Biomasse: un’opportunità industriale Biomasse: un’opportunità industriale per un nuovo sviluppo agricolo per un nuovo sviluppo agricolo David David Chiaramonti Chiaramonti Pag. 1 Convegno Nazionale ISES, Roma, 15 Aprile 2010 CREAR CREAR Centro Ricerca Energie Alternative e Rinnovabili Centro Ricerca Energie Alternative e Rinnovabili Dipartimento di Energetica “ Dipartimento di Energetica “S.Stecco S.Stecco” Università degli Studi di Firenze Università degli Studi di Firenze Immagine: Prog.Seq-Cure
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Biomasse: un’opportunità industrialeBiomasse: un’opportunità industrialeper un nuovo sviluppo agricoloper un nuovo sviluppo agricolo
David David ChiaramontiChiaramonti
Pag. 1Convegno Nazionale ISES, Roma, 15 Aprile 2010
CREARCREARCentro Ricerca Energie Alternative e RinnovabiliCentro Ricerca Energie Alternative e Rinnovabili
Dipartimento di Energetica “Dipartimento di Energetica “S.SteccoS.Stecco””Università degli Studi di FirenzeUniversità degli Studi di Firenze
Immagine: Prog.Seq-Cure
Sommario
� Bioenergia in EU ed in Italia
� Tecnologie e innovazione
Pag. 2Convegno Nazionale ISES, Roma, 15 Aprile 2010
� Sostenibilità
� Barriere ed opportunità agricole ed industriali
Bioenergia: Stato in EUBioenergia: Stato in EUBiogas
Pag. 3Convegno Nazionale ISES, Roma, 15 Aprile 2010
Biofuels
� Bioenergia (stima 2008)
� Consumi di ER: principale fonte (> 66%)
� Elettricità Rinnovabile: 17%, dietro idroelettrico (50%) e comparabile ad eolico (21 %)
Contributo agricolo e forestale
� Ad oggi prevalentemente forestale.
� In prospettiva crescita settore agricolo (potenziale superiore)
� Sviluppo significativo bioelettricità e biocarburanti
� Attualmente soprattutto calore
Bioenergy: Targets for heat,
electricity and fuels, 2020 AEBIOM targets for bioenergy , Mtoe
2004: EU 25; Scenario 2020 EU27
Pag. 4Convegno Nazionale ISES, Roma, 15 Aprile 2010
Association Européenne pour la BIOMasse
electricity and fuels, 2020 share of biomass from 4.1% in 2004 to 12 – 14% in 2020!
Association Européenne pour la BIOMasse
0
50
100
150
200
250
2004 2020
Imports
Bioenergy fromwaste
Agricultural basedbioenergy
wood basedbioenergy
2.000.000,0
4.000.000,0
6.000.000,0
8.000.000,0
10.000.000,0 TOE
Total EU 2007 (~ 8 MTOE)
Total EU 2008 (~10.5 MTOE)
2.000.000,0
4.000.000,0
6.000.000,0
8.000.000,0
10.000.000,0 TOE
Total EU 2007 (~ 8 MTOE)
Total EU 2008 (~10.5 MTOE)
EUROPA
Pag. 5Convegno Nazionale ISES, Roma, 15 Aprile 2010
Pag. 6Convegno Nazionale ISES, Roma, 15 Aprile 2010
-
100.000,0
200.000,0
BioethanolBiodiesel
Other
-
100.000,0
200.000,0
BioethanolBiodiesel
Other
Stime Commissione Europea (biofuels)
Source: European Commission - The impact of a minimum 10% obligation
for biofuel use in the EU-27 in 2020 on agricultural markets, aprile 2007
Crescita attesa
domanda di
biocarburanti al
2020 (UE-27)
Pag. 7Convegno Nazionale ISES, Roma, 15 Aprile 2010
� I Biocarburanti di 2a generazione indispensabili per gli obiettivi Europei, altrimenti
rischio di
� Maggiori importazioni di materie prime
� Incremento prezzi commodities agricole ed importazioni
� Lo sviluppo di queste nuove tecnologie avrà ricadute sull’intero settore bioenergetico!
Pag. 8Convegno Nazionale ISES, Roma, 15 Aprile 2010
� Produzione biocarburanti
2000-2008 (IEA)
Produzione e domanda attesa biocarburanti
Pag. 9Convegno Nazionale ISES, Roma, 15 Aprile 2010
� Scenario IEA Blu Map :
domanda biofuels
e terreno richiesto
al 2050IEA stima che al 2030 il 9.3 % dei carburanti per trasporti siano biofuel. Il 10 % dei residui potrebbe soddisfare il 45-60 % di questa quota
Costi di produzione
� Esiste la possibilità di raggiungere costi competitivi con i combustibili fossili (nel medio termine), senza ricorrere ad incentivi
Pag. 10Convegno Nazionale ISES, Roma, 15 Aprile 2010
IEA - Status of Technologies - SUMMARY
Sourc
e: E
4te
ch, 2009
Pag. 11Convegno Nazionale ISES, Roma, 15 Aprile 2010
BIOENERGY – A SUSTAINABLE AND RELIABLE ENERGY SOURCE - A review of status and prospects - IEA BIOENERGY: ExCo: 2009:05
Sourc
e: E
4te
ch, 2009
IEA - Status of Biofuels - SUMMARY
Pag. 12Convegno Nazionale ISES, Roma, 15 Aprile 2010
BIOENERGY – A SUSTAINABLE AND RELIABLE ENERGY SOURCE - A review of status and prospects - IEA BIOENERGY: ExCo: 2009:05
1. Fischer-Tropsch2. Dimethylether
Esempi
Pag. 13Convegno Nazionale ISES, Roma, 15 Aprile 2010
Esempi
Pure Vegetable Oil (LIFE-Voice, SIEnA,..)� Sist.Estrazione e Filtraggio
Decentr. (120 kg/h semi)
� Conversione di
� Motori (5 - 50 kWe, VWP)
� MGT (30 kWe)
� Trattori (JDeere, VWP)
� Bruciatori (Serre e Scuole)
Pag. 14Convegno Nazionale ISES, Roma, 15 Aprile 2010
Microturbina – IBT-Capstone C30
Pag. 15Convegno Nazionale ISES, Roma, 15 Aprile 2010
Oli Vegetali Esterificati� Materia Prima
Oli Vegetali Puri� Materia prima producibile anche in piccoli impianti a scala aziendale
� Puro � non modificato chimicamente � possibile re-design impianti decentr.
� Importante la qualità (caratteristiche chimico-fisiche)
Pag. 16Convegno Nazionale ISES, Roma, 15 Aprile 2010
� “Oli Acidi”, coprodotti della raffinazione degli oli alimentari (no-food feedstock)
� Esterificazione con glicerina, ricostruzione dei trigliceridi (olio vegetale puro, non biodiesel)
� Ottime caratteristiche chimico-fisiche
� Materie prime distillate � utilizzo in motori
� Disponibilità (proporzionale alla produzione di oli alimentari)
� Ammissibile agli incentivi (18 c€/kWhe), idoneo per produzione biodiesel
� In corso test su motori e microturbine
Pretrattamento: Torrefazione e pirolisi
� Torrefazione: proc. termochimico: patm, T: 180-300°C, no O2
� Incremento densità energetica ( +130 %)
� Riduzione consumo di energia per sminuzzamento
� Biomassa: da igroscopica ad idrofobica
� Pirolisi
� Lenta, intermedia, flash. Carbone + Olio + Gas.
Pag. 17Convegno Nazionale ISES, Roma, 15 Aprile 2010
� Lenta, intermedia, flash. Carbone + Olio + Gas.
� Gener.di energia, upgrading ed emulsioni, biochar
0%
20%
40%
60%
80%
100%
Fast P
Intermediate P
Slow P
Gasificatio
n
Gas
Char
Water
Organics
Fonte: T.Bridgwater, 2005
Fonte: ECN
� Impianto a combustione esterna di biomassa
� Studi sin dal 1999: EC Project (2006-2010)
� Scala aziendale (100 kWe, 250 kWth)
ColdColdColdCold
Riccio G., Chiaramonti D. Design and simulation of a small polygeneration plant cofiringbiomass and natural gas in a dual combustion micro gas turbine (BIO_MGT). Biomass and Bioenergy 33 (2009)1520 – 1531, Elsevier
BIO_MGTBIO_MGT
CHP tramite Combustione biomassa
Pag. 18Convegno Nazionale ISES, Roma, 15 Aprile 2010
CC1
~T1C1
Power
BiomassFurnace
Chiller
Heat Exc
MixerHeat
Exchang.
CC1
~T1C1
Power
BiomassFurnace
Chiller
Heat Exc
MixerHeat
Exchang.
Heat
Cold
Stack
CC1
~T1C1
Power
BiomassFurnace
Chiller
Heat Exc
MixerHeat
Exchang.
CC1
~T1C1
Power
BiomassFurnace
Chiller
Heat Exc
MixerHeat
Exchang.
Heat
Cold
Stack
CC1
~T1C1
Power
BiomassFurnace
Chiller
Heat Exc
MixerHeat
Exchang.
CC1
~T1C1
Power
BiomassFurnace
Chiller
Heat Exc
MixerHeat
Exchang.
Heat
Cold
Stack
CC1
~T1C1
Power
BiomassFurnace
Chiller
Heat Exc
MixerHeat
Exchang.
CC1
~T1C1
Power
BiomassFurnace
Chiller
Heat Exc
MixerHeat
Exchang.
Heat
Cold
StackBIO_MGTBIO_MGT
Gassificazione di biomassa a piccola scala e CHP
� Lunga storia sulla gassificazione alle spalle
� Grande interesse del mercato per la taglia sino ad 1 MWe, numerosi progetti in sviluppo
� Costi di investimento ed affidabilità
� UNIFI: Progetto di cooperazione MATT (I) – MNRE(I) tra CREAR (ed ENEA) ed Indian Institute of Science (IIS).
� Nuova tipologia di gassificatore (twin-fire) accoppiato con motore 100% gas
Pag. 19Convegno Nazionale ISES, Roma, 15 Aprile 2010
� Nuova tipologia di gassificatore (twin-fire) accoppiato con motore 100% gas
� Sistema di pulizia gas avanzato
� Installazione impianto prevista per inizio 2011 presso l’azienda agricola Montepaldidell’Università di Firenze
Microalghe per Olio Vegetale
� Microalgae: elevata produttività (15-20 toil/ha contro 4-5 toil/ha palma)
� Progetto “MAMBO” in corso (numerosi produttori di Biodiesel Italiani).
Partnership: Univ.di Firenze (DIBA-CREAR), F&M, SSOG. Coordinamento
Pag. 20Convegno Nazionale ISES, Roma, 15 Aprile 2010
Industriale.: NOVAOL ed Assocostieri.
� Obiettivi:
� Sistemi di coltivazione innovativi (a basso consumo energetico):
Fotobioreattori e Vasche . Impianti pilota costruiti ed in prova.
� Analisi approfondita delle caratteristiche degli oli rispetto alla
destinazione “biodiesel”
� Progettazione impianto dimostrativo
Filiera Etanolo da Biomassa Lignocellulosica
Pag. 21Convegno Nazionale ISES, Roma, 15 Aprile 2010
Source: IEA-Bioenergy
� Uno dei più promettenti biocarburanti di nuova generazione
� Principali elementi del processo:
� Pretrattamento (per rendere cellulosa ed emicellulosa aggredibili dagli enzimi)
� Idrolisi enzimatica e fermentazione
� Distillazione e separazione bioetanolo
� Valorizzazione energetica e non del coprodotto ricco in lignina
Filiera lignocell.EtOH
� Produzione di Bioetanolo da Cellulosa ed Emicellulosa
� Alcune Criticità
� Pretrattamento: passaggio-chiave per l’efficienza del processo
� Enzimi: efficienza, costi
� Fermentazione dei C5
� Concentrazione bioetanolo – membrane
� Residui ricchi in lignina di difficile gestione (alimentazione)
Pag. 22Convegno Nazionale ISES, Roma, 15 Aprile 2010
� Residui ricchi in lignina di difficile gestione (alimentazione)
� Progetto M&G/Chemtex
Biomass
SteamSteam
Filiera BTL: esempio FT-Diesel
Pag. 23Convegno Nazionale ISES, Roma, 15 Aprile 2010
Fonte: Boerrigter, v.d.Drift, 2005; d.Huil, 2006
� Alcuni progetti EU dimostrativi in corso per BTL� Es/ Choren, Chemrec, Chrisgas, Guessing/Unique…
Innovative 2nd Generation EU Technologies - BTL
Pag. 24Convegno Nazionale ISES, Roma, 15 Aprile 2010
Pag. 25Convegno Nazionale ISES, Roma, 15 Aprile 2010
Sostenibilità
Pag. 26Convegno Nazionale ISES, Roma, 15 Aprile 2010
Pag. 27Convegno Nazionale ISES, Roma, 15 Aprile 2010
Sostenibilità� RED (Direttiva CE Promozione RES) - Tecnica LCA
adottata come riferimento per valutazione. Minimo 35 %
risparmio GHG. Vincolante dal 2013.� Risultati fortemente condizionati dai dati di ingresso,
dipendenti in modo significativo da spazio e tempo
� Database utilizzati poco trasparenti e verificabili
� DLU ed ILU change: ulteriore fonte di variabilità nei
risultati (pb oggettività relazione mercati-ILU)
� Normativa nazionale: promozione filiera corta,
ma stimolo trasporto su gomma...
Tipo di mezzoTipo di mezzoTipo di mezzoTipo di mezzo kgCOkgCOkgCOkgCO2222/t*Km/t*Km/t*Km/t*Km Km percorsi Km percorsi Km percorsi Km percorsi per 13,42 per 13,42 per 13,42 per 13,42 kgCOkgCOkgCOkgCO2222/t/t/t/tTirTirTirTir (40t) 89,505E-03 150TankTankTankTank shipshipshipship(trasportooceanico) 8,52E-03 1575
Pag. 28Convegno Nazionale ISES, Roma, 15 Aprile 2010
ma stimolo trasporto su gomma... oceanico)BulkBulkBulkBulk carriercarriercarriercarrier(trasportolocale) 31,61E-03 425TrenoTrenoTrenoTreno mercimercimercimerci 31,284E-03 429MixMixMixMix70% ship15% train15% tir 41,88E-03 320
R.Nistri, 2009
D.Chiaramonti, L.Recchia 2009
Opportunità e Barriere
Pag. 29Convegno Nazionale ISES, Roma, 15 Aprile 2010
Opportunità e Barriere
2 years 6 months
Fonte: http://www.palmoilhq.com/vegetable-oils/
Il caso del mercato degli Oli Vegetali
� Volatilità� Effetti speculativi� Food vs Fuel� Difficoltà previsioni
Pag. 30Convegno Nazionale ISES, Roma, 15 Aprile 2010
� Difficoltà previsioni
Barriere, Criticità ed Opportunità� Tecnologie
� Energia: nuove soluzioni, maggiore efficienza e prestazioni, competizione tra fornitori, anche su
piccola taglia: spesso però i piccoli impianti promettono prestazioni improbabili o irrealistiche.
� Maturità industriale non sempre raggiunta. Garanzie tecniche e finanziarie (piccola taglia)
� Nuovi prodotti (chemicals), bioraffineria. Settore in rapido sviluppo.
� Norme e standard
� Nuove od in sviluppo � essenziale supporto alla maturità industriale
� Autorizzazioni, connessione alla rete
Pag. 31Convegno Nazionale ISES, Roma, 15 Aprile 2010
� Autorizzazioni, connessione alla rete
� Tempi, disuniformità e discrezionalità da Regione e Regione (Piani Energ., norme, etc)
� Incentivi e fiscalità
� Tempi, certezza, durata. I sistemi non sono sostenibili senza incentivi, ma dovrebbero!
� Fiscalità in adeguamento.
� Logistica
� Infrastrutture da sviluppare.
� Mondo agricolo
� Aggregazione per massa critica, imprenditorialità (valutazione del rischio).
� Sostenibilità
� Procedure e metodologie. Impatto RED su filiere e mercati (energia e trasporti)
Grazie per l’attenzione
Pag. 32Convegno Nazionale ISES, Roma, 15 Aprile 2010
David ChiaramontiCREAR, Centro di Ricerca per le Energie Alternative e Rinnovabili
c/o Diprtimento di Energetica “S.Stecco”Università di Firenze