Tognotti gramolazzo1 - Energia Ecologia Economia

Il ruolo delle biomasse nella produzione di energie rinnovabili e di nuove
filiere produttive in Garfagnana e Lunigiana:
Alcuni spunti di riflessione su tecnologie e prodotti ed il
ruolo della ricerca
Leonardo Tognotti
Università di Pisa
Centro Ricerca Interuniversitario sulle BioEnergie
Gramolazzo
7 maggio 2016
Il ruolo delle biomasse nella produzione di energie rinnovabili e di nuove
filiere produttive in Garfagnana e Lunigiana
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7 maggio 2016
CRIBE
Centro Interuniversitario di Ricerca sulle Biomasse da Energia
Obiettivi
•
Integrazione e coordinamento in una unica struttura di ricerca autonoma di
competenze scientifiche e professionali interdisciplinari (ingegneristiche,
agronomiche, economiche) relative alla produzione di biomassa e alla
conversione in energia .
•
Promozione ed esecuzione di ricerche su produzione, conversione ed
utilizzazione di biomasse a destinazione energetica ( e non solo)
Strutture afferenti
•
•
•
•
•
Dipartimento di Ingegneria Civile e Industriale
Dipartimento di Energia, Sistemi Territorio
Costruzioni
Dipartimento di Chimica e Chimica Industriale
Dipartimento di Scienze agrarie, alimentari e agroambientali
Centro E. Avanzi
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Istituto Scienze della Vita
Istituto di management
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Centro di Ricerca Interuniversitario
Biomasse da Energia
Impianti dimostrativi di bioraffineria
Gassificazione
Biodiesel
Biomasse
Coltivazioni energetiche
(energy crops)
Cippato/pellet di legno
Residui forestali
Residui agricoli
Residui industriali
(legno, alimentare)
Frazioni organiche
Alghe
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Fermentazione
Combustione
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La gassificazione
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Generic mass balance of a
small-scale gasification
process.
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Problematiche per i gassificatori di piccola taglia
Necessaria una buona qualità della biomassa per garantire prestazioni stabili:
•
Le biomasse richiedono pretrattamenti (essiccamento, macinazione, etc.)
•
Richiedono biomassa secca (< 20% umidità) per una buona efficienza
•
I processi di pulizia del syngas non sono semplici nè consolidati (tar, particolato, etc.)
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ENERGIA DA BIOMASSE LEGNOSE
ASPETTI TECNICI, NORMATIVI E AMBIENTALI
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Impianto GASTONE S.Piero a Grado - Pisa
Loading
System
LC min
P
Venturi
TC1
TC2
P
Cooler
Sawdust
Filters
Blower
P
FI
Gasifier
Cyclone
Particulate
To water
collection
GASSIFICATORE A LETTO FISSO DI
TIPO DOWNDRAFT;
- 30-80 kg/h di biomassa;
- 150-350 kWtermici;
- 40-80 kWelettrici;
- gassificazione con aria;
- superficie impianto 60 m2.
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Flare
Condenser
TC0
Air
Biomass
Tank
Vegetable-oil towers
LC max
Chiller
to water
collection
P
P
Bag
Filter
TC3
from cooling tower
PULIZIA/RAFFREDDAMENTO
DEL SYNGAS CON:
- scrubber/assorbimento;
- condensatore;
- filtri a riempimento;
- filtro a manica;
- torre di raffreddamento.
Impianto: possibilità di misure «on line» e
prelievo campioni
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Impianto GASTONE:
Specifiche e limitazioni sul combustibile
Parametro
Umidità
Potere calorifico
Materia volatile
Ceneri a 900°C
Azoto
materiale fuori
specifica: richiesti
pretrattamenti
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Unità
%wt
MJ/kg dry
%wt dry
%wt dry
%wt dry
Limiti
<20
>17.5
>78
<3
<1
Dimensioni
particelle
>100 mm
63-100 mm
3.15-8 mm
<3.15 mm
Limiti
%wt
0
<2
<10
<2
poche polveri,
nessun pezzo
grossolano
area di buon
funzionamento
dell’impianto
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Prove di gassificazione su GASTONE
Pellet di
legno
Tutoli di
mais
Sarmento
di vite
Lolla di
riso
Produzione specifica
(Nm3 di syngas prodotto / kg di biomassa
secca)
2.20
2.04
2.31
2.26
Potere calorifico del syngas
(MJ/Nm3)
5.62
5.72
5.80
3.76
Efficienza di gas freddo
(efficienza di gassificazione) (%)
68.6
67.4
69.0
54.4
Efficienza dell’impianto
(rapporto tra potenza elettrica prodotta e
potenza termica associata alla biomassa
alimentata) (%)
22.0
21.6
22.1
17.4
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Filiere della gassificazione
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Agro-industry residual biomass: a resource that can be
valorised
Environmental problem
Economical issue
…. but a significant fraction of biomolecules is lost after industrial
processing, being discarded into the residual matter…..
proteins, fibres, polysaccharides, sugars, polyphenols, carotenoids
drugs
nutraceuticals
cosmetics
biopolymers
biofuels
 by-products that can represent the starting material for other processes
 raw materials not in competition with food chain
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November 20th, 2012 Città della Scienza, Naples, Italy
Bio-raffineria
Fuels
Solvent
Bulk chemicals
Plastics
Fibres
Fine chemicals
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Oils
Elementi costitutivi della castagna
Pericarpo (buccia) : si presenta liscio, consistente,
di colore marrone con tonalità variabile, a volte con
striature esterne e una peluria interna.
Ilo o cicatrice ilare: parte basale del frutto, di
colore chiaro e di dimensione variabile; presenta
una raggiatura stellare con pelosità residua o meno
e granulazioni puntiformi, chiamate granuli migliari.
Torcia: apice della castagna costituito dai residui
del perianzio e degli stili disseccati.
Episperma: pellicola di colore camoscio in cui è
avvolto il seme e che può penetrare o meno nella
massa cotiledonare (polpa).
Seme: può essere formato da uno (come nei
Marroni) o due cotiledoni, ed è ricco di amido, sodo,
biancastro all'interno e giallastro all'esterno.
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Analisi letteratura scientifica
Utilizzo dei sottoprodotti della lavorazione della
castagna
• Più di un centinaio di lavori scientifici su riviste
internazionali, negli ultimi 10 anni
Applicazioni:
–
–
–
–
–
–
–
Antibatterici
Antiossidanti
Biochar da shell
Resine
Sorbenti
Tannini
Adesivi per legno
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CHESTNUT
WOOD
PYROLYSIS
GASIFICATION
COMBUSTION
BIOCHAR
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POWER
GENERATION
CHESTNUT
SHELLS
BIOSORBENT
pretreatment
removal from
aqueous solution
Pesticides
Heavy Metals
(Cu2+, Cd2+, Pb2+, Zn2+)
Cr(VI)
As(III)
Dyes
Reactive Brilliant Red K-2G
Gramolazzo
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CHESTNUT
PEELS
TANNINS
extraction
POLYPHENOLS
Valorization of solid wastes from chestnut industry
processing:
Extraction and optimization of polyphenols, tannins
and ellagitannins, and its potential for adhesives,
cosmetic and pharmaceutical industry
LEATHER TANNING
WOOD ADHESIVES
ANTIOXIDANTS
IN FOOD, COSMETIC AND
PHARMACEUTICAL INDUSTRY
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CHESTNUT
TANNINS
extraction
Tanning
Chestnut as Source of
Tannin Extracts for
Application in the
Leather industry
Gramolazzo
7 maggio 2016
TANNED
LEATHER
CHESTNUT
FLOWERS,
LEAVES,
SKINS,
FRUITS,
SHELLS,
POLYPHENOLS
extraction
FLAVONOIDS
BURS
ANTIOXIDANTS
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7 maggio 2016
CHESTNUT
SHELLS
Gramolazzo
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COMPOSITE MATERIALS
CHESTNUT
SHELLS
ENZYMATIC
pretreatment
SACCHARIFICATION
FERMENTABLE
SUGARS
BIOFUELS
(BIOETHANOL)
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Agro-industry residual biomass: a resource that can be
valorised The biorefinery approach
• Food industry wastes
BIOMASS
Transformation
technologies
Energy and
chemicals
(vegetables
processing residues)
• Agriculture and crop residues
•Bioprocesses (bacteria, enzymes)
•Chemical Processes
•Physical Processes
•Biofuels
•Antioxidants
•Biopolymers
Adapted from Kamm, B.; Kamm, M. (2004). Principles of Biorefineries. Appl. Microbiol.
Biotechnol. (AMB), 64: 137-145.
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November 20th, 2012 Città della Scienza, Naples
“bioraffineria”: un sistema simile alla raffineria del petrolio per produrre
prodotti chimici, carburanti ed energia utilizzando biomasse.
Materie prime
materiale biologico grezzo
Processi di
trasformazione
Prodotti
Sostanze ed energia
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•Granaglie
•Biomassa ligno-cellulosica
(es. Graminacee, canne, arbusti,
cespugli, residui di raccolti)
•Biomasse forestali (legname, sterpaglie,
scarti della lavorazione del legno)
•Rifiuti solidi urbani (carta/cartone,
fogliame…)
•Bioprocessi (fermentazioni,
bioconversioni)
•Processi chimici
•Processi termo-chimici
•Processi termici
•Processi fisici
•Carburanti (etanolo, biodiesel)
•Prodotti
chimici
(intermedi,
solventi, acidi grassi)
•Materiali
(polimeri,
inchiostri,
vernici, lubrificanti)
CRIBE – Bioraffineria
Facilities:
Bio-Oil
Plant
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Gasification
Plant
Bio-Ethanol
Plant
Il ruolo delle biomasse nella produzione di energie rinnovabili e di nuove filiere
produttive in Garfagnana e Lunigiana
Considerazioni conclusive
• Non esiste un «modello» predefinito da trasferire su un territorio
– Individuazione di tutte le possibili fonti di biomassa su un territorio
e ottimizzazione delle filiere
– Rirca di tutte le possibili fonti di residui, scarti etc,
– Individuazione, «promozione» delle utenze termiche
•
La gassificazione rappresenta la via più promettente anche se presenta ancora
alcune «barriere» tecnico-economiche (non ambientali).
•
•
Approccio integrato valorizzazione energetica - bioraffineriaEsistono numerosi esempi in letteratura di valorizzazione dei sottoprodotti della
lavorazione della castagne
•
E’ determinante il ruolo della ricerca – interdisciplinare - , incluso il ricorso a
impianti pilota-dimostrativi
Il sistema integrato: sviluppare per successivi passi temporali e con contributi
(co-finaziamenti) e con parternariato pubblico-privato
•
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