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Le biomasse utilizzabili a scopo energeticoIng. Giulio Allesina Ph.D., Bio-Energy Efficiency
Laboratory, Dep. Of Engineering “Enzo Ferrari”, Modena
www.beelab.unimore.it
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Biomassa: “ la par'e biodeg.adabile dei prodo/i, rifiuti e residui provenienti
dall'ag.icolt9ra (comprendente sostanze vegetali e animali) e dalla
silvicolt9ra e dalle indust.ie connesse, compresa la pesca e l’acquacolt9ra,
gli sfalci e le potat9re provenienti dal verde urbano nonché la par'e
biodeg.adabile dei rifiuti indust.iali e urbani “
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Carboidrati
Lignina
Proteine
Lipidi
Il ciclo del carbonio
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Biomasse e chimica verde
l'ottimizzazione del bilanci di processo —> riduzione degli scarti
l'utilizzo di materie prime ricavate da fonti rinnovabili.
impiego di microorganismi per processi industriali, specie se operano a pressione e temperatura ambiente
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Impianti a biomassa in
ItaliaPotenza prodotta
vs
n° impianti
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Da dove provengono le biomasse?
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Comparto Agricolo
Comparto Industriale
Comparto Zootecnico
Comparto Rifiuti
Comparto Forestale
Da dove provengono le biomasse?
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Vastità della materia prima (32% territorio nazione è boschivo)
Vs
Reperibilità, densificazione, stoccaggio ed umidità
Comparto Forestale
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Comparto Forestale
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Comparto Forestale
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Residui di attività produttive
Vs
Colture energetiche
Comparto Agricolo
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Comparto Agricolo
Alcoligene vs
Oleaginose vs
da termo-conversione
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Comparto Agricolo
Alcoligene vs
Oleaginose vs
da termo-conversione
Canna da zucchero, Barbabietola, Sorgo
Frumento, Mais..
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Comparto Agricolo
Alcoligene vs
Oleaginose vs
da termo-conversione
Girasole, Colza, Soia, Lino
Palma da olio
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Comparto Agricolo
Alcoligene vs
Oleaginose vs
da termo-conversione
Girasole, Colza, Soia, Lino
Palma da olio
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Comparto Agricolo
Alcoligene vs
Oleaginose vs
da termo-conversione
Arundo, Switchgrass, Miscanto
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Comparto AgricoloSpecie Arboree dedicate
(Short Rotation Forestry –
SRF)Data la loro elevata
velocità di accrescimento,
tagliate ogni 1–3 anni.
Densità di impianto molto
elevata(8.000–12.000 piante/ha)
pioppo, ginestra, salice, robinia, eucalipto, paulownia
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Comparto Industriale
Scarti di legno vergine
(segherie, carpenterie, falegnamerie)
Scarti di legno trattato
(i.e. mobilifici: presenza di residui come colle o vernici)
Scarti di legno impregnato
(traversine, pali telefonici,.. presenza di preservanti, sali e solventi)
! Da definire se sono sotto-prodotti o rifiuti !
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Comparto ZootecnicoReflui di allevamento
Deiezioni
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Comparto Rifiuti
• Rifiuti solidi urbani (non sono biomasse) ma sfruttano tecnologie simili di conversione
• Manutenzione del “verde” pubblico
• Frazione umida dei rifiuti solidi urbani
Combustione Digestione
Calore Elettricità BioGas
La distinzione tra biomasse e rifiuti è spesso labile
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Come trasformo le biomasse in energia?
Conversione Bio-Chimica
Conversione Termo-Chimica
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Come trasformo le biomasse in energia?
Conversione Bio-Chimica
Conversione Termo-Chimica
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Conversione Biochimica
Fermentazione
Bio-etanolo
Digestione Anaerobica
Biogas Esterificazione
Bio-diesel
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Conversione BiochimicaDigestione Anaerobica
Biogas
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Conversione Biochimica
Liquame suinobiomasse impiegabili nel processo
Liquame bovino
Pollina
Colture non alimentari ad uso energetico
Scarti organici e acque reflue da agroindustria
Fanghi di depurazione
Frazioni organiche di rifiuti urbani
Con il termine "solidi volatili" si indica la quota di materia decomponibile rispetto a un certo quantitativo di materia prima introdotta nel digestore dell'impianto.
Digestione Anaerobica
Biogas
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Conversione BiochimicaDigestione Anaerobica
Conversione energetica variabile 30-85%
Buon PCI del biogas (20 MJ/Nm3 ) > PCI syngas
Biogas necessita di essiccazione e purificazione
In digestioni termofile fino al 30 % del biogas è bruciato in loco per mantenere elevata la temperatura di reazione
(poco usate in ambito agro-industriale)
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Conversione Biochimica
Fermentazione
Bio-etanolo
Digestione Anaerobica
Biogas Esterificazione
Bio-diesel
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Conversione BiochimicaBIOETANOLO
IL PROCESSO DIPENDE DALLA COMPLESSITA’ CHIMICA DELLA BIOMASSA DI PARTENZA
Processo di fermentazione alcolica
Tremolisi
Idrolisi
Gassificazione + F-T
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Conversione BiochimicaBIOETANOLO
affinità rispetto la benzina
Miscibilità fino al 10% senza modifiche al motore, leggero aumento delle prestazioni
Per motori di ultima generazione miscibilità fino al 23.5%
Per motori flex-fuel si possono toccare punte di 85%, è necessario un avanzato sistema di controllo per “riconoscere” il tipo di combustibile immesso
Aumento dei consumi, possibili difficoltà di avviamento a freddo
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Conversione Biochimica
Fermentazione
Bio-etanolo
Digestione Anaerobica
Biogas Esterificazione
Bio-diesel
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Conversione BiochimicaBIOCOMBUSTIBILI
BIODIESELOli vegetali vergini: colza, soia, senape, olio di palma e alghe.Olio vegetale di scarto.Grassi animali.
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Conversione BiochimicaBIOCOMBUSTIBILI
BIODIESELOli vegetali vergini: colza, soia, senape, olio di palma e alghe.Olio vegetale di scarto.Grassi animali.
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Come trasformo le biomasse in energia?
Conversione Termo-Chimica
Conversione Bio-Chimica
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Conversione Termo- Chimica
Gassificazione e Pirolisi
MOTORI
Combustione Diretta
MOTORI
Combustione Diretta
Caldaie
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Tipologia di combustibile
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Conversione TermochimicaDalla piccola alla grande taglia
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Come sfrutto l’energia termica generata in caldaia?
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EFGT ORC
STIRLING
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Conversione Termo- Chimica
Gassificazione e Pirolisi
MOTORI
Combustione Diretta
MOTORI
Combustione Diretta
Caldaie
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La gassificazione converte per via termochimica un combust ib i le sol ido in un vettore gassoso: la trasformazione avviene in un reattore stagno, in carenza di ossigeno ed a temperature intorno ai 1000 gradi.Si produce direttamente dalle biomasse un gas combustibile composto essenzialmente da:
H2 , CO, CO2, CH4 ed N2
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UTILIZZO DEL SYNGAS
Generatori di calore ad uso industriale
Motori endotermici alternativi per la produzione dienergia elettrica e calore da cogenerazione
Celle a combustibile a carbonati fusi MCFC e ad ossidi solidi SOFC
Processo Fischer - Tropsch per la generazione di
combustibili liquidi
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Sistemi GTL da biomasse
Uso di sistemi F-T per ricombinare H2 e CO in alcol e combustibili
Flash pyrolysis per la produzione di bio-olio (oltre che char e gas) con reattori allotermici a 400-550 °C
Depolimerizzazione e pirolisi catalitica per ottenere olii simili a diesel da biomasse residuali.
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Conversione Termo- Chimica
Gassificazione e Pirolisi
MOTORI
Combustione Diretta
MOTORI
Combustione Diretta
Caldaie
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Vantaggi:
Tecnologia consolidata (motori di derivazione navale o autotrasporto)
Costi per kW contenuti
Buon rendimento di conversione
Svantaggi: Manutenzione frequente e costosa
Emissioni specifiche elevate
Rumorosità e vibrazioni
Sensibilità all’H2S
Motori a PVO
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