Energia dalle Biomasse - Parte A - people.unica.it · 2018-05-23 · Energia dalle Biomasse - Parte...
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Energia dalle
Biomasse - Parte A
Tecnologie delle Energie Rinnovabili
Daniele CoccoDipartimento di Ingegneria Meccanica,
Chimica e dei Materiali
Università degli Studi di Cagliari
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
Biomassa
Ossigeno
Energia
CO2
Ceneri
Energia solare
CO2
Acqua
Nutrienti
Il bilancio
teorico della
CO2
è in pareggio!
Fotosintesi
Co
nve
rsio
ne
La sostenibilità della filiera
Occorre valutare con attenzione il bilancio
energetico e ambientale dell’intera filiera!
Energia solare
Coltivazione biomassa
Residui
Trasporto prodotto
Conversione industriale
Energia utile
Combustibili Fertilizzanti, sementi, ecc.
Emissioni Emissioni
Combustibili
Sotto-prodotti
Emissioni
Materiali, ecc.
Combustibili, energia el.
Il Processo di Fotosintesi
Radiazione
solare
incidente
Radiazione
attiva per la
fotosintesi
Radiazione
non attiva
Energia
Riflessa
Energia
Persa
Consumo
interno
Energia
solare
assorbita
Energia
convertita
Energia
netta
Rendimento teorico fotosintesi
0,5·0,8·0,3·0,6=0,072
100%50%
50%
80%
20%
30%
70%40%
60%
I processi di conversione
Tipologia del Processo
Rapporto C/N
Umidità Processo di conversione
Prodotto principale
Biochimico <30 >30% Fermentazione Digestione anaerobica Digestione aerobica
Bioetanolo Biogas Energia termica
Termochimico >30 <30% Combustione Gassificazione Pirolisi
Energia termica Gas di sintesi Gas di pirolisi, biooli
Fisico-chimico - - Estrazione di oli Transesterificazione Compattazione
Olio vegetale grezzo Biodiesel Pellets
Le filiere di conversione
Energia da biomasse
Bio-combustibili
•Etanolo
•Olio vegetale
•Biodiesel
Digestione anaerobica
•Biogas
Processi termochimici
•Combustione
•Gassificazione
•Pirolisi
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.3 – Nuoro;
B.4 – Ogliastra e Cagliari;
B.5 – Cagliari
B.1
B.2
B.3
B.4
B.5BacinoResiduo prodotto tal
quale (t/anno)
Potenza termica
(MWt)
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
Residui da Vite
e Ulivo
Potenzialità in Sardegna
B.1
B.2
B.3
B.4
B.1 – Carbonia-Iglesias e
Cagliari;
B.2 – Oristano, Medio
Campidano e Carbonia-Iglesias;
B.3 – Olbia-Tempio;
B.4 – Ogliastra.
Bacinot/anno
(tal quale)
Potenza
elettrica MWe
B.1 15.653 1,84
B.2 12.293 1,45
B.3 16.818 1,98
B.4 19.932 2,34
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
m3i, Metro cubo
impilato o stero
(circa 0,7 m3),
ovvero 0,3-0,5 t
m3m, Metro cubo sul
mucchio (circa 0,5
m3), ovvero circa
0,15-0,25 t
L’umidità delle biomasse
U=mA
mA+mSUmidità sul tal quale
U0=mA
mSUmidità sul secco
U=U0
1+U0
Rapporto massicoRM=mA+mS
mS
1
1-U=
Composizioni tipiche
C H O N S Cl Ceneri PCI0
(%) (%) (%) (%) (%) (%) (%) (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 naturale
35 11,3
436 265
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
PCI0=PCS0 - mA·r
Rapporti
energetici
RH=PCI
PCI0
r
PCI0=1-U·(1+
PCI=PCI0 - U·(PCI0 + r)
)
RE=(mA+mS)·PCI
mS·PCI0=RM·RH
Rapporti caratteristici
0 10 20 30 40 50 60 70 80
Umidità U (%)
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1R
apport
i R
H, R
E e
RP
Rapporto RH
Rapporto RE
Rapporto RP
PCI0=18 MJ/kg
La Produzione di Biomassa
Radiazione media disponibile
4-5 kWh/m2giorno
(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