Energia dalle Biomasse - Parte A

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1 Tecnologie delle Energie Rinnovabili Energia dalle Biomasse - Parte A Daniele Cocco Dipartimento di Ingegneria Meccanica, Chimica e dei Materiali Università degli Studi di Cagliari A.A

2 Le Biomasse Specie arboree ed erbacee derivanti da coltivazioni agricole e forestali; Residui agricoli e forestali (paglie, potature, ramaglie, cortecce, etc.); Residui agro-industriali (vinacce, sanse, scarti vegetali, etc.); Residui zootecnici (pollina, deiezioni animali, etc.); Frazione organica dei rifiuti solidi urbani (la cosiddetta Frazione Umida o FORSU). Biomasse Residuali Coltivazioni Energetiche

3 Biomasse ed effetto serra Energia solare CO 2 Acqua Nutrienti Fotosintesi Biomassa Ossigeno Il bilancio teorico della CO 2 è in pareggio! Conversione Energia CO 2 Ceneri

4 La sostenibilità della filiera Combustibili Fertilizzanti, sementi, ecc. Combustibili Combustibili, energia el. Materiali, ecc. Energia solare Coltivazione biomassa Trasporto prodotto Conversione industriale Energia utile Residui Emissioni Emissioni Sottoprodotti Emissioni Occorre valutare con attenzione il bilancio energetico e ambientale dell intera filiera!

5 Il Processo di Fotosintesi Radiazione non attiva Energia Riflessa Energia Persa 100% Radiazione solare incidente 50% 50% Radiazione attiva per la fotosintesi 20% 80% Energia solare assorbita 70% 30% Energia convertita Consumo interno 60% Energia netta Rendimento teorico fotosintesi 0,5 0,8 0,3 0,6=0,072 40%

6 I processi di conversione Tipologia del Rapporto Processo di Umidità Processo C/N conversione Biochimico <30 >30% Fermentazione Digestione anaerobica Digestione aerobica Termochimico >30 <30% Combustione Gassificazione Pirolisi Fisico-chimico - - Estrazione di oli Transesterificazione Compattazione Prodotto principale Bioetanolo Biogas Energia termica Energia termica Gas di sintesi Gas di pirolisi, biooli Olio vegetale grezzo Biodiesel Pellets

7 Le filiere di conversione Processi termochimici Combustione Gassificazione Pirolisi Energia da biomasse Biocombustibili Etanolo Olio vegetale Biodiesel Digestione anaerobica Biogas

8 Usi attuali delle Biomasse Fonte: IEA, 2014

9 Le Biomasse nella UE

10 Biomasse elettriche

11 Energia Elettrica Italia 2012

12 Le Biomasse in Italia Impianti di generazione elettrica (esclusi impianti di co-combustione) Fonte: GSE, Biomasse Rapporto Statistico 2009

13 Impianti operativi in Sardegna ( ) Impianti di co-combustione carbone-biomasse (Enel ed EoN)

14 Impianti operativi in Sardegna ( ) Centrale a biomassa di Serramanna (Sardinia Bio Energy)

15 Impianti operativi in Sardegna ( ) Diversi impianti a biogas da circa 1 MWe

16 Impianti operativi in Sardegna ( ) Un grande impianto (36,5 Mwe) ad olio vegetale ad Ottana

17 Energia Termica Italia 2008 Circa 1% dei consumi finali Fonte: IEA, 2010

18 Attenzione alle statistiche! Fonte: ARPAL, 2007

19 La Direttiva Entro il 2020 l UE dovrà ridurre del 20% le emissioni di gas serra, ridurre del 20% i consumi finali di energia e aumentare al 20% il contributo delle FER sui consumi finali (di cui il 10% nei trasporti), rispetto ai valori del 2005.

20 Settore dell Energia Elettrica Dal Piano di Azione Nazionale sulle FER (Giugno 2010)

21 Settore dell Energia Elettrica Le biomasse dovranno aumentare di oltre 2,5 volte rispetto al 2005 (di circa 2 volte rispetto ad oggi)

22 Riscaldamento e Raffrescamento La produzione dovrà crescere di 5 volte (circa 3 volte rispetto ad oggi) e il maggiore contributo è previsto derivare dalle biomasse, dalle Pompe di Calore e dal Solare

23 Settore dei Trasporti Il consumo da FER dovrà crescere di circa 10 volte (circa 3-4 volte rispetto ad oggi) e il maggiore contributo deriverà dai biocombustibili (ovvero Biodiesel e Bioetanolo)

24 Potenzialità in Sardegna Coltivazioni Energetiche (oleaginose)

25 Potenzialità in Sardegna B.1 Sassari; B.2 Olbia-Tempio; B.2 B.3 Nuoro; B.1 B.4 Ogliastra e Cagliari; B.3 B.5 Cagliari Residui da Vite e Ulivo B.4 Bacino Residuo prodotto tal quale (t/anno) Potenza termica (MW t ) B.5 B ,8 B ,8 B ,8 B ,1 B ,4

26 Potenzialità in Sardegna B.1 Carbonia-Iglesias e Cagliari; B.3 B.2 Oristano, Medio Campidano e Carbonia-Iglesias; B.3 Olbia-Tempio; B.4 Ogliastra. B.4 Bacino t/anno (tal quale) Potenza elettrica MW e B ,84 B ,45 B ,98 B ,34 B.2 B.1 Biomasse Forestali

27 Potenzialità in Sardegna Reflui da Allevamenti Suini e Bovini

28 Proprietà delle biomasse Umidità (sul secco o sul tal quale) Potere calorifico inferiore e superiore Composizione chimica (elementare e immediata) Densità (volumica ed energetica) Composizione e comportamento delle ceneri Contenuto di olio (oleaginose) e di zuccheri (zuccherine)

29 Proprietà dei biocombustibili Le proprietà sono determinate con riferimento a: Acqua Ceneri Materia combustibile (C, H, O, N, S, etc. Sul secco e privo di ceneri Sul secco Sul tal quale

30 Caratterizzazione del legno

31 Caratterizzazione del legno m 3 i, Metro cubo impilato o stero (circa 0,7 m 3 ), ovvero 0,3-0,5 t m 3 m, Metro cubo sul mucchio (circa 0,5 m 3 ), ovvero circa 0,15-0,25 t

32 Composizioni tipiche C H O N S Cl Ceneri PCI 0 (%) (%) (%) (%) (%) (%) (%) (MJ/kg) Legna di abete 49,00 5,98 44,75 0,05 0,01 0,01 0,2 18,74 Legna di pioppo 48,45 5,85 43,69 0,47 0,01 0,10 1,43 18,19 Legna di faggio 51,64 6,26 41, ,65 18,63 Legna di quercia 49,98 5,38 43,13 0,35 0,01 0,04 1,61 18,33 Legna di eucaliptus 49,00 5,87 43,97 0,30 0,01 0,13 0,72 18,23 Paglia di frumento 43,20 5,00 39,40 0,61 0,11 0,28 11,40 16,49 Paglia di riso 41,78 4,63 36,57 0,70 0,08 0,34 15,90 15,34 Stocchi di mais 43,65 5,56 43,31 0,61 0,01 0,60 6,26 16,52 Residui potatura vite 47,14 5,82 43,03 0,86 0,01 0,13 3,01 17,86 Residui potatura mandorlo 51,30 5,29 40,90 0,66 0,01 0,04 1,80 19,93 Lolla di riso 40,96 4,30 35,86 0,40 0,02 0,12 18,34 15,27 Gusci di mandorla 44,98 5,97 42,97 1,16 0,02-5,60 18,17 Noccioli pesca 53,00 5,90 39,14 0,32 0,05-1,59 19,62 Noccioli oliva 48,81 6,23 43,48 0,36 0,02-1,10 21,12 Sanse esauste 32,73 5,29 37,82-0,64-12,52 15,50

33 Composizioni tipiche Umidità Potere calorifico Densità apparente (%) PCI (MJ/kg) (kg/mci) (kg/mcm) Faggio fresco 50 7, Faggio essiccato 35 11, Faggio essiccato all aria 18 14, Abete fresco 50 8, Abete essiccato ,3 naturale Abete essiccato all aria 18 14, Pellet 10 17,0-600 Segatura 10 17,0-202 Trucioli 10 17,0-120 Paglia frumento (balle) 15 14, Paglia colza (balle) 15 14, Paglia mais (balle) 15 14, Miscanto (balle) 15 14, Grano sfuso 15 14,2-760

34 L umidità delle biomasse U= U 0 = U= m A m A +m S m A m S U 0 1+U 0 Umidità sul tal quale Umidità sul secco R M = m A+m S 1 = m S 1-U Rapporto massico

35 Il potere calorifico Rappresenta la quantità di calore sviluppata dalla combustione completa dell unità di massa di combustibile (kcal/kg, kj/kg, kwh/kg, etc.) e viene misurata attraverso i calorimetri PCI 0 =PCS 0 - m A r PCI=PCI 0 - U (PCI 0 + r) R H = PCI PCI 0 =1-U (1+ R E = (m A+m S ) PCI m S PCI 0 r PCI 0 =R M R H ) Rapporti energetici

36 Rapporti caratteristici PCI0=18 MJ/kg Rapporti R H, R E e R P Rapporto R H Rapporto R E Rapporto R P Umidità U (%)

37 La Produzione di Biomassa Radiazione media disponibile 4-5 kwh/m 2 giorno ( tep/ha anno) Produzione teorica di biomassa secca t/ha anno (rendimento 7%) Produzione massima sperimentata t/ha anno di sostanza secca Produzione effettiva sostanza secca 5-25 t/ha anno (rendimento 0,2-1,0%)

38 THE END

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