1° Convegno Tematico Le Filiere dellenergia LE BIOMASSE Denis Picco Trieste, 26 novembre 2010.
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1° Convegno Tematico
Le Filiere dell’energia
LE BIOMASSE
Denis PiccoTrieste, 26 novembre 2010
Trieste, 26 novembre 2010
Il C.E.T.A. è una associazione senza scopo di lucro fondata nel 1987 e con personalità giuridica riconosciuta dalla Regione Friuli Venezia Giulia nel 1995
Il Centro, con sede a Gorizia, svolge attività di ricerca, sperimentazione applicata e progettazione di sistemi tecnologici innovativi in differenti comparti ambientali
C.E.T.A. – CENTRO DI ECOLOGIA TEORICA ED APPLICATA
I settori su cui si focalizza l'attività del Centro sono i seguenti:
Promozione e diffusione delle tecnologie che impiegano le fonti rinnovabili d'energia (biomasse combustibili, biogas, biocarburanti, fotovoltaico)
Gestione sostenibile dell'ambiente e delle risorse naturali
Gestione integrata delle risorse idriche e degli ambienti ad esse associati
Risparmio energetico, uso efficiente dell’energia, bioedilizia
Pianificazione energetica
Divulgazione scientifica
Il C.E.T.A. si avvale di tecnici e di professionisti specializzati, di diversa formazione quali ad esempio ingegneri, agronomi, biologi, naturalisti, economisti, architetti.
Trieste, 26 novembre 2010
CONVERSIONE ENERGETICA DELLE BIOMASSE VEGETALE
Generazione di energia termica, elettrica, frigorifera, meccanica
Trieste, 26 novembre 2010
PRODUZIONE DI ENERGIA DA FONTI RINNOVABILI
Diverse modalità di conversione energetica Diverse tipologie biomasse
Trieste, 26 novembre 2010
Filiera colture oleaginose – energia
Trieste, 26 novembre 2010
Punti di forza della filiera energetica:
Filiera corta
La tecnologia è matura, con sperimentazione di lunga data, adattata recentemente anche ad impianti di piccola potenza
Rendimenti elettrici elevati (superiori al 30 %)
Recupero termico elevato (oltre il 40 %)
Valorizzazione dei sottoprodotti della filiera - il panello proteico
Attitudine del territorio regionale alla coltivazione di oleaginose
Filiera colture oleaginose – energia
Trieste, 26 novembre 2010
FILIERA COLTURE OLEAGINOSE ENERGIA Punti di forza della filiera energetica:
Attitudine del territorio regionale alla coltivazione di oleaginose
Trieste, 26 novembre 2010
Punti di forza della filiera energetica:
Valorizzazione dell’energia elettrica:
interessanti prospettive con il nuovo sistema di incentivazione della produzione di energia elettrica da fonti rinnovabili
Tariffa onnicomprensiva = 0,28 €/kWh o 0,18 €/kWh
Coefficiente di moltiplicazione CV = 1,8 o 1,3
Valorizzazione dell’energia termica:
prezzo del gas metano e altre fonti fossili variabili (…in ascesa)
potenziali applicazioni in agricoltura (serre, essiccazione, ecc.)
interessanti prospettive per la trigenerazione (frigorie)
Filiera colture oleaginose – energia
Trieste, 26 novembre 2010
Filiera colture oleaginose – energia
Punti di debolezza della filiera energetica
Forte instabilità del mercato dei prodotti agricoli
seme oleoso (anno 2009 200-230 €/t)
panello proteico (anno 2009 75-126 €/t)
olio vegetale grezzo (anno 2009 520-710 €/t)
Ad oggi: 180-190 €/t
Ad oggi: 950-1050 €/t Ad oggi: 350-360 €/t
Trieste, 26 novembre 2010
Motore a olio vegetale puro
Potenza nominale = 1,0 MWe
Consumo specifico di carburante: 0,254 kg/kW
Funzionamento impianto: 7.000 ore/anno Fabbisogno biocombustibile: 1.780 t olio/anno Fabbisogno in semi oleosi (es. girasole): 4.700 t semi/anno (valori commerciali)
Attitudine territorio alla coltivazione della oleaginosa (es. girasole)• produzioni : 2 t/ha superfici agricole:
2.350 ha• produzioni : 3 t/ha superfici agricole:
1.570 ha• produzioni : 4 t/ha superfici agricole:
1.175 haEsempio di filiera agro-energetica estesa sul territorio.
Necessità di forte organizzazione per l’approvvigionamento della biomassa.
Filiera colture oleaginose – energia
Trieste, 26 novembre 2010
Filiere agro-energetiche: conversione termochimica
Le biomasse lignocellulosiche
Trieste, 26 novembre 2010
Modello di filiera agro-energetica
BIOMASSE UTILIZZABILI Colture dedicate e residui colturali
Parametri fondamentali Produzioni biomassa
(t/ha) p.c.i. (GJ/t) Contenuto idrico alla
raccolta (%) Temporalità delle
produzioni Cantieri di raccolta Pezzatura (mm) Peso specifico (kg/m3) Costo di produzione
biomassa (€/t) e biocombustibile (€/t)
Fonte: Venturi e Monti
Trieste, 26 novembre 2010
Colture energetiche
PUNTI DI FORZA PUNTI DI DEBOLEZZA
CANNA COMUNE
Ridotto fabbisogno di input colturaliLimitate problematiche fitosanitarieElevate produzioni annuali di biomassa
Prolungata occupazione delle superfici agricoleAlti costi di impianto (rizomi e messa a dimora)Meccanizzazione da perfezionare Elevata umidità della biomassa alla raccolta (stoccaggio)Ripristino dei terreni a fine ciclo produttivoQualità della biomassa combustibile
MISCANTO
Ridotto fabbisogno di input colturaliLimitate problematiche fitosanitarieBuone produzioni annuali di biomassaBassa umidità della biomassa alla raccolta (stoccaggio)Qualità del biocombustibile (in funzione del cantiere di raccolta)
Prolungata occupazione delle superfici agricoleAlti costi di impianto (rizomi)Meccanizzazione da perfezionare Bassa densità del trinciato (movimentazione e stoccaggio)Ripristino dei terreni a fine ciclo produttivo
PIOPPO SRF
Qualità del biocombustibileSviluppo della meccanizzazione dei cantieri di raccoltaIncentivi per la realizzazione degli impianti (es. PRS)
Prolungata occupazione delle superfici agricoleAlti costi di impianto (talee)Numero di trattamenti fitosanitariElevata umidità alla raccoltaDiffusione delle macchine per la raccolta Ripristino dei terreni a fine ciclo produttivo
Punti di forza e di debolezza delle diverse colture energetiche per la produzione di biocombustibili.
Trieste, 26 novembre 2010
La densità è comparabile al pellet di legno (630-680 kg/msr).
Il p.c.i. rientra nel valore tipico dei pellet erbacei; le differenze sono dovute al contenuto di ceneri.
Il contenuto in ceneri è circa dieci - venti volte maggiore rispetto a quello medio del pellet di legno.
Il contenuto in acqua rientra nei valori tipici del pellet (7,5 - 10%).
Caratterizzazione della biomassa (pellet)
Sorgo da fibra
Sorgo da fibra*
MiscantoCanna comune
Legno Paglia
p.c.i. (MJ/kg s.s.) 17,7 17,5 18,2 17,9 18,79 17,32
Contenuto in ceneri (% s.s.) 4,6 6,6 2,9 4,9 0,25 5,71
Contenuto in acqua (%) 5,9 8,5 7,7 7,4 - -
Carbonio (% s.s.) 47,50 46,50 48,30 47,25 51,30 47,20
Idrogeno (% s.s.) 6,22 5,75 5,91 5,83 5,90 5,70
Azoto (% s.s.) 0,84 1,28 0,28 0,74 0,10 0,66
Zolfo (mg/kg s.s.) 910 1.210 521 1.800 41 1.008
Cloro (mg/kg s.s.) 1.820 3.800 202 2.632 22 1.720
Elevate concentrazioni di azoto, variano in funzione della tipologia di biomassa.
Elevate concentrazioni di cloro e zolfo: sono i maggiori componenti dei depositi che si formano sulle pareti della camera di combustione e sulle superfici degli scambiatori di calore (rischio corrosione). Possono formare pericolose emissioni : SO2, HCl e diossine.
Il contenuto di questi microelementi, in particolare il cloro, è fortemente correlato alla fase di produzione agronomica della biomassa (suolo, fertilizzanti ed erbicidi, epoca di raccolta).
Trieste, 26 novembre 2010
Prove di combustione del pellet – problematica delle emissioni
Emissioni(mg/Nm3 al 11% O2)
Sorgo da fibra Miscanto Canna comuneLimiti posti dal d.lgs. 152/2006
(150-3.000 kW)
Polveri totali 241 16 119100
potenza 35-150 kW - limite sale a 200
CO 240 75 83 350
NOX 270 288 459 500
SOX 126 73 228 200
Emissioni(mg/Nm3 al
10% O2)
Sorgo da fibra
MiscantoCanna
comune
EN 303-05(caldaia automatica, classe
3, potenza < 50 kW)
Polveri totali 265 18 131 150
CO 264 83 91 3.000
Normativa di riferimento
Trieste, 26 novembre 2010
Biomasse Lignocellulosiche – sostenibilità economica
Costo dell’energia termica erogata (€/MWh) con diversi combustibili
Trieste, 26 novembre 2010
Sostenibilità Economica delle filiere agro-energetiche
Analisi del VAN della centrale a biomasse, con o senza incentivi
Biomasse vs gasolio
Biomasse vs metano
Biomasse Lignocellulosiche – sostenibilità economica
Trieste, 26 novembre 2010
SISTEMI COGENERATIVI
Es. di tecnologie di conversione applicabili - piccola scala
ORC – Organic Rankine Cycle
Rendimenti elettrici limitati (15-18%)
Tecnologia affidabile – anche a potenze basse (200 KW)
Gassificazione
Rendimenti elettrici buoni (27-30%)
Affidabilità ancora da ottimizzare
Trieste, 26 novembre 2010
CICLO ORC
Co-generazione da biomasse
Trova sostenibilità quando utilizzo biomasse dal basso costo di approvvigionamento (es. biomasse residuali – pollina)
Trieste, 26 novembre 2010
Cenni su gassificazione e pirolisi
La gassificazione e la pirolisi sono due processi termochimici che avvengono rispettivamente in parziale (gassificazione) o pressoché totale assenza (pirolisi) di ossigeno a partire da un combustibile solido
A seconda delle caratteristiche dell’impianto, della presenza di ossigeno e della temperatura si ottiene come prodotto principale un gas (syngas o producer gas) costituito da una miscela di Monossido di Carbonio (CO), Anidride Carbonica (CO2), Idrogeno (H2),
Metano (CH4) e altri componenti unitamente a
solidi e liquidi
Trieste, 26 novembre 2010
Punti di forza dei sistemi di pirogassificazione elevati rendimenti di processo (75% - 85%)
rendimenti elettrici tra il 27-30%
facilità di integrazione con sistemi generativi già esistenti (motori, turbine, celle a combustibili)
possibilità di realizzare cicli combinati (elettricità e calore) mediante recupero termico (sezione purificazione gas; motore)
“eliminazione” di agenti problematici per il comparto agricolo (ad esempio nitrati)
dimensioni di impianto compatibili con realtà agricole del nostro territorio
Una tecnologia “vicina” alla maturità
Trieste, 26 novembre 2010
Una tecnologia “vicina” alla maturità
Punti deboli dei sistemi di pirogassificazione
pulizia e qualità del gas
flessibilità di utilizzo in relazione alla biomassa utilizzata
affidabilità (continuità) di funzionamento (7.000 / 8.000 h/anno) soprattutto nella generazione di energia elettrica
costo di investimento iniziale degli impianti
costi di manutenzione elevati o non sempre preventivabili
AD OGGI, SALVO ALCUNI IMPIANTI PILOTA O IN FASE DI PERDURANTE COLLAUDO E SETTAGGIO, NON CI SONO IMPIANTI IN ESERCIZIO CONTINUATIVO
Trieste, 26 novembre 2010
Crescita del numero cumulativo degli impianti qualificati in esercizio, suddivisi per fonte
Fonte : GSE
IL BIOGAS IN ITALIA
Marzo 2010: 319 impianti
Trieste, 26 novembre 2010
La digestione anaerobica - schema
Trieste, 26 novembre 2010
Al fine di spingere al massimo le rese degli impianti è possibile utilizzare altri materiali - da soli o assieme ai liquami (CODIGESTIONE)
Liquami zootecnici (bovini, suini, ecc.)
Colture energetiche (silomais, sorgo zuccherino, triticale, ecc.)
Residui colturali (paglie, stocchi, colletti di barbabietola, ecc.)
Scarti agroindustria (buccette pomodoro, siero di latte, vinacce, scarti ortofrutticoli, marco mela, succhi, conserve, ecc.)
Scarti di macellazione
Fanghi di depurazione
Frazione organica rifiuti urbani
La digestione anaerobica
Trieste, 26 novembre 2010
Le possibilità di alimentare un impianto a biogas sono quindi molteplici
Importante il ruolo dell’approvvigionamento delle biomasse per l’alimentazione dell’impianto e della tipologia e quantità di singola biomassa utilizzata
Per quanto riguarda le COLTURE DEDICATE, molti impianti si presentano sul mercato alimentati esclusivamente da silomais (eventualmente con sorgo insilato e triticale)
IMPIANTO BIOGAS - dimensionamento
Potenza nominale = 1 MWh
Fabbisogno in biomassa = 16-18.000 t silomais/anno
Stoccaggi biomassa insilata = 25-27.000 m3
Superfici agricole interessate = 250-300 ha/anno
Areale di approvvigionamento = 10-15 km
La digestione anaerobica
Trieste, 26 novembre 2010
Contrariamente a quanto accade se si impiegano effluenti zootecnici o materiali con scarso o nullo valore di mercato, l’approvvigionamento può rappresentare una voce di costo molto significativa nel conto economico.
Prezzi attualizzati del mais per il periodo 1998-2009 rilevati alla Borsa merci di
Bologna
0
50
100
150
200
250
1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010
Anni
Prez
zi €
/t 15
% s
s
Prezzo attualizzato del mais alla Borsa merci diBologna per il periodo 1998-2009Media att. Del periodo 1998-2009 pari a 160 €/t
(elab. C.E.T.A.)
Biogas dal trinciato di mais
Trieste, 26 novembre 2010
Biogas dal trinciato di mais
Costo di produzione: 25,7 €/tonnellata (per trinciato di mais con produzione medie di 60 t/ha) Aggiungere i costi di insilamento e costi di trasporto!!!
Valutazione del prezzo di conferimento all’impianto.
0,0
2,0
4,0
6,0
8,0
10,0
12,0
14,0
25,00 30,00 35,00 40,00 45,00 50,00 55,00 60,00 65,00 70,00
Costo biomassa trinciata (€/t)
Pay
bac
k (a
nn
i)
Pay back
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
30,00
35,00
40,00
5 10 15 20 25 30
Distanza trasporto (km)
Co
sto
tra
spo
rto
(€/
t)
sorgo da fibra miscanto pioppo SRF
Trieste, 26 novembre 2010
Progetti di ricerca – C.E.T.A.
Progetto SWEETHANOL (Comunità Europea - programma IEE) Diffusione di un modello Europeo sostenibile per la produzione di etanolo di 1a generazione
dal Sorgo Zuccherino in impianti decentralizzati
Progetto MULTISORGO (MIPAAF) Produzione integrata di bioetanolo e biogas da una coltura agraria a basso consumo idrico, il
sorgo zuccherino: aspetti tecnologici, economici, energetici ed ambientali
Progetto ZOOTANOLO (MIPAAF) La produzione del bioetanolo come valorizzazione energetica innovativa dei reflui zootecnici
Progetto BIOSEGEN (MIPAAF) Filiere innovative per la produzione di biocarburanti di seconda generazione da residui
agricoli ed agro-industriali e da colture da biomassa
Il C.E.T.A. è fortemente coinvolto in diversi progetti di ricerca e di diffusione sui biocarburanti di prima e seconda generazione da diverse tipologie di biomasse:
Trieste, 26 novembre 2010
Diffusion of a sustainable EU model to produce 1st generation ethanol from Sweet Sorghum in decentralized plants
SWEETHANOL
C.E.T.A. come Lead Partner
CARTIF e ADABE (Spagna), REACM-Anatoliki e Halastra-COOP (Grecia), INIPA-Coldiretti (Italia)
24 mesi (16/05/2010 - 15/05/2012)
1. 200. 885 €
1. 900. 664 € (massimo) -> 75%
Titolo completo:
Acronimo:
6 beneficiari da 3 Paesi UE:
Durata:
Budget totale:
Contributo FESR:
Trieste, 26 novembre 2010
Il mercato Europeo dell’etanolo è controllato da grandi gruppi industriali e cooperative agricole legate all’industria della produzione di zucchero ed alcol
Vengono processati principalmente cereali e barbabietola in impianti di grande taglia (100,000-200,000 t/anno)
Vi sono barriere economiche, logistiche, ecologiche, ambientali, sociali e di diffusione
L’etanolo di 1a generazione dal sorgo zuccherino ha un’elevata sostenibilità ambientale, economica ed energetica Semplicità tecnica nel processamento e nello sfruttamento dei sottoprodotti
garantiscono la fattibilità economica anche per impianti di piccola-media taglia decentralizzati (max 20,000 t/anno)
Il bilancio energetico è pari a 1.7-7.3 (senza/con sfruttamento sottoprodotti)
Il risparmio in emissioni di GHG attribuito è del 70-71%
Trieste, 26 novembre 2010
WP1 – Gestione del progetto (C.E.T.A.)
WP2 – Perfezionamento del “Know-how”
Acquisizione di know-how in merito alla coltivazione ad al processamento del sorgo zuccherino ad etanolo attraverso visite a:
istituti di ricerca in campo agronomico realtà agricole che coltivano il sorgo compagnie che costruiscono impianti impianti esistenti ed in funzione
Raccolta dei dati più interessanti (e.g. varietà di sorgo zuccherino, costi di investimento e di produzione, consumi energetici, rese in etanolo, sfruttamento dei sottoprodotti)
Trieste, 26 novembre 2010
Viaggio in Andhra Pradesh a Hyderabad, presso ICRISAT - International Crop Research Institute for the Semi-Arid Tropics (www.icrisat.org)
Nuove varietà di sorgo zuccherino ad alto contenuto in zuccheri nel succoSupporto tecnico agli agricoltori locali per lo sviluppo della filiera (DCU, Decentralized Crushing Units)Collaborazione con distillerie RUSNI, impianto per bioetanolo da sorgo da 40.000 t/anno (www.abiicrisat.org/rusni)
Visita all’impianto del gruppo TATA TCL per la produzione di bioetanolo da sorgo da 30.000 litri/gg presso Nanded, Maharashtra
(http://www.tatachemicals.com/products/biofuels.htm)
ICRISAT meeting a Hyderabad
Impianto TATA TCL, Nanded
Varietà di sorgo studiate presso
ICRISAT
Trieste, 26 novembre 2010
Visita all’ impianto di produzione di bioetanolo da cereali e impianto pilota bioetanolo di seconda generazione dalle paglie e residui agricoli del gruppo ABENGOA Bioenergia, presso Salamanca
Visita allo zuccherificio del gruppo ACOR, presso Olmedo (impianto di estrazione)
Visita al CRF, Centro Nacional de Recursos Fitogèneticos, a Madrid
Visita all’Agroenergy Group del Politecnico di Madrid
ABENGOA Bioenergia, bioetanolo da cereali
ACOR, zuccherificio
UPM Madrid, campi sperimentali
Trieste, 26 novembre 2010
WP3 – Discussione su un modello sostenibile Discussione di un possibile modello Europeo con i
rappresentanti di ogni attore della filiera (approccio multi-disciplinare):
agricoltori ed associazioni agricole,
processisti e PMI,
ditte sementiere ed aziende agricole,
investitori,
rappresentanti del mondo politico (legislazione), delle autorità pubbliche e delle agenzie per l’energia
Gli attori della filiera verranno invitati a partecipare e discutere in workshops e convegni settoriali ed intersettoriali a livello nazionale ed internazionale
Trieste, 26 novembre 2010
WP4 – Formazione degli attori della filiera
Spiegazione del modello Europeo sviluppato nella WP3 ad ogni categoria di attori della filiera
Formazione e miglioramento delle competenze di ogni attore della filiera riguardo alla produzione di etanolo da sorgo zuccherino in impianti di taglia piccola e media
Corsi adattati e direzionati per ogni categoria di attori della filiera verranno tenuti in ogni Stato di cui fanno parte i partner del progetto:
1.800-2.000 agricoltori (30 corsi Italia e Spagna e 15 in Grecia) produttori di sementi ( 1 corso per Paese) processisti (1 corso per Paese) decisori politici, operatori pubblici, agenzie per l’energia, ecc. (2 corsi per Paese) investitori (2 corsi per Paese) associazioni di agricoltori (1 corso per Paese)
Trieste, 26 novembre 2010
WP5 – On-line Community
La missione dell’on-line community è di creare una rete di contatti a livello internazionale tra gli attori della filiera del bioetanolo da sorgo zuccherino
Essa sarà un punto di riferimento per lo start-up di nuovi impianti pilota in futuro, soprattutto in Europa
Struttura: blog, forum, social network, teleconferenze, discussioni pubbliche Pubblicazione di articoli, database di aziende
Trieste, 26 novembre 2010
WP6 – Comunicazione Diffusione e disseminazione dei risultati di progetto
Website (http://sweethanol.eu/)
Conferenze nazionali ed internazionali
Articoli tecnici e scientifici
Manuali
Altro (newsletters, brochures, ecc..)
Trieste, 26 novembre 2010
Website del progetto (in costruzione): http://sweethanol.eu
Website della On-line community: http://esse-community.eu
GRUPPO DI LAVORO - C.E.T.A.
Project Coordinator: Ing. Alessandro Bon [email protected]
Project manager: Dott.ssa Michela Pin [email protected]
Expert: Dott.ssa Alessia Vecchiet [email protected]
Expert: Dott. Denis Picco [email protected]
Expert: Dott.ssa Francesca Visintin [email protected]
Grazie per l’attenzione!
Via III Armata, 69 – 34170 GoriziaTel. 0481 - 537159
E-mail: [email protected]