Energia da biomasse: Le attività di Sardegna Ricerche Efisio A. Scano Cagliari 22 aprile 2009 Per informazioni: Laboratorio Biomasse labbiomasse@sardegnaricerche.it
Attività generali Caratterizzazione di biomasse e di biocombustibili Valutazione della possibilità di impiego di singole biomasse o di mix di biomasse nella produzione di energia Messa a punto di processi di produzione di biocombustibili Sviluppo di tecnologie per l impiego di biomasse nella produzione di energia Studio di tecniche di raccolta, stoccaggio e gestione delle biomasse
Obiettivi Promuovere la crescita di processi di conversione energetica delle biomasse Contribuire allo sviluppo delle filiere concretamente realizzabili in Sardegna Individuare le zone ottimali per lo sviluppo delle diverse filiere nella regione Valutare la sostenibilità di ciascuna filiera individuata Essere un riferimento tecnico per gli organi competenti della Regione Autonoma della Sardegna Collaborare allo studio e alla progettazione di attività specialistiche formative
Il laboratorio Biocombustibili e biomasse Laboratorio misure Caratterizzazione delle biomasse Potere calorifico, composizione ( C,H,N,S), umidità, ceneri, sostanze volatili Analisi dei gas Digestore anaerobico pilota Fotobioreattori per le colture algali Pirolizzatore pilota
Digestore anaerobico Materie Prime Pre-trattate Sistema di raccolta del biogas Biogas Sistema di carico Reattore Plug- Flow Sistema di scarico Digestato Sistema di controllo PLC Modem Controllo Carico e Scarico Controllo mescolamento Controllo termostatazione Pressione del biogas contenuto di metano
Componenti principali Descrizione generale dell impianto Sistema di carico Reattore Sistema di scarico Sistema di raccolta del Sistema di raccolta del biogas biogas Sistema di controllo Allarmi di sicurezza Tramoggia di carico Reattore Sistema di controllo Alimentazione FORSU Biomasse solidi totali fino al 15% Portata 15-20 kg/giorno Produzione: 1-4 m 3 /giorno di biogas
Il reattore 1. La biomassa,dopo il pretrattamento all interno della tramoggia, viene introdotta nel reattore mediante delle pompe dosatrici 7 REATTORE DEL TIPO PLUG-FLOW ORIZZONTALE 3. Copertura coibentante in materiale polimerico espanso autoestinguente 2. Un agitatore orizzontale a pale mescola la biomassa all interno del reattore 2 3 4 5 4. Due fasce scaldanti per la regolazione della temperatura interna del reattore 5. Sonde di temperatura 7. Il biogas fuoriesce da un tubo di raccolta collocato al di sopra del reattore 1 6 6. Valvola per il campionamento e l aggiunta di additivi
Sistema di raccolta del biogas Linea del biogas Gasometro 4 2 3 6 6 5 7 1 1.Tubo di raccolta del biogas dal reattore 2.Trappola per la condensazione dell umidità 3.Misuratore della quantità di biogas 4.Tubo di invio del biogas al gasometro 5. Guardia idraulica per l arresto di eventuali ritorni di fiamma 6. Serbatoio di raccolta del biogas 7. Sistema per la misura della concentrazione di metano nel biogas
Attività Sperimentale Caratterizzazione di diversi substrati ai fini della digestione anaerobica Digestione anaerobica di singoli substrati Codigestione di mix di substrati Individuazione di mix ottimali ai fini della resa in biogas Valutazione dei parametri di processo Ottimizzazione dei processi di digestione anaerobica Valutazione delle rese e della qualità del biogas Valutazione economica dei processi di digestione anaerobica Ottimizzazione dei parametri del processo di digestione anaerobica per favorire la produzione di idrogeno
Fotobioreattori per le colture algali L impianto pilota per la coltura di biomasse algali è costituito da tre unità distinte, basate su tecnologie differenti, scelte tra quelle più promettenti per la coltura su larga scala Unità per la produzione degli inoculi Unità a pannelli verticali Unità a colonne anulari Unità per la produzione degli inoculi Fotobioreattori a pannelli verticali Fotobioreattori a colonna anulare
I Fotobioreattori a pannelli verticali Componenti principali Camera di coltura Alimentazione Sistema di miscelazione Termostatazione Controllo di ph e temp. Scarico della biomassa Tecnologia semplice con costi relativamente bassi Adatto per applicazioni industriali
Schema del fotobioreattore a pannelli verticali 1. Camere di coltura 2. Serbatoio di carico 3. Pompa di alimentazione 4. Generatore d aria 9 1 5 1 8 5. Pompa per il ricircolo della coltura 6 7 6. Pompa per la termostatazione del mezzo di coltura 7. Linea di approvvigionamento della CO 2 2 4 8. Serbatoio di scarico della biomassa algale 3 9. Sistema di controllo Superficie dei reattori: 40 m 2 Volume totale dei reattori: 2,2 m 3 Produzione biomassa algale: 1,1 Kg/giorno
I fotobioreattori a colonna anulare Sono concepiti con la tecnologia bubble column La camera di coltura delle microalghe è ricavata nell intercapedine creata da due cilindri in plexiglass concentrici diametro differente. Una sorgente luminosa artificiale può essere localizzata all interno Componenti principali di ciascuna colonna: Camera di coltura Sistema di alimentazione della coltura con acqua, nutrienti e Fotobioreattori a Colonna Aumento della produttività grazie all elevato rapporto superficie/volume Mescolamento più efficace della coltura Rese maggiori Costi più elevati CO 2 Sistema di rimescolamento Sistema di termostatazione Sistema di controllo ph e temperatura
Attività Sperimentale Prove di coltivazione e biofissazione di CO 2 Determinazione dei parametri di processo Ottimizzazione dei processi di crescita algale Valutazione delle rese in biomassa delle diverse specie algali Estrazione dell olio Estrazione di sostanze di interesse farmaceutico e alimentare
IMPIANTO PILOTA PER LA PIROLISI Reattore e Raffinatore Sistema alimentazione biomasse Gruppo elettrogeno a gas (22 KW) Sistema scarico residuo carbonioso Gasometro
MATERIE PRIME Il sistema può essere alimentato con: Biomasse vegetali Scarti agroindustrali (residui di potatura, cippati di sottobosco, sanse asciutte, lolla di riso ecc..) Materiali di provenienza industriale (polverino di pneumatico) Coclea di trasporto Frazione secca RSU Portata di alimentazione : 100 kg/ora Tramoggia di carico La biomassa macinata ed essiccata viene alimentata al reattore mediante due coclee
DESCRIZIONE GENERALE DELL IMPIANTO Coclea dosatrice biomassa Raffinatore Triturazione Tramoggia di carico biomassa REATTORE Condensatore vapori Essiccazione Reattore Gas e Residuo vapori carbonioso Raffinazione e Raffreddamento Coclea estrattrice residuo carbonioso Gas Bio-olio olio Il reattore pirolitico: tamburo rotante ad asse orizzontale, può trattare 100 kg/h e raggiunge i 700 C. il reattore è riscaldato mediante resistenze elettriche, mentre nel funzionamento a regime possono essere impiegati i gas e i residui carboniosi di processo
PRODOTTI DEL PROCESSO Raffinatore Reattore I vapori prodotti dal processo di pirolisi, vengono inviati ad un sistema di trattamento costituito da: - unità di raffinazione dei vapori; - unità di raffreddamento del gas; Dal processo di raffinazione e raffreddamento si ottengono gas e olio Gasometro Il gas prodotto viene aspirato e convogliato in un gasometro che alimenta un motore a combustione interna da 22 KWe Motore a gas L olio di pirolisi viene raccolto in un apposito serbatoio e destinato alle applicazioni successive I residui carboniosi estratti dal reattore pirolitico, vengono ossidati in un apposita camera di combustione per creare energia termica di processo (essiccazione delle biomasse) e per autosostentare il processo
CARATTERISTICHE GENERALI DELL IMPIANTO L impianto produce combustibili gassosi (gas di pirolisi), liquidi (bioolio) e solidi (residuo carbonioso) di elevata qualità per l alimentazione di motori a combustione interna Portata di alimentazione : 100 kg/ora Temperatura max di esercizio del reattore : 700 C Produzione oraria gas : 12-15 m 3 /ora Potenza motore a combustione interna alimentato a gas: 22 kwe Il sistema nel suo complesso è gestito da un programmatore logico di controllo
Attività Sperimentale Caratterizzazione di diversi substrati per l impiego nella pirolisi Test di Pirolisi su singoli substrati e loro miscele Studio delle condizioni di processo (composizione mix biomasse, tempi, temperature, velocità di riscaldamento) Valutazione delle rese, della qualità del gas e degli altri prodotti della pirolisi Ottimizzazione dei processi di pirolisi Analisi economica dei processi di pirolisi Applicazione alle gomme, alle plastiche, ai componenti cellulosici Impiego della pirolisi nello smaltimento dei fanghi di depurazione civili e industriali
Risultati attesi Istituzione di distretti agro-energetici Sviluppo di tecnologie a basso impatto ambientale Introduzione di tecnologie alternative per lo smaltimento e la valorizzazione dei rifiuti Raggiungimento della sostenibilità energetica, ambientale e economica delle diverse filiere di conversione energetica Nascita di nuove attività industriali nel settore delle biomasse e dei biocombustibili Creazione di nuove opportunità per lo sviluppo del settore agroindustriale regionale
Grazie per l attenzione!