Attività di ricerca sperimentale presso il Centro Ricerche ENEA di Saluggia

Attività di ricerca sperimentale presso il Centro Ricerche ENEA di Saluggia

Introduzione Settori di ricerca sperimentale Impianti termici a biomassa solida di piccola taglia Sistemi di misura e abbattimento degli inquinanti dai fumi di combustione Sistemi caldaie ENEA - Unità Tecnica Tecnologie Saluggia. effettua studi e ricerche sull uso e la caratterizzazione energetica delle biomasse e sulla sperimentazione di biocombustibili.. Tipologie di attività Attività interna ENEA di Ricerca e Sviluppo Collaborazioni con altre Unità Tecniche ENEA ed Enti di Ricerca Supporto ad aziende e società private Partecipazione all AdP MSE-ENEA 2012-2014 per la Ricerca sul Sistema Elettrico Strutture Laboratorio chimico-fisico per la caratterizzazione dei combustibili Hall Tecnologica ThEXAS (Thermal Experimental Area of Saluggia) per la verifica sperimentale di impianti, componenti e sistemi energetici a biomassa 2

Laboratorio chimico-fisico caratterizzazione dei combustibili solidi e liquidi - determinazione del contenuto idrico e dell umidità (UNI EN 14774-1) - determinazione del contenuto di ceneri (UNI EN 14775) - misura e determinazione dei poteri calorifici [kj/kg] (UNI EN 14918) - stima della composizione media elementare del combustibile (% C, H, O) 3

Verifica sperimentale di impianti termici a biomassa legnosa di piccola taglia Prove di prestazione (UNI EN 13240; UNI EN 15250; ) - prove di portata [kg/h] - calcolo del rendimento termico [%] - determinazione della potenza erogata [kw] - analisi dei fumi di combustione (CO, CO 2, O 2 ) [% vol] - misura delle temperature di esercizio [ C] - misura della temperatura di scarico dei fumi [ C] 4

Verifica sperimentale di impianti termici a biomassa legnosa di piccola taglia Prove di prestazione: alcuni risultati (19/04/2012) 5

Misura delle emissioni di particolato Tipo di particolato derivante dalla combustione della biomassa Particelle di carbonio organico per combustione incompleta della biomassa a bassa temperatura d p 10 mm Condensati organici per combustione incompleta e successiva condensazione degli idrocarburi 0,1 mm d p 10 mm Sali inorganici derivanti dall evaporazione e successiva condensazione dei vapori d p 100 nm Evaporazione e condensazione Ossidi e sali Potassio è più frequente (K 2SO 4, K 2CO 3, KCl) Calcio (CaCO 3, CaSO 4) Magnesio Aggregati di carbonio solido elementare (soot, black carbon) derivanti dalla combustione incompleta della biomassa ad alta temperatura (difetto di O 2 ) Coagulazione Coagulazione del particolato primario (tipico < 30 nm) Particolato secondario tra 30 nm e 200 nm Misure Misura gravimetrica della concentrazione di polveri nei fumi di combustione secondo i metodi: a caldo (CEN/TS 15883) con tunnel di diluizione (EPA 40 CFR part 60; draft CEN/TC 295-2007) Determinazione della distribuzione granulometrica del particolato: ELPI (Electrical Low Pressure Impactor): 6 nm 10 mm SMPS (Scanning Mobility Particle Sizer): 2,5 nm 1 mm APS (Aerodynamic Particle Sizer): 0,5 20 mm OPS (Optical Particle Spectometer): 0,3 10 mm Caratterizzazione chimico-fisica del particolato nanometrico mediante spettrometria di massa: SP AMS (Soot Particles Aerosols Mass Spectometer) PALMS (Particle Analysis Laser Mass Spectometer) d p 100 nm Fernandes, 2011 6

Misura delle emissioni di particolato Misura gravimetrica della concentrazione di particolato a caldo 800 mm 170 mm 4 mm con tunnel di diluizione 170 mm 505 mm 210 mm 75 mm 400 mm 75 mm 1,4 particolato 6 mm 1,2 2100 mm 275 mm 1 g/kg dry 0,8 0,6 170 mm 7 mm 0,4 0,2 150 mm 66 mm 0 210 mm 57,86 59,35 64,65 72,44 72,81 76,38 78,73 80,14 rendimento termico 275 mm 0,60 0,50 TD AC 355 mm 320 mm 0,40 g/kg dry 0,30 66 mm 0,20 0,10 0,00 1450 mm 124 mm 134 mm 144 mm 8 mm 100 mm 4,36 4,79 5,08 5,25 5,61 kw 20 mm 6 mm 100 mm 150 mm 6 mm 75 mm 185 mm 7

Sistemi di abbattimento degli inquinanti Test sperimentali su dispositivi catalitici commerciali per l abbattimento degli inquinanti in impianti di piccola taglia Particolato IPA COV fornito da La Castellamonte (TO) Da: Dr. Ingo Hartmann, 2011, Overview on catalytic exhaust gas purification at small-scale biomass combustion systems, International Biomass Conference, Leipzig, 24.05.2011 8

Sistemi di abbattimento degli inquinanti AdP AdP ENEA-MSE 2012/2014 2011 per la per Ricerca la Ricerca sul Sistema sul Sistema Elettrico Elettrico Studio delle emissioni di di inquinanti da da impianti di di combustione alimentati a a biomasse solide (Prog. 2.1.2, OR OR B5): -- Verifica Sviluppo, sperimentale realizzazione di supporti e sperimentazione ceramici porosi su prototipali impianti pilota per la di rimozione dispositivi del per particolato, rimozione degli di IPA inquinanti e dei COV da emissioni dai fumi di gassose combustione, prodotte mediante dalla combustione l impiego di di gruppi biomassa metallici solida, ad mediante azione catalitica sistemi di disposti filtrazione sulla ceramici superficie attivati degli per stessi la riduzione supporti del porosi particolato (in collaborazione fine, degli IPA, con dei FN COV spa) e del CO FN S.p.A. Nuove Tecnologie e Servizi Avanzati LAB 9

Sistemi Caldaie - Progettazione e realizzazione di generatori di vapore a doppio uso, nucleare e rinnovabili AdP ENEA-MSE 2012-2014 per la Ricerca sul Sistema Elettrico Sviluppo e prova di generatori di vapore di nuova concezione per Reattori Nucleari di Quarta Generazione (Linea progettuale 3 Sistemi di IV Generazione ). In collaborazione con ENEA-UTIS e M. E. Rivus Caldaia a gasolio: 250 500 kwt Generatore di vapore: ~ 250 kwt fluido raffreddato + acqua fluido caldo Ingombri limitati Basse perdite di carico (lato shell) vapore 10

Energia termica Sistemi caldaie Sviluppo di generatori di vapore di nuova concezione 1500 kwt ~ 500 kwe biogas Energia elettrica digestore anaerobico ~ 250 kwt fluido raffreddato Vapore ~ 40 kwe syngas acqua fluido caldo vapore h = 16 % ~ 200 kwt raffreddamento fumi raffreddamento motore raffreddamento fumi ~ 360 kwt ~ 100 kwt ~ 450 kwt gassificatore perdite ~ ~ 210 190 kwt 11

Sistemi caldaie AdP ENEA-MSE 2012-2014 per la Ricerca sul Sistema Elettrico Sviluppo di caldaie a sali fusi ad alta temperatura (>500 C) alimentate con biomassa lignocellulosica per impianti di produzione di energia elettrica e co/trgenerazione di piccola media taglia (100 1000 kwe), associati a cicli termici operanti con vapor d acqua (WRC o WBC) o con fluidi organici (ORC) Sali fusi T max 650 C Bertrams Heatec AG 12

Sistemi caldaie AdP ENEA-MSE 2012-2014 per la Ricerca sul Sistema Elettrico Caldaie a sali fusi 13

Centro di competenza Sostenibilità Energie Rinnovabili (CSER) BILANCI ENERGETICO-AMBIENTALI DELLA PRODUZIONE DI ENERGIA DA COLTURE E FORMAZIONI VEGETALI laboratorio fisico-chimico Hall Tecnologica ThEXAS 14

Risorse umane Personale Hall Tecnologica ThEXAS 1 - Coordinatore Scientifico delle attività (Dott. Francesco Troiani) 2 - Unità tecnico-scientifiche per la definizione, la direzione e la conduzione delle attività sperimentali 1 - Unità tecnico-operativa abilitata alla conduzione di impianti termici e di supporto alle attività sperimentali 4 - Unità tecniche del C.R. ENEA di Saluggia per attività di supporto nella installazione e manutenzione delle apparecchiature Contatti Ing. Giordano Villa giordano.villa@enea.it tel: + 39 0161 48 3406 / 3556 Ing. Giovanni Stoppiello giovanni.stoppiello@enea.it tel: + 39 0161 48 3214 / 3550 15