenza di inquinamento Possibilità di utilizzare organismi super-produttori geneticamente modificati CONTRO Elevato capital cost Formazione di film superficiali (sporcamento) Non adatti per grandi produzioni

14 2 - Microalghe: le tecnologie di coltivazione I vantaggi Possono utilizzare acque reflue come fonti di nutrienti (N, P) Possono utilizzare acque salmastre e di falda Elevata produttività rispetto alle biomasse terrestri Suitable climatic regions for microalgae : annual average temperatures of > 15 C I problemi aperti Coltivazione adatta solo per zone ad elevato irraggiamento Bassa densità cellulare (in uscita dai pond è ~ 1 g/l peso secco) Costi di produzione ancora elevati

15 2 - Microalghe: impianto pilota raffineria eni di Gela Avviato nel 2011 Superficie ~ 1 ettaro Origine olio Produttività olio (t/ha anno) Soia 0,5 0,7 Colza 1,1-1,3 Palma 4.5-5,5 Microalghe (pilota Gela) 22 (*) (*) Corrispondente alla produzione di 90 t/ha anno di biomassa algale secca, contenente il 24% di olio Utilizza ceppi microalgali marini

16 La ricerca eni e i biocarburanti avanzati Le possibili fonti alternative per biocarburanti avanzati sono: 1. Oli microbici ottenuti dalla fermentazione di zuccheri ricavati da biomasse ligno-cellulosiche 2. Oli algali ottenuti da microalghe fotosintetiche 3. Bio-olio ottenuto da rifiuti organici, scarti agro-alimentari e fanghi di depurazione 4. Componenti diesel ossigenati da glicerina grezza 16

17 3 - Bio-oli da rifiuti organici Biomasse umide (~65-80% H 2 O) Frazione organica rifiuti urbani Scarti industria agroalimentare Fanghi depurazione reflui urbani Liquefazione C Bar 1-2 h Separazione Upgrading Potere calorifico inf. (MJ/Kg) FORSU: 18 Bio-olio: 35 Heavy Oil: 40 Residuo: 12 BIO-CARBURANTI BIO-COMBUSTIBILI BIO-OLIO

18 3 - Bio-oli da rifiuti organici Usa una materia prima per la quale esiste già una filiera di raccolta senza consumi di acqua e terreno, poiché non deriva da coltivazione agricola e non compete con l uso alimentare La materia prima ha un costo negativo (costo di conferimento pari a /t) Non necessita dell essiccamento carica Produce un bio-olio con elevato potere calorifico e agevolmente stoccabile Recupera il rifiuto restituendo la quantità di acqua in esso presente per reimmissione nell ambiente I bio-fuel prodotti da rifiuti sono riconosciuti come Biocarburanti Avanzati dalla normativa europea per l energia nel settore dei trasporti Può avere anche un impatto sociale nelle aree dove è più critico lo smaltimento dei rifiuti

19 3 - Bio-oli da rifiuti organici Biomasse umide (~65-80% H 2 O) Frazione organica rifiuti urbani Scarti industria agroalimentare Fanghi depurazione reflui urbani Feed: 2-7 kg/h Reattori: CSTR ~ 9 l PFR ~ 3 l Max: 320 C / 150 bar Pilota Waste to Fuel presso il Renewable Energy and Environmental R&D Center (Novara)

20 La ricerca eni e i biocarburanti avanzati Le possibili fonti alternative per biocarburanti avanzati sono: 1. Oli microbici ottenuti dalla fermentazione di zuccheri ricavati da biomasse ligno-cellulosiche 2. Oli algali ottenuti da microalghe fotosintetiche 3. Bio-olio ottenuto da rifiuti organici, scarti agro-alimentari e fanghi di depurazione 4. Componenti diesel ossigenati da glicerina grezza 20

21 4 - Componenti Diesel da glicerina La glicerina è il sottoprodotto della produzione di biocarburanti tradizionali (FAME) ed è considerato un rifiuto nella nuova normativa RED/FDQ sui combustibili di tipo advanced. Il riutilizzo di glicerina, tramite un nuovo processo Eni (brevettato), permette di ottenere un nuovo componente bio pro Diesel con buone caratteristiche prestazionali e con la connotazione «advanced» in termini di sostenibilità. Glicerina grezza purificazione sintesi separazione idrolisi acqua Etanolo acqua Nuovo componente bio pro Diesel P. eb C Densità 0,97 g/cm3 Cetano 87 PCI 28 MJ/Kg Cont. bio 100%

22 4- Componenti Diesel da Glicerina: impianto pilota

23 Biolubrificanti Nuovi lubrificanti "environmentally friendly" vantaggiosi in termini di bilancio della CO2 biodegradabili e a bassa tossicità Impieghi in contesti tradizionali (trazione e industria) e ad alta criticità ambientale Le basi esteree, ottenibili da fonti rinnovabili, rappresentano un componente strategico Nel nuovo polo di chimica verde di Porto Torres, è iniziata la produzione di esteri con processi innovativi La ricerca Eni valorizza queste basi in lubrificanti per trazione leggera ad alta fuel economy trazione pesante applicazioni industriali e marina acidi grassi vegetali scissione dell acido oleico esterificazione basi lubrificanti sintetiche biopolimeri 23

24 Nuovi additivi per lubrificanti Il contesto sfidante a cui i lubrificanti devono rispondere passa anche attraverso la sintesi di nuovi additivi ad alte prestazioni. ADDITIVI INNOVATIVI A BASE DI CALIXARENI Detergenti senza zolfo Viscosity Modifiers a struttura stellare oli motore compatibili con le più evolute marmite catalitiche oli per motori marini ad elevatissime prestazioni oli motore con elevate caratteristiche viscosità-temperatura e stabilità 24

25 Fitoriqualificazione siti contaminati Sono già disponibili linee guida/protocolli per l applicazione della tecnologia di fitoriqualificazione di siti contaminati. 25

26 Biorimedio di siti contaminati Eni e Syndial hanno sviluppato e già applicato (Ravenna) una tecnica innovativa di bonifica per terreni contaminati da idrocarburi (nota come e-ibsabr ). La tecnica e-ibs-abr in combinazione con altre tecnologie come il landfarming, la biostimolazione, la fitodepurazione, la bioaugmentation e il bioventing / biosparging, viene utilizzata per la degradazione di idrocarburi mediante batteri autoctoni. Bioremediation 26

27 Conclusioni La direttiva Europea promuove la diffusione dei biocarburanti, favorendo però quelli avanzati, ottenuti da materie prime non in concorrenza con il ciclo alimentare. L unica alternativa commerciale al biodiesel (FAME) è rappresentata dal Green Diesel, che può essere ottenuto anche da oli diversi da quelli alimentari (oli non commestibili, grassi animali, oli usati), in attesa di nuovi processi no biomasse di scarto o biomasse algali. In questo senso la tecnologia Ecofining TM è il ponte tra la prima generazione e i biocarburanti avanzati. La ricerca eni è attiva con diversi progetti finalizzati allo sviluppo dei biocarburanti avanzati, attraverso la selezione di materie prime di scarto o comunque non in competizione col ciclo alimentare, con un basso utilizzo della risorsa acqua e terra. La ricerca eni è attiva inoltre nel settore dei lubrificanti ad elevate compatibilità ambientale ed elevate prestazioni. Biocarburanti, biolubrificanti ed additivi innovativi, costituiscono la risposta di Eni per una mobilità sostenibile. Infine, nel settore ambientale le nuove tecnologie bio possono contribuire in modo sostenibile alla riqualificazione di siti contaminati da idrocarburi e/o metalli. 27

28 28