Presentazione Carlo Perego

Verso il futuro: i biofuel di nuova generazione e la
ricerca eni
C. Perego
Responsabile Centro Ricerche Donegani - Novara
7 Aprile 2016
La sostenibilità del processo
 La Greenrefinery ha una grande flessibilità operativa per quanto riguarda le materie prime
lavorabili.
 Esiste un limite normativo ed ambientale ai biocarburanti di 1° generazione, ottenuti da
materie prime in competizione con il settore alimentare (es. colture zuccherine, amidacee ed
oleaginose).
 Un recente obiettivo è l’obbligo di immissione di «biocarburanti avanzati» (da biomasse
ligninocellulosiche, scarti agricoli e forestali, frazione organica dei rifiuti urbani e biomasse
acquatiche, glicerina grezza, ecc…).
 Gli oli e grassi di scarto beneficiano di un bonus (double counting) in quanto più sostenibili, ma
non sono considerati «avanzati».
Per soddisfare le richieste della normativa è perciò necessario individuare
materie prime «advanced», compatibili con il processo Ecofining.
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La ricerca eni e i biocarburanti avanzati
Le possibili fonti alternative per biocarburanti avanzati sono:
1. Oli microbici ottenuti dalla fermentazione di zuccheri ricavati
da biomasse ligno-cellulosiche
2. Oli algali ottenuti da microalghe fotosintetiche
3. Bio-olio ottenuto da rifiuti organici, scarti agro-alimentari e
fanghi di depurazione
4. Componenti diesel ossigenati da glicerina grezza
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La ricerca eni e i biocarburanti avanzati
Le possibili fonti alternative per biocarburanti avanzati sono:
1. Oli microbici ottenuti dalla fermentazione di zuccheri ricavati
da biomasse ligno-cellulosiche
2. Oli algali ottenuti da microalghe fotosintetiche
3. Bio-olio ottenuto da rifiuti organici, scarti agro-alimentari e
fanghi di depurazione
4. Componenti diesel ossigenati da glicerina grezza
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1 - Oli da biomasse ligninocellulosiche
 Oli vegetali e grassi animali,
oltre alla competizione con il
settore
dell’alimentazione,
soffrono anche di una limitata
disponibilità
rispetto
alla
dimensione del mercato dei
carburanti per autotrazione.
40
MBPD
Domanda mondiale di fuel
50
30
20
 La materia prima rinnovabile
più abbondante sul pianeta
sono le biomasse
ligninocellulosiche
10
0
Attuale
Potenziale
http://www.ars.usda.gov/sp2UserFiles/Program/307/biomasstoDiesel/RobertBrown&JenniferHolmgrenpresentationslides.pdf
1 - Oli da biomasse ligninocellulosiche: la saccarificazione
Cellulosa
(%)
Emicellulosa
(%)
Lignina
(%)
Legno conifera
45-50
25-35
25-35
Paglia di grano
30
50
15
Stocchi di mais
45
35
15
Biomassa
Pretrattamento
(steam explosion)
Lignina
Biomassa
destrutturata
Scarti agricoli – energy crops
Idrolisi
enzimatica
Zuccheri C5 e C6
1 - Oli da biomasse ligninocellulosiche: la fermentazione
Fermentazione
Zuccheri C5 e C6
Lieviti oleaginosi

Alta produttività in lipidi (fino al
70% sul peso secco della cellula)
e in biomassa (>100 g/l)

Capacità di crescere sia su tutti gli
zuccheri (C5 e C6) senza interventi
di ingegneria metabolica

I lipidi prodotti sono equivalenti agli
oli vegetali (palm-like)
Downstream
 Centrifugazione
 Lisi cellulare
 Estrazione oli
lipidi endocellulari
immagazzinati come riserva di
energia nei lipid bodies
Oli microbici
(trigliceridi)
1 - Oli da biomasse ligninocellulosiche: la produttività
 La produttività in olio per ettaro è confrontabile o superiore a
quella ottenuta con le colture oleaginose tradizionali
Origine olio
Produttività olio
(t/ha anno)
Soia
0,5 – 0,7
Colza
1,1 - 1,3
Palma
4.5 - 5,5
Paglia di grano (5 t/ha anno)
+ fermentazione lieviti
0,9
Stocchi di mais (10 t/ha anno)
+ fermentazione lieviti
1,8
Arundo Donax (40 t/ha anno)
+ fermentazione lieviti
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1- Scale-up del processo
Target: 1.000 m3
Impianto pilota presso il Renewable
Energy and Environmental R&D
Center (Novara)
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La ricerca eni e i biocarburanti avanzati
Le possibili fonti alternative per biocarburanti avanzati sono:
1. Oli microbici ottenuti dalla fermentazione di zuccheri ricavati
da biomasse ligno-cellulosiche
2. Oli algali ottenuti da microalghe fotosintetiche
3. Bio-olio ottenuto da rifiuti organici, scarti agro-alimentari e
fanghi di depurazione
4. Componenti diesel ossigenati da glicerina grezza
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2 - Oli da biomasse acquatiche: le microalghe
Le microalghe sono organismi acquatici
fotosintetici in grado di accumulare fino al
70% in peso di oli (trigliceridi) all’interno
della cellula
Microalga
Contenuto Olio
(% peso secco)
Botryococcus braunii
25–75
Chlorella sp.
28–32
Crypthecodinium cohnii
20
Cylindrotheca sp.
16–37
Nitzschia sp.
45–47
Schizochytrium sp.
50–77
Tetraselmis suecia
15–23
Fonte: Y. Chisti / Biotechnology Advances 25 (2007) 294–306
2 - Oli da biomasse acquatiche: le microalghe
Emissioni
CO2
CO2
luce
acqua
nutrienti
riciclo acqua
Punti di emissione:
 Industrie
 Centrali elettriche
 Pozzi a gas naturale con
elevata coproduzione di
CO2
Vasche di
coltivazione
inoculo
addensamento
Biomassa
algale
Greendiesel
Ecofining
estrazione
Olio
algale
2- Microalghe: le tecnologie di coltivazione
Ponds vs Fotobioreattori
PRO
 Basso capital cost
 Controllo temperatura mediante
evaporazione spontanea
CONTRO
 Difficile mantenere monocoltura
 Soggetti a variazioni stagionali
 Richiedono un irraggiamento ottimale
PRO
 Rese più elevate per area occupata
 Ambiente confinato
 Assenza di inquinamento
 Possibilità di utilizzare organismi super-produttori
geneticamente modificati
CONTRO
 Elevato capital cost
 Formazione di film superficiali (sporcamento)
 Non adatti per grandi produzioni
2 - Microalghe: le tecnologie di coltivazione
I vantaggi

Possono utilizzare acque reflue come fonti di nutrienti (N, P)

Possono utilizzare acque salmastre e di falda

Elevata produttività rispetto alle biomasse terrestri
I problemi aperti
 Coltivazione adatta solo per zone ad
elevato irraggiamento
 Bassa densità cellulare (in uscita dai
pond è ~ 1 g/l peso secco)
 Costi di produzione ancora elevati
Suitable climatic regions for microalgae :
annual average temperatures of > 15 °C
2 - Microalghe: impianto pilota raffineria eni di Gela
Avviato nel 2011 – Superficie ~ 1 ettaro
Origine olio
Produttività olio
(t/ha anno)
Soia
0,5 – 0,7
Colza
1,1 - 1,3
Palma
4.5 - 5,5
Microalghe
(pilota Gela)
22 (*)
(*) Corrispondente alla produzione di
90 t/ha anno di biomassa algale
secca, contenente il 24% di olio
Utilizza ceppi microalgali marini
La ricerca eni e i biocarburanti avanzati
Le possibili fonti alternative per biocarburanti avanzati sono:
1. Oli microbici ottenuti dalla fermentazione di zuccheri ricavati
da biomasse ligno-cellulosiche
2. Oli algali ottenuti da microalghe fotosintetiche
3. Bio-olio ottenuto da rifiuti organici, scarti agro-alimentari e
fanghi di depurazione
4. Componenti diesel ossigenati da glicerina grezza
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3 - Bio-oli da rifiuti organici
Biomasse umide
(~65-80% H2O)
Liquefazione
Potere calorifico
inf. (MJ/Kg)
FORSU:
18
Bio-olio:
35
Heavy Oil: 40
Residuo:
12
Frazione organica
rifiuti urbani
Upgrading
BIO-CARBURANTI
240-310°C
40-100Bar
1-2 h
BIO-COMBUSTIBILI
Scarti industria
agroalimentare
Separazione
Fanghi depurazione
reflui urbani
BIO-OLIO
3 - Bio-oli da rifiuti organici
 Usa una materia prima per la quale esiste già una filiera di raccolta senza consumi di
acqua e terreno, poiché non deriva da coltivazione agricola e non compete con l’uso
alimentare
 La materia prima ha un costo negativo (costo di conferimento pari a 70-100€/t)
 Non necessita dell’essiccamento carica
 Produce un bio-olio con elevato potere calorifico e agevolmente stoccabile
 Recupera il rifiuto restituendo la quantità di acqua in esso presente per reimmissione
nell’ambiente
 I bio-fuel prodotti da rifiuti sono riconosciuti come Biocarburanti Avanzati dalla
normativa europea per l’energia nel settore dei trasporti
 Può avere anche un impatto sociale nelle aree dove è più critico lo smaltimento dei rifiuti
3 - Bio-oli da rifiuti organici
Biomasse umide
(~65-80% H2O)
Frazione organica
rifiuti urbani
Scarti industria
agroalimentare
Fanghi depurazione
reflui urbani
Feed: 2-7 kg/h
Reattori: CSTR ~ 9 l – PFR ~ 3 l
Max: 320 °C / 150 bar
Pilota Waste to Fuel presso il Renewable Energy and Environmental R&D Center (Novara)
La ricerca eni e i biocarburanti avanzati
Le possibili fonti alternative per biocarburanti avanzati sono:
1. Oli microbici ottenuti dalla fermentazione di zuccheri ricavati
da biomasse ligno-cellulosiche
2. Oli algali ottenuti da microalghe fotosintetiche
3. Bio-olio ottenuto da rifiuti organici, scarti agro-alimentari e
fanghi di depurazione
4. Componenti diesel ossigenati da glicerina grezza
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4 - Componenti Diesel da glicerina
La glicerina è il sottoprodotto della produzione di biocarburanti tradizionali (FAME) ed è
considerato un rifiuto nella nuova normativa RED/FDQ sui combustibili di tipo
advanced. Il riutilizzo di glicerina, tramite un nuovo processo Eni (brevettato),
permette di ottenere un nuovo componente bio pro Diesel con buone caratteristiche
prestazionali e con la connotazione «advanced» in termini di sostenibilità.
Glicerina
grezza
sintesi
purificazione
acqua
Etanolo
acqua
separazione
idrolisi
Nuovo componente bio pro Diesel
P. eb.
Densità
Cetano
PCI
Cont. bio
180-190°C
0,97 g/cm3
87
28 MJ/Kg
100%
4- Componenti Diesel da Glicerina: impianto pilota
Biolubrificanti
 Nuovi lubrificanti "environmentally friendly"

vantaggiosi in termini di bilancio della CO2

biodegradabili e a bassa tossicità
 Impieghi in contesti tradizionali (trazione e industria) e ad alta criticità ambientale
 Le basi esteree, ottenibili da fonti rinnovabili, rappresentano un componente strategico
 Nel nuovo polo di chimica verde di Porto Torres, è iniziata la produzione di esteri con
processi innovativi
 La ricerca Eni valorizza queste basi in lubrificanti
per

trazione leggera ad alta fuel economy

trazione pesante

applicazioni industriali e marina
scissione
dell’acido
oleico
acidi grassi
vegetali
biopolimeri
esterificazione
basi lubrificanti sintetiche
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Nuovi additivi per lubrificanti
 Il contesto sfidante a cui i lubrificanti devono rispondere passa anche attraverso la sintesi
di nuovi additivi ad alte prestazioni.
ADDITIVI INNOVATIVI A BASE DI
CALIXARENI
Detergenti senza zolfo
 oli motore compatibili con le più
evolute marmite catalitiche
 oli per motori marini ad elevatissime
prestazioni
Viscosity Modifiers a struttura stellare
 oli motore con elevate caratteristiche
viscosità-temperatura e stabilità
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Fitoriqualificazione siti contaminati
 Sono già disponibili linee guida/protocolli
per l’applicazione della tecnologia di
fitoriqualificazione di siti contaminati.
25
Biorimedio di siti contaminati
 Eni e Syndial hanno sviluppato e già applicato
(Ravenna) una tecnica innovativa di bonifica per
terreni contaminati da idrocarburi (nota come e-ibsabr™).
 La tecnica e-IBS-ABR™ in combinazione con altre
tecnologie come il landfarming, la biostimolazione, la
fitodepurazione, la bioaugmentation e il bioventing /
biosparging, viene utilizzata per la degradazione di
idrocarburi mediante batteri autoctoni.
Bioremediation
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Conclusioni
 La direttiva Europea promuove la diffusione dei biocarburanti, favorendo però quelli “avanzati”,
ottenuti da materie prime non in concorrenza con il ciclo alimentare.
 L’unica alternativa commerciale al biodiesel (FAME) è rappresentata dal Green Diesel, che può essere
ottenuto anche da oli diversi da quelli alimentari (oli non commestibili, grassi animali, oli usati), in
attesa di nuovi processi no biomasse di scarto o biomasse algali. In questo senso la tecnologia
EcofiningTM è il ponte tra la prima generazione e i biocarburanti “avanzati”.
 La ricerca eni è attiva con diversi progetti finalizzati allo sviluppo dei biocarburanti “avanzati”,
attraverso la selezione di materie prime di scarto o comunque non in competizione col ciclo
alimentare, con un basso utilizzo della risorsa “acqua” e “terra”.
 La ricerca eni è attiva inoltre nel settore dei lubrificanti ad elevate compatibilità ambientale ed elevate
prestazioni. Biocarburanti, biolubrificanti ed additivi innovativi, costituiscono la risposta di Eni per una
mobilità sostenibile.
 Infine, nel settore ambientale le nuove tecnologie “bio” possono contribuire in modo sostenibile alla
riqualificazione di siti contaminati da idrocarburi e/o metalli.
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[email protected]
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