Tecnologie delle Energie Rinnovabili Energia dalle Biomasse - Parte A Daniele Cocco Dipartimento di Ingegneria Meccanica, Chimica e dei Materiali Università degli Studi di Cagliari daniele.cocco@unica.it http://people.unica.it/danielecocco/ A.A. 2017-2018
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
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
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!
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%
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
Le filiere di conversione Processi termochimici Combustione Gassificazione Pirolisi Energia da biomasse Biocombustibili Etanolo Olio vegetale Biodiesel Digestione anaerobica Biogas
Usi attuali delle Biomasse Fonte: IEA, 2017
FER in Italia
FER in Italia
FER in Italia
FER in Italia
Bioenergie Settore Elettrico
Bioenergie Settore Termico
Bioenergie Settore Termico
Bioenergie Settore Trasporti
Impianti operativi in Sardegna (30.06.2017) Impianti di co-combustione carbone-biomasse (Enel ed EoN)
Impianti operativi in Sardegna (30.06.2017) Centrale a biomassa di Serramanna (Sardinia Bio Energy)
Impianti operativi in Sardegna (30.06.2017) Diversi impianti a biogas da circa 1 MWe
Impianti operativi in Sardegna (30.06.2017) Un grande impianto (36,5 MWe) ad olio vegetale ad Ottana
Potenzialità in Sardegna Coltivazioni Energetiche (oleaginose)
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.1 21.445 10,8 B.2 9.523 4,8 B.3 23.560 11,8 B.4 16.233 8,1 B.5 22.825 11,4
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.1 15.653 1,84 B.2 12.293 1,45 B.3 16.818 1,98 B.4 19.932 2,34 B.2 B.1 Biomasse Forestali
Potenzialità in Sardegna Reflui da Allevamenti Suini e Bovini
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)
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
Caratterizzazione del legno
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
L umidità delle biomasse U= U 0 = U= R M = m A m A +m S m A m S U 0 1+U 0 m A+m S 1 = m S 1-U Umidità sul tal quale Umidità sul secco Rapporto massico
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 41,45 - - - 0,65 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
Composizioni tipiche Umidità Potere calorifico Densità apparente (%) PCI (MJ/kg) (kg/mci) (kg/mcm) Faggio fresco 50 7,9 669 464 Faggio essiccato 35 11,1 608 375 Faggio essiccato all aria 18 14,6 482 283 Abete fresco 50 8,1 517 332 Abete essiccato 35 436 265 11,3 naturale Abete essiccato all aria 18 14,9 345 202 Pellet 10 17,0-600 Segatura 10 17,0-202 Trucioli 10 17,0-120 Paglia frumento (balle) 15 14,4 135 - Paglia colza (balle) 15 14,3 133 - Paglia mais (balle) 15 14,8 139 - Miscanto (balle) 15 14,9 140 - Grano sfuso 15 14,2-760
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
Rapporti caratteristici 1 0.9 PCI0=18 MJ/kg Rapporti R H, R E e R P 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 Rapporto R H Rapporto R E Rapporto R P 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Umidità U (%)
La Produzione di Biomassa Radiazione media disponibile 4-5 kwh/m 2 giorno (1200-1600 tep/ha anno) Produzione teorica di biomassa secca 200-250 t/ha anno (rendimento 7%) Produzione massima sperimentata 30-60 t/ha anno di sostanza secca Produzione effettiva sostanza secca 5-25 t/ha anno (rendimento 0,2-1,0%)
THE END