Attivita` Enea sulle filiere tecnologiche delle biomasse

CONVEGNO ATI
La Biomassa una risorsa energetica rinnovabile
e programmabile
ATTIVITA’ ENEA SULLE FILIERE TECNOLOGICHE DELLE
BIOMASSE
Milano 29 maggio 2012
Giacobbe Braccio
Unità tecnica tecnologie Trisaia
[email protected]
Attività ENEA nel campo delle biomasse
‰ Atlante nazionale sulle biomasse ‰ Attività sperimentali sulle coltivazioni energetiche
Attività sperimentali sulle coltivazioni energetiche
‰ Attività sull’utilizzo di energia termica delle biomasse
‰ Tecnologie e processi per produzione di energia elettrica distribuita
‰ Biocombustibili: o
o
o
o
o
Bioetanolo da biomasse lignocellulosiche
Biofuels da syngas (BTL)
Biofuels da syngas (BTL)
Biodiesel da micoalghe biometano Idrogeno
‰Life Cycle Analysis on biofuels production
‰Life Cycle Analysis on biofuels production
Localizzazione attività di ricerca ENEA sulle biomasse
Combustione biomasse LCA – Digestione anaerobica
Biodiesel da microalghe
g
Digestione anaerobica Atlante sulle biomasse
g
Coltivazioni energetiche
Processi termochimici Biocarburanti di 2° gen
Biometano .
Atlante nazionale sulle biomasse
GIS Web Site
Pruning Waste Productivity
S2
S1
SS
SA
S
CS
CW
CE
C
NC
N
NE
NW
0
Cardo
Colza
Girasole
Sorgo
Arundo
5
10
15
20
Produzione (t ha-1)
Miscanto Panico
25
Energy Crops Productivity (Herbaceous & oilseed)
30
Forests
www.atlantebiomasse/enea.it
4
Attività sperimentali su coltivazioni energetiche
Centro di Ricerche ENEA della Trisaia : COLTURE ENERGETICHE. Campi sperimentali
Sorghum
Miscanthus
Switchgrass (
(panicum virgatum L.)
i
i t
L)
5
Produzione di energia elettrica distribuita
Impianti “Termochimici” di Gassificazione presso il Centro Ricerche ENEA di Trisaia
Syngas pulito
li
LETTO FLUIDO RICIRCOLO INTERNO
LETTO
FLUIDO RICIRCOLO INTERNO
Aria arricchita/vapore 1MWth
Idoneo alla produzione di Energia Elettrica con MCI
Elettrica con MCI
Biomassa
Vapore
Syngas pulito
Ossigeno
Fumi di
Fumi di Combustione
Biomassa
Aria
Biomassa
Vapore
Syngas grezzo
Vapore
Aria
Gas grezzo
Aria
Zona di combustione
LETTO FLUIDO CATALITICO RICIRCOLANTE
Aria/vapore 500kWth
Idoneo alla produzione di Energia Elettrica con MCI, FC o alla produzione di biocombustibili da Fischer Tropsh
LETTO FISSO UPDRAFT
Aria/vapore 150kWth
p
Idoneo alla produzione di Energia Elettrica con MCI
LETTO FISSO DOWNDRAFT
Ai /
Aria/vapore 150‐450kWth
150 450kWth
Idoneo alla produzione di Energia Elettrica con MCI
COMPOSIZIONE SYNGAS
Specie
%Vol.
H2
32
CO
17
CH4
6.2
N2
0.9
CO2
20.9
H2O
32
COMPOSIZIONE SYNGAS
Specie
%Vol.
H2
34.1
CO
25.1
CH4
10.4
N2
9.6
CO2
20.8
COMPOSIZIONE SYNGAS
Specie
%Vol.
H2
20
CO
21
CH4
4
N2
40
CO2
6
H2O
9
COMPOSIZIONE SYNGAS
Specie
%Vol.
H2
15
CO
22
CH4
3
N2
40
CO2
20
ENEA’s technological platform for the biomass gasification
Interconnected
fluidized bed gasifier
1 MWt
__compressed air
__ criogenic gases
__ hydrogen storage
Up-draftt fixed-bed
gasifier
150 kWt
Fixed bed
P= 30-80 kWe
Molten carbonate fuel
cell
125 kWe
JOULE Plant – Fast
internally circulating
Fluidized bed gasifier
500 kWt
Started: 2008
Finished: 2010
Current state of the technological platform for the ENEA
g
biomass gasification
Impianto JOULE–
Doppio letto fluido
ricircolante
500 kWt
Cella a combustibile
carbonati
b
ti ffusii
125 kWe
PI.GA. Plant
Letto fisso
downdraft
dow
d at
P= 30-80 kWe
UNIQUE – Letto
fluido interconnesso
1 MWt
PRAGA – Letto fisso
updraft
150 kWt
PRAGA PLANT - Updraft gasifier 150kWth
Finanziato dal MIUR – Importo progetto 5.112 K€ – Finito nel 2010
Water Gas
Shift
CO2 separator
Torch
Sono stati effettuati test con biomasse a pressione
atmosferica: steam/biomass ~0.4.
Caratteristiche di processo
Alimentazione
Gusci Mandorle
Portata
30-40 Kg/h
A t gassificatore
Agente
ifi t
Mi St
Mix
Steam-Air
Ai
Potenza Nominale
Generatore
Vapore
Partners
Enea Trisaia
Enea Trisaia
Univ
Univ. di Napoli
. di Napoli
Pol. di Milano
Pol
. di Milano
Pol. di Torino
Pol
. di Torino
Univ
Univ. Roma . Roma Roma
Vergata
Ansaldo Tecnoparco
Filtri coalescenza
Scrubber Gassificatore
Alimentazione
Biodiesel
200 kWth
Composizione
%vol. secco
H2
CO
CO2
CH4
C3H8
O2
21
22,8
13,4
~1
<1
<1
N2
41
PCI
(kJ/Nm3
dry)
Tecnica analitica
G i
Gravimetrici
i i
5,7
Contenuto Tar
Totale (g/Nm3dry) a
Scrubbe
Gasifier
r
66 0
66.0
00.91
91 b)
Efficienza di
rimozione
(%wt)
98 6
98.6
JOULE PLANT:
Steam Gasification Pilot Plant of 500kWt
Gassificatore sviluppato in
collaborazione con
Vienna University of
Technology,
Technology Univaq,
Univaq Louis
Univ Filter system
Exhausted gas
COMBUSTORE
Doppio letto fluido
ricircolante FICFB
Syngas
GASSIFICATORE
Vapore
input
Ricircolo Char
AGENTE
FLUIDIZZANTE
C
Composizione
ii
Biomassa
Input
Aria
Oli i
Olivina
Combustibile
%SiO2
ausiliario
41.9
%MgO
49.5
%Fe2O3
71
7.1
%Al2O3
1
%H2O+%CO2
0.5
Pulizia del syngas a caldo : Risultati Sperimentali
Performance della sezione di pulizia a caldo Syngas purificato
Azoto Ingresso ai
filtri
FILTRI A
CANDELE
CERAMICHE
T=400°C
Syngas
y g Input
p
PALL
CORPORATION
Tin [°C]
Tout [°C]
CaO [kg/h]
Ca/(Cl+S) [molare]
H2Sin [ppmv]
HClin [ppmv]
H2Sout [ppmv]
HClout
l
[
[ppmv]
]
SR [%]
ClR [%]
508
476
0.57
4.3
250
105
40
36
84
66
T=508°C
Efficienza di romozione dello zolfo
Efficienza di romozione dello zolfo
Concentrazione HCl in uscita
Recupero solidi
T=476°C
CICLONE
~ 40 ppmv
84%
~ 30 ppmv
Efficienza di rimozione del cloro
70%
Ciclone‐efficienza rimozione polveri (d=2 µm)
95 %
95 %
Tars(g/Nm3)
10
Particolato in uscita
TORRE
ASSORBIMENTO
Syngas
Concentrazione H2S in uscita
2,1 mg/Nm³
UNIQUE PLANT
Finanziato dal 7°FP
Letto fluido con ricircolo interno 1MWth
Terminato: 2011
cc
/V po e
Aria arricchita/Vapore
Fi
Finanziamento
i
t di 3.715.503
3 715 503 €
Brevetto
RM2008U000022
Principali vantaggi dell’UNIQUE:
• Pulizia
P li i d
dell syngas internamente
i
all reattore;
• Compattezza;
• Riduzione dei costi di investimento ed operativi
Composizione del Syngas
Specie
%Vol.
H2
32
CO
17
CH4
6.2
N2
0.9
CO2
20.9
H2O
32
Syngas
385Nmc/h
Attività in corso: Productione di bio-SNG
Sezione di Cleaning a freddo
H2O
H2SO4
Reattore WGS
H2S
Adsorbimento
con
carboni
attivi
Letto Fluido da 1MWth
Patent
RM2008U000022
Scrubb
er ad
H2O
per
abbatti
mento
NH3
Scrubber
BioDiesel
Syngas
TAR &
biodiesel
Impurities
30bar
compression
NH3 purga
H2O Recupero Termico
MP linea
CH4 > 95%volume
Processo
Selexol per la
cattura della
CO2
Processo
Selexol
Reattore di
metanazione
III
Reattore di
Metanazione II
Reattore WGS
Reattore di
Metanazione
I
CH4 & CO2
Separazion
e H2O
Selexol & CO2
Sezione di Metanazione
con Recupero termico
H2O
Recupero
Assorbente Selexol
Rendimento chimico del 60-75%
SYNGAS COMPOSITIONE
Specie
%Vol.
H2
32
CO
17
CH4
6.2
N2
0.9
CO2
20.9
H2O
32
STADI INTERMEDI PER LA PRODUZIONE DI GAS NATURALE SINTETICO
• Cleaning freddo dei tars;
• Water scrubber per adsorbimento dell’ammoniaca;
• Neutralizzazione di acidi utilizzando sorbenti low cost;
• Reattore CO-shift per incrementare il rapporto H2/CO necessario per gli stadi di
metanazione:
CO+3H2=CH4+H2O
∆H°Reaz= -206,28 kJ/mol
• Stadio di compressione per migliorare le condizioni termodinamiche per l’ottenimento
di bio-SNG ad alta pressione utilizzabile per l’immissione in rete;
• Rimozione della CO2 attraverso processo di assorbimento chimico.
Attività in corso: Gassificazione con acqua suprecritica SCWG
Vantaggi del processo SCW
•Facilità di rimozione della CO2 essendo il syngas già pressurizzato;
•Elevatissima purezza del syngas in idrogeno;
•Pulizia del syngas senza necessità di cleaning energivori;
•Utilizzo del syngas tal quale(H2/CO2) in processi catalitici per la
produzione di biocombustibili liquidi;
•Qualificazione energetica dei fanghi di Depurazione
Reattore a stadi adiabatici per
la produzione di biocombustibili
liquidi mediante catalizzatore di
sintesi processanti CO2/H2
Energia Elettrica & Calore
Svantaggi del processo SCW
•Problematiche legate alle condizioni
operative(300bar;
p
(
; 600°C);
);
•Difficoltà di recupero/rigenerazione del
catalizzatore
Produzione di bioMetano da biomasse fermentescibili
Impianto di upgrading
Plug Flow per il processo di
digestione anaerobica
Sala Controllo
Membrane polimeriche per la separazione della CO2 dal biogas
della CO2 dal biogas
Rete di distribuzione e/o settore Automotive
Energia elettrica in assetto co‐trigenerativo
Energia Elettrica & Calore
Altre attività ENEA Trisaia
BRISK
is funded by the
European Commission Seventh
Infrastructure for Sharing
Framework
Programme
K
Knowledge
l d
(Capacities)
Il progetto è iniziato il 1st October 2011 e terminerà in Settembre 2015. 8.98M€ finanziati
BRISK consiste nello sviluppo di una piattaforma integrata per I processi di conversione termochimici attraverso l’uso di
infrastrutture di ricerca europee, finalizzate a fornire supporto in R&D per i processi innovativi al fine di conertire scarti agricoli
e/o agroindustriali in bioliquidi,
bioliquidi biogas o combustibili solidi.
solidi L’anima del progetto è quella di evitare frammentazione delle
differenti facilities esistenti a livello europeo per i processi termochimici, mettendo a sistema infrastrutture e competenza. Le
facilities sono aperte anche a ricercatori non coinvolti nel progetto.
BRISK - Biofuels Research
UNIfHY Biomass-to-hydrogen
Biomass to hydrogen
(BTH) thermal conversion process
Il progetto è iniziato il 1st giugno 2012 e della durata di 3 anni 2015. 2.97M€ finanziati
UNIfHY consiste nello sviluppo di un dimostratore su scala pilota per la produzione di idrogeno puro a partire da biomasse
lignocellulosiche mediante il processo di gassificazione realizzato e brevettato nell’ambito del progetto UNIQUE. Il sistema
prevede la WGS come stadio di riforma del monossido di carbonio ed uno stadio di adsorbimento mediante PSA.
Industria 2015: HY-Tractor
Trattore a Fuel Cell alimentato a syngas
HY-Tractor
progetto finanziato dal
Ministero dello Sviluppo Economico per
4.51M€
Il progetto è iniziato il 1st October 2010 e terminerà in September 2014.
HT- Tractor consiste nella costruzione di un trattore ecologico a fuel cells alimentato con syngas proveniente dalla
gassificazione delle biomasse residuali.
BIORAFFINERIA e LA CHIMICA VERDE
I Processi per la trasformazione delle biomasse in combustibili liquidi e chemicals
Idrolisi
fermantazione
Processo bio chimico
Processo bio‐chimico
granella
Steam explosion
bi t
bioetanolo
l
Cereali
zuccherine
paglia
gassificazione
H2 CO F. tropsch
pirolisi
Processo termo‐chimico Bio olio
Bio olio
Pianta oleaginosa
g
spremitura
Olio vegetale
g
transesterificazione
sundiesel
biodiesel
17
Progetti sui biocarburanti Il processo di produzione del bioETOH
Progetti in corso su etanolo da cellulosa
Progetti in corso su etanolo da cellulosa
Progetti con Chemtex Industria 2015 PRIT
Industria 2015 PRIT
7PQ – Progetto Biolyfe
‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐
Multisorgo (finanziato MIPAF)
Multisorgo (finanziato MIPAF)
Fitoprobio (finanziato MIPAF))
Biosegen (finanaziato MIPAF)
CO‐PRODOTTI
ZUCCHERI ZUCCHERI
(probiotici e dolcificanti)
FIBRE
MATERIALI BIODEGRADABILI
18
ATTIVITA’ SULLE MICROALGHE CONDOTTE- ENEA CASACCIA
FINALIZZATE A: ¾Ottenimento di ceppi microalgale di acqua dolce e salata finalizzate alla produzione di biocarburanti
¾Sviluppo di soluzione tecnologiche per la produzione di colture microalgale di piccola scala
¾‐ Sviluppo di fotobioreattori di diverse forme e volumetrie alimentate con fonti solare artificiale e naturale ifi i l
l
¾‐ Sviluppo di un modello di OPEN POND protetta (Ca 2m3) in esterno
ASSA MICROALGALE Alcune informazioni sul sito:
http://www.enea.it/it/Ricerca_sviluppo/documenti/fonti‐rinnovabili/algatec‐biomasse‐
pdf
df
Source: E4te
S
ech, 2009
Localizzazione attività di ricerca ENEA sulle biomasse IEA ‐‐ Status of Technologies IEA BIOENERGY – A SUSTAINABLE AND RELIABLE ENERGY SOURCE - A review of status and prospects - IEA BIOENERGY: ExCo: 2009:05
Localizzazione attività di ricerca ENEA sulle biomasse IEA ‐‐ Status of Technologies IEA 1.
2.
Fischer-Tropsch
Dimethylether
BIOENERGY – A SUSTAINABLE AND RELIABLE ENERGY SOURCE - A review of status and prospects - IEA BIOENERGY: ExCo: 2009:05
Biomasse I SERVIZI AVANZATI ALLE IMPRESE
‹
Analisi disponibilità delle biomasse locale
‹
Caratterizzazione biocombustibili
‹
Studio di processi termochimici;
‹
Analisi correnti di processo e ottimizzazione
impiantistiche
‹
Qualifica componenti e impianti
FINE
Ing.
g Giacobbe Braccio