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Prof. Alessandro Arioli Università del Piemonte Orientale Docente in Tecnologie delle biomasse Cuneo, 26 giugno 2009. ENERGIA RINNOVABILE DA ENERGIA RINNOVABILE DA SISTEMI COMBINATI DI SISTEMI COMBINATI DI TRASFORMAZIONE DELLA TRASFORMAZIONE DELLA BIOMASSA BIOMASSA PROGETTO BIOENERGY FARM PROGETTO BIOENERGY FARM PROGETTO MODULARE INNOVATIVO PROGETTO MODULARE INNOVATIVO MULTIFUNZIONALE MULTIFUNZIONALE AGROENERGETICO AGROENERGETICO
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Oct 10, 2014

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Prof. Alessandro ArioliUniversità del Piemonte Orientale

Docente in Tecnologie delle biomasse

Cuneo, 26 giugno 2009.

ENERGIA RINNOVABILE DA ENERGIA RINNOVABILE DA SISTEMI COMBINATI DI SISTEMI COMBINATI DI

TRASFORMAZIONE DELLA TRASFORMAZIONE DELLA BIOMASSABIOMASSA

PROGETTO BIOENERGY FARMPROGETTO BIOENERGY FARMPROGETTO MODULARE INNOVATIVO PROGETTO MODULARE INNOVATIVO

MULTIFUNZIONALE MULTIFUNZIONALE AGROENERGETICOAGROENERGETICO

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BIOENERGY FARMBIOENERGY FARMPROGETTO MODULARE INNOVATIVO DI RICERCA E DI SVILUPPO PROGETTO MODULARE INNOVATIVO DI RICERCA E DI SVILUPPO

MULTIFUNZIONALE AGROENERGETICOMULTIFUNZIONALE AGROENERGETICO

Al.Sy.Bio.Al.Sy.Bio. -- COGENERAZIONE INTEGRATA OTTENUTA DA SISTEMA TRICOGENERAZIONE INTEGRATA OTTENUTA DA SISTEMA TRI--COMPONENTE DI VALORIZZAZIONE DELLA BIOMASSA A CICLO CHIUSO:COMPONENTE DI VALORIZZAZIONE DELLA BIOMASSA A CICLO CHIUSO:

•• OLI VEGETALIOLI VEGETALI, PRODOTTI DA BIO, PRODOTTI DA BIO--CONVERSIONE DI ALGHE CONVERSIONE DI ALGHE PROTEOLEAGINOSE; PROTEOLEAGINOSE;

•• SYNGASSYNGAS, OTTENUTO DA PIROGASSIFICAZIONE DI BIOMASSA LIGNEO, OTTENUTO DA PIROGASSIFICAZIONE DI BIOMASSA LIGNEO--CELLULOSICA;CELLULOSICA;

•• BIOGASBIOGAS, DA FERMENTAZIONE ANAEROBICA DI LIQUAMI ZOOTECNICI E , DA FERMENTAZIONE ANAEROBICA DI LIQUAMI ZOOTECNICI E VEGETALI DA COLTURE ERBACEEVEGETALI DA COLTURE ERBACEE

MODULOMODULO--BASE BASE

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SYNGAS

OLIO DA ALGA

PANELLO SECCO DI ESTRAZIONE (BIOMASSA

ANIDRA ALGALE)

COGENERAZIONE CON UNITÀ TERMICA

MULTI-FUEL (1 MWe)

LABORATORIO DI LABORATORIO DI RICERCA BIOTECH RICERCA BIOTECH

PER ALGHE PER ALGHE PROTEOLEAGINOSEPROTEOLEAGINOSE

PROGETTO DI RICERCA (3 ANNI)

PROGETTO DI PRODUZIONE DI ENERGIA (15 ANNI)

DIGESTATO PER

NUTRIZIONE ALGALE

(PIRO) GASSIFICAZIONE

DIGESTIONE ANAEROBICABIOGAS

FOTO-BIO-REATTORI MIXOTROFI

BIOMASSADA COLTIVAZIONE CONTRATTUALE

(Mais + Sorgo + Triticale)

BIOMASSADA COLTIVAZIONE CONTRATTUALE(Arundo donax)

IL PROGETTO INTEGRATO:RICERCA, E PRODUZIONE DI 

ENERGIA

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LA PROPOSTA INTEGRATA COMPRENDE:

UN PROGETTO DI RICERCA, DEDICATO ALLE ALGHE;

E UN PROGETTO DI PRODUZIONE DI ENERGIA DA FONTI RINNOVABILI, NELLA FATTISPECIE 3 TIPOLOGIE DI BIOMASSE, ATTRAVERSO 3 DIFFERENTI 

TECNOLOGIE: LA (PIRO)GASSIFICAZIONE, LA COMBUSTIONE DIRETTA DI OLI VEGETALI E LA DIGESTIONE ANAEROBICA PER PRODURRE BIOGAS.

SEGUONO, ORA, GLI SCHEMI “CLASSICI” RELATIVI ALLE DIFFERENTI FILIERE DELLA BIOMASSA CHE PRESENTINO DIRETTA PERTINENZA ALLE 3 TIPOLOGIE 

SUDDETTE DI PROCESSO E PRODOTTO, ONDE COMPRENDERE LE COMPLEMENTARIETÀ E LE AFFINITÀ PERSEGUITE DAL PROGETTO INTEGRATO 

CHE VIENE PROPOSTO.

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COMBUSTIONECOMBUSTIONEGASSIFICAZIONEGASSIFICAZIONE

PIROLISIPIROLISI

COLTURE ANNUALI, POLIENNALI, SRF

LA FILIERA DEI COMBUSTIBILI SOLIDI

RESIDUI FORESTALI, AGRICOLI,

AGROINDUSTRIALI

ALTRI RESIDUI LIGNINO-

CELLULOSICI

ENERGIA TERMICA

BIO-IDROGENO

ENERGIA ELETTRICA

CENERI

EMISSIONI GASSOSE

RETERETE

AUTOCONSUMOAUTOCONSUMORISCALDAMENTORISCALDAMENTO

RAFFRESCAMENTORAFFRESCAMENTO

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ESTRAZIONEESTRAZIONESEMI OLEOSI

LA FILIERA DEGLI OLI VEGETALI

OLII VEGETALIPANELLI

CENERI

EMISSIONI GASSOSE

COMBUSTIONECOMBUSTIONE

ENERGIA TERMICA

ENERGIA ELETTRICA

RETERETE

AUTOCONSUMOAUTOCONSUMO

RISCALDAMENTORISCALDAMENTO

RAFFRESCAMENTORAFFRESCAMENTO

TRANSTRANS--ESTERIFICAZIONEESTERIFICAZIONE

METANOLO

GLICERINA

DIGESTIONE DIGESTIONE ANAEROBICAANAEROBICA

BIOGAS

LUBRIFICANTIE OLII TECNICI

BIODIESEL

MANGIMI PER ZOOTECNIA

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EMISSIONI GASSOSECOMBUSTIONE

ENERGIA TERMICA

ENERGIA ELETTRICA

RETE

AUTOCONSUMO

RISCALDAMENTO

RAFFRESCAMENTO

RESIDUI AGROALIMENTARI

RESIDUI AGRICOLI

RESIDUI E SOTTOPRODOTTI

AGROINDUSTRIALI

REFLUI ZOOTECNICI

DIGESTIONE DIGESTIONE ANAEROBICAANAEROBICA

LA FILIERA DEL BIOGAS

FERTILIZZANTE (DIGESTATO)

BIOGAS

BIO-IDROGENO

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Prof. Alessandro ArioliUniversità del Piemonte Orientale

Docente in Tecnologie delle biomasse

2.2. Sezione BioEnergy FarmSezione BioEnergy Farm--Ricerca: il Ricerca: il contesto della bioconversione algale contesto della bioconversione algale per utilizzi in BioEnergy Farmper utilizzi in BioEnergy Farm

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Le Micro‐Alghe come biocombustibili

Le  Micro‐Alghe  sono  risultate  la  fonte  di  biomassa  più promettente  in  tutte  le 

proiezioni  di  sviluppo  tecnologico  a  livello  mondiale,  essendo  in  grado  di  fornire 

quantità consistenti  di  biocarburanti  e  contemporaneamente  di  alimenti  per 

zootecnia e acquacoltura con processi sostenibili.

In  comparazione  ad  ogni  altra  biomassa,  le  più importanti  caratteristiche  che 

riguardano i sistemi a Micro‐Alghe fino ad oggi sviluppati sono:

superiore tasso di crescita (sono possibili raccolti giornalieri)

superiore contenuto di olisuperiore tasso di assorbimento e fissazione di CO2 & NOx

nessun conflitto con terreni adibiti a colture alimentari (food/feed)

produttività per  unità di  superficie  di  ordini  di  grandezza  superiori  a  colture tradizionali di biomassa

numerosi prodotti complementari di elevato valore organico ed economico

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IL FUTURO AL PRESENTEIL FUTURO AL PRESENTE……..

Attività di ricerca da eseguire per ottenere BioEnergia dalle biomasse residuali dell’attività antropica attraverso la

bioconversione algale di energia luminosa, CO2, C ed N organici

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ALGHE NUTRITE A NITRATI E LUCE RIDOTTA, IN VASCHE

(EFFETTO SECONDARIO DI PULIZIA DELL’ACQUA)

ALGAE A CICLO MIXOTROFO(ETEROTROFIA A RIDOTTA LUCE) CON NUTRIZIONE A C ORGANICO E CRESCITA

ACCELERATA (ATTUALMENTE RESA FINO A 20 GR/LT DI S.S., CON OBIETTIVO 40-50 GR/LT) UTILIZZANDO SCARTI E RESIDUI DELL’INDUSTRIA

ALIMENTARE

ALGHE AUTOTROFE

CRESCITA CON CO2 + SALI + LUCE ELEVATA PER FOTOSINTESI (RESA DI 2 GR/LT DI S.S.)

1 TON DI S.S. DERIVANTE DA

RESIDUI AGRICOLI,

ZOOTECNICI, ALIMENTARI

400 KG DI S.S. ALGALE

200 KG

OLIO

200 KG PANELLO CON 92% DI S.S. (FIBRA) +

8% DI OLIO NON ESTRATTO

SOLE + SALI AZOTATI + CO2

TECNOLOGIA ACQUISITA E TRADIZIONALE

TECNOLOGIA IN FASE COMPETITIVA

DI MESSA A PUNTO IN TUTTO IL MONDO

Stato dellStato dell’’arte della tecnologia sul mercatoarte della tecnologia sul mercato

TECNOLOGIA ATTUALE, OBSOLETA

NUOVA TECNOLOGIA

ESCLUSIVADI

ALGAE-FACTOR

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Esempio di layout atteso e viste in sezione

6.00 mt

5.00 mt

8.00 mt

SERRE PER SERRE PER TANKS DI TANKS DI ALLEVAMENTO ALLEVAMENTO ALGALEALGALE

FERMENTATORI FERMENTATORI PER OTTENERE PER OTTENERE NUTRIMENTO NUTRIMENTO ALGALEALGALE

CAPANNONE CAPANNONE PER PER LABORATORIO LABORATORIO DI TESTAGGIO E DI TESTAGGIO E CALIBRAZIONE, CALIBRAZIONE, SERVIZI E UFFICISERVIZI E UFFICI

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Prof. Alessandro ArioliUniversità del Piemonte Orientale

Docente in Tecnologie delle biomasse

3.3. Sezione BioEnergy FarmSezione BioEnergy Farm--Filiera agroforestale: Filiera agroforestale: produzione di biomassa vegetale per energia da produzione di biomassa vegetale per energia da fonte rinnovabilefonte rinnovabile

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BARICENTRO BARICENTRO COLZACOLZA

MACRO-ECOSISTEMI FRUIBILI PER LA PRODUZIONE DI BIOMASSE IN EUROPA E BACINO MEDITERRANEO

Forest Forest Stewardship Stewardship CouncilCouncil

Chain of Custody Chain of Custody Programme for Programme for Endorsement of Endorsement of Forest Certification Forest Certification schemescheme

BARICENTROBARICENTROMAIS + SORGO + PANICUM MAIS + SORGO + PANICUM + MISCANTHUS + ARUNDO + MISCANTHUS + ARUNDO

BARICENTROBARICENTROFORESTA AUTOCTONAFORESTA AUTOCTONA

BARICENTROBARICENTROS.R.F.S.R.F.BARICENTROBARICENTRO

GIRASOLE + SOIA GIRASOLE + SOIA + ARACHIDE+ ARACHIDE

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INTERAZIONE TRA BIOMASSE NATURALI ED ENERGIA RECUPERABILE

Produttori primari (organismi autotrofi)

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IL CICLO DELLA CO2

COLTURE ECOCOLTURE ECO--COMPATIBILI E SOSTENIBILICOMPATIBILI E SOSTENIBILI

OSSIDAZIONE DEL

CARBONIO

FISSAZIONE DEL FISSAZIONE DEL CARBONIOCARBONIO

RACCOLTA + TRASPORTO + STOCCAGGIORACCOLTA + TRASPORTO + STOCCAGGIO

PROCESSO :CONVERSIONE

IN CALORE ED ENERGIA

DISTRIBUZIONE DI DISTRIBUZIONE DI CALORE ED ENERGIACALORE ED ENERGIA

SOTTOPRODOTTI

COMBUSTIBILI PER VEICOLI

EMISSIONI SECONDARIE DA

FONTI FOSSILI

CARBONIO ATMOSFERICOCARBONIO ATMOSFERICO( CO( CO22 = variabile nel tempo.= variabile nel tempo.

Attualmente, 2007 = Attualmente, 2007 = ~ 320 ~ 320 ppmppm ))COCO22

CALORECALORE

ENERGIA MECCANICAELETTRICITA’

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•• BioBio--diversitàdiversità

LA PROSSIMITA’ DELLE LA PROSSIMITA’ DELLE TECNOLOGIE SOSTENIBILI TECNOLOGIE SOSTENIBILI SECONDO UNA STRATEGIA DI SECONDO UNA STRATEGIA DI SVILUPPO RISPETTANTE GLI SVILUPPO RISPETTANTE GLI EQUILIBRI PREESISTENTIEQUILIBRI PREESISTENTI

LA DOMANDA CRESCENTE DEI LA DOMANDA CRESCENTE DEI PRODOTTI DELLA FILIERA PRODOTTI DELLA FILIERA RISPETTOSA DELL’AMBIENTE E RISPETTOSA DELL’AMBIENTE E DELLE RISORSE IDRICHEDELLE RISORSE IDRICHE

•• BioBio--opportunitàopportunità

•• BioBio--prossimitàprossimità

L’INSIEME DELLA BIOL’INSIEME DELLA BIO--RICCHEZZA RICCHEZZA NATURALE LOCALE, SELEZIONATA NATURALE LOCALE, SELEZIONATA DA MILIONI DI ANNI DI EVOLUZIONE DA MILIONI DI ANNI DI EVOLUZIONE DARWINIANADARWINIANA

SINERGIA TRA LA SINERGIA TRA LA CRESCENTE DOMANDA DI CRESCENTE DOMANDA DI PRODOTTO ALIMENTARE PRODOTTO ALIMENTARE E LA PRODUZIONE DI E LA PRODUZIONE DI AGROAGRO--ENERGIAENERGIA

•• BioBio--compatibilità compatibilità

I PRINCIPI DIALETTICI PER L’ETICA DELLE PRODUZIONI FOOD

E NO-FOOD SOSTENIBILI

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2007-2010, PROGETTO MOSSI & GHISOLFI - TORTONA (AL)

Particolari del sistema di irrigazione a goccia e fertirrigazione su colture

estensive ( mais, sorgo, miscanthus, arundo )

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2008 - Particolari del sistema di irrigazione a goccia e fertirrigazione su colture arboree (applicabile ad acacia, gelso,

pioppo, salice, eucalipto)

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MECCANIZZAZIONE INTEGRALE DEL POSIZIONAMENTO E DEL RECUPERO DI

ALI GOCCIOLANTI INTERRATE (S.D.I.)

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SEMINA DI SORGO A FILA BINATA PER FERTIRRIGAZIONE A SEMINA DI SORGO A FILA BINATA PER FERTIRRIGAZIONE A GOCCIAGOCCIA

Posa dell’ala gocciolante differita in post-emergenza

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Irrigazione a Irrigazione a goccia con goccia con fertirrigazionefertirrigazione

Sequenza dell’assemblaggio in campo

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Panicum virgatum

Arundo donaxMiscanthus “giganteus”

Mossi & Ghisolfi 2007-2008, TENUTA CASSANA – Tortona (Italy)

SPECIE VEGETALI POLIENNALI PER BIOMASSASPECIE VEGETALI POLIENNALI PER BIOMASSA

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PROVE AGRONOMICHE COMPARATE: GRAMINACEAE POLIENNALI, SORGO, MAIS, 2007-2008

Trinciatura &sfibratura÷cippaturain campocomparate ainsilamentoconfermentazione lattica

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kg of N_____________kg of dry matter

0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

0,14

B133 811F Grazer ES5140 ES5150 EJ7143 X5C409 X5B227

SORGHUM MAIZEHybrids

2nd Bio-Ethanol Conference

COLTURE 2007-2008 – Efficienza agroambientale

Efficiency in N (nitrogen) transformation

0,00

20,00

40,00

60,00

80,00

100,00

120,00

B133 811F Grazer ES5140 ES5150 EJ7143 X5C409 X5B227

lt of water_____________kg of dry matter

Efficiency in water use

SORGHUM MAIZEHybrids

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Prof. Alessandro ArioliUniversità del Piemonte Orientale

Docente in Tecnologie delle biomasse

4.4. Sezione BioEnergy FarmSezione BioEnergy Farm--Biogas: Biogas: fermentazione anaerobica per fermentazione anaerobica per produzione di energia produzione di energia

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SCHEMA GENERALE DI PROCESSO PER LA DIGESTIONE ANAEROBICA DI BIOMASSE ERBACEE E LIQUAMI

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LA FILIERA ERBACEA PER IL BIOGAS E LA ZOOTECNIA

COLTURA INVERNALE DI TRITICALE CON RACCOLTA A MATURAZIONE CEROSA PER INSILATO

Triticale falciato a

maturazione cerosa per successivi

trinciatura e insilamento

Semina in 2° raccolto di sorgo per multi-sfalcio

(sorgo da foraggio)

Semina in 2A-3A

decade di maggio

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Falciatura triticale a Falciatura triticale a maturazione cerosamaturazione cerosa Trinciatura triticale Trinciatura triticale

falciato a falciato a maturazione cerosamaturazione cerosa

Sistema di insilamento con “salsicciotto” in film plastico di triticale falciato e trinciato a

maturazione cerosa

LA FILIERA ERBACEA PER IL BIOGAS E LA ZOOTECNIA

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Docente in Tecnologie delle biomasse

5.5. Sezione BioEnergy FarmSezione BioEnergy Farm--Syngas: Syngas: pirogassificazione per produzione pirogassificazione per produzione di energia di energia

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ACQUA DI RISULTA

CIPPATURA-TRINCIATURA IN CAMPO

STOCCAGGIO IN CUMULO SOTTO TETTOIA SU

PAVIMENTO IMPERMEABILE

(PIRO)GASSIFICAZIONECARICAMENTO AUTOMATICO

ACQUA DEPURATA PER IRRIGAZIONE

BIOMASSA VEGETALE

ENERGIA ELETTRICA

CALORE

FITODEPURAZIONE CON ARUNDO DONAX

PIROGASSIFICAZIONE DI BIOMASSA LIGNEO-CELLULOSICA VERGINE INTEGRABILE DA

PANELLO DI ESTRAZIONE DI OLIO DA ALGHE

ESSICCAZIONE (EVENTUALE)

PANELLO SECCO DI ESTRAZIONE OLIO

Tecnologia: diagrammi di flusso per la filiera della (piro)gassificazione

RACCOLTA MATERIALE LIGNEO-CELLULOSICO

VERGINE ( Arundo donax )

BIOGAS DA DIGESTIONE ANAEROBICA

CO-GENERAZIONESYNGAS

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CONTENUTO 

ENERGETICO MEDIO 

DI BIOMASSE 

UTILIZZABILI PER 

(PIRO)‐

GASSIFICAZIONE 

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PARAMETRI DI PCI (POTERE CALORIFICO INFERIORE) DI BIOMASSA LIGNEPARAMETRI DI PCI (POTERE CALORIFICO INFERIORE) DI BIOMASSA LIGNEOO‐‐CELLULOSICA CELLULOSICA ““CIPPATACIPPATA”” : : RESIDUI LEGNOSI DA POTATURA, CIPPATURA INTEGRALE DA SHORT ROTATIRESIDUI LEGNOSI DA POTATURA, CIPPATURA INTEGRALE DA SHORT ROTATION FORESTRY, PULIZIA BOSCHI, ON FORESTRY, PULIZIA BOSCHI, 

CANNA ARUNDO DONAX, SORGO DA FIBRACANNA ARUNDO DONAX, SORGO DA FIBRA

Page 34: 073_ARIOLI_Energia Da Biomassa Multi-impianto_Cuneo 260609

Stato dell’arteFLOWSHEET DELLA PIROGASSIFICAZIONE 

DI BIOMASSA CON PRODUZIONE DI SYNGAS

Page 35: 073_ARIOLI_Energia Da Biomassa Multi-impianto_Cuneo 260609

Stato dell’arteSCHEMA A BLOCCHI DELLA PIROGASSIFICAZIONE 

DI BIOMASSA CON PRODUZIONE DI SYNGAS

Page 36: 073_ARIOLI_Energia Da Biomassa Multi-impianto_Cuneo 260609

Vista in 3-D di impianto di pirogassificazione per biomasse organiche, con iniezione di aria atmosferica nel secondo stadio (reattore di gassificazione).

Impianto predisposto per utilizzo con biomasse ligneo-cellulosiche.Biomassa prescelta = Arundo donax.

REATTORE DI PIROLISI ADIACENTE A REATTORE DI

GASSIFICAZIONETECNOLOGIAE HARDWARE

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Prof. Alessandro ArioliUniversità del Piemonte Orientale

Docente in Tecnologie delle biomasse

6.6. Sezione BioEnergy FarmSezione BioEnergy Farm--Cogenerazione: Cogenerazione: unitunitàà ad alimentazione multiad alimentazione multi--fuel per fuel per produzione di energiaproduzione di energia

Page 38: 073_ARIOLI_Energia Da Biomassa Multi-impianto_Cuneo 260609

MOTORE MULTIMOTORE MULTI--FUEL DA 1 MWel + 1 MWt PER FUEL DA 1 MWel + 1 MWt PER TELERISCALDAMENTO AD ACQUA CALDA, A DUPLICE ALIMENTAZIONE: TELERISCALDAMENTO AD ACQUA CALDA, A DUPLICE ALIMENTAZIONE:

SYNGAS DA MATERIALE LIGNEOSYNGAS DA MATERIALE LIGNEO--CELLULOSICO E OLIO DA ALGHECELLULOSICO E OLIO DA ALGHE

GRUPPO MOTORE

STOCCAGGIO OLIO VEGETALE

RECUPERO CALORE PER TELERISCALDAMENTO TRATTAMENTO E SCARICO FUMI DI COMBUSTIONE

P.L.C. DI CONTROLLO E TELEGESTIONE

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RECUPERO CALORE DA FUMI DI SCARICO PER TELERISCALDAMENTO

TRATTAMENTO E SCARICO FUMI DI COMBUSTIONE

RECUPERO CALORE DA RAFFREDDAMENTO MOTORE PER TELERISCALDAMENTO

VISTA SISTEMI DI RECUPERO ENERGETICO TERMICO

SERBATOI ACQUA CALDA PER

TELERISCALDAMENTO SERRE

( 500 mt di distanza )

SERRE PER FLORICOLTURA CON

TELERISCALDAMENTO

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VISTA SISTEMA CON VALVOLA A 3 VIE PER TELERISCALDAMENTO

ACQUA CALDA DA RAFFREDDAMENTO MOTORE PER TELERISCALDAMENTO

ACQUA CALDA DA RECUPERO CALORE DA FUMI DI SCARICO PER TELERISCALDAMENTO

ALLE SERRE

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Cuneo, 26 giugno 2009.Cuneo, 26 giugno 2009.

Il relatore resta a disposizione per qualsiasi Il relatore resta a disposizione per qualsiasi informazione ulteriore.informazione ulteriore.

Grazie per lGrazie per l’’attenzione.attenzione.

Alessandro ArioliAlessandro Arioli

Prof. Alessandro ArioliProf. Alessandro ArioliTel. GSM (mobile): (+39) 3357215477

E-Mail: istariol @ tin.it alessandro.arioli @ mfn.unipmn.it