Progetto cluster Energie Rinnovabili

REPUBBLICA ITALIANA

Cagliari, 7 marzo 2014

Il settore delle biomasse e dei biocombustibili in Sardegna

Efisio A. Scano

REPUBBLICA ITALIANA

Le Biomasse in Europa

L’associazione europea per le biomasse AEBIOM stima che il contributo delle biomasse all’energia nell’UE può essere incrementato dai 72 Mtep del 2004 ai 220 Mtep del 2020

Attualmente nell’Europa a 27 le biomasse valgono approssimativamente 95,7 Mtep dei quali 40 Mtep destinati alla produzione di calore e 48 Mtep alla produzione di elettricità

Questo enorme volume di energia necessita di risorse forestali addizionali, di colture dedicate, di biomasse acquatiche e di biomasse residuali

Nell’Europa a 27 possono essere impiegati da 20 a 40 Mha di terra per la produzione di energia senza danneggiare la catena europea di produzione degli alimenti

REPUBBLICA ITALIANA

Le Biomasse in Italia

Il target italiano per le energie rinnovabili al 2020 è pari al 17 %. Di cui il 26,4 % per i consumi elettrici, il 17,1 % per il riscaldamento e la refrigerazione, mentre il 10,1 % per i trasporti Le proiezioni per il 2020 prevedono: l’installazione di 2620 MW di impianti a biomasse con una percentuale pari al 3,4 % dei consumi elettrici l’installazione di 5117 MW per la produzione di energia termica con una percentuale pari 9,2 % dei consumi termici

REPUBBLICA ITALIANA

19,74%

3,24%

1,72%

2,99%

32,77%

8,91%

4,58%

21,82% 1,84% 2,40%

Residui colturali del carciofo Residui colturali del pomodoro Residui vitivinicoli Scarti di macellazione Siero di latte ovino Fanghi di depurazione Manutenzione del verde FORSU Acque di vegetazione Sanse denocciolate

Le Biomasse in Sardegna

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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

Tipologia Paglie

Potatura Agrumi e

frutteti Potatura

vite Potatura

olivo Manuten.

Verde Forestali+Arboric.

Scarti Ind.

Legno

Scarti Vitic. ed

Enol. Scarti

nocciol. Sanse Totale

MW Inst. 78,11 15,60 42,70 16,9 4,17 115,77 41,50 2,89 1,58 8,26 327,48

Le potenzialità energetiche delle Biomasse in Sardegna

REPUBBLICA ITALIANA

Le Biomasse residuali in Sardegna

86,57%

8,41%

4,87% 0,16% Reflui zootecnici

Residui agricoli

Residui agroindustriali

Scarti di macellazione

52,60%

26,74%

14,72%

5,50% 0,43% Industria latt/casearia

Industria del legno

Industria olearia

Industria enologica

Industria del pomodoro

30,85%

24,64% 19,43%

9,72%

7,86% 7,51% Residui colturali carciofo

Paglie

Potature vite

Residui colturali pomodoro

Potature ulivo

Potature frutteti

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Potenziale energetico delle biomasse residuali

Processi Biochimici (BIOGAS)

Processi Termochimici

0 150 300 450 600 750 900

Industria lattiero/casearia

Scarti di Macellazione

Reflui zootecnici

Scarti di carciofo

Scarti di pomodoro

GWh/anno

0 100 200 300 400 500 600 700

Paglie

Potature frutteti

Potature vite

Potature ulivo

Residui industria del legno

Residui industria enologica

Residui industria olearia

GWh/anno

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Stato attuale

Diversi impianti di media taglia (1 MW) localizzati presso imprese agricole e alimentati con colture dedicate Presenza di piccoli impianti per il trattamento dei reflui zootecnici Un solo impianto per il trattamento della frazione organica dei rifiuti solidi urbani (FORSU) Problematiche principali

Difficoltà per l’approvvigionamento della materia prima agli impianti

Mancato impiego dell’energia termica prodotta dai cogeneratori

Collocazione del digestato

Difficoltà ad impiegare mix comprendenti biomasse residuali per l’assenza di processi consolidati

Il settore del BIOGAS

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Trattamento del digestato

1.Reimpiego per lo sfruttamento dell’energia residua 2.Impiego agronomico Incremento dell’uso di biomasse residuali

1.Messa a punto di processi di trattamento per biomasse singole ed in mix fra loro Recupero dell’energia termica

1.Impiego in altri processi agroindustriali (concentrazione, essiccamento, pastorizzazione, riscaldamento, refrigerazione)

Frazione organica dei rifiuti solidi urbani (FORSU)

1.Messa a punto di processi di trattamento specifici 2.Dimensionamento di impianti di piccola taglia utilizzabili per la generazione

distribuita di energia

Tematiche di interesse nel settore del BIOGAS

REPUBBLICA ITALIANA

Il settore delle Biomasse Forestali

Stato attuale Impianti di grossa e media taglia alimentati prevalentemente con biomasse di importazione e impianti di piccola taglia alimentati con biomasse locali Problematiche principali

Limitata conoscenza delle caratteristiche delle biomasse diffuse sul territorio regionale

Limitata conoscenza dell’effettiva ritraibilità sull’intero territorio regionale e di

conseguenza della potenza installabile nei diversi territori Costi di smaltimento delle ceneri

Diffusione di cogeneratori di piccola taglia

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Tematiche di interesse nel settore delle Biomasse Forestali

Caratteristiche delle biomasse 1.Caratterizzazione delle biomasse forestali in Sardegna 2.Valutazione delle tecnologie di conversione energetica più appropriate per la

regione Stima della ritraibilità 1.Valutazione dell’effettiva ritraibilità delle biomasse nei differenti territori 2.Valutazione del potenziale energetico dei singoli territori Costi di smaltimento per le ceneri 1.Messa a punto di processi di trattamento per l’impiego in campo agronomico e

industriale generale Impianti per la cogenerazione 1.Dimensionamento di impianti di piccola taglia utilizzabili per la generazione

distribuita di energia

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Il settore delle Microalghe

Grande interesse internazionale per questo settore, numerose attività di ricerca in corso, ma con risultati che non consentono ancora l’applicazione industriale alla produzione di biocombustibili Prospettive interessanti invece per la produzione di chemicals e di alimenti per il settore ittico Stato del settore Apparecchiature da laboratorio presenti in qualche impresa, centro di ricerca e Università Alcuni impianti pilota disponibili nel laboratorio di Sardegna Ricerche Gli studi effettuati sono rivolti essenzialmente alla crescita delle microalghe ed alla massimizzazione delle rese produttive. Problematiche principali Massimizzazione della crescita Separazione della biomassa dal medium colturale Estrazione delle sostanze di interesse (olio, chemicals)

REPUBBLICA ITALIANA

Tematiche di interesse nel settore delle microalghe

1.Individuazione di specie algali con la massima resa produttiva 2.Individuazione dei sistemi ottimali di separazione e disidratazione della

biomassa algale 3.Valutazione dell’impiego della biomassa algale in processi di pirolisi e

digestione anaerobica 4.Determinazione della convenienza economica allo sviluppo di una filiera

produttiva basata sulle microalghe

REPUBBLICA ITALIANA

Il settore della pirolisi Stato attuale Nessun impianto industriale. Idee e contatti per la realizzazione di qualche impianto alimentato con biomasse legnose ed erbacee. Interesse alla realizzazione di un impianto industriale con l’impiego delle lolle di riso per la produzione di silicio di grado solare Processo molto interessante per il trattamento di rifiuti (secco, pneumatici, ASR) Problematiche principali

Necessità di processi di pretrattamento delle biomasse (riduzione delle dimensioni, essiccamento)

Problemi di stabilità dell’olio ottenuto dalle biomasse

Problemi di miscibilità dell’olio con altri combustibili liquidi

Bassa efficienza energetica complessiva del processo

Necessità di altri processi di trattamento a valle

Complessità e costi dei reattori

Necessità di catalizzatori specifici

Impiego del Char

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Tematiche di interesse nel settore della pirolisi

1. Messa a punto di processi di trattamento di residui urbani e industriali 2. Caratterizzazione degli oli di pirolisi

3. Prove di impiego in turbine e motori a combustione interna nella

produzione di energia elettrica e termica

4. Messa a punto di processi di up-grading dell’olio per la produzione di biocombustibili e chemicals

5. Impiego del char come materiale adsorbente in campo ambientale

(bonifica di siti inquinati) 6. Impiego del gas nella produzione di energia

REPUBBLICA ITALIANA

Caratterizzazione di biomasse e di biocombustibili Valutazione della possibilità di impiego di singole biomasse o di mix di

biomasse nella produzione di energia

Messa a punto di processi di produzione di biocombustibili Sviluppo di tecnologie per l’impiego di biomasse nella produzione di

energia

Studio di tecniche di raccolta, stoccaggio e gestione delle biomasse

Le attività generali del laboratorio biomasse e biocombustibili

REPUBBLICA ITALIANA

Impianto pilota biogas

MATERIE PRIME

• Liquami suinicoli e bovini, pollina

• Scarti di macellazione

• FORSU

• Biomasse vegetali

• Scarti agroindustriali

• Fanghi di depurazione

CONFIGURAZIONE E PRESTAZIONI

Contenuto in solidi totali (ST) pari al 15 %

Reattore Plug Flow con volume di 1.1 m3

Temperatura max di esercizio 60°C

Portata di alimentazione 20-50 kg/giorno

Produzione di biogas 1 - 4 m3/giorno

REPUBBLICA ITALIANA

• Caratterizzazione di diversi substrati ai fini della digestione anaerobica

• Digestione anaerobica di singoli substrati

• Codigestione di mix di substrati

• Individuazione di mix ottimali ai fini della resa in biogas

• Valutazione dei parametri di processo

• Ottimizzazione dei processi di digestione anaerobica

• Valutazione delle rese e della qualità del biogas

• Valutazione del reimpiego del digestato

• Valutazione economica dei processi di digestione anaerobica

Attività sperimentale con l’Impianto pilota biogas

REPUBBLICA ITALIANA

Impianto pilota Pirolisi MATERIE PRIME

• Biomasse vegetali • Scarti agroindustriali residui di potatura sanse asciutte cippati di sottobosco

• Materiali di provenienza industriale • Frazione secca RSU

CONFIGURAZIONE E PRESTAZIONI

L’impianto consente la produzione di combustibili gassosi, liquidi e solidi

Portata di alimentazione 100 kg/ora

Temperatura max di esercizio 700°C

Produzione di gas 12-15 m3/ora

Potenza del motore a combustione interna 10 kWe

REPUBBLICA ITALIANA

• Caratterizzazione di diversi substrati per l’impiego nella pirolisi • Test di Pirolisi su singoli substrati e loro miscele • Studio delle condizioni di processo (composizione mix biomasse, tempi,

temperature, velocità di riscaldamento) • Valutazione delle rese, della qualità del gas e degli altri prodotti della pirolisi • Ottimizzazione dei processi di pirolisi

• Valutazione delle possibilità di applicazione pratica dei processi di pirolisi

• Analisi economica dei processi di pirolisi

Attività sperimentale con l’impianto pilota Pirolisi

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• Crescono in acqua salata e in acqua dolce

• Assorbono radiazione luminosa, CO2 e acqua e producono biomassa

Fotobioreattori pilota

Le microalghe

I fotobioreattori sono dispositivi che creano le condizioni per la crescita e la coltivazione di microrganismi fotosintetici ossigenici come microalghe e cianobatteri

REPUBBLICA ITALIANA

Attività sperimentale con i fotobioreattori pilota

• Prove di accrescimento e biofissazione di CO2

• Determinazione dei parametri di processo • Ottimizzazione dei processi di crescita algale • Valutazione delle rese in biomassa algale • Valutazione economica dei processi

REPUBBLICA ITALIANA

Grazie per l’attenzione !