Attivita` Enea sulle filiere tecnologiche delle biomasse
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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