Energia dalle

Biomasse - Parte A

Tecnologie delle Energie Rinnovabili

Daniele CoccoDipartimento di Ingegneria Meccanica,

Chimica e dei Materiali

Università degli Studi di Cagliari

daniele.cocco@unica.it

http://people.unica.it/danielecocco/

A.A. 2017-2018

Le Biomasse

Specie arboree ed erbacee derivanti da coltivazioni agricole e forestali;

Residui agricoli e forestali (paglie, potature, ramaglie, cortecce, etc.);

Residui agro-industriali (vinacce, sanse, scarti vegetali, etc.);

Residui zootecnici (pollina, deiezioni animali, etc.);

Frazione organica dei rifiuti solidi urbani (la cosiddetta “Frazione Umida” o FORSU).

Biomasse

Residuali

Coltivazioni

Energetiche

Biomasse ed effetto serra

Biomassa

Ossigeno

Energia

CO2

Ceneri

Energia solare

CO2

Acqua

Nutrienti

Il bilancio

teorico della

CO2

è in pareggio!

Fotosintesi

Co

nve

rsio

ne

La sostenibilità della filiera

Occorre valutare con attenzione il bilancio

energetico e ambientale dell’intera filiera!

Energia solare

Coltivazione biomassa

Residui

Trasporto prodotto

Conversione industriale

Energia utile

Combustibili Fertilizzanti, sementi, ecc.

Emissioni Emissioni

Combustibili

Sotto-prodotti

Emissioni

Materiali, ecc.

Combustibili, energia el.

Il Processo di Fotosintesi

Radiazione

solare

incidente

Radiazione

attiva per la

fotosintesi

Radiazione

non attiva

Energia

Riflessa

Energia

Persa

Consumo

interno

Energia

solare

assorbita

Energia

convertita

Energia

netta

Rendimento teorico fotosintesi

0,5·0,8·0,3·0,6=0,072

100%50%

50%

80%

20%

30%

70%40%

60%

I processi di conversione

Tipologia del Processo

Rapporto C/N

Umidità Processo di conversione

Prodotto principale

Biochimico <30 >30% Fermentazione Digestione anaerobica Digestione aerobica

Bioetanolo Biogas Energia termica

Termochimico >30 <30% Combustione Gassificazione Pirolisi

Energia termica Gas di sintesi Gas di pirolisi, biooli

Fisico-chimico - - Estrazione di oli Transesterificazione Compattazione

Olio vegetale grezzo Biodiesel Pellets

Le filiere di conversione

Energia da biomasse

Bio-combustibili

•Etanolo

•Olio vegetale

•Biodiesel

Digestione anaerobica

•Biogas

Processi termochimici

•Combustione

•Gassificazione

•Pirolisi

Usi attuali delle Biomasse

Fonte: IEA, 2017

FER in Italia

FER in Italia

FER in Italia

FER in Italia

Bioenergie – Settore Elettrico

Bioenergie – Settore Termico

Bioenergie – Settore Termico

Bioenergie – Settore Trasporti

Impianti operativi in Sardegna

(30.06.2017)

Impianti di co-combustione carbone-biomasse (Enel ed EoN)

Impianti operativi in Sardegna

(30.06.2017)

Centrale a biomassa di Serramanna (Sardinia Bio Energy)

Impianti operativi in Sardegna

(30.06.2017)

Diversi impianti a biogas da circa 1 MWe

Impianti operativi in Sardegna

(30.06.2017)

Un grande impianto (36,5 MWe) ad olio vegetale ad Ottana

Potenzialità in Sardegna

Coltivazioni

Energetiche

(oleaginose)

Potenzialità in Sardegna

B.1 – Sassari;

B.2 – Olbia-Tempio;

B.3 – Nuoro;

B.4 – Ogliastra e Cagliari;

B.5 – Cagliari

B.1

B.2

B.3

B.4

B.5BacinoResiduo prodotto tal

quale (t/anno)

Potenza termica

(MWt)

B.1 21.445 10,8

B.2 9.523 4,8

B.3 23.560 11,8

B.4 16.233 8,1

B.5 22.825 11,4

Residui da Vite

e Ulivo

Potenzialità in Sardegna

B.1

B.2

B.3

B.4

B.1 – Carbonia-Iglesias e

Cagliari;

B.2 – Oristano, Medio

Campidano e Carbonia-Iglesias;

B.3 – Olbia-Tempio;

B.4 – Ogliastra.

Bacinot/anno

(tal quale)

Potenza

elettrica MWe

B.1 15.653 1,84

B.2 12.293 1,45

B.3 16.818 1,98

B.4 19.932 2,34

Biomasse

Forestali

Potenzialità in Sardegna

Reflui da

Allevamenti

Suini e Bovini

Proprietà delle biomasse

Umidità (sul secco o sul tal quale)

Potere calorifico inferiore e superiore

Composizione chimica (elementare e immediata)

Densità (volumica ed energetica)

Composizione e comportamento delle ceneri

Contenuto di olio (oleaginose) e di zuccheri (zuccherine)

Proprietà dei biocombustibili

Le proprietà sono determinate con riferimento a:

Acqua

Ceneri

Materia

combustibile

(C, H, O, N,

S, etc.Sul secco

e privo di

ceneri

Sul

secco

Sul tal

quale

Caratterizzazione del legno

Caratterizzazione del legno

m3i, Metro cubo

impilato o stero

(circa 0,7 m3),

ovvero 0,3-0,5 t

m3m, Metro cubo sul

mucchio (circa 0,5

m3), ovvero circa

0,15-0,25 t

L’umidità delle biomasse

U=mA

mA+mSUmidità sul tal quale

U0=mA

mSUmidità sul secco

U=U0

1+U0

Rapporto massicoRM=mA+mS

mS

1

1-U=

Composizioni tipiche

C H O N S Cl Ceneri PCI0

(%) (%) (%) (%) (%) (%) (%) (MJ/kg)

Legna di abete 49,00 5,98 44,75 0,05 0,01 0,01 0,2 18,74 Legna di pioppo 48,45 5,85 43,69 0,47 0,01 0,10 1,43 18,19 Legna di faggio 51,64 6,26 41,45 - - - 0,65 18,63 Legna di quercia 49,98 5,38 43,13 0,35 0,01 0,04 1,61 18,33 Legna di eucaliptus

49,00 5,87 43,97 0,30 0,01 0,13 0,72 18,23

Paglia di frumento 43,20 5,00 39,40 0,61 0,11 0,28 11,40 16,49 Paglia di riso 41,78 4,63 36,57 0,70 0,08 0,34 15,90 15,34 Stocchi di mais 43,65 5,56 43,31 0,61 0,01 0,60 6,26 16,52 Residui potatura vite

47,14 5,82 43,03 0,86 0,01 0,13 3,01 17,86

Residui potatura mandorlo

51,30 5,29 40,90 0,66 0,01 0,04 1,80 19,93

Lolla di riso 40,96 4,30 35,86 0,40 0,02 0,12 18,34 15,27 Gusci di mandorla 44,98 5,97 42,97 1,16 0,02 - 5,60 18,17 Noccioli pesca 53,00 5,90 39,14 0,32 0,05 - 1,59 19,62 Noccioli oliva 48,81 6,23 43,48 0,36 0,02 - 1,10 21,12 Sanse esauste 32,73 5,29 37,82 - 0,64 - 12,52 15,50

Composizioni tipiche

Umidità Potere calorifico Densità apparente

(%) PCI (MJ/kg) (kg/mci) (kg/mcm)

Faggio fresco 50 7,9 669 464

Faggio essiccato 35 11,1 608 375

Faggio essiccato all’aria 18 14,6 482 283

Abete fresco 50 8,1 517 332

Abete essiccato naturale

35 11,3

436 265

Abete essiccato all’aria 18 14,9 345 202

Pellet 10 17,0 - 600

Segatura 10 17,0 - 202

Trucioli 10 17,0 - 120

Paglia frumento (balle) 15 14,4 135 -

Paglia colza (balle) 15 14,3 133 -

Paglia mais (balle) 15 14,8 139 -

Miscanto (balle) 15 14,9 140 -

Grano sfuso 15 14,2 - 760

Il potere calorifico

Rappresenta la quantità di calore sviluppata dalla

combustione completa dell’unità di massa di

combustibile (kcal/kg, kJ/kg, kWh/kg, etc.) e viene

misurata attraverso i calorimetri

PCI0=PCS0 - mA·r

Rapporti

energetici

RH=PCI

PCI0

r

PCI0=1-U·(1+

PCI=PCI0 - U·(PCI0 + r)

)

RE=(mA+mS)·PCI

mS·PCI0=RM·RH

Rapporti caratteristici

0 10 20 30 40 50 60 70 80

Umidità U (%)

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1R

apport

i R

H, R

E e

RP

Rapporto RH

Rapporto RE

Rapporto RP

PCI0=18 MJ/kg

La Produzione di Biomassa

Radiazione media disponibile

4-5 kWh/m2giorno

(1200-1600 tep/ha anno)

Produzione teorica di biomassa secca

200-250 t/ha anno (rendimento 7%)

Produzione massima sperimentata

30-60 t/ha anno di sostanza secca

Produzione effettiva sostanza secca

5-25 t/ha anno (rendimento 0,2-1,0%)

THE END