energia dalle biomasse -...

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PALMANOVA 3 MAGGIO 2006Progetto Novimpresa

Area Science Park

Energia dalle biomassetecnologie, vantaggi per i processi produttivi

valori economici ed ambientali

ROBERTO JODICECETACentro di Ecologia Teorica ed ApplicataGorizia

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Punti di forza e di debolezza delle filiere

Le filiere di produzione delle bioenergie da biomassa

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Combustibile solido – biomassa legnosa – energia termicaCombustibile solido – biomassa legnosa – energia elettricaCombustibile solido – biomassa legnosa – cogenerazione

Combustibili solidi – biomasse erbacee – energia termicaCombustibili solidi – biomasse erbacee – energia elettricaCombustibili solidi – biomasse erbacee – cogenerazione

Combustibili gassosi – biogas – energia termica elettrica cogenerazione

Combustibili liquidi – oli vegetali

Carburante olio vegetale Carburante biodieselCarburante bioetanolo

Le filiere di produzione della energia da biomassa

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Combustibile solido – biomassa legnosa –energia termica

“ Tecnologie mature”

Fonte energetica: Energia biochimica contenuta nei vegetaliStato dell’arte: Diverse tecnologie di utilizzo sia in combustione diretta che previa trasformazione in biocombustibiliPossibili utilizzi della biomassa lignocellulosica: Riscaldamento domestico, riscaldamento di utenze pubbliche di media potenza, teleriscaldamento, cogenerazione.

13 % elettrico60 % termico

Cogeneratori ORC

75 – 90 %Impianti industriali di teleriscaldamento

60 – 75 %Caldaie di media potenza alimentate con cippato

50 – 70 %Caldaie di piccola potenza alimentate con legna in pezzi

RendimentiTecnologia impiantistica

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Costi indicativi di un impianto di riscaldamento a cippato (€/kW)

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PELLETPELLETCon il termine pellet si intende un biocombustibile densificato, normalmente di forma cilindrica, ottenuto comprimendo della biomassa polverizzata con o senza l’ausilio di agenti leganti di pressatura.

In genere, il pellet è ottenuto utilizzando un estrusore a trafila.

BRICCHETTOBRICCHETTOCon il termine bricchetto si intende un biocombustibile densificato, solitamente in forma di parallelepipedo o cilindro, ottenuto comprimendo della biomassa polverizzata con o senza l’ausilio di additivi di pressatura.

In genere, il bricchetto è ottenuto utilizzando una pressa a pistone.

Filiera biomasse lignocellulosicheForme densificate

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Cilindretti di forma e dimensioni omogenee ridotte

(6-8 mm di diametro, 15-20 mm di lunghezza)

caratterizzate da bassa umidità, elevata densità e potere calorifico

Campioni di pellet di 10 e 6 mm

Filiera biomasselignocellulosiche Pellet

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Le modalità di consegna (formati commerciali) del pellet possono essere le seguenti:

• automezzi pesanti (2-4 t);

• “big-bag” (sacchi da 800 kg);

• sacchi (15-25 kg);

• sciolto.


Produzione nazionale pellet (Fonte: CTI)

• 198.000 tonnellate nella stagione 2003/2004

• 240.000 tonnellate nella stagione 2004/2005 (stima)

. Attualmente il valore raggiunto è di 300.000 tonnellate

TREND IN CRESCITA

N.B. Non è coperto il fabbisogno nazionale

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Ad oggi, il mercato del pellet è di esclusivo appannaggio della biomassa legnosa;

Diversi gli studi per sviluppare la filiera del pellet da colture erbacee o da mix con biomasse legnose.

Composizione della biomassa erbacea qualitativamente inferiore (< p.c.i. e > contenuto in ceneri)

.

qualità pellet erbaceo inferiore

diversa destinazione d’uso

Invariata, invece, risulta essere la tecnologia e la filiera di produzione del pellet per le due diverse tipologie di biomassa


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PREZZI DEL PELLETPREZZI DEL PELLET

Costo di produzione: 0,05 – 0,16 €/kg• biomassa utilizzata• tecnologia adottata

Prezzo all’ingrosso: 0,11 – 0,21 €/kg

Prezzo al dettaglio: 0,21 – 0,30 €/kg


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Energia da Biomasse lignocellulosiche

Impianti di generazione combinata termica ed elettrica

Tecnologie disponibili:caldaie a biomassa e trubina a vaporecaldaia a biomassa a olio diatermico e turbina ORC

Taglia degli impianti ORC: gli impianti più piccoli hanno caldaie da 2500 kW e generatori elettrici da 300 kW. Si può arrivare in impianti singoli fino a 1000 kW elettrici. Impianti di taglia superiore vengono realizzati assemblando più cogeneratori.

Vantaggi: produzione combinata di energia elettrica e calore. Altissimi rendimenti di conversione globale. Possibilità di valorizzare l’energia elettrica prodotta con i certificati verdi. Perfetta sinergia tra cogeneratore e teleriscaldamento.

Svantaggi: gli investimenti iniziali sono superiori rispetto ad impianti termici. L’impianto risulta conveniente se buona parte dell’energia termica prodotta viene allocata.

Schema di impianto ORC

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Energia da Biomasse: il biogas

Il biogas è una miscela gassosa ottenuta dalla digestione anaerobica di biomassa vegetale e/o di residui di origine animale.

Durante il processo di digestione anaerobica il 30-60% della componente organica viene digerita liberando biogas.

Il PCI del biogas è di 4.800 – 6.300kcal/kg se usato tal quale, 8.500 kcal/kg se depurato.

Composizione del biogas % metano (CH4) anidride carbonica (CO2) idrogeno (H2) azoto (N2) ossido di carbonio (CO) ossigeno (O2) idrogeno solforato (H2S)

50-70 25-45 1-10 0,5-3 0,1

tracce tracce

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IL BIOGAS: STATO DELLIL BIOGAS: STATO DELL’’ARTEARTE““tecnologia maturatecnologia matura”” : Innovazione: Innovazione

Diverse sono le motivazioni che hanno portato oggi alla riconsiderazione della filiera di produzione di biogas

Motivazioni di tipo economico:liberalizzazione del mercato dell’energia e valorizzazione dell’energia elettrica da fonti rinnovabili (Certificati Verdi, incentivi tariffari, ecc.)Nuova PACEquiparazione a reddito agrario della produzione di energia elettrica in azienda agricola (Finanziaria 2006)

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Esigenza di

aumentare le rese di produzione del biogas, limitando i costi, anche mediante l’impiego di materie prime diversificate (co-digestione). 350-400Residui colturali

550-750Colture energetiche (es. silomais)

200-500Liquami zootecnici

Biogas (m3/t

sostanza secca

organica

Materiale

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Dal punto di vista impiantistico le novità degli ultimi anni sono relative principalmente alle coperture gasometriche, ai sistemi di alimentazione del substrato solido, agli automatismi che consentono un maggiorcontrollo e una elevata affidabilità del processo di digestione.

Motivazioni di tipo ambientaleMiglioramento delle caratteristiche del liquame in termini di abbattimento degli odori, della carica patogena ed aumento delle proprietà fertilizzanti.

Tuttavia...attenzione !!...

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IL BIOGAS: STATO DELLIL BIOGAS: STATO DELL’’ARTEARTE““tecnologia maturatecnologia matura”” : Innovazione : Innovazione

...oltre gli aspetti di tipo normativo che possono determinare in alcuni casi un iter autorizzativo lungo e complesso, di fondamentale importanza risultano gli aspetti relativi alla gestione/smaltimento del digestato.

Oggi le restrizioni relative al riutilizzo agronomico (in termini di kgN/ha) nel rispetto della Direttiva Nitrati, impongono la necessità di un approccio integrato dell’intera filiera. L’impiego del digestato come fertilizzante non è illimitato e comporta dei costi in termini di capacità di stoccaggio, di trasporto, di trattamento (es. separazione liquido/solido, compostaggio, ulteriore depurazione, ecc.), che non devono e nonpossono essere sottovalutati !!

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LE FILIERE DELL’OLIO VEGETALE E DEL BIODIESEL

Fonte: ITABIA

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LA VOCAZIONE COLTURALE NEI CONFRONTI DEL GIRASOLE IN REGIME SECCAGNO

Attitudine colturale - Girasole in asciutto Pianura e collina del Friuli Venezia Giulia

Molto adattoAdattoPoco adattoNon adatto

45 %

5 %20 %

30 %

• Un’ampia zona del territorio risulta non adatta, soprattutto a causa della bassa riserva idrica ed al drenaggio eccessivo.

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LA VOCAZIONE COLTURALE NEI CONFRONTI DEL GIRASOLE IN REGIME IRRIGUO

Attitudine colturale - Girasole in irriguo Pianura e collina del Friuli Venezia Giulia

Molto adattoAdattoPoco adattoNon adatto

49 %

27 %

22 %

2 %

• Rispetto al regime seccagno, il regime irriguo consente di recuperare per il girasole una parte del territorio.

• La zona meridionale della pianura resta in entrambe le ipotesi la zona maggiormente vocata.

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Energia da Biomasse: il biodiesel

Il biodiesel è un carburante liquido ottenuto a partire da olii vegetali (tipicamente colza, girasole, soia) o, in taluni casi, da grassi animali, che presenta caratteristiche chimico - fisiche simili a quelle del GASOLIO e può essere impiegato in sostituzione o in miscela con quest’ultimo.

Transesterificazione: processo di trasformazione degli oli vegetali in biodiele. Consiste nel combinare una molecola di trigliceride (OLIO) con 3 molecole di metanolo ottenendo come risultato una molecola di glicerolo e 3 molecole di acidi grassi liberi (BIODIESEL)

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Confronto tra biodiesel e gasolio fossile:

BIODIESEL GASOLIO

PCI 8.400 kcal/kg 10.000 kcal/kgNumero di Cetano 51 49Emissioni di zolfo assenti 0,2%

Per ottenere 1 t di biodiesel è necessaria una superficie di 1,2 ha coltivata a girasole

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Riduzione delle emissioni atmosferiche ottenibili dall’impiego di biodiesel puro (B100) o di una miscela con il gasolio fossile nella misura del 20% (B20) rispetto alle emissioni di gasolio fossile puro.

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IL – BIODIESEL IN REGIONE FVG

•Nell’ambito del programma PROBIO su incarico della Regione FVG e Provincia di Pordenone, il CETA sta progettando un impianto della capacitàproduttiva minima di 15.000 t di biodiesel/anno.

•Si è impostato il progetto sulla base delle caratteristiche produttive del territorio regionale

•Impianto da ubicare eventualmente in posizione baricentrica rispetto all’area produttiva, in stretta coesione con l’impianto di estrazione dell’olio

•Necessità di un ACCORDO DI FILIERA !

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Energia da Biomasse: il bioetanolo

Il bioetanolo è un alcool ottenuto a partire dalla fermentazione alcolica di alcuni prodotti vegetali (prodotti agricoli ad alto contenuto di amidi o prodotti agricoli ad alto contenuto di zuccheri).

In campo energetico può essere impiegato direttamente come componente (in una percentuale massima del 30%) della benzina, oppure può essere impiegato nella produzione di ETBE.

L’ETBE viene utilizzato per aumentare il numero di ottano della benzina in sostituzione al piombo (benzina super) o ai composti aromatici (benzina verde).

Il rendimento di conversione dei prodotti vegetali in bioetanolo è circa del 30%.

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Filiera oli combustibili vegetaliTecnologie mature , innovazione

Gli oli vegetali sono biocombustibili liquidi, idonei all’alimentazione di motori a ciclo interno a basso numero di giri.

Attualmente non sono adatti per l’autotrazione, a causa della loro elevata viscosità (con buona approssimazione, 10 volte più elevata di quella del gasolio).

Sono prodotti mediante l’estrazione dalle colture dedicate oleaginose (oli grezzi, senza necessità di raffinazione) o recuperati con la raccolta differenziata degli oli alimentari esausti.

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Filiera oli combustibili vegetali

Potere calorifico inferiore:è prossimo a quello del gasolio.PCI dell’olio di colza = 9.400 kcal/kg;PCI del gasolio = 10.200 kcal/kg.Inquinamento atmosferico:sono ridotte le emissioni di ossidi di azoto (-23 %).Le tecnologie di produzione sono analoghe a quelle del biodiesel.Resa di produzione degli oli vegetali grezzi: 37 %.Olio vegetale dal girasole: 1,11 t/ha.Olio vegetale dal colza: 1 t/ha.

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Filiera oli vegetali combustibili:impieghi energetici

AUTOTRAZIONE – ENERGIA MECCANICA

L’applicazione su larga scala per l’autotrazione non èrealisticamente proponibile, poiché necessita di importanti modifiche nella progettazione dei motori e nell’organizzazione della distribuzione, in considerazione della maggiore viscositàrispetto al gasolio.

In Austria e in Germania è utilizzato per l’autotrazione, in considerazione degli incentivi fiscali, che sono stati messi a disposizione, e delle modifiche, che sono state apportate nei motori (soprattutto in mezzi agricoli e nautici e nelle flotte vincolate).

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RISCALDAMENTO – ENERGIA TERMICAUtilizzabili in impianti di media taglia (5-15 MWe) per la produzione di calore ed elettricità, senza necessità di purificazione; è indispensabile soltanto la filtrazione.Per l’utilizzo al 100 % sono necessarie alcune modifiche ai bruciatori per gasolio:• la geometria degli ugelli di polverizzazione deve essere leggermente differente da quella utilizzata per il gasolio (45º nel primo caso, contro i 60ºdel secondo), a causa della maggiore viscosità degli oli vegetali; • la temperatura ottimale di preriscaldamento del combustibile è di 65ºC, mentre la pressione di atomizzazione di 2,2 MPa; Rendimento della conversione in energia termica = 40-50 %.


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PRODUZIONE DI ENERGIA ELETTRICA E COGENERAZIONE

Gli oli vegetali possono essere utilizzati per l’alimentazione di gruppi elettrogeni.Rendimento della conversione in energia elettrica:sotto 1MW è pari a 35-40 %sopra 1MW è pari a 42 %.


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Esempi applicativi: Impianto di cogenerazione ad olio vegetale

Centrale costituita da un motore a combustione interna alimentato a olio di girasole.

Caratteristiche generali dell’impianto:

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La potenza nominale del motore scelto è di 5,3 MWe.Tempo di funzionamento medio: 8.000 h/anno L’impianto produce: 42.300.000 kWh/anno di

energia elettrica3.800.000 kWh/anno di energia termicaIl fabbisogno termico stimato dell’utenza è di

3.100.000 kWh/annoL’energia elettrica prodotta viene ceduta alla rete

Dimensionamento dell’impianto:

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La quantità di biomassa necessaria all’alimentazione della centrale che soddisfi il fabbisogno dalle utenze èfunzione dei seguenti fattori:• potere calorifero dell’olio combustibile: 9,3

kWh/l;• periodo di funzionamento dell’impianto (8.000

ore)Il fabbisogno stimato di olio di girasole è di 9.600.000

litri/anno

Fabbisogno di biomassa:

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Costo impianto: 4.500.000 € (IVA esclusa)Gestione impianto: 90.000 €/annoConsumo olio girasole: 9.600.000 l/anno (costo unitario

0,55 €/l)Prezzo di cessione en. el.: 0,07 €/kWhCertificati verdi: 0,11 €/kWhRisparmio da termico: 120.000 €/annoPayback: 3,5 anniVAN: 4.300.000 €(dopo 8 anni, tasso 4%)

Risultato economico:

-6.000.000

-4.000.000

-2.000.000

0

2.000.000

4.000.000

6.000.000

8.000.000

0 1 2 3 4 5 6 7 8

cash flow progressivoVAN

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LA NORMATIVA NAZIONALE IN MATERIA DI BIOCARBURANTI

• Conversione in Legge del Decreto Legge 10 Gennaio 2006 n. 2

• Incentiva la produzione di Bioetanolo per un periodo di 6 anni a partire dal 2008.

• Dal 1 Luglio 2006 i produttori di carburanti diesel e di benzina sono obbligati a dimettere al consumo biocarburanti di origine agricola oggetto di un’intesa di filiera in misura pari all’1%. Tale percentuale espressa PcIincrementata di un punto per ogni anno fino al 2010.

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LA NORMATIVA NAZIONALE IN MATERIA DI BIOCARBURANTI

• Conversione in Legge del Decreto Legge 10 Gennaio 2006 n. 2

• I contratti di programma agroenergetica hanno rilevanza territoriale nazionale. È assicurata priorità nella stipula dei contratti ai soggetti che riconoscono agli imprenditori agricoli una quota dell’utile conseguito in proporzione ai conferimenti di materia prima agricola.• La sottoscrizione di un contratto di sottoscrizione o di un contratto di programma costituisce titolo preferenziale nei bandi pubblici e nei contratti di fornitura dei biocarburanti.• Il GRTN assicura la precedenza per una quota fino al 30% all’energia elettrica prodotta da biogas oggetto di un contratto di programma.

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Lo stato di evoluzione delle tecnologie che impiegano le biomasse

Tecnologie “mature”:Combustione delle biomasse lignocellulosiche per la produzione di energia termica ed elettrica o per cogenerazioneGenerazione di energia elettrica e termica (cogenerazione) con impiego di oli vegetali alla media-grande scala (P > 1 MW)Produzione del carburante biodiesel da oli vegetaliProduzione del carburante bioetanolo e dell’antidetonante ETBE da colture saccarifere e amilaceeProduzione di biogas da liquami zootecnici

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Lo stato di evoluzione delle tecnologie che impiegano le biomasseTecnologie da perfezionare o che necessitano di ulteriore ricerca e sperimentazione :

Generazione di energia elettrica e termica (cogenerazione) con impiego di oli vegetali alla piccola scala (P < 1 MW)Produzione del carburante bioetanolo e dell’antidetonante ETBE da biomasse lignocellulosiche

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Elementi prioritari per il sostegno all’affermazione delle nuove tecnologie di conversione energetica basate sulle fonti rinnovabili

Creazione di un quadro normativo ben definito, stabile

Elaborazione di una politica di sviluppo pianificata nel tempo e articolata secondo diversi orizzonti temporali

Sviluppo dei sostegni alla innovazione ed al trasferimento tecnologico

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