Transcript D.Picco - CETA - FIT Fondazione Internazionale Trieste

1° Convegno Tematico
Le Filiere dell’energia
LE BIOMASSE
Denis Picco
Trieste, 26 novembre 2010
C.E.T.A. –
CENTRO DI ECOLOGIA TEORICA ED APPLICATA
 Il C.E.T.A. è una associazione senza scopo di lucro fondata nel 1987 e con
personalità giuridica riconosciuta dalla Regione Friuli Venezia Giulia nel 1995
 Il Centro, con sede a Gorizia, svolge attività di ricerca, sperimentazione
applicata e progettazione di sistemi tecnologici innovativi in differenti comparti
ambientali
 I settori su cui si focalizza l'attività del Centro sono i seguenti:
 Promozione e diffusione delle tecnologie che impiegano le fonti
rinnovabili d'energia (biomasse combustibili, biogas, biocarburanti,
fotovoltaico)

Gestione sostenibile dell'ambiente e delle risorse naturali

Gestione integrata delle risorse idriche e degli ambienti ad esse associati

Risparmio energetico, uso efficiente dell’energia, bioedilizia

Pianificazione energetica

Divulgazione scientifica
 Il C.E.T.A. si avvale di tecnici e di professionisti specializzati, di
diversa formazione quali ad esempio ingegneri, agronomi, biologi,
naturalisti, economisti, architetti.
Trieste, 26 novembre 2010
CONVERSIONE ENERGETICA DELLE BIOMASSE VEGETALE
Generazione di energia termica, elettrica, frigorifera, meccanica
Trieste, 26 novembre 2010
PRODUZIONE DI ENERGIA DA FONTI RINNOVABILI
Diverse modalità di conversione energetica
Diverse tipologie biomasse
Trieste, 26 novembre 2010
Filiera colture oleaginose – energia
Trieste, 26 novembre 2010
Filiera colture oleaginose – energia
 Punti di forza della filiera energetica:
 Filiera corta
 La tecnologia è matura, con sperimentazione di lunga data,
adattata recentemente anche ad impianti di piccola potenza
 Rendimenti elettrici elevati (superiori al 30 %)
 Recupero termico elevato (oltre il 40 %)
 Valorizzazione dei sottoprodotti della filiera - il panello proteico
 Attitudine del territorio regionale alla coltivazione di oleaginose
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FILIERA COLTURE OLEAGINOSE ENERGIA
 Punti di forza della filiera energetica:
 Attitudine del territorio regionale alla coltivazione di oleaginose
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Filiera colture oleaginose – energia
 Punti di forza della filiera energetica:
 Valorizzazione dell’energia elettrica:
 interessanti prospettive con il nuovo sistema di incentivazione della
produzione di energia elettrica da fonti rinnovabili
 Tariffa onnicomprensiva = 0,28 €/kWh o 0,18 €/kWh
 Coefficiente di moltiplicazione CV = 1,8 o 1,3
 Valorizzazione dell’energia termica:
 prezzo del gas metano e altre fonti fossili variabili (…in ascesa)
 potenziali applicazioni in agricoltura (serre, essiccazione, ecc.)
 interessanti prospettive per la trigenerazione (frigorie)
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Filiera colture oleaginose – energia
 Punti di debolezza della filiera energetica
 Forte instabilità del mercato dei prodotti agricoli
 seme oleoso
(anno 2009
200-230 €/t)
 panello proteico
(anno 2009
75-126 €/t)
 olio vegetale grezzo
(anno 2009
520-710 €/t)


Ad oggi: 950-1050 €/t

Ad oggi: 350-360 €/t
Ad oggi: 180-190 €/t
Trieste, 26 novembre 2010
Filiera colture oleaginose – energia
 Motore a olio vegetale puro
 Potenza nominale = 1,0 MWe
 Consumo specifico di carburante: 0,254 kg/kW
 Funzionamento impianto: 7.000 ore/anno
 Fabbisogno biocombustibile: 1.780 t olio/anno
 Fabbisogno in semi oleosi (es. girasole): 4.700 t semi/anno (valori commerciali)
Attitudine territorio alla coltivazione della oleaginosa (es. girasole)
• produzioni : 2 t/ha
superfici agricole: 2.350 ha
• produzioni : 3 t/ha
superfici agricole: 1.570 ha
• produzioni : 4 t/ha
superfici agricole: 1.175 ha
Esempio di filiera agro-energetica estesa sul territorio.
Trieste, 26 novembre 2010
Necessità di forte organizzazione per l’approvvigionamento della biomassa.
Filiere agro-energetiche: conversione termochimica
 Le biomasse lignocellulosiche
Trieste, 26 novembre 2010
Modello di filiera agro-energetica
 BIOMASSE UTILIZZABILI
 Colture dedicate e residui colturali

Parametri fondamentali
 Produzioni biomassa
(t/ha)
 p.c.i. (GJ/t)
 Contenuto idrico alla
raccolta (%)
 Temporalità delle
produzioni
 Cantieri di raccolta
 Pezzatura (mm)
 Peso specifico (kg/m3)
 Costo di produzione
biomassa (€/t) e
biocombustibile (€/t)
Fonte: Venturi e Monti
Trieste, 26 novembre 2010
Colture energetiche
Punti di forza e di debolezza delle diverse colture energetiche per la produzione di biocombustibili.
PUNTI DI FORZA
PUNTI DI DEBOLEZZA
CANNA
COMUNE
Ridotto fabbisogno di input colturali
Limitate problematiche fitosanitarie
Elevate produzioni annuali di biomassa
Prolungata occupazione delle superfici agricole
Alti costi di impianto (rizomi e messa a dimora)
Meccanizzazione da perfezionare
Elevata umidità della biomassa alla raccolta (stoccaggio)
Ripristino dei terreni a fine ciclo produttivo
Qualità della biomassa combustibile
MISCANTO
Ridotto fabbisogno di input colturali
Limitate problematiche fitosanitarie
Buone produzioni annuali di biomassa
Bassa umidità della biomassa alla raccolta
(stoccaggio)
Qualità del biocombustibile (in funzione del
cantiere di raccolta)
Prolungata occupazione delle superfici agricole
Alti costi di impianto (rizomi)
Meccanizzazione da perfezionare
Bassa densità del trinciato (movimentazione e stoccaggio)
Ripristino dei terreni a fine ciclo produttivo
PIOPPO SRF
Qualità del biocombustibile
Sviluppo della meccanizzazione dei cantieri
di raccolta
Incentivi per la realizzazione degli impianti
(es. PRS)
Prolungata occupazione delle superfici agricole
Alti costi di impianto (talee)
Numero di trattamenti fitosanitari
Elevata umidità alla raccolta
Diffusione delle macchine per la raccolta
Ripristino dei terreni a fine ciclo produttivo
Trieste, 26 novembre 2010
Caratterizzazione della biomassa (pellet)

La densità è comparabile al pellet di legno (630-680 kg/msr).

Il p.c.i. rientra nel valore tipico dei pellet erbacei; le differenze sono dovute al contenuto di ceneri.

Il contenuto in ceneri è circa dieci - venti volte maggiore rispetto a quello medio del pellet di legno.

Il contenuto in acqua rientra nei valori tipici del pellet (7,5 - 10%).
Sorgo
da fibra
Sorgo
da fibra*
Miscanto
Canna
comune
Legno
Paglia
(MJ/kg s.s.)
17,7
17,5
18,2
17,9
18,79
17,32
Contenuto in ceneri
(% s.s.)
4,6
6,6
2,9
4,9
0,25
5,71
Contenuto in acqua
(%)
5,9
8,5
7,7
7,4
-
-
Carbonio
(% s.s.)
47,50
46,50
48,30
47,25
51,30
47,20
Idrogeno
(% s.s.)
6,22
5,75
5,91
5,83
5,90
5,70
Azoto
(% s.s.)
0,84
1,28
0,28
0,74
0,10
0,66
Zolfo
(mg/kg s.s.)
910
1.210
521
1.800
41
1.008
Cloro
(mg/kg s.s.)
1.820
3.800
202
2.632
22
1.720
p.c.i.

Elevate concentrazioni di azoto, variano in funzione della tipologia di biomassa.

Elevate concentrazioni di cloro e zolfo: sono i maggiori componenti dei depositi che si formano sulle
pareti della camera di combustione e sulle superfici degli scambiatori di calore (rischio corrosione).
Possono formare pericolose emissioni : SO2, HCl e diossine.

Il contenuto di questi microelementi, in particolare il cloro, è fortemente correlato alla fase di produzione
agronomica della biomassa (suolo, fertilizzanti ed erbicidi, epoca di raccolta).
Trieste, 26 novembre 2010
Prove di combustione del pellet – problematica delle emissioni
Emissioni
(mg/Nm3 al 11% O2)
Sorgo da fibra
Miscanto
Canna comune
Limiti posti dal d.lgs. 152/2006
(150-3.000 kW)
Polveri totali
241
16
119
100
potenza 35-150 kW - limite sale a
200
CO
240
75
83
350
NOX
270
288
459
500
SOX
126
73
228
200
 Normativa di riferimento
Emissioni
(mg/Nm3 al
10% O2)
Sorgo da
fibra
Miscanto
Canna
comune
EN 303-05
(caldaia automatica, classe
3, potenza < 50 kW)
Polveri totali
265
18
131
150
CO
264
83
91
3.000
Trieste, 26 novembre 2010
Biomasse Lignocellulosiche – sostenibilità economica
 Costo dell’energia termica erogata (€/MWh) con diversi combustibili
Trieste, 26 novembre 2010
Biomasse Lignocellulosiche – sostenibilità economica
 Sostenibilità Economica delle filiere agro-energetiche

Biomasse vs gasolio

Analisi del VAN della centrale a
biomasse, con o senza incentivi

Biomasse vs metano
Trieste, 26 novembre 2010
SISTEMI COGENERATIVI
 Es. di tecnologie di conversione applicabili - piccola scala
 ORC – Organic Rankine Cycle
 Rendimenti elettrici limitati (15-18%)
 Tecnologia affidabile – anche a potenze basse (200 KW)
 Gassificazione
 Rendimenti elettrici buoni (27-30%)
 Affidabilità ancora da ottimizzare
Trieste, 26 novembre 2010
Co-generazione da biomasse

CICLO ORC
 Trova sostenibilità quando utilizzo biomasse dal basso costo di
approvvigionamento (es. biomasse residuali – pollina)
Trieste, 26 novembre 2010
Cenni su gassificazione e pirolisi
 La gassificazione e la pirolisi sono due processi
termochimici che avvengono rispettivamente in
parziale (gassificazione) o pressoché totale
assenza (pirolisi) di ossigeno a partire da un
combustibile solido
 A seconda delle caratteristiche dell’impianto,
della presenza di ossigeno e della temperatura
si ottiene come prodotto principale un gas
(syngas o producer gas) costituito da una
miscela di Monossido di Carbonio (CO),
Anidride Carbonica (CO2), Idrogeno (H2),
Metano (CH4) e altri componenti unitamente a
solidi e liquidi
Trieste, 26 novembre 2010
Una tecnologia “vicina” alla maturità

Punti di forza dei sistemi di pirogassificazione

elevati rendimenti di processo (75% - 85%)

rendimenti elettrici tra il 27-30%

facilità di integrazione con sistemi generativi già esistenti (motori, turbine, celle a
combustibili)

possibilità di realizzare cicli combinati (elettricità e calore) mediante recupero termico
(sezione purificazione gas; motore)

“eliminazione” di agenti problematici per il comparto agricolo (ad esempio nitrati)

dimensioni di impianto compatibili con realtà agricole del nostro territorio
Trieste, 26 novembre 2010
Una tecnologia “vicina” alla maturità

Punti deboli dei sistemi di pirogassificazione
AD OGGI, SALVO ALCUNI
IMPIANTI PILOTA O IN FASE DI
PERDURANTE COLLAUDO E
SETTAGGIO, NON CI SONO
IMPIANTI IN ESERCIZIO
CONTINUATIVO

pulizia e qualità del gas

flessibilità di utilizzo in relazione alla biomassa utilizzata

affidabilità (continuità) di funzionamento (7.000 / 8.000
h/anno) soprattutto nella generazione di energia elettrica

costo di investimento iniziale degli impianti

costi di manutenzione elevati o non sempre preventivabili
Trieste, 26 novembre 2010
IL BIOGAS IN ITALIA
Crescita del numero cumulativo degli impianti qualificati in
esercizio, suddivisi per fonte
Marzo 2010: 319 impianti
Fonte : GSETrieste, 26 novembre 2010
La digestione anaerobica - schema
Trieste, 26 novembre 2010
La digestione anaerobica

Al fine di spingere al massimo le rese degli impianti è possibile utilizzare
altri materiali - da soli o assieme ai liquami (CODIGESTIONE)

Liquami zootecnici (bovini, suini, ecc.)

Colture energetiche (silomais, sorgo zuccherino, triticale, ecc.)

Residui colturali (paglie, stocchi, colletti di barbabietola, ecc.)

Scarti agroindustria (buccette pomodoro, siero di latte, vinacce, scarti
ortofrutticoli, marco mela, succhi, conserve, ecc.)

Scarti di macellazione

Fanghi di depurazione

Frazione organica rifiuti urbani
Trieste, 26 novembre 2010
La digestione anaerobica


Le possibilità di alimentare un impianto a biogas sono quindi molteplici
Importante il ruolo dell’approvvigionamento delle biomasse per l’alimentazione
dell’impianto e della tipologia e quantità di singola biomassa utilizzata

Per quanto riguarda le COLTURE DEDICATE, molti impianti si presentano sul
mercato alimentati esclusivamente da silomais (eventualmente con sorgo
insilato e triticale)

IMPIANTO BIOGAS - dimensionamento

Potenza nominale = 1 MWh

Fabbisogno in biomassa = 16-18.000 t silomais/anno

Stoccaggi biomassa insilata = 25-27.000 m3

Superfici agricole interessate = 250-300 ha/anno

Areale di approvvigionamento = 10-15 km
Trieste, 26 novembre 2010
Biogas dal trinciato di mais

Contrariamente a quanto accade se si impiegano effluenti zootecnici o
materiali con scarso o nullo valore di mercato, l’approvvigionamento può
rappresentare una voce di costo molto significativa nel conto economico.
Prezzi attualizzati del mais per il periodo 1998-2009 rilevati alla Borsa merci di
Bologna
250
Prezzi €/t 15% ss
200
150
100
Prezzo attualizzato del mais alla Borsa merci di
Bologna per il periodo 1998-2009
Media att. Del periodo 1998-2009 pari a 160 €/t
50
0
1996
1998
2000
2002
2004
Anni
2006
2008
2010
(elab. C.E.T.A.)
Trieste, 26 novembre 2010
Biogas dal trinciato di mais
14,0
12,0
40,00
35,00
8,0
Costo trasporto (€/t)
Payback (anni)
10,0
6,0
4,0
30,00
25,00
20,00
15,00
10,00
5,00
0,00
2,0
5
10
15
20
25
30
Distanza trasporto (km)
0,0
sorgo da fibra
25,00
30,00
35,00
40,00
45,00
50,00
55,00
60,00
65,00
pioppo SRF
70,00
Costo biomassa trinciata (€/t)
Pay back

miscanto
Valutazione del prezzo di
conferimento all’impianto.
Costo di produzione:

25,7 €/tonnellata (per trinciato di mais con produzione medie di 60 t/ha)

Aggiungere i costi di insilamento e costi di trasporto!!!
Trieste, 26 novembre 2010
Progetti di ricerca – C.E.T.A.
Il C.E.T.A. è fortemente coinvolto in diversi progetti di ricerca e di diffusione sui
biocarburanti di prima e seconda generazione da diverse tipologie di biomasse:
 Progetto SWEETHANOL (Comunità Europea - programma IEE)
 Diffusione di un modello Europeo sostenibile per la produzione di etanolo di 1a generazione
dal Sorgo Zuccherino in impianti decentralizzati
 Progetto MULTISORGO (MIPAAF)
 Produzione integrata di bioetanolo e biogas da una coltura agraria a basso consumo idrico, il
sorgo zuccherino: aspetti tecnologici, economici, energetici ed ambientali
 Progetto ZOOTANOLO (MIPAAF)
 La produzione del bioetanolo come valorizzazione energetica innovativa dei reflui zootecnici
 Progetto BIOSEGEN (MIPAAF)
 Filiere innovative per la produzione di biocarburanti di seconda generazione da residui
agricoli ed agro-industriali e da colture da biomassa
Trieste, 26 novembre 2010
Titolo completo:
Acronimo:
6 beneficiari da 3
Paesi UE:
Durata:
Budget totale:
Contributo FESR:
Diffusion of a sustainable EU model to produce 1st generation
ethanol from Sweet Sorghum in decentralized plants
SWEETHANOL
C.E.T.A. come Lead Partner
CARTIF e ADABE (Spagna), REACM-Anatoliki e Halastra-COOP
(Grecia), INIPA-Coldiretti (Italia)
24 mesi (16/05/2010 - 15/05/2012)
1. 200. 885 €
1. 900. 664 € (massimo) -> 75%
Trieste, 26 novembre 2010
 L’etanolo di 1a generazione dal sorgo zuccherino ha un’elevata
sostenibilità ambientale, economica ed energetica
 Semplicità tecnica nel processamento e nello sfruttamento dei sottoprodotti
garantiscono la fattibilità economica anche per impianti di piccola-media taglia
decentralizzati (max 20,000 t/anno)
 Il bilancio energetico è pari a 1.7-7.3 (senza/con sfruttamento sottoprodotti)
 Il risparmio in emissioni di GHG attribuito è del 70-71%
 Il mercato Europeo dell’etanolo è controllato da grandi gruppi industriali e
cooperative agricole legate all’industria della produzione di zucchero ed alcol
 Vengono processati principalmente cereali e barbabietola in impianti di grande
taglia (100,000-200,000 t/anno)
 Vi sono barriere economiche, logistiche, ecologiche, ambientali, sociali e di
diffusione
Trieste, 26 novembre 2010
WP1 – Gestione del progetto (C.E.T.A.)
WP2 – Perfezionamento del “Know-how”
 Acquisizione di know-how in merito alla coltivazione ad al processamento
del sorgo zuccherino ad etanolo attraverso visite a:
 istituti di ricerca in campo agronomico
 realtà agricole che coltivano il sorgo
 compagnie che costruiscono impianti
 impianti esistenti ed in funzione
 Raccolta dei dati più interessanti (e.g. varietà di sorgo zuccherino, costi di
investimento e di produzione, consumi energetici, rese in etanolo,
sfruttamento dei sottoprodotti)
Trieste, 26 novembre 2010
Viaggio in Andhra Pradesh a Hyderabad, presso
ICRISAT - International Crop Research Institute for
the Semi-Arid Tropics (www.icrisat.org)
ICRISAT meeting a Hyderabad
Nuove varietà di sorgo zuccherino ad alto contenuto in
zuccheri nel succo
Supporto tecnico agli agricoltori locali per lo sviluppo
della filiera (DCU, Decentralized Crushing Units)
Collaborazione con distillerie RUSNI, impianto per
bioetanolo
da
sorgo
da
40.000
t/anno
(www.abiicrisat.org/rusni)
Impianto TATA TCL, Nanded
Visita all’impianto del gruppo TATA TCL per la
produzione di bioetanolo da sorgo da 30.000
litri/gg presso Nanded, Maharashtra
(http://www.tatachemicals.com/products/biofuels.htm)
Varietà di sorgo
studiate presso
ICRISAT
Trieste, 26 novembre 2010
 Visita all’ impianto di produzione
di bioetanolo da cereali e
impianto pilota bioetanolo di
seconda
generazione
dalle
paglie e residui agricoli del
gruppo ABENGOA Bioenergia,
presso Salamanca
 Visita allo zuccherificio del
gruppo ACOR, presso Olmedo
(impianto di estrazione)
ABENGOA Bioenergia,
bioetanolo da cereali
 Visita al CRF, Centro Nacional
de Recursos Fitogèneticos, a
Madrid
 Visita all’Agroenergy Group del
Politecnico di Madrid
UPM Madrid, campi
sperimentali
ACOR, zuccherificio
Trieste, 26 novembre 2010
WP3 – Discussione su un modello sostenibile
 Discussione di un possibile modello Europeo con i
rappresentanti di ogni attore della filiera (approccio multidisciplinare):
 agricoltori ed associazioni agricole,
 processisti e PMI,
 ditte sementiere ed aziende agricole,
 investitori,
 rappresentanti del mondo politico (legislazione), delle autorità
pubbliche e delle agenzie per l’energia
 Gli attori della filiera verranno invitati a partecipare e discutere
in workshops e convegni settoriali ed intersettoriali a livello
nazionale ed internazionale
Trieste, 26 novembre 2010
WP4 – Formazione degli attori della filiera
 Spiegazione del modello Europeo sviluppato nella WP3 ad ogni
categoria di attori della filiera
 Formazione e miglioramento delle competenze di ogni attore della
filiera riguardo alla produzione di etanolo da sorgo zuccherino in
impianti di taglia piccola e media
 Corsi adattati e direzionati per ogni categoria di attori della filiera
verranno tenuti in ogni Stato di cui fanno parte i partner del progetto:






1.800-2.000 agricoltori (30 corsi Italia e Spagna e 15 in Grecia)
produttori di sementi ( 1 corso per Paese)
processisti (1 corso per Paese)
decisori politici, operatori pubblici, agenzie per l’energia, ecc. (2 corsi per Paese)
investitori (2 corsi per Paese)
associazioni di agricoltori (1 corso per Paese)
Trieste, 26 novembre 2010
WP5 – On-line Community
 La missione dell’on-line community è di creare una rete di
contatti a livello internazionale tra gli attori della filiera del
bioetanolo da sorgo zuccherino
 Essa sarà un punto di riferimento per lo start-up di nuovi impianti pilota in
futuro, soprattutto in Europa
 Struttura:
 blog, forum, social network, teleconferenze, discussioni pubbliche
 Pubblicazione di articoli, database di aziende
Trieste, 26 novembre 2010
WP6 – Comunicazione
 Diffusione e disseminazione dei risultati di progetto
 Website (http://sweethanol.eu/)
 Conferenze nazionali ed internazionali
 Articoli tecnici e scientifici
 Manuali
 Altro (newsletters, brochures, ecc..)
Trieste, 26 novembre 2010
 Website del progetto (in costruzione):
 http://sweethanol.eu
 Website della On-line community:
 http://esse-community.eu
GRUPPO DI LAVORO - C.E.T.A.
Project Coordinator: Ing. Alessandro Bon [email protected]
Project manager: Dott.ssa Michela Pin [email protected]
Expert: Dott.ssa Alessia Vecchiet [email protected]
Expert: Dott. Denis Picco [email protected]
Expert: Dott.ssa Francesca Visintin [email protected]
Trieste, 26 novembre 2010
Grazie per l’attenzione!
Via III Armata, 69 – 34170 Gorizia
Tel. 0481 - 537159
E-mail: [email protected]