Il Percorso al Biometano

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Mattia Carrara
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1 Biogasmax Training 1 Il Percorso al Biometano STEFANO PROIETTI ISTITUTO DI STUDI PER L INTEGRAZIONE DEI SISTEMI Biogasmax Training 2

2 Struttura della presentazione Raccolta dei rifiuti; Produzione e trasformazione del biometano: Materie prime per DA e discariche Pre-trattamenti Processi di DA Post trattamenti (raffinazione) Residui Infrastrutture di distribuzione, deposito & rifornimento; Uso nei veicoli e tecnologie dei motori. Biogasmax Training 3 Panoramica sul percorso 4

trattamenti (raffinazione) Residui Infrastrutture di distribuzione, deposito &

3 Rifiuti organici Biomassa come elemento più comune per la produzione di biometano: materia organica, sotto-prodotti e flussi di rifiuti, tra cui: Fanghi di depurazione (trattamento di acque reflue) Deiezioni animali secche e umide Rifiuti e sotto prodotti silvicoli Rifiuti (vegetali e animali) dalla trasformazione dei prodotti alimentari Frazione organica dei rifiuti solidi urbani Rifiuti alimentari dai ristoranti Rifiuti domestici da cucina e da giardino Colture energetiche Biogasmax Training 5 Catena di approvvigionamento dei rifiuti organici Prezzo e disponibilità di biomassa come punto di partenza per pianificare la produzione di biometano: Consistente presenza di materie prime; Esigenza di stabilire partenariati lungo la catena. Parte fondante del modello d impresa: Progetto dell impianto sulla base del tipo di rifiuti; Ricavi relativi a tariffe di raccolta o di smaltimento dei rifiuti; Fornitura a impianti di DA come segmento importante dell impresa agricola, con fertilizzante in contropartita. 6

alimentari dai ristoranti Rifiuti domestici da cucina e da giardino Colture energetiche Biogasmax Training 5 Catena di approvvigionamento dei rifiuti organici Prezzo e disponibilità di biomassa come

4 Raccolta di rifiuti - Borås in Svezia I cittadini di Borås selezionano I loro rifiuti: Rifiuti biodegradabili raccolti in sacchi neri; I rifiuti residui dopo la raccolta di quelli pericolosi, elettronici e riciclabili sono raccolti in sacchi bianchi; I sacchi sono raccolti insieme ma un lettore ottico assicura che solo i sacchi neri sono indirizzarti alla produzione di biogas; I sacchi sono poi controllati per evitare la presenza di frazioni non biodegradabili. 7 Produzione di gas da discarica I gas sono prodotti in discarica biodegradabili e non; da rifiuti solidi urbani Il gas è spesso usato per la produzione di elettricità (e calore) in forma quasi grezza; L utilizzo del gas da discarica per la produzione di biometano richiede attenzione alla composizione del gas: Rimozione dell ossigeno e dei componenti pericolosi Pianificazione in vista di quantità ridotte e diversa composizione del gas nel corso degli anni 8

sono poi controllati per evitare la presenza di frazioni non biodegradabili.

5 Produzione: pre-trattamento La qualità dei materiali di scarto impiegati incide sulla composizione del biogas e sulla quantità di metano da produrre: Rifiuti non organici rimossi Frantumazione o macerazione alla taglia ottimale Miscelazione di diversi inputs per fornire consistenza Aggiunta di acqua o altri liquidi dai processi di DA Pulitura può essere necessaria per evitare sostanze patogene: Per esempio in alcuni Stati fanghi di depurazione, deiezioni e materiali con sotto prodotti animali portati a 70 C per 1 h min 9 Digestione anaerobica come decomposizione delle sostanze organiche in ambiente privo di ossigeno; Calore (30-60 C) per iniziare e mantenere il processo; Metano (CH4) e Biossido di carbonio (C02) sono i principali prodotti. Materia residua con ridotti componenti volatili. Produzione: Digestione Anaerobica (DA) 10

patogene: Per esempio in alcuni Stati fanghi di depurazione, deiezioni e materiali con sotto prodotti animali portati a 70 C per 1 h min 9 Digestione anaerobica come decomposizione delle sostanze

6 Produzione: tecnologie di impianti di DA Diverse tecnologie disponibili scelte secondo il tipo di rifiuti organici: Componente liquida o solida; Sistemi monofase o multifase; Sistemi a basse o alte temperature. Generalmente gli impianti di DA trattano materiali liquidi in un unica fase con temperature più basse (es. impianti di depurazione dei fanghi); Sistemi multifase e temperature più alte velocizzano il processo e possono ottimizzare la resa del gas; Capacità di mantenere solidi i materiali amplia la gamma di rifiuti da utilizzare. 11 Potenziale del gas Potenziale di gas come combinazione di: Materiali utilizzati in entrata (componente solida volatile); Condizioni operative (temperatura, tempo di ritenzione, ph, etc.); Tecnologia dell impianto di DA (mono o multi-fase). Resa del gas secondo tipo d impianto e materiali in entrata: Digestori di trattamento dei fanghi producono max. 100 m 3 di biogas per tonnellata di materiali in entrata; Moderni digestori che trattano rifiuti urbani misti producono almeno 300 m 3 per tonnellata; Biogas prodotto contiene una quantità variabile di metano 12

impianti di depurazione dei fanghi); Sistemi multifase e temperature più alte velocizzano il processo e possono ottimizzare la resa del gas; Capacità di mantenere solidi i materiali amplia la gamma

7 Potenziale di gas secondo la materia in entrata Rese stimate di CH4, m3/tonnellata di rifiuti Alto - Sotto-prodotti animali - Colture energetiche - Rifiuti alimentari - Rifiuti solidi urbani - Deiezioni animali (pollame, bovini, suini) - Fanghi di depurazione Basso 13 Prodotti del processo di DA Principale risultato = biogas con circa 50-70% di metano Altri sotto-prodotti: Digestato usato come fertilizzante o come materiale di riporto per usi civili e ingenieristici Biossido di carbonio con usi industriali e commerciali Calore riutilizzato in loco o venduto 14

Prodotti del processo di DA Principale risultato = biogas con circa 50-70% di metano Altri sotto-prodotti: Digestato usato come fertilizzante

8 Trattamento post produzione (Raffinazione) Per ottenere carburante per veicoli, il biogas deve essere raffinato in biometano; Generalmente processo a due stadi: 1) Rimozione di CO2; 2) Rimozione di siloxani, vapore acqueo, idrogeno solforato, azoto, etc. I metodi tipici includono: a) Torre di lavaggio ad acqua; b) Pressure swing absorption (PSA) Costi di rimozione CO 2 come uno dei fattori decisivi nel purificare il biogas in biometano (circa 13 Euro per kg CH 4 ) 15 Distribuzione, stoccaggio e rifornimento di biometano Diversi metodi di distribuzione: Gasdotti dedicati (compresso); Rete esistente del gas naturale (compresso); Trasportato a stazioni di rifornimento (liquefatto o compresso in serbatoi) Metodi di distribuzione variano secondo: - localizzazione dell impianto di DA; - struttura del mercato; - infrastrutture esistenti di gas naturale Opzioni di stazioni di rifornimento rapido o lento usando gas compresso o liquefatto (CNG o LNG) 16

I metodi tipici includono: a) Torre di lavaggio ad acqua; b) Pressure swing absorption (PSA) Costi di rimozione CO 2 come uno dei fattori decisivi nel purificare il biogas in biometano (circa 13 Euro

9 Biometano nei veicoli Numerosi motori a combustione interna (veicoli leggeri, commerciali pesanti, etc.) circolano a (bio)metano: Motori fabbricati per il (bio)metano (OEM), o convertiti dopo immissione sul mercato = natural gas vehicles (NGV), spesso bi-fuel; Motori unicamente a (bio)metano, generalmente usati in veicoli commerciali pesanti; Motori Diesel-(bio)metano (dual-fuel), consentono circa 80% di sostituzione del diesel con il gas 17 Biometano nei veicoli Oltre 40 costruttori nel mondo producono NGVs: Direttamente dalla casa costruttrice in produzione industriale dai primi anni 90; Se fabbricati direttamente per usare metano possono avere prestazioni migliori, sebbene la conversione dia buoni risultati. I costi operativi includono: Costo del veicolo; Costo di manutenzione; Costo del carburante. Benefici ambientali per CO 2, e potenzialmente per NO x e PM 18

generalmente usati in veicoli commerciali pesanti; Motori Diesel-(bio)metano (dual-fuel), consentono circa 80% di sostituzione del diesel con il gas 17 Biometano nei veicoli Oltre 40 costruttori nel

10 Benefici del biometano Benefici come carburante per veicoli: Gas a effetto serra ridotti, i carburanti fossili sono sostituiti da carburante rinnovabile con emissioni basse o negative; Basse emissioni nocive, poiché i veicoli a gas emettono meno ossidi di azoto, particolato e idrocarburi di benzina e diesel (secondo gli standard Euro); A livello locale: minori emissioni sonore; A livello nazionale: ridotta dipendenza dal petrolio e maggiore sicurezza nell approvigionamento. 19 Quadro d insieme sul percorso 20

azoto, particolato e idrocarburi di benzina e diesel (secondo gli standard Euro); A livello locale: minori emissioni sonore; A

11 Grazie per l attenzione! Biogasmax Training 21

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