Presentazione di PowerPoint - BIOSEA

Biocarburanti avanzati: la ricerca eni
Daniele Bianchi
Development, Operations & Technology
Renewable Energy and Environmental R&D Center
Accademia Nazionale di Agricoltura - BIOSEA
Agroenergie: produzione e utilizzazioni
Bologna 4 Dicembre 2014
I biocarburanti
I BIOCARBURANTI
► PERCHE’?
► QUALI PRODOTTI SERVONO?
►COME PRODURLI?
Perché i biocarburanti
Fonti di emissione CO2 (EU-27)
Le emissioni di CO2 associate al settore dei trasporti, in particolare quelli su
strada, avranno in futuro un peso percentuale sempre maggiore
Fonte: EC Publication “EU Energy, transport and GHG emissions trends to 2050”
Perché i biocarburanti?
L’unica alternativa a BREVE TERMINE per diminuire le emissioni nei
trasporti sono i BIOCARBURANTI
►La direttiva europea RED richiede che, entro il 2020 il 10% dell’energia utilizzata
nei trasporti dovrà provenire da biofuel, elettricità ed idrogeno prodotti da fonti
rinnovabili.
►L’attuale Bozza di Decreto del Ministro dello Sviluppo Economico, in ricezione
della proposta di Direttiva Europea prevede una traiettoria indicativa di
immissione di biocarburanti:
 2015 5%
 2016 5,5%
 2017 6,5%
 2018 7,5% di cui 1,2% di advanced biofuel
 2019 9,0% di cui 1,2% di advanced
 2020 10% di cui 1,6% di advanced
 2022 10% di cui 2,0% di advanced
Lo scenario dei biocarburanti (IEA: New Policies Scenario 2013)
► Nel 2035 i biofuel soddisferanno l’8% del mercato mondiale dei
carburanti (trasporto su strada), rispetto al 3% del 2011. La domanda di
biofuel è attesa crescere del 5% anno rispetto al 1% della domanda
globale di petrolio per trasporto.
Fonte: IEA WORLD ENERGY OUTLOOK 2013
Lo scenario dei biocarburanti:la crisi delle raffinerie
L’industria europea della raffinazione sta attraversando un periodo di forte crisi, già da alcuni anni, a causa del calo
strutturale della domanda di prodotti raffinati e del conseguente eccesso di capacità accompagnato da crollo dei margini.
La crisi è ancora più spinta per le aree MED e per l’Italia in particolare
Consumi benzina e gasolio in
Italia (2005-2025)
Mton/a
Raffinerie in Italia dal 2009
Benzina
#16
-36%
Bio
Mton/a
6,7
0,7
6,5
0,8
5,6
2025
7,4
0,3
6,0
2020
8,3
0,2
7,0
2015
9,9
0,2
8,0
2012
Italia
60,2
13,5
2010
Mantova
Ravenna
Busalla
-52%
Roma
x
Roma
Taranto
Sarroch
2025
Gela
20,7
2,3
18,4
21,0
2,0
19,0
20,3
1,4
18,9
20,9
1,4
19,5
23,1
1,5
21,6
22,5
22,7
0,2
Italia
2020
Milazzo
Milazzo
186,7
188,0
184,6
179,7
182,8
173,4
Europa
2015
Livorno
Sarroch
-9%
2012
Falconara
Falconara
Taranto
207,2 209,4
193,9 191,2 197,1 19,2 22,7
12,5
174,9 11,2 11,5
1,5
2010
Mantova
Ravenna
Oil
Gasolio
+20%
2005
xx x
Busalla
Livorno
2005 2010 2012 2015 2020 2025
#11
Sannazzaro
Venezia
Cremona
Trecate
Trecate
69,4
9,3
9,7
70,4
7,7
62,7
75,7
5,0
70,7
81,3
4,5
76,8
2005
90,7
4,4
Sannazzaro
Venezia
Cremona
86,3
108,4
Europa
109,2
0,8
2005 2010 2012 2015 2020 2025
x
Priolo
Augusta
Gela
Priolo
Augusta
x Chiusura annunciata nel 2014
Capacità di raffinazione chiusa in Italia
-12 Mton/a
(Europa -80 Mton/a)
Fonte: Wood Mackenzie
COSA SERVE: la domanda di biofuel in Italia
►Come nel resto d’Europa, Il consumo di biofuel in Italia è atteso in sensibile
crescita nei prossimi 10 anni.
►In particolare, il biodiesel si conferma il biocarburante più richiesto dai
consumatori italiani che mantengono la propria “predilezione” per i mezzi
alimentati a diesel
Domanda nazionale di biofuels
kt/a
3.500
+5%
3.000
2.740
2.500
1.710
242
1.500
1.592
227
biogasoline
1.772
344
2.026
1.000
0
837
714
2.000
500
3.165
200
200
2005
1.468
1.365
1.428
2010
2012
2015
2.328
0
2020
2025
biodiesel
COME PRODURLI: la materia prima
1a generazione
Biocarburanti avanzati
Biomasse
Lignocellulosiche
La ricerca eni di sui biocarburanti: pool DIESEL
Gasificzione/
liquefazione
BtL diesel
zuccheri
Fermentazione
olio
Rifiuti Organici
Alghe
olio
Idrogenazione
bio-olio
Liquefazione
Green diesel
La ricerca eni di sui biocarburanti
Greendiesel di seconda e terza generazione
Processi per Biodiesel di 1° generazione
MeOH
Transesterificazione
Estrazione olio
Purificazione
glicerolo
Piante
oleaginose
Fatty Acid Methyl Ester (FAME)
Il biodiesel come fuel
I vantaggi del biodiesel
► Processo semplice con bassi costi di investimento
Gli svantaggi
► E’ un prodotto ossigenato (potere calorifico inferiore al diesel fossile)
► Proprietà a freddo non ottimali
► Limitata stabilità all’ossidazione (presenza di doppi legami)
► E’ biodegradabile (può causare problemi di biofouling)
► Ha proprietà solventi (degrada parti in gomma ed elastomeri)
► Emissioni di NOx superiori al diesel convenzionale
► Limiti nel blending (max 7%)
Impossibile soddisfare target 2020
(10% in termini energetici)
Il GREEN DIESEL: Hydrogenated Vegetable Oil (HVO)
H2
Idro-deossigenzione
Trigliceridi / acidi
grassi
H2
Idro-isomerizzazione
Processo
EcofiningTM
Distillazione
Green diesel
(prodotto NON-ossigenato,
analogo al diesel fossile)
GREEN DIESEL: il processo EcofiningTM
Green GPL
Green nafta
Green Jet
Green diesel
Materie prime:
►oil vegetali di bassa qualità
►grassi animali
►oli usati
►oli algali
Il progetto Green Refinery - Venezia
 La raffineria di Venezia è stata riconvertita in bio raffineria
 Un impianto con tecnologia Ecofining è stato avviata a Gennaio
2014, producendo globalmente circa 360.000 ton/anno di
biocarburanti.
 Nella prima metà del 2015 la bioraffineria raggiungerà la sua
massima capacità produttiva, pari a circa 500.000 ton/anno di
biocarburanti.
Il progetto Green Refinery - Venezia
•
nel
L’idea fondante del Progetto Green Refinery è oggetto di un brevetto depositato da eni
2012 con il
titolo: “Metodo per convertire una raffineria convenzionale di oli minerali in una bioraffineria”
• La nuova soluzione tencologica prevede la conversione delle
due unità di idrodesolforazione gasoli (HDS) già esistenti in
un’unità ECOFININGTM.
• Le principali modifiche comprendono la sostituzione del
catalizzatore e del sistema di scambio termico
• La tecnologia è replicabile per la riconversione di raffinerie
tradizionali
Il progetto Green Refinery - Gela
 Un’iniziativa analoga a quella di Venezia è stata annunciata anche
per la riconversione della raffineria di Gela dove è previsto per il
2017 l’avviamento di un secondo impianto Ecofining in grado di
trattare 750 kt/anno di oli vegetali e/o di scarto.
GREEN DIESEL: la disponibilità delle materie prime
Per soddisfare la richiesta di diesel è necessario partire da
MATERIE PRIME ALTERNATIVE
http://www.ars.usda.gov/sp2UserFiles/Program/307/biomasstoDiesel/RobertBrown&JenniferHolmgrenpresentationslides.pdf
GREEN DIESEL di seconda generazione
sviluppato da
Saccarificazione
zuccheri
Fermentazione
Lisi/Estrazione
Biomasse
Lignocellulosiche
(scarti agricoli, forestali,
energy crops)
Lieviti
oleaginosi
Oli microbici
Trigliceridi
EcofiningTM
Green diesel
I microorganismi oleaginosi
Proprietà dei lieviti oleaginosi:
► Alta produttività in lipidi (fino al 70% sul peso secco della cellula)
► Alta produttività in biomassa (>100 g/l)
► Capacità di crescere sia su tutti gli zuccheri (C5 e C6) derivati da biomasse
lignocellulosiche
► I lipidi prodotti sono equivalenti agli oli vegetali e possono essere utilizzati nei
processi per biodiesel o greendiesel
I lipidi sono endocellulari e sono
immagazzinati come riserva di
energia nei lipid bodies
Cryptococcus curvatus
GREEN DIESEL di seconda generazione
Scale-up del processo
7 liters
20 liters
200 liters
1.500 liters
Target: 1.000 m3
Impianto pilota presso il
Renewable Energy and
Environmental R&D Center
(Novara)
GREENDIESEL di terza generazione: LE MICRO ALGHE
Sono organismi fotosintetici in
grado di accumulare fino al
70% in peso di oli all’interno
della cellula
Microalga
Oil content
(% dry weight)
Botryococcus braunii
25–75
Chlorella sp.
28–32
Crypthecodinium cohnii
20
Cylindrotheca sp.
16–37
Nitzschia sp.
45–47
Phaeodactylum
tricornutum
20–30
Schizochytrium sp.
50–77
Tetraselmis suecia
15–23
Fonte: Y. Chisti / Biotechnology Advances 25 (2007) 294–306
GREEN DIESEL di terza generazione
Emissioni
industriali CO2
CO2
ossigeno
riciclo acqua
acqua
nutrienti
addensamento
inoculo
Green diesel
EcofiningTM
Oli
algali
estrazione
Processo per produzione di fuel da alghe
I vantaggi
► Assenza di competizione con suolo e acqua
► 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
► Sezione di downstream della biomassa complesso e costoso (la densità
cellulare in uscita dai pond è ~ 1 g/l peso secco)
► Elevato costo di produzione dell’olio algale
Coltivazione alghe: impianto pilota raffineria eni di Gela
2 vasche da 1000 m2
1 vasca da 2000 m2
Avviato nel 2011
4 vasche da 50 m2
4 vasche da 200 m2
Processo per produzione di fuel da alghe: LA PRODUTTIVITA’
MICROALGHE (Gela)
20
Produttività biomassa
annua (Open Ponds)
ton/ha anno
88
Produttività biomassa
giornaliera
g/m2 giorno
24
Contenuto Lipidico
ton/ha anno
23.3
Dewatering
Microfiltrazione/
Flottazione
Fino a 60 g/l
Downstream
Estrazione con
solvente
Risultati medi sito di Gela
La ricerca eni di sui biocarburanti
Waste to Fuel
Processo Waste to Fuel: la materia prima
In Italia la produzione attuale di rifiuti organici (stima peso umido) è la seguente:
► frazione umida + potature (FORSU) 10.000.000 t/anno
di cui già differenziate
4.500.000 t/anno
► rifiuti agroalimentari
6.500.000 t/anno
► fanghi
3.000.000 t/anno
14.000.000 t/anno
Fonte: ISPRA Rapporto Rifiuti Urbani 2013
Processo Waste to Fuel: la materia prima
Raccolta
differenziata rifiuti
urbani
Raccolta
umido/verde
Fonte: ISPRA Rapporto Rifiuti Urbani 2013
Opzioni per smaltimento/valorizzazione dei rifiuti organici
Discarica
Produzione di gas serra
Compostaggio
Fertilizzanti
Energia
frazione umida
(FORSU)
Digestione anaerobica
Liquefazione
Processo di liquefazione dei rifiuti organici
Sviluppato da
Biomasse umide
(~65% H2O)
Liquefazione
Frazione organica
rifiuti urbani
100 bar, 310 °C
1 ora
Scarti industria
agroalimentare
Fanghi depurazione
reflui urbani
Separazione
Acque (74%)