UN PROGETTO PER LA RAZIONALIZZAZIONE
DELLE POLITICHE DI SOSTENIBILITÀ ENERGETICA

Seminario “La sfida della sostenibilità
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The EU targets by 2020 and 2050

Pacchetto Clima e Energia (2009/28/CE)
Obiettivo: 20-20-20
 20 % reduzione emissioni GHG...
Sviluppo delle energie rinnovabili - Obiettivi
Contatore Bioenergie Elettriche

(FV= 6700 M€/Y
Raggiunto il
6 giugno 2013)

FER elettriche 4.505 M€/Y al 31/08/2013
( Tot...
Contatore Tariffa Omnicomprensiva
Impianti da 600 kW a 1 MW

Fonte : GSE

88.2 %

Biomasse 4.7%
Bioliquidi 5.0%
Biogas 71....
Contatore Certificati Verdi
Impianti > 10 MW

Fonte : GSE

82.5 %

Biomasse 9.3%
Bioliquidi 12.8%
Biogas 4.4 %
3) Per gli ...
Incentivi alla produzione di energia da
biomasse
DM 6 luglio 2012
Allegato 1 – Vita utile convenzionale, tariffe incentiva...
Recupero
Azoto 60%

Recupero
Azoto 30%

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Tecnologie mature per valorizzazione energetica biomasse

Combustione diretta:
– impiegata quasi esclusivamente per la pro...
TECNOLOGIE VICINE ALLA MATURITA’

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Gassificazione biomassa:
Il processo consiste nella trasformazione di un combustibile...
Proprietà delle biomasse residuali
P.C.I.
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Energia elettrica da biomasse lignocellulosiche

necessità annua biomassa
(tonnellate di sostanza secca)
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La gassificazione della Biomassa:
il processo
“Frazione biodegradabile dei prodotti, rifiuti e residui di origine biologic...
La gassificazione della Biomassa:
Le applicazioni

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HT Fuel Cell

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La gassificazione della Biomassa:
Conversione in Biofuels
Biomass To Liquid
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La gassificazione della Biomassa:
Produzione Elettrica

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Reattori da piccola a media taglia
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Gli impianti di gassificazione Biomasse
in Italia
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Reattori a letto Fisso
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Il ruolo dell’attività di R&S
Gas Comb., H2, Syngas
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IMPIANTI DI GASSIFICAZIONE ENEA TRISAIA
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Tecnologie di valorizzazione energetica delle biomasse - Braccio

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La sfida della sostenibilità energetica per le imprese agricole
Metaponto, 9 dicembre 2013

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  1. 1. UN PROGETTO PER LA RAZIONALIZZAZIONE DELLE POLITICHE DI SOSTENIBILITÀ ENERGETICA Seminario “La sfida della sostenibilità energetica per le imprese agricole” 9 Dicembre 2013 – Incubatore d’impresa Sviluppo Basilicata Metapontum - Metaponto di Bernalda, Mt Valorizzazione Energetica delle biomasse Giacobbe Braccio Unità Tecnica Tecnologie Trisaia C.R. Enea Trisaia - SS Jonica 106, km 419 + 500 Giacobbe.braccio@enea.it
  2. 2. The EU targets by 2020 and 2050 Pacchetto Clima e Energia (2009/28/CE) Obiettivo: 20-20-20  20 % reduzione emissioni GHG (T < 2 °C) vs 1990  20 % riduzione consumi di energia  20 % aumento produzione da FER 10% aumento nel trasporto GREEN PAPER A 2030 framework for climate & energy policies (competitività, sostenibilità economica e la maturità delle tecnologie, 30 % di bioprodotti al 2030) Energy Roadmap verso il 2050  “Low carbon economy”  Riduzione emissioni GHG del 80 -95 % vs livelli del 1990 ktoe Energia (Elettricità e Calore) Carburanti x Trasporto L’impiego delle Biomasse sarà cruciale per il conseguimento dei target EU al 2020 G.F. De Santi – Institute for Energy and Transport (IET-JRC) - 21st European Biomass Conference & Exhibition Copenhagen, 3 June 2013 Bioraffineria
  3. 3. Sviluppo delle energie rinnovabili - Obiettivi
  4. 4. Contatore Bioenergie Elettriche (FV= 6700 M€/Y Raggiunto il 6 giugno 2013) FER elettriche 4.505 M€/Y al 31/08/2013 ( Totale Bioenergie elettriche 2.167 M€/y)
  5. 5. Contatore Tariffa Omnicomprensiva Impianti da 600 kW a 1 MW Fonte : GSE 88.2 % Biomasse 4.7% Bioliquidi 5.0% Biogas 71.1 %
  6. 6. Contatore Certificati Verdi Impianti > 10 MW Fonte : GSE 82.5 % Biomasse 9.3% Bioliquidi 12.8% Biogas 4.4 % 3) Per gli impianti alimentati da rifiuti gli oneri sono riferiti solo all'incentivazione della parte biodegradabile
  7. 7. Incentivi alla produzione di energia da biomasse DM 6 luglio 2012 Allegato 1 – Vita utile convenzionale, tariffe incentivanti e incentivi per i nuovi impianti Esempi di tariffe 0÷300 kWe Nell’ipotesi più favorevole: A. Colture dedicate: 229 + 40 (CHP) + 30 (emissioni) = 299 €/MWh B. Sottoprodotti : 257 + 10 (CHP) + 30 (telerisc.) + 30 (emissioni) = 327 €/MWh Esempi di tariffe 300÷1.000 kWe Nell’ipotesi più favorevole: A. Colture dedicate: 180 + 40 (CHP) + 30 (emissioni) = 250 €/MWh B. Sottoprodotti : 209 + 10 (CHP) + 30 (telerisc.) + 30 (emissioni) = 279 €/MWh
  8. 8. Recupero Azoto 60% Recupero Azoto 30% Rimozione azoto 40% 40 30 20 15 600<P<1000 140 40 30 104 40 30 91 236 40 10 30 30 20 15 300<P<600 206 10 30 20 15 600<P<1000 178 10 30 1000<P<5000 125 10 30 101 10 30 1<P< 1000 216 10 30 1000<P<5000 109 10 30 P>5000 85 10 30 Emissioni 160 Riduzione Gas serra 15 CAR teleriscald. 20 P>5000 Rifiuti per i quali la frazione biodegradabile è determinata forfetariamente 30 P>5000 1<P<300 Sottoprodotti di origine biologica ( tab. 1 A) e rifiuti non provenienti da raccolta differenziata CAR B I O G A S 40 1000<P<5000 Prodotti di origine biologica 180 300<P<600 Tipologia Tariffa base 1<P<300 Fonte Potenza kW Biomasse Filiera tab 1 B Biogas: sistema incentivante fissa e costante per 20 anni
  9. 9. Trasformazioni energetiche Biomassa TERMOCHIMICI gassificazione BIOLOGICI pirolisi digestione anaerobica combustione syn-gas CALORE ESTRAZIONE OLI esterificazione fermentazione alcolica bio-olio syn-gas carbone bio-gas biodiesel etanolo 9
  10. 10. Tecnologie mature per valorizzazione energetica biomasse Combustione diretta: – impiegata quasi esclusivamente per la produzione di energia elettrica tramite impianti di potenza media intorno ai 5-10 MW – rendimento elettrico del 20-25% e consumi specifici di biomassa di circa 1-1,4 kg/kWh • trasformazione in biocombustibili liquidi (biodiesel da specie oleaginose e bioetanolo da specie zuccherine e amidacee): – tecnologie di produzione da colture agricole dedicate ormai consolidate, produzione in costante aumento • produzione di biogas da fermentazione anaerobica di reflui zootecnici, civili o agroindustriali 10
  11. 11. TECNOLOGIE VICINE ALLA MATURITA’ • Gassificazione biomassa: Il processo consiste nella trasformazione di un combustibile solido in combustibile gassoso i componenti combustibili presenti nel gas prodotto sono CO, H, idrocarburi; • – Le tecnologie più diffuse sono quella a letto fisso e quella a letto fluido, la ricerca è focalizzata allo sviluppo di processi di gassificazione finalizzati a produrre gas di qualità e basso contenuto di catrami, nonché a tutta le sezioni di purificazione. – Altro interesse forte per la gassificazione è la produzione di combustibili liquidi sundiesel Produzione di bioetanolo da lignocellulosiche Tecnologie più distanti dalla maturità • • gassificazione per produzione di combustibili liquidi sun-diesel Pirolisi delle biomasse per produzione di biolii 11
  12. 12. Proprietà delle biomasse residuali P.C.I. Tipo [MJ/kg] Densità ss Ceneri energetica [GJ/m³] Densità [kg/m³] Dimensioni tipiche [ø mm] ss [%] Legno catasta 17-19 280-600 4,4-9,3 50-250 0,1-3 Cippato 17-19 200-300 3,1-4,7 5-30 0,1-3 Segatura 17-19 170-250 2,6-3,5 0,1-0,5 0,1-3 Paglia di frumento 17,6 40-350 0,6-5,2 2-5 7-9 Stocchi di tabacco 17,8 40-70 0,6-1 2-5 2-3 Potatura di olivo 17,8 90-200 1,4-3 10-80 4-5 Lolla di riso 18 110-130 1,6-1,9 2-4 16-19 Sansa esausta 19,7 400-500 6,6-8,4 0,1-4 4-6 Gasolio Potere calorifico di alcuni combustibili Gas naturale tradizionali [MJ/kg]: Carbone Idrogeno 42 48 29 120 12
  13. 13. Energia elettrica da biomasse lignocellulosiche necessità annua biomassa (tonnellate di sostanza secca) 400 800 4.000 8.000 20.000 40.000 combustione con turbina ORC gassificazione a letto fisso/MCI 50 100 500 80.000 400.000 combustione con turbina a vapore gassificazione a letto fluido con MCI 1.000 2.500 5.000 10.000 50.000 potenza (kWel) 13
  14. 14. La gassificazione della Biomassa: il processo “Frazione biodegradabile dei prodotti, rifiuti e residui di origine biologica proveniente dall’agricoltura (comprendente sostanze vegetali e animali) dalla silvicoltura e dalle industrie connesse, comprese la pesca e l’acquacoltura, gli sfalci e le potature provenienti dal verde pubblico e privato, nonché la parte biodegradabile dei rifiuti industriali e urbani” (Decreto Legislativo 28/2011). Gassificazione “Dry” (biomassa “secca” - % umidità <50 %p) Gassificante Agente Gassificazione Supercritica (% umidità >70 %p) Composizione Gas Secco (% v) H2 CO CO2 PCI CH4 N2 C2H4 (MJ/Nm3) Impieghi gas Aria 9-10 12-15 14-17 2-4 56-59 <1 3.8-4.6 Combustibile Ossigeno 30-34 30-37 25-29 4-6 2-5 <1 9-10 Comb./Chemicals Vapore 32-41 24-26 17-19 10-12 2-5 2-3 12-13 Comb./Chemicals
  15. 15. La gassificazione della Biomassa: Le applicazioni MCI Turbina a Gas HT Fuel Cell Stirling Dipendentemente dal processo di produzione, si ottiene un gas di potere calorifico variabile, daI basso al medio PC, che si presta per la produzione di energia elettrica e calore, attraverso tecnologie convenzionali o avanzate. Il gas di medio PC si presta anche per la produzione di vettori energetici secondari (CH4, FT, MeOH, H2 etc.) e di chemicals.
  16. 16. La gassificazione della Biomassa: Conversione in Biofuels Biomass To Liquid (BTL) FT fuels production costs Consumo GN (2011) 77.9 Miliardi m3 3000 GJ/anno (90% importazione) SNG + Biogas da immettere in rete SNG production costs 15 €/GJFT confront. quando Oil price of ~60 $/bbl Biomass cost: 4 €/GJ for the 100 and 1000 MWth; e.g. imported biomass) 2 €/GJ for the 10 MWth Prezzo GN: 6 €/GJ Necessary support for production of SNG Biomass costs: 7.3 €/GJFT (4€/GJBM) Petrolio (2013) : 100- 110 €/bbl
  17. 17. La gassificazione della Biomassa: Produzione Elettrica Electric power supply (kW) Uso Finale Motore Stirling MCI (& ORC)  el (% LHV gas) < 20 25-30 (35) Turbina a Gas (TG) 35 - 40 HTFC 50 -70 // gassificazione Provato R&S
  18. 18. Quali tecnologie: Reattori da piccola a media taglia Bollente Down-Draft Circolante Letti Fluidi Letti Fissi Up-Draft T. Bridgwater. Review Biomass for energy. J Sci Food Agric 86:1755–1768 (2006)
  19. 19. Gli impianti di gassificazione Biomasse in Italia N: 13 Reattori a letto Fisso Up-Draft ; Down-Draft DownDraft // MCI Up-Draft // Stirling (no Gas Cleaning)
  20. 20. Il ruolo dell’attività di R&S Gas Comb., H2, Syngas for BioFuels; SMG … Step chiave alla Maturità tecnologica BIOMASSA Efficienza negli usi finali Integrazione e scale-up di impianto Gas cleaning e condizionamento Design e modellazione reattori Maturità e fruibilità Tecnologia Integrazione FER (Biomasse e Solare) Ridurre i costi di produzione
  21. 21. IMPIANTI DI GASSIFICAZIONE ENEA TRISAIA Syngas pulito SYNGAS COMPOSITION Syngas pulito Biomassa H2 32 CO 17 CH4 6.2 Fumi di Combustione Biomassa Vapore Syngas grezzo Vapore Aria Gas grezzo Aria Zona di combustione N2 0.9 CO2 Ossigeno Aria %Vol. 20.9 H2O Biomassa Vapore Fluidized bed –Internally recirculating enriched air/steam 1MWth Coupled with ICE for power generation 32 Fluidized catalitic bed – external recirculating Air/steam 550kWth Coupled with ICE or FC for power generation, Fisher Tropsch UPDRAFT fixed bed Air/steam 200kWth Coupled with ICE for power generation, Fisher Tropsch DOWNDRAFT fixed bed Air/steam 150-450kWth Coupled with ICE for power generation SYNGAS COMPOSITION %Vol. H2 34.1 CO 25.1 CH4 10.4 N2 9.6 CO2 20.8 SYNGAS COMPOSITION %Vol. H2 20 CO 21 CH4 4 N2 40 CO2 6 H 2O 9 SYNGAS COMPOSITION %Vol. H2 15 CO 22 CH4 3 N2 40 CO2 20
  22. 22. Es.: Integrazione degli step di gassificazione & purificazione gas La tecnologia attualmente più consolidata per la purificazione del gas e’ del tipo ‘a valle’ (downstream). I costi per il trattamento del gas possono contribuire fino al 40 % del costo di investimento. Una possibilità di ridurre i costi, e al tempo stesso aumentare l’efficienza del processo e’ una integrazione spinta del gas cleaning & conditioning direttamente nel reattore di gassificazione Impianto Compatto Riduzione costi di investimento (20-30%) Ridotte perdite termiche Gassificatore BFB con circulazione interna (1MWth ICBFB, Brevettato)
  23. 23. Grazie per l’attenzione
  24. 24. L’impianto da 8MWth di Gussing Component Range (Vol-%) Component Raw gas Clean gas Unit 1,500 - 4,500 10 - 40 mg/Nm3 5,000 – 10,000 <5 mg/Nm3 H2 tar CO 20 - 30 particles CO2 15 - 25 NH3 1000 - 2000 <400 ppm CH4 8 - 12 H2S n.m. 20 - 40 ppm N2 Type of plant 35 - 45 3-5 Demonstration plant Cost category Amount Fuel Power 8000 kW Investment cost 10 Electrical output 2000 kW Funding (EU, National) 6 Thermal output 4500 kW Operation cost / year 10 - 15 % of investm. costs Electrical efficiency 25,0 % Price for heat (into grid) * 2,0 €-cents/kWhth Thermal efficiency 56,3 % Price for heat (consumer )* 3,9 €-cents/kWhth 0,44 Price for electricity * 16,0 €-cents/kWhel Electrical/thermal output Total efficiency 81,3 % Unit Mio. EURO 5 Mio.€/MWel Mio. EURO (*feed-in tariff in Austria; April 2004) Importante flagship sulla gassificazione di Biomassa per la produzione CHP et al.
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