La chimica per lo sfruttamento delle energie rinnovabili. Carlo Perego

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1 La chimica per lo sfruttamento delle energie rinnovabili Carlo Perego

2 Agenda Lo scenario energetico La Visione Eni Energie rinnovabili e il ruolo della chimica

3 Agenda Lo scenario energetico La Visione Eni Energie rinnovabili e il ruolo della chimica

4 Il futuro scenario energetico Il mondo avrà bisogno di fonti fossili, in particolare di idrocarburi, ancora per molte decadi. In prospettiva, l'impatto ambientale costituisce il principale problema legato alla crescita della domanda energetica. Sarà necessario ampliare il mix di fonti energetiche, sia per attenuare l impatto ambientale generato dalle fonti fossili, sia per garantire l approvvigionamento energetico in un arco temporale più lungo. Fonte : IEA (World Energy Outlook 2010)

5 Agenda Lo scenario energetico La Visione Eni Energie rinnovabili e il ruolo della chimica

6 La Visione Eni Nel breve termine, le tecnologie e i comportamenti orientati al risparmio e alla efficienza energetica rappresentano il modo più efficace e economico per ridurre l'impatto legato all incremento dell utilizzo dei combustibili fossili. Nel medio termine, le tecnologie di sequestrazione della CO 2 contribuiranno a rendere più sostenibile l uso delle fonti fossili. Le fonti energetiche rinnovabili rappresentano un obiettivo di lungo termine per i paesi consumatori e per il settore energetico. La capacità di cogliere le sinergie tra fonti fossili e fonti rinnovabili contribuirà alla sostenibilità del settore O&G.

7 Energie rinnovabili: il programma Along with Petroleum E un fondo Corporate di 120 milioni nel periodo E centrato sullo sviluppo di tecnologie innovative per lo sfruttamento dell energia solare, di biomasse/biocarburanti, di sistemi per il carbon management, di metodi di stoccaggio dell energia. L obiettivo è di permettere alle fonti rinnovabili una penetrazione di larga scala e di grandi potenzialità produttive attraverso la riduzione dei costi, la potenzialità di scala industriale e una completa sostenibilità ambientale e sociale. I progetti Along with Petroleum sono selezionati e coordinati dalla Direzione Ricerca e Tecnologia di Eni e condotti prevalentemente presso l Istituto eni Donegani di Novara

8 Agenda Lo scenario energetico La Visione Eni Energie rinnovabili e il ruolo della chimica

9 Energie rinnovabili e ruolo della chimica Biofuels e valorizzazione energetica delle biomasse Nuovi materiali per energia solare Idrogeno solare Nuovi materiali adsorbenti e/o membrane per il trattamento passivo delle acque di falda contaminate Nuovi materiali idrofobici (in grado di separare acqua dal petrolio) e nuove tecnologie per il recupero di spandimenti di greggio in ambienti marini (Oil Spills).

10 Il mercato energetico e dei biofuel La domanda mondiale di energia crescerà di circa il 36% dal 2008 al 2035, con una velocità del 1.2% anno. Il consumo mondiale di biofuel arriverà al 8% del totale nel 2035, partendo dal 3% nel Quindi crescerà del 5.5% all anno da 1.1 MBPD nel 2009 a 4.4 MBPD nel La direttiva Europea (Renewable Energy Directive, RED) impone di arrivare al 10% di biofuel sul totale consumato entro il Nel 2011 la quantità richiesta è del 4.5%. I Biofuel devono contribuire alla riduzione di CO2 del 35% alla introduzione della direttiva, fino a raggiungere il 50% nel 2017 (60% per i nuovi impinanti produttivi). I biocombustibili di seconda generazione (quelli prodotti da scarti agro-industriali, da biomasse non edibili varranno il doppio. Source: IEA (World Energy Outlook 2010)

11 Il mercato EU dei carburanti EU25 aveva un surplus di benzina di 35 Mton 2005) e un deficit di diesel di 31 Mton. EU 27 diesel / benzina continua a crescere Più domanda per biodiesel che per bioetanolo Per raggiungere il 10% di biofuels nel 2020 bisognerà importare. Mt/a Mtoe/a HD Diesel 300 LD Diesel Gasoline 250 Diesel/Gasoline ratio FAME imports 30 FAME domestic Ethanol imports 25 Ethanol domestic % energy target 16 Mt/a vegetable oil imports Diesel/Gasoline ratio 5 Source: Concawe

12 Gli oli vegetali Gli oli vegetali sono esteri glicerici di acidi grassi A partire dal 2000 sono la fonte per produrre il biodiesel e più recentemente di GreenDiesel. Transesterification Biodiesel (FAME, FAEE) Oil seeds Vegetable Oil Hydroprocessing Green Diesel La produzione di FAME nel 2009 è stata di 19.9 MTOE, di cui 7.0 in EU.

13 I difetti del FAME biodiesel Non adatto nei climi invernali rigidi Le sue proprietà solventi causano la degradazione delle gomme e delle guarnizioni Produce più NOx del diesel convenzionale Problemi di compatibilità con le motorizzazioni Deposits at injector tips on a HPCR fuel system, leading to poor starting and running behavior (power loss, instability, smoke). Engine operated on RME B100 in a tractor in the field (Biodiesel, ULSD and Engine Performance, V. Stiffler-Claus (Jonh-Deere) 19 March 2009)

14 I vantaggi del Green Diesel 100 BBL Vegetable Oil (Triglycerides) 99 BBL + Hydrogen Green Diesel + CO 2 H 2 O C 3 H 8 Uso di idrogeno: una materia prima tipica della raffinazione Non sottoproduce glicerolo Propano è il sottoprodotto principale Compatibile con oli e grassi ad alto contenuto di acidi liberi Molte società (Neste Oil, BP, PetroBras, Syntroleum/Tyson Foods, ConocoPhilipps/Tyson Foods, Axens and eni/uop) hanno sviluppato tecnologie di idrogenazione proprietaria per la produzione di green diesel and green jet da oli vegetali e grassi animali. Tra queste: NexBTL TM by Neste Oil Ecofining TM by eni/uop Vegan TM by Axens Rotterdam Next BTL plant started up Sept

15 Il processo di idrogenazione UOP/ENI Ecofining TM La trasformazione procede in due stadi catalitici: DeCO 2 -HDOe idroisomerizzazione Il prodotto è un diesel alto cetanico E completamente idrocarburico Co-produce propano, naphtha e jet fuel E flessibile alle materie prime: soia, colza, palma, jatropha, camelina, grassi animali, olio da cucina usato e olio da alghe.

16 Transizione alla seconda e terza generazione Cambiare il fuel Cambiare la materia prima Adapted from: J. Holmgren, UOP Refining Seminar, November 2008, Vienna

17 Lipidi di 2 generazione da biomasse lignocellulosiche Biomasse lignocellulosiche Lieviti Oleaginosi Zuccheri C5- C6 Possono accumulare fino al 70% di trigliceridi nelle cellule Lieviti Oleaginosi Patent Application WO (A2) to eni SpA Lipidi

18 Lieviti Oleaginosi vs coltivazioni convenzionali Resa tipica di processo : 20 kg LIPIDI / 100 kg biomassa secca Oil productivity (t/ha year) Energy yield (GJ/ha year) Soy Rapeseed Sunflower Palm Arundo Donax (40 t/ha yr) + yeasts fermentation 8 350

19 Biodiesel di 2 a generazione: gli oli di liquefazione trattamento termico BIO-OLIO upgrading combustibili liquidi biomassa lignocellulosica I trattamenti termici prendono vari nomi a seconda della severità delle condizioni adottate. La liquefazione comporta tipicamente un trattamento a C per tempi compresi fra pochi minuti e 1 ora.

20 Biodiesel di 2 a generazione: gli oli di liquefazione Biomassa umida alghe frazione umida del RSU fanghi di depurazione acque Condizioni 5-60 min a C ( bar) Bio-olio Acqua (e organici disciolti) Gas

21 Biodiesel di 2 a generazione: gli oli di liquefazione I bio-oli che si ottengono sono miscele estremamente complesse, di modesta stabilità, talora neanche miscibili con i carburanti tradizionali proprietà bio-olio da flash pyrolysis bio-olio da liquefazione diesel umidità, % ph 2.5 % C % H % O densità (g/ml) viscosità (cp) potere calorifico superiore (MJ/kg) Corma et al. Chem Rev. 2006, 106, 4044

22 Il processo di liquefazione eni Liquefazione Energia Elettrica FORSU 100 MW th Separazione Upgrading Acqua reflua Resa tipica di processo: BIO-OLIO 83 MW th Biofuels 15 kg bio-oil / 100 kg biomassa umida (35% secca) Patent application WO 2011/ (A1) to eni SpA: liquefaction process

23 Biodiesel di 2a generazione: i processi BtL CtL GtL Gasificazione gas di sintesi (syngas: CO + H 2 ) Liquefazione combustibili liquidi (FT) BtL

24 Biomasse a liquidi (BTL) via Fischer-Tropsch Acqua, ossigeno Hydro- cracking Reattore Fischer-Tropsch Diesel

25 Reazione di Fischer-Tropsch Bio-Syngas Purificazione gas nco + 2nH2 n(-ch2-) + n H2O Sintesi Fischer Tropsh Cere ad alto peso molecolare Upgrading cere Resa tipica di processo : 21 kg fuel liquidi / 100 kg biomassa 70-85% Diesel alta qualità 15-30% Naphtha

26 Schema del processo BTL 20 bbl/d L.Bournay et al. (IFP): IFP session December 9th 2009 FT a bassa temperatura (~230 C) in Slurry Bubble Column Reactor per la produzione di cere lineari ad alti pesi molecolari catalizzatore proprietario a base di cobalto applicabile a processi GtL, BtL e CtL Primo studio di fattibilità BTL feasibility nel 2006 a cura di Axens

27 Sommario: Verso le nuove generazioni di Biodiesel Oleaginous crops 1 st lipids Transesterification Biodiesel Algae 3 rd Hydrotreating Green diesel Fermentation 2 nd Bio-oil Lignocellulosic biomass Sugar 2 nd 2 nd Pyrolysis Gasification / Liquefaction BTL diesel

28 Conclusioni La Tecnologia è un elemento centrale nella strategia di Eni. L innovazione tecnologica è la chiave per la sostenibilità dell industria dell energia, sia in termini ambientali che di difesa e sviluppo del business. La sostenibilità dell utilizzo delle fonti fossili è fortemente condizionata dalla capacità di mitigare gli effetti sull ambiente derivanti dalla loro produzione ed impiego: massimizzazione dell utilizzo delle risorse primarie approcci di energy saving continuo miglioramento della qualità dei carburanti diversificazione delle fonti e parallelo sviluppo delle fonti rinnovabili In accordo con questa visione strategica, il portafoglio di R&S di Eni mira a sviluppare processi e prodotti in grado di sostenere il business sia nel breve che nel lungo termine La chimica applicata all energia occupa oggi uno spazio importante e fornisce un contributo essenziale per lo sviluppo di fonti rinnovabili quali le biomasse.

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