Energia dalle Biomasse - Parte B

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

2 La filiera delle legnose Idrolisi Compattazione, essiccazione Zuccheri Fermentazione e distillazione Pellet, Cippato, ecc. Etanolo Trasporti, energia termica, energia elettrica energia termi ca Ligno - cellulosiche Combustione termica Ciclo a vapore, Stirling, ORC elettrica e termica (Pioppo, Robinia, Miscanto, Sorgo) Gassificazione Pirolisi Syngas Olio, Syngas, Char Turbina a gas, fuel cell, etc. Turbina a gas, fuel cell, etc. elettrica e termica elettrica e termica

3 La filiera delle oleaginose Solventi elettrica Metanolo elettrica Colza, girasole, soia, ecc. Estrazione olio grezzo Olio grezzo Transesterifica zione Biodiesel Panello proteico Glicerina termica Motore Diesel elettrica Gas di scarico

4 La filiera delle zuccherine Zuccherine (Canna, Sorgo, Barbabietola) Amidacee (Mais, Patate, Frumento) Estrazione Succo Liquefazione e Saccarificazione Zuccheri Fermentazione e distillazione Etanolo Trasporti, energia elettrica e/o termica Acqua elettrica Lieviti CO 2 elettrica Vinasse Sorgo, Barbabietola ecc. Estrazione succo zuccherino Succo Fermentazione zuccheri ETOH + H 2 O Distillazione e de-idratazione Etanolo anidro Recupero esterno Residui termica termica Combustibile fossile Impianto di cogenerazione elettrica

5 La filiera del biogas Biogas Co-substrato Digestore Substrato Fumi Stoccaggio biogas Compost Centrifuga Substrato digerito Concime liquido U Acqua calda Motore elettrica Torcia

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

7 Caldaie a biomassa η= P utile P cmb =1 - P persa P cmb Potenza utile Potenza combustibile Potenza persa

8 Caldaie a pellet

9 Caldaie a pellet

10 Caldaie a pellet

11 Caldaie a pellet

12 Caldaie a legna

13 Bruciatori a pellet

14 Caldaie a legna e pellet

15 Caldaie a cippato

16 Caldaie a biomassa

17 Caldaie a biomassa

18 L impiego del cippato

19 Caldaie a biomassa

20 Caldaie a biomassa

21 Esempio: plesso scolastico Pc (kw) Pu (kw) Rendimento Gasolio (kg/a) Edificio A % 6500 Edificio B % 9500 Edificio C % 8600 Edificio A Edificio B Edificio C

22 Edificio A Pc (kw) Pu (kw) Rend. Pci (MJ/kg) cons. (kg/a) Costo ( /kg) Spesa ( /a) Gasolio % , Pellet 70 64,4 85% , Cippato % , Risp. ( /a)caldaia ( ) Acc. (m 3 ) PBT (anni Pellet ,6 3,7 Cippato ,9 3,8

23 Esempio: plesso scolastico L (m) Scavo Tubo Isolamento Edificio A Edificio B Edificio C Edificio A a b Edificio B c Edificio C

24 Esempio: plesso scolastico Caldaia da 330 kw, rendimento 87,7%, potenza utile 290 kw, costo ; Silo stoccaggio m 3, 5000 Scavo 80x80, 250 metri, 6,4 /m Tubazione 2, 500 metri (andata e ritorno), 6,5 /m Isolamento, 500 metri, 3,5 /m Spese varie rete, 2400 Investimento totale: Consumo totale cippato kg/anno

25 La produzione di cippato

26 Costo produzione cippato Tipo cantiere Condizioni di abbattimento Molto buone Medio buone Difficili Cantiere A Cantiere B Cantiere C Tabella 5.1. Rese in m 3 /op/g per i cantieri tipo. Tipo cantiere Condizioni di esbosco Molto buone Medio buone Difficili Cantiere A 4,13 4,86 6,25 Cantiere B 3,52 4,03 5,17 Cantiere C 2,64 2,95 3,46 Tabella 5.1. Stima dei costi di taglio nelle diverse tipologie di cantiere e condizioni di esbosco. Costi in /q Cantiere A: prelievo forestale basso, fino a 50 mc/ha; Cantiere B: prelievo forestale medio, mc/ha; Cantiere C: prelievo forestale alto, oltre 100 mc/ha;

27 Costo produzione cippato Produttività da q/h fino a 100 q/h. Per una cippatrice da 60 q/h, il costo orario è stimato in circa /h; Due operai specializzati, il costo ammonta a /h; Il costo totale orario risulta pertanto di /h, che equivale ad un costo specifico di circa 1 /q di cippato prodotto.

28 Costo trasporto cippato Fascia Tempi di trasporto per fasce chilometriche Carico Andata e ritorno Scarico e imprevisti Totale 0-20 km 1 h h km 1 h 30 1 h h 10 >40 km 1 h 30 >2h >4 h 30 Tabella 5.1. Stima dei tempi di trasporto per fasce chilometriche. Fonte di riferimento: STUDIO DEI COSTI DI PRODUZIONE E STIMA DEL PREZZO MINIMO DEL CIPPATO DI LEGNO PER USI ENERGETICI. Dati Costo del trasporto Distanza km 0-20 Tempo complessivo ore 2,5 Nolo /ora 40 Costo di un viaggio 100 Portata in volume m 3 30 Portata in peso q 90 Costo unitario in volume /m 3 3,33 Costo unitario in peso /q 1,11 Tabella 5.1. Stima del costo unitario del trasporto del cippato. Fonte di riferimento: STUDIO DEI COSTI DI PRODUZIONE E STIMA DEL PREZZO MINIMO DEL CIPPATO DI LEGNO PER USI ENERGETICI.

29 Costo totale cippato Tipo cantiere Fascia chilometrica Condizioni di esboscabilità Molto buone Medio buone Cantiere A 0-20 km 1+1,11+4,13=6,24 4,86+1+1,11=6,97 Cantiere B 0-20 km 3,52+1+1,11=5,63 4,03+1+1,11=6,14 Tabella 5.1. Stima del costo totale di produzione e approvvigionamento del cippato nelle diverse condizioni di esboscabilità espressi in /q. Il costo di produzione del cippato è stimato, in questo caso, pari a circa 6-7 /q; Se il cippato viene acquistato da terzi, tale costo deve essere incrementato di almeno il 30-40%; La fornitura di circa 900 quintali di cippato comporta un costo di circa 6500 /anno. Considerato anche un costo di gestione di 5000 /anno, il risparmio rispetto al gasolio è dell ordine di /anno (44000 /anno con il gasolio agli attuali prezzi), con un conseguente tempo di ritorno di circa 3 anni. Con un prezzo di acquisto dell ordine di 14 /q, la spesa per l acquisto del cippato aumenta fino a circa /anno e il tempo di ritorno diviene pari a circa 3,5 anni.

30 Caldaie a biomassa Pellet Cippato Ciocchi Elevato grado di automazione Maggiore costo rispetto alle caldaie convenzionali Necessità di evitare sovradimensionamenti Rendimenti elevati (85-90%) Volumi di stoccaggio di circa 5 mc per 1 mese di autonomia per una caldaia da 40 kw Costi di circa /kw per potenze fino a circa kw e /kw oltre 100 kw Costo pellet da 0,15 a 0,4 /kg Elevato grado di automazione Adatte a sistemi di maggiore dimensione Necessità di evitare sovradimensionamenti Rendimenti elevati (85-90%) Volumi di stoccaggio di circa 120 mc per 1 mese di autonomia per una caldaia da 250 kw Costi di circa /kw per potenze fino a circa kw e /kw oltre 1000 kw Costo cippato da 0,03 a 0,1 /kg Buon grado di automazione Adatte a sistemi di piccola dimensione (da 20 a 100 kw) Necessità di evitare sovradimensionamenti Rendimenti elevati (85-90%) Volumi di stoccaggio di 7-8 mc per 1 mese di autonomia per una caldaia da 25 kw Costi di circa /kw per potenze fino a circa kw e /kw oltre 100 kw Costo legna da 0,10 a 0,15 /kg

31 THE END

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