PRESENTAZIONE Utilizzo della Biomassa per produrre energia pulita. TECN.AV. Srl
-TECN.AV Srl è una società di studi scouting tecnologico, consulenza tecnica e commercializzazione di tecnologie per la valorizzazione dei rifiuti solidi ed industriali e delle FER Fonti Energetiche Rinnovabile, presente sul mercato dal 1982, in linea con lo spirito e gli obiettivi fissati dall accordo di Kyoto. - TECN.AV Srl dopo una attenta analisi delle esigenze del potenziale cliente, identifica la tecnologia più rispondente alle esigenze, tenendo anche in grande conto il rapporto costi/benefici. Attualmente commercializza impianti di pirogassificazione,, minieolici ad asse verticale, solare termico a concentrazione.
COSA SI INTENDE PER BIOENERGIA Terra, aria, acqua e sole sono da sempre i quattro elementi fondamentali della vita. La Bioenergia è il termine con cui si identifica la trasformazione di questi elementi in energia pulita e sicura Che si tratti di biomasse, eolico, fotovoltaico o biogas, Bioenergia è sinonimo di energia pulita dalla natura. È un impegno che si rinnova ogni giorno, e si traduce in una strategia che utilizza a 360 le fonti rinnovabili di cui il Paese dispone. Il tutto, nel rispetto dei più rigidi standard ambientali e di sicurezza. In questa sede prenderemo in esame l utilizzazione delle biomasse a fini energetici.
BIOMASSE DA LEGNO VERGINE O BIOMASSE SOLIDE La direttiva europea sulle rinnovabili definisce come biomassa la parte biodegradabile dei prodotti, rifiuti e residui provenienti dall agricoltura comprendenti sostanze vegetali ed animali dalla silvicoltura e dalle industrie connesse, nonché la parte biodegradabile dei rifiuti industriali e urbani. Le biomasse forestali e vegetali costituite dagli scarti di origine vegetale sono una fonte di energia rinnovabile ed ecologica estremamente diffusa sul territorio. Il loro smaltimento, che in alcuni Paesi rappresenta un costo da sostenere, oggi si è trasformato in un opportunità per la produzione di energia elettrica.
BIOMASSE DA LEGNO VERGINE O BIOMASSE SOLIDE Grande attenzione da parte di tutti i legislatori e scienziati alla riduzione della produzione della CO2 per contrastare o ridurre il così detto effetto serra L utilizzo delle biomasse a fini energetici, a prescindere dalla tecnologia usata, consente un bilancio nullo delle emissioni di CO2 nell atmosfera. La quantità di anidride carbonica liberata dall utilizzo energetico del legno è esattamente quella assimilata dall albero durante la crescita, e corrisponde a quella emessa dalla putrefazione delle piante abbandonate nel bosco.
TECNOLOGIE DI UTILIZZAZIONE DELLA BIOMASSA a) La combustione b) La trasformazione anaerobica in Biogas c) La trasformazione attraverso processo di pirogassificazione in Singas
LA COMBUSTIONE Tecnologia usata per impianti di taglia medio grande, a partire cioè almeno da 1 MEGAWAT (1.000 KW). Le centrali a biomassa a combustione dove il carburante è costitutito da materiale legnoso di origine agricola e forestale, riproducono in scala industriale lo stesso processo che avviene nei caminetti di casa, con il vantaggio, però, che l installazione di adeguati filtri impedisce alle ceneri di diffondersi nell atmosfera Le ceneri volanti, sono un prodotto assolutamente naturale, che trova un eccellente impiego in agricoltura come fertilizzante, laddove ovviamente il combustibile utilizzato sia biomassa naturale e non derivante da sfridi e residui delle lavorazioni del legno..
LA TRASFOMAZIONE ANAEROBICA IN BIOGAS Il biogas e una miscela gassosa composta prevalentemente da metano (60-70%), anidride carbonica (25-35%) e altri gas, e deriva dalla fermentazione anaerobica di sottoprodotti agricoli e liquami, stoccati in digestori. Il gas così ottenuto viene bruciato in cogeneratori che producono sia energia elettrica per le utenze aziendali e la vendita in rete, che energia termica per mantenere all interno dei digestori la temperatura necessaria al processo di biodigestione anaerobica.
IL BIOGAS Convertire ecologicamente i residui delle coltivazioni e lavorazioni agricole (fittoni di mais, triticale, canneti, ecc) e gli scarti organici della zootecnia in biogas, producendo energia elettrica e termica in maniera affidabile ed efficiente, permette di preservare l ambiente, evitando la dispersione in atmosfera del metano originato dalla decomposizione delle deiezioni solide e liquide, creando nel contempo ricchezza e benessere.
LA PIROGASSIFICAZIONE E un processo chimico che sfrutta la dissociazione molecolare, definita pirolisi, usata per convertire direttamente i materiali organici in gas, mediante riscaldamento in presenza di ridotte quantità di ossigeno. I materiali organici sono completamente distrutti, scindendone le molecole rappresentate generalmente da lunghe catene carboniose - in molecole più semplici di monossido di carbonio, idrogeno e metano, che formano un "gas di sintesi" (SYNGAS) utilizzabile come combustibile per un motore connesso ad un generatore di corrente.
LA PIROGASSIFICAZIONE La Gassificazione e la Pirogassificazione sono le tecnologie con maggiori potenzialità per la valorizzazione delle Biomasse organiche nella produzione di energia elettrica in impianti di taglia fino ad 1 MWe. La pirogassificazione è tecnologia è antica e risale alla fine dell 800, che in oltre due secoli ha avuto fortune alterne. Oggi rappresenta una tecnologia vincente rispetto alla sua diretta concorrente, la combustione con caldaia e turbina. Infatti negli impianti fino ad 1 MWe, la combustione ha una capacità di conversione del potere combustibile in energia elettrica variabile tra l 8% ed il 18%, contro una resa complessiva del 32-35% del moderno processo di gassificazione con uso di unità motore endotermico/generatore.
LA PIROGASSIFICAZIONE Nel reattore di gassificazione la matrice organica (biomassa), viene sublimata, ovvero trasformata ad elevate temperature (comprese tra i 550 e gli oltre 1.000 C) da solida a gassosa in assenza di ossigeno. In questo processo si genera una miscela di gas denominata Syngas, che sebbene abbia un basso potere combustibile (intorno ai 1.200-1.400 p.c.), può essere trattata (cioè filtrata e depurata) e poi valorizzata in un motore endotermico. Il processo non prevede alcuna combustione: nulla viene bruciato e nessuna emissione viene liberata in atmosfera. A differenza dei pirolizzatori, i gassificatori possono considerarsi come una tecnologia intermedia tra l'incenerimento e la pirolisi propriamente detta.
LA PIROGASSIFICAZIONE I PIROGASSIFICATORI sono molto versatili e sono un sistema efficiente per sfruttare le potenzialità energetiche delle biomasse in generale. Trovano in impianti di piccola taglia (da 50 a 250 kwe e loro multipli) l applicazione più indicata e sono particolarmente utili per sopperire ai fabbisogni energetici di : o Utenze isolate - lontane dalle dorsali elettriche della rete nazionale o Aziende manifatturiere energivore o con problemi di smaltimento dei rifiuti di lavorazione o Complessi turistico alberghieri, o Centri benessere e centri sportivi.
LA PIROGASSIFICAZIONE Gli impianti di pirogassificazione vengono alimentati tramite biomassa legnosa e sono in grado di generare energia elettrica e termica. L energia elettrica per la vendita alla rete nazionale o ad una rete locale (laddove la legislazione lo consenta) od utilizzata per alimentare il proprio fabbisogno elettrico e quella termica, per essere venduta a terzi o utilizzata per proprio conto, con un alto rendimento di cogenerazione.
DOVE SI USA Le applicazioni più diffuse e collaudate riguardano oltre che la biomassa vegetale (legno), anche specifiche tipologie di rifiuti, quali ad esempio scarti di cartiera, scarti vegetali, sansa di olive, sarmenti, pollina, frazione organica dei rifiuti solidi urbani pre trattata ecc). La biomassa in ingresso può essere costituita da cippato di legno tal quale (con circa il 40% di contenuto idrico), essiccato oppure da altre matrici contenenti lignina.
IL VANTAGIO COMPETITIVO A fronte di un investimento nel complesso contenuto : - dai 380.000 euro per un impianto da 50 kwe - ai 1.250.000 euro per un impianto da 250 kwe ed un costo contenuto nella fase di gestione, gli impianti di pirogassificazione permettono di ottenere un guadagno costante e sicuro, tanto maggiore quanto maggiore è lo sfruttamento combinato sia dell energia elettrica che dell energia termica prodotta e la tariffa incentivata riconosciuta dallo Stato, il che dà loro alte potenzialità di sviluppo anche nel medio-breve termine, in un contesto di difficoltà di smaltimento degli scarti.
IN ALBANIA Attualmente in Albania non vi è una tariffa incentivata specifica per l energia prodotta da utilizzo della biomassa ed i ricavi sono dovuti ai seguenti fattori: risparmio sul costo kwe/h pagato dall utilizzatore specifico risparmio sul costo produzione energia termica utilizzata o vendita dell energia termica a terzi certificati verdi connessi con la produzione dell energia prodotta dall impianto
LO STATO DELL ARTE Sono stati studiati e sperimentati vari esempi di pirogassificatori sia in Europa, in particolare in Germania ed Italia che in India. In Italia, allo stato attuale, sono presenti sul mercato almeno 5 diversi produttori, ma da verifiche condotte da nostra società, allo stato attuale solo due produttori hanno realmente messo a punto impianti che utilizzano tecnologie affidabili anche se tra loro alquanto differenti ma entrambe interessanti per costanza di funzionamento e resa o per flessibilità delle matrici in ingresso.
LE TECNOLOGIE La prima tecnologia che presenterò è particolarmente adatta per l utilizzo di biomassa legnosa (cippato di legno anche di scarsa qualità) ed ha il vantaggio di essere molto compatta, fortemente ingegnerizzate e di facile installazione, essendo quasi totalmente preassemblata in officina e montata su skid o containerizzata (vedasi le prossime slide) La seconda più adatta ad utilizzo di matrici diverse, ivi comprese le frazioni organiche dei Rifiuti solidi urbani ed industriali miscelate con cippato di legno, ha dimensioni più ingombranti e richiede una installazione più impegnativa, dovendosi progettare il lay out dell impianto in funzione delle caratteristiche delle matrici di alimentazione e degli eventuali vincoli costruttivi legati alle disposizioni di legge del sito
IMPIANTI DI PIROGASSIFICAZIONE A BIOMASSA LEGNOSA Taglie 70 100 140 200 kwe
IMPIANTI DI PIROGASSIFICAZIONE A BIOMASSA LEGNOSA Taglie 70 100 140 200 kwe Un impianto a biomasse solide totalmente Italiano che, nell incerto panorama nazionale della pirogassificazione, si pone come il più sviluppato, ingegnerizzato ed affidabile un prodotto fortemente industrializzato che viene fornito al cliente chiavi in mano preassemblato e testato in fabbrica e viene completato in sito con poche e semplici operazioni bassissimo livello di inquinamento, sostenibilità ambientale, bilancio negativo della CO2,
IMPIANTI DI PIROGASSIFICAZIONE A BIOMASSA LEGNOSA Taglie 70 100 140 200 kwe un processo innovativo che assicura alti rendimenti, costanza di funzionamento, certezza delle produzioni attese e che include: una efficacissima sezione di essiccazione delle biomasse lignee con una pre-fase di tostatura (pirolisi) seguita poi dalla gassificazione e da una sezione pluristadio molto accurata per la pulizia e lavaggio del syngas utilizzo di cogeneratori con comuni motori a ciclo Otto, ideati unicamente per il funzionamento a Syngas assistenza contrattuale post-vendita all-included e garanzie della produzione e dei ricavi Full Target
IMPIANTO FORNITO NUDO SU SKID O CONTAINERIZZATO L impianto è ospitato all interno di due container pre-assemblati e da una (70-100kW) o due (140-200 kw) cabine di cogenerazione. Al termine dell installazione nel sito prescelto, occuperà con tutti i suoi componenti meno di 200 mq di superficie: un ingombro ridotto ed un piacevole effetto estetico La sezione di essiccazione ed il gruppo di produzione syngas sono forniti preassemblati su skid ed alloggiati in 2 container di dimensioni: lungh 6 m x largh 2,5 m x altezza 2,90 m I gruppi motore/cogenerazione (uno o due) sono anch essi forniti già assemblati e contenuti in container di dimensioni: lungh 5 m x largh 2,5 m x altezza 2,30 m
IMPIANTO FORNITO NUDO SU SKID O CONTAINERIZZATO
L IMPIANTO: I 3 PRINCIPALI COMPONENTI Modulo Essiccatore di disegno e sviluppo esclusivo, soddisfa gli alti standard di efficienza energetica e di rispetto dell Ambiente richiesti dalla normativa Ambientale Italiana. L alto rendimento è dovuto al sistema di estrazione del contenuto idrico del legno, con il materiale mantenuto in movimento verticale, usando i soli gas di scarico del cogeneratore (non prelevando altra energia termica dall impianto). al di sotto del 10%, livello ideale per la pirogassificazione. Il tutto contenuto in un container carrabile da 20.
L IMPIANTO: I 3 PRINCIPALI COMPONENTI Modulo Gassificatore alimentato a biomasse legnose con sistema multistadio. E completo di dispositivo di alimentazione, collegamenti e interconnessioni, strumentazione di controllo, modulo diagnosi a distanza, filtri, quadro elettrico. Tecnologia unica su impianti di queste taglie: utilizza la separazione della fase di pirolisi da quella di gassificazione al fine di stabilizzare la reazione termochimica per poter usare qualsiasi sottoprodotto legnoso anziché cippati selezionati di alto costo e difficile reperibilità. Anche questa sezione dell impianto è interamente contenuta in un container carrabile da 20.
L IMPIANTO: I 3 PRINCIPALI COMPONENTI Gruppo di cogenerazione, insonorizzato, con motori a combustione interna e generatori completi di supporti, circuito di recupero calore/raffreddamento ad acqua, silenziatore, sistema catalitico abbattimento NOx, quadro elettrico, motori TEDOM (brand tecnico che garantisce il prodotto per impiego di Syngas). Anche questa sezione dell impianto è interamente contenuta in uno o due container carrabile da 14 in funzione della potenza installata; per impianti da 70 o 100 kwe un solo cogeneratore e quindi un solo container mentre per impianti da 140 o 200 kwe due cogeneratore e quindi due container.
SINTESI DEI VANTAGGI DELLA TECNOLOGIA DI PIROGASSIFICAZIONE Vantaggio in termini di resa energetica: la pirogassificazione a biomassa legnosa produce più energia elettrica a parità di biomassa utilizzata rispetto a quella prodotta da tradizionali sistemi a caldaie a combustione o a sistemi a biogas. Vantaggio in termini di rispetto ambientale: la pirogassificazione assicura livelli di emissioni inquinanti incredibilmente bassi (25 utilitarie a metano producono lo stesso quantitativo di un impianto TECN.AV.). Inoltre la biomassa legnosa, che in molti Paesi va in discarica o viene bruciata, con la pirogassificazione diviene una risorsa, riconvertita e quindi utilizzata come combustibile green.
SINTESI DEI VANTAGGI DELLA TECNOLOGIA DI PIROGASSIFICAZIONE Vantaggio in termini di razionalizzazione impiantistica: l impianto prevede ingombri contenuti e può essere montato in container appositamente dedicati e preassemblati in officina, con conseguenti risparmi di tempo e danaro nel momento dell installazione e della messa in funzione. Vantaggio per la tecnica motoristica: sono utilizzati motori appositamente studiati per l impiego di syngas, garantiti direttamente dalla casa madre anziché motori di derivazione automobilistica modificati per il processo. Questo vuol dire che le prestazioni della macchina supportano i risultati previsti dal business plan.
SINTESI DEI VANTAGGI DELLA TECNOLOGIA DI PIROGASSIFICAZIONE Vantaggi in termini di alimentazione: il modulo di pirogassificazione viene alimentato con cippato di medio/bassa qualità e a basso costo; in questo senso la macchina mangia di tutto in termini di biomassa legnosa e consente di utilizzare come combustibile lo scarto della lavorazione del legname. Vantaggi nella gestione e controllo: l impianto fruisce di un sistema di teleassistenza in remoto che consente al personale specializzato il monitoraggio continuo dei dati e degli indicatori prestazionali ritenuti importanti per il corretto funzionamento dell impianto; inoltre fornisce al cliente dati informativi sui risultati energetici ottenuti e sulle simmetriche implicazioni del business plan.
DESCRIZIONE DEL PROCESSO Il processore è un gassificatore pirolitico multistadio per cippato di legno che prevede lo svolgimento al proprio interno di quattro processi termochimici realizzati in continuo, necessari per la produzione di syngas: essiccazione, pirolisi, ossidazione e riduzione Essiccazione: la biomassa in ingresso (umidità 30/40%) viene surriscaldata per consentire l evaporazione della maggior parte del contenuto idrico. La biomassa entra poi nella zona di pirolisi con un contenuto di umidità intorno al 10%.
DESCRIZIONE DEL PROCESSO Pirolisi: è un processo termochimico che decompone la biomassa e che nel caso del nostro impianto avviene prima di entrare nel reattore vero e proprio (gassificazione a multistadio). Si innesca tra i 190 e 500 C, in assenza di ossigeno, e produce la vaporizzazione dei composti più volatili della biomassa con formazione del gas di pirolisi, generando anche TAR e CHAR; Ossidazione e riduzione: avviene in carenza di ossigeno, a una temperatura tra 800-1200 C grazie all intervento dell agente di gassificazione (aria). L aria comburente entra nella zona di riduzione attraverso ugelli dimensionati per avere una ossidazione ipoaerobica (soffocata). La biomassa viene trasformata definitivamente in syngas. *TAR miscela di idrocarburi e carbone libero ottenuti da un'ampia varietà di materiali organici mediante distillazione ad alta temperatura. *CHAR il residuo solido che rimane dopo la distillazione ad alta temperatura di un materiale carbonioso, e la separazione del TAR.
Schema di disposizione dell impianto su piattaforma
Sezione 2
UTILIZZO A FINI ENERGETICI DEI RIFIUTI SOLIDI URBANI (RSU) TECN.AV. ha studiato e scelto una tecnologia per valorizzare a fini energetici i Rifiuti solidi urbani per impianti di dimensioni entro 1 Megawatt che non utilizza la combustione (incenerimento) con i conseguenti potenziali rischi di emissione in atmosfera di inquinanti e particolato. E una tecnologia applicabile sia in caso di raccolta RSU indifferenziata che differenziata. Nel primo caso di deve prevedere un sistema a monte di separazione che consenta, peraltro, di recuperare anche altre matrici economicamente riutilizzabili quali plastiche, materiali ferrosi, vetro, cartoni (solo se incontaminati) e conferire in discarica una quantità di materiale minima, poco putrescibile e quindi meno inquinante. Nel secondo caso (raccolta differenziata), se realizzata correttamente, tutta la frazione organica potrà essere utilizzata per produrre energia.
UTILIZZO A FINI ENERGETICI DEI RIFIUTI SOLIDI URBANI (RSU) La tecnologia è definita DUALTECH in quanto consente di valorizzare energeticamente la frazione organica,attraverso l uso combinato della tecnologia della biodigestione anaerobica con produzione di biogas e della tecnologia di pirogassificazione con produzione di singas Il processo proposto innova i tradizionali sistemi di smaltimento e consente di trattare il materiale (frazione umida) separando : la fase liquida per produrre energia da biogas con impianti di biodigestione anaerobica, la parte solida per produrre energia con sistemi di pirogassificazione di nuova generazione. I due processi si integrano e si consolidano, massimizzando la valorizzazione energetica dei rifiuti e degli scarti, riducendo in modo sostanziale i costi di smaltimento.
UTILIZZO A FINI ENERGETICI DEI RIFIUTI SOLIDI URBANI (RSU)
IL PROCESSO DUALTECH Le fasi principali nel caso di raccolta RSU indifferenziata Raccolta indifferenziata e conferimento in impianto di selezione Selezione secco umido Separazione Digestione Anaerobica per produzione di biogas Pirogassificazione per produzione di singas Depurazione Cogenerazione
SCHEMA TECNOLOGIA DUALTECH
IL PROCESSO DUALTECH Raccolta: la raccolta avviene tramite auto compattatori che conferiscono il rifiuto indifferenziato agli impianti di selezione Selezione secco umido: gli impianti in genere sono composti da una macchina rompi sacco, uno o due vagli separatori (in genere uno rotante ed un successivo vibrante) che effettuano la prima separazione tra secco ed umido, un deferrizzatore ed una sezione con varie postazioni per la separazione manuale delle frazioni secche (fondamentalmente plastica, e cartone; questo nelle configurazioni più semplici e meno costose).
IL PROCESSO DUALTECH Separazione: il materiale umido viene portato, tramite nastri trasportatori all impianto di pretrattamento finalizzata a separare la fase liquida del materiale organico tramite pressatura; questa fase consente di estrarre un fango (con un contenuto di sostanza secca intorno al 9%), che raggiunge percentuali intorno al 50% in peso, nel quale è concentrato quasi tutto l apporto di carbonio volatile presente nella FORSU. Tale soluzione consente di ottenere un prodotto facilmente pompabile, senza presenza di inerti, con alto tenore di carbonio volatile, con la giusta densità per essere direttamente immesso nei digestori anaerobici senza richiedere ulteriori trattamenti, di costo ridotto e facilmente applicabile anche per bacini di piccole-medie dimensioni ( 50-100 mila abitanti).
IL PROCESSO DUALTECH Digestione Anaerobica degradazione della sostanza organica (biomassa,reflui zootecnici & FORSU) da parte di microrganismi in condizioni di anaerobiosi, che consente do ottenere biogas utilizzabile per produrre energia elettrica e termica. A seconda dell'azione dei vari batteri, il processo di biodegradazione anaerobico è suddivisibile in tre fasi: Idrolisi e Acidogenesi - le molecole organiche complesse, quali carboidrati, proteine e grassi, per l'batteri idrolitici, subiscono scissione in composti più semplici quali i monosaccaridi, amminoacidi, acidi grassi e glicerolo. Acetogenesi - le molecole semplici prodotte nel precedente stadio per azione dei batteri acitogeni sono ulteriormente digerite producendo biossido di carbonio, idrogeno e principalmente acido acetico. Metanogenesi - l'azione dei batteri metanigeni determina la produzione di metano, biossido di carbonio e acqua.
IL PROCESSO DUALTECH Pirogassificazione (syngas): il processo si completa poi con una sezione di pirogassificazione della parte secco/fangosa residuale del pretrattamento della frazione umida dell RSU, integrata con altro materiale ligneo cellulosico (tra 60 e 40%) Depurazione finale: l impianto DualTech prevede infine una sezione di trattamento del digestato di fine ciclo dell impianto di biodigestione anaerobica e dell acqua derivante dalla separazione ed essiccazione del digestato nel depuratore biologico. A monte di tale sezione si prevede la realizzazione di una sezione chimico fisica che, utilizzando un apposito flottatore centrifugo provvede alla separazione dei solidi sospesi e disciolti dall acqua. Questi vengono riciclati nel biodigestore o inviati al pirogassificatore, mentre l acqua, chiarificata, viene inviata al depuratore biologico. Cogenerazione: produzione di energia elettrica e termica in gruppi motori - generatori funzionanti a biogas e syngas.