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L'economia del biometano - Intervento di Efisio Scano

L'intervento di Efisio Scano (Sardegna Ricerche) in occasione dell'evento "L'economia del biometano - Vincoli e opportunità nel contesto regionale alla luce del recente decreto" che si è svolto il 5 luglio 2019 a Cagliari.

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L'economia del biometano - Intervento di Efisio Scano

  1. 1. L'economia del biometano Vincoli e opportunità nel contesto regionale alla luce del recente decreto Efisio A. Scano Il biometano: Caratteristiche, Produzione e Potenzialità Cagliari, 5 luglio 2019
  2. 2. Biometano (prEN16723-2:2014) “gas che comprende principalmente metano, ottenuto sia dall’upgrading di biogas che dalla metanazione di biosyngas”. Il biometano è definito dall’art 2 del Dlgs 28/2011 come "gas ottenuto a partire da fonti rinnovabili avente caratteristiche e condizioni di utilizzo corrispondenti a quelle del gas Metano e idoneo all’immissione nella rete del gas naturale". Il biometano Gas Naturale Liquefatto (Norma UNI EN ISO 16903:2015) “fluido criogenico incolore e inodore allo stato liquido a pressione normale composto principalmente da Metano e che può contenere in minore quantità Etano, Propano, Butano, Azoto o altri componenti che si trovano normalmente nel gas naturale”. La stessa definizione si può estendere in linea di massima al Biometano liquefatto (BioGnl).
  3. 3. Il biometano 2,00% 45,00% 52,00% 1,00% H2O CO2 CH4 Altre impurità Pulizia 45,92% 53,06% 1,02% CO2 CH4 Altre impurità H2O , polveri, H2S, NH3, Silossani 98,00% 2,00% CH4 Altre impurità CO2 CO2, O2, N2 Biogas Biometano H2O CO2 CH4 CH4 CH4
  4. 4. Tecnologie di upgrading convenzionali Assorbimento con pressione oscillante Fonte: Elaborazione da Biogas to Biomethane, United Nations Industrial Development Organization, 2017. Biometano Biogas Gas esausto Carbone attivo Zeoliti Setacci molecolari =CH4 =CO2
  5. 5. Tecnologie di upgrading convenzionali Lavaggio Colonna Colonna Colonna di lavaggio di Flash di Stripping Soluzione : Acqua Solventi organici Ammine Soluzioni caustiche Fonte: Elaborazione da Biogas to Biomethane, United Nations Industrial Development Organization, 2017. Biogas Sol+ CO2 Gas esausto Aria Sol Flash gas Biometano
  6. 6. Tecnologie di upgrading convenzionali Separazione con membrane Fonte: Elaborazione da Biogas to Biomethane, United Nations Industrial Development Organization, 2017. Biogas Biometano Gas esausto
  7. 7. Tecnologie di upgrading convenzionali Separazione criogenica Punto critico Temperatura criticaTemperatura PressionecriticaPressione Solido Liquido Gas Punto Triplo La tecnologia di separazione si basa sulla differenza nella temperatura di condensazione tra diversi gas. L’operazione di distillazione è condotta in genere a -170°C e 80 bar per liquefare la CO2.
  8. 8. Confronto tra le tecnologie di upgrading Vantaggi Svantaggi Recupero del CH4 Assorbimento con pressione oscillante Processo consolidato Non richiede calore per la rigenerazione 0,15-0,35 kWel/m3 biogas Perdite CH4 fino al 4 % 96-98% Lavaggio con acqua Processo consolidato Semplicità di processo Costo molto basso del solvente 0,23-0,33 kWel/m3 biogas Perdite CH4 fino al 2,5% Pressioni 4-10 bar 96-98% Lavaggio fisico Elevata solubilità e carico del liquido di lavaggio Piccole dimensioni richieste agli impianti 0,10-0,30 kWel/m3 biogas Perdite CH4 fino al 4% Pressioni 4-10 bar Energia necessaria per la rigenerazione Trattamento del solvente organico 96-98% Lavaggio chimico 0,06-0,17 kWel/m3 biogas Alta selettività Perdite CH4 fino allo 0,1% 0,40-0,80 kWth/m3 biogas Trattamento del solvente organico 96-99% Separazione con membrane Piccole portate Modularità 0,10-0,33 kWel/m3 biogas Perdite CH4 fino al 2% Alti costi delle membrane 96-98% Separazione criogenica Elevata purezza del metano Agevole riciclo della CO2 Costi elevati Consumi elevati di energia 97-98 %
  9. 9. Frequenza di Impiego delle Tecnologie di upgrading convenzionali Fonte: European Biogas Association Rapporto statistico 2016 18,0% 41,0%7,0% 25,0% 8,0% 1,0% Assorbimento con pressione oscillante Lavaggio con acqua Lavaggio fisico Lavaggio chimico Separazione con membrane Separazione criogenica
  10. 10. Tecnologie di upgrading emergenti Metodi chemioautotrofici Metodi fotoautotrofici Upgrading in situ Upgrading ex situ Upgrading ibrido Metodi fermentativi Metodi microbici elettrochimici 4H2 + CO2 CH4 +H2O Reazioni catalizzate da microalghe Produzione di liquidi ad elevato valore (acetati, etanolo, butanolo) Generazione catodica dell’Idrogeno e successiva reazione di upgrading
  11. 11. Tecnologie di upgrading biologiche H2 da FER Biogas Biometano Biometano Biogas Biogas H2 H2 H2 Biogas parzialmente purificato Biometano Processo ex situ Processo in situ Processo ibrido Fonte: Angelidaki et al., 2018
  12. 12. Processo ex situ Potenza elettrica 1 MW corrispondenti a H2 200 Nm3/h CO2 50 Nm3/h Impianto con potenza 1 MWel CH4 50 Nm3/h 500 kW Calore~300 kW Impianto Copenhagen
  13. 13. Il biometano può essere ottenuto dal biogas prodotto dalla trasformazione di residui agroindustriali e colture dedicate. Gasometro Propano Odorizzanti Digestato Cogenerazione Upgrading a Biometano Rete del gas Uso agricolo Cogenerazione Utenze domestiche Utenze industriali Gas per i trasportiLa catena del valore del biometano
  14. 14. La catena del valore del biometano liquefatto Digestato Cogenerazione Pretrattamento e Upgrading Criogenico Uso agricolo Rete del gas naturale Utenze industriali BioGNL per la mobilità BioGNL CO2 Utilizzo Industriale e/o agricolo
  15. 15. Il biometano può essere prodotto anche da biomasse legnose costituite da alberi e residui forestali. Il biometano- La produzione Fonte: The GoBiGas Project demonstration of the production of Biomethane via Gasification Technical report , Dicembre 2018. 1. Gasificatore 2. Combustore 3. Ciclone 4. Camera post combustione 5. Raffreddatore gas 6. Filtro per il gas 7. Torre di lavaggio 8. Letti adsorbenti 9. Gas di combustione 10. Tramogge a doppia chiusura 11. Compressore 12. Idrogenazione olefine 13. Lavaggio H2S 14. Guardia 15. Reattore gas d’acqua 16. Pre-metanazione 17. Lavaggio CO2 18. Metanazione 19. Essiccatori
  16. 16. Il biometano – La produzione Attualmente la gran parte del biometano è prodotta mediante l’upgrading del biogas derivante dagli impianti di digestione anaerobica e tutti gli impianti presenti nel mondo adottano questa tecnologia. Si stima che gli impianti di gasificazione termica possano assumere la maturità commerciale intorno al 2050. Le potenzialità della gasificazione termica sono state testate su scala dimostrativa mediante il progetto GoBiGas sviluppato in Svezia con una capacità di produzione di 20 MW di metano e un’efficienza di conversione delle biomasse in biometano dell’ordine del 70%. L’obiettivo era quello di giungere alla commercializzazione di impianti da 100 MW. I costi di produzione sono stati valutati in circa 56 €/MWh per un impianto da 200 MW Fonte: The GoBiGas Project demonstration of the production of Biomethane via Gasification Technical report, Dicembre 2018.
  17. 17. Il biometano Gli impianti e la produzione in Europa 187 232 282 367 456 497 540 0 100 200 300 400 500 600 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 Numerodegliimpianti Anno Impianti Biometano in Europa 0,08 0,23 0,93 1,16 1,23 1,73 1,94 0 0,5 1 1,5 2 2,5 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 ProduzionediBiometano(Gigametri cubi/anno) Anno Produzione di Biometano in Europa Fonte: Elaborazione European Biogas Association, Statistical report 2018.
  18. 18. Biometano La dimensione degli impianti in Europa Fonte: Prussi et al., Review of Technologies for biomethane production and assessment of EU Transport share in 2030. 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 AT CH DE DK ES FI FR HU IS IT LU NL NO SE SK UK Capacità Produttiva m3/h biometano
  19. 19. Biometano Gli impianti e la produzione in Italia Impianto cantine Caviro 12.000.000 Nm3/anno di Biometano Alimentato con reflui delle attività di distillazione e della filiera agroindustriale del territorio. Protocollo di intesa per il reimpiego della CO2. Upgrading con processo a membrane. Impianto AIMAG 3.080.000 Nm3/anno di Biometano Alimentato con 50.000 t di rifiuto organico trattato. Immissione nella rete di distribuzione del gas. Upgrading mediante assorbimento con pressione oscillante.
  20. 20. Biometano Gli impianti e la produzione in Italia Impianto Hera ambiente 7.500.000 Nm3/anno di Biometano Alimentato con 100.000 t di rifiuti organici da raccolta differenziata e 35.000 t di scarti verdi e potature. Upgrading mediante lavaggio con acqua pressurizzata. Impianto Montello Industria del recupero e del riciclo 32.000.000 Nm3/anno di Biometano Alimentato con 600.000 t di rifiuti organici da raccolta differenziata. Riciclo di 38.000 t di CO2 liquida.
  21. 21. Biometano – I costi di produzione Fonte: Elaborazione da NAVIGANT Gas for climate –The optimal role for gas in a net-zero emissions energy system, Marzo 2019. I costi attuali di produzione del biometano dipendono fortemente dal tipo di materia prima impiegata negli impianti di digestione anaerobica: Colture dedicate 0,85€/Nm3 Biomasse residuali 0,66 €/Nm3 Le previsioni dei costi di produzione al 2050 indicano invece costi di produzione pari a circa 0,54 €/Nm3 Attuali 2050
  22. 22. Biometano – I costi di produzione Fonte: Elaborazione da NAVIGANT Gas for climate –The optimal role for gas in a net-zero emissions energy system, Marzo 2019. I costi attuali di produzione del biometano da gasificazione termica dipendono fondamentalmente da:  Ottimizzazione dei processi  Dimensioni degli impianti  Pulizia del syngas  Catalizzatori più performanti Le previsioni dei costi di produzione al 2050 indicano invece costi di produzione pari a circa 0,47 €/Nm3 Attuali 0,88 €/Nm3 2050
  23. 23. Biometano – Tendenze futureBiometano – Tendenze future Position Paper COP 21 2015 Il Position Paper per lo sviluppo della filiera del biometano italiano del 2012 ha introdotto il concetto di biometano "fatto bene" con l’obiettivo di razionalizzare l’uso del suolo e di individuare biomasse non in competizione con le produzioni alimentari e foraggere.  Secondi raccolti  Colture marginali  Sottoprodotti agricoli  Effluenti zootecnici  Residui agroindustriali  Frazione organica dei rifiuti solidi urbani (FORSU) Il principio fondamentale è quello di alimentare i digestori anaerobici con materiali sostenibili, ovvero:
  24. 24. Biometano – Potenziale da digestione anaerobica di singole materie prime 0 50 100 150 200 250 300 350 Reflui caseari Fanghi di depurazione Liquami bovini Liquami suini Residui di distilleria-vinacce Letame di bovini Sorgo Trebbie di birreria Bietole da zucchero Residui organici da raccolta differenziata Pollina Insilato d'erba Insilato di mais Grasso di separazione Grano Biometano m3/t materia prima fresca
  25. 25. Potenziale del Biometano " Fatto bene " in Italia 0 1 2 3 4 5 6 7 8 2010 2015 2020 2025 2030 0,57 1,34 1,68 2,02 2,69 0,13 0,86 2,52 3,48 5,31 BiometanoGm3/a Anno Biometano da biomasse di integrazione Biometano da primo raccolto
  26. 26. Le biomasse derivate dalle attività agricole e industriali (biomasse residuali) possono fornire un enorme contributo al settore del biometano in Sardegna. Potenziale del Biogas* Tipologia Ind. Casearia Scarti di macellazione FORSU Reflui Scarti colt. Carciofo Scarti Colt. Pomodoro Colture Dedicate Totale MW Inst. 1,42 0,37 4,96 111,07 14,02 4,42 21,13 157,38 Potenziale del biometano " Fatto bene " in Sardegna Ipotizzando una percentuale di Metano del biogas pari al 50% si avrebbe una disponibilità teorica di circa 135.200.000 m3 ai quali andrebbero sommati altri 30.000.000 di m3 ottenibili con gli impianti esistenti. Si tenga presente che il fabbisogno di Metano per la Sardegna è stato stimato in un intervallo compreso tra 535.000.000 m3 (consumo base) e 960.000.000 m3 (sviluppo intenso).** Nel piano energetico regionale, in modo prudenziale, è stata ipotizzata una produzione potenziale di biogas pari a 260.000.00 di m3. * Fonte : Studio delle potenzialità energetiche delle biomasse RAS 2013; ** PEARS agosto 2016.
  27. 27. Potenziale del biometano da biogas in Sardegna 0,00 50,00 100,00 150,00 200,00 250,00 300,00 350,00 Potenza installabile MW Produzione di biogas MNm3 Produzione di biometano MNm3 Quota % rispetto al fabbisogno base di Metano Quota % rispetto al fabbisogno sviluppo di Metano 17,80 71,20 37,02 6,92 4,66 136,20 283,40 147,37 27,55 18,56 157,80 327,35 170,22 31,82 21,44 Colture dedicate Biomasse residuali Biomasse globali
  28. 28. Biometano – Tendenze future 95 miliardi di metri cubi 62 miliardi di metri cubi upgrading biogas 33 miliardi di metri cubi gasificazione termica Fonte: NAVIGANT Gas for climate –The optimal role for gas in a net-zero emissions energy system, Marzo 2019.
  29. 29. CH4 Il Laboratorio Biocombustibili e BiomasseIl Laboratorio Biocombustibili e Biomasse CO2 H2 Serbatoio dei nutrienti Reattore a colonna di bolle Serbatoio soluzione acida Serbatoio di scarico Coltura di batteri metanigeni termofili Unità di supervisione controllo Sistema di metanazione biologica
  30. 30. Il Laboratorio Biocombustibili e Biomasse S1 S2 S3 Sistema per upgrading del biogas Dal serbatoio del biogas R1 R2 R3
  31. 31. Il biometano: è un vettore energetico impiegabile senza dovere eseguire alcuna modifica delle infrastrutture e delle apparecchiature usate per il gas naturale; risulta decisamente importante per lo sviluppo di un territorio perché è una fonte di energia rinnovabile e sostenibile; si integra perfettamente con le filiere agroindustriali riducendo l’impatto ambientale dei residui; è indispensabile per lo sviluppo di sistemi agricoli evoluti; consente flessibilità e programmabilità nella produzione di energia; è di notevole utilità per la generazione distribuita di energia e le reti energetiche intelligenti. Conclusioni
  32. 32. Grazie per l’attenzione !

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