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INNOVHUB
STAZIONI SPERIMENTALI PER L’INDUSTRIA
Divisione Stazione Sperimentale per i Combustibili
Metano, Gas Naturale, Biogas, Biometano:
presente e futuro per case e automobili
Silvia Bertagna
Paola Comotti
La chimica dei biocombustibili a servizio di una produzione sostenibile
Chem-Med – Milano, Rho-Fiera, 25 settembre 2013
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Una grande famiglia
Gas Naturale:
combustibile di origine
fossile
Biogas e Biometano:
combustibili di origine
biogenica
GAS COMBUSTIBILI
La chimica dei biocombustibili a servizio di una produzione sostenibile
Chem-Med – Milano, Rho-Fiera, 25 settembre 2013
Metano, Gas naturale, Biogas, Biometano: presente e futuro per case e automobili
Metano
CH 4
Il Metano, dal punto di vista chimico, è un idrocarburo
identificato univocamente e unicamente con il composto
avente formula chimica CH4
La chimica dei biocombustibili a servizio di una produzione sostenibile
Chem-Med – Milano, Rho-Fiera, 25 settembre 2013
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Metano, Gas naturale, Biogas, Biometano: presente e futuro per case e automobili
Gas Naturale
Nella nostre case o nelle nostre automobili,
attualmente non si utilizza Metano, bensì Gas Naturale
Gas Naturale “non è sinonimo” di Metano
La Norma UNI EN ISO 14532, conosciuta anche come “Vocabolario del Gas
Naturale” definisce il gas naturale come “miscela complessa di idrocarburi, composta
principalmente da metano, ma che generalmente include, quantità sensibilmente
minori di etano, propano e idrocarburi superiori e alcuni gas non combustibili come
ad esempio azoto e anidride carbonica”
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Metano, Gas naturale, Biogas, Biometano: presente e futuro per case e automobili
Gas Naturale
Nord Europa
Russia
casa
GNL
GNL
Oltre al Gas Naturale di produzione nazionale,
nazionale in
Italia si hanno importazioni provenienti da: Nord
Europa,
Europa Russia, Libia e Algeria e due punti di
importazione di GNL.
GNL
La composizione del Gas Naturale è differente a
seconda della provenienza, ma deve rispettare un
intervallo di Indice di Wobbe, di Potere Calorifico e
Densità per garantire una distribuzione in sicurezza
del gas ed un corretto funzionamento degli
apparecchi utilizzatori secondo la norma UNI EN 437
Le caratteristiche del Gas Naturale da immettere in
rete in Italia vengono definite dalla: Regola Tecnica
del Gas Combustibile pubblicata come D.M.
19/2/2007
In Italia il Gas Naturale ha un contenuto
in Metano che varia dal 85 al 99%
Fonte:
SnamReteGas
Algeria
Libia
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Metano, Gas naturale, Biogas, Biometano: presente e futuro per case e automobili
Biogas
La norma UNI 10458:2011 definisce il Biogas come
“miscela gassosa prodotta nel corso del processo di digestione anaerobica costituita
in prevalenza da Metano (>50% v/v), anidride carbonica e, in piccole quantità,
da impurezze quali idrogeno, azoto, ossigeno, acido solfidrico,mercaptani,
ammoniaca e acqua”
quindi
Il
Biogas ha una “ composizione differente” dal Gas Naturale
Il Biogas ha generalmente un contenuto in Metano che varia dal 50 al 75%
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Metano, Gas naturale, Biogas, Biometano: presente e futuro per case e automobili
Il Biogas – materie prime e produzione
Le fonti da cui si può produrre biogas sono:
- digestione anaerobica di matrici agro-zootecniche (effluenti zootecnici, sottoprodotti
animali, scarti dell’industria agro-alimentare, colture dedicate)
- digestione anaerobica della frazione organica di rifiuti urbani (FORSU)
- digestione anaerobica dei fanghi di depurazione di reflui civili
- captazione di gas da discarica
Altre matrici
- gassificazione di biomasse solide
effluenti zootecnici
12%
Circa il 94% degli impianti
di produzione di biogas
utilizza biomassa di
origine agrozootecnica
effl. zootecn.+scarti
agroind.+colture en.
17%
6%
45%
effl.zootecn+colture
energ.
effl. zootecn.+scarti
agroind.
20%
5%
colture en.+scarti
agroind.
Fonte: dati CRPA, 2012
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Metano, Gas naturale, Biogas, Biometano: presente e futuro per case e automobili
Il Biogas – digestione anaerobica
La DIGESTIONE ANAEROBICA è un processo biochimico che avviene in assenza di
ossigeno e che consiste nella demolizione ad opera di microorganismi della sostanza organica
complessa contenuta nei vegetali e nei sottoprodotti di origine animale o nei rifiuti.
BIODEGRADAZIONE
SOSTANZE
ORGANICHE
COMPLESSE
SOSTANZE
ORGANICHE
SEMPLICI
FASE IDROLITICA
BATTERI
FERMENTATIVI E
ACIDOGENI
BIOGAS (CH4, H2O, H2S, CO2, …)
ALCOLI,
CHETONI,
ACIDI
ORGANICI
METANIZZAZIONE
FASE ACIDOGENICA
S.O. RESIDUE
DIGESTATO/COMPOST
BATTERI
METANIGENI
La durata del processo (15-30 gg) di digestione è dipendente dal tipo di substrato e dal tipo
di processo che si utilizza (termofilo (50-57°C), mesofilo (32-42°C), psicrofilo (5-25°C)).
La temperatura è dunque un parametro fondamentale che influenza l’intero processo.
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Metano, Gas naturale, Biogas, Biometano: presente e futuro per case e automobili
I numeri del Biogas
1100
900
1000
900
800
700
700
600
MWe installati
Di questi, il numero di
impianti di biogas da fonte
agro-zootecnica
ammonta a circa 994
unità per una potenza
complessiva installata di
756 MWe
1000
800
Numero impianti
Il numero complessivo di
impianti per la produzione di
biogas presenti in Italia
ammonta oggi a circa 1280
unità per una potenza
complessiva installata di
circa 1070 MWe
600
500
500
400
400
300
300
200
200
100
100
0
0
2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012
Fonte: Elaborazione ISSI su dati CRPA
Nota: nel grafico dal totale sopra indicato sono esclusi gli impianti di biogas da discarica (circa 220 unità) e
che utilizzano fanghi di depurazione delle acque (circa 60 unità) (al 31/12/2012, dati GSE)
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Metano, Gas naturale, Biogas, Biometano: presente e futuro per case e automobili
I numeri del Biogas
400
incremento 2012
numero impianti
350
impianti 2011
300
250
200
150
100
50
Veneto
Val d'Aosta
Umbria
Trentino Alto Adige
Toscana
Sardegna
Puglia
Piemonte
Molise
Marche
Lombardia
Lazio
Friuli VG
Emilia Romagna
Campania
Calabria
Basilicata
Abruzzo
0
Fonte: Elaborazione
ISSI su dati CRPA
Da maggio 2011 a dicembre 2012 il numero degli impianti di biogas è cresciuto di quasi il 95%
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Metano, Gas naturale, Biogas, Biometano: presente e futuro per case e automobili
Impiego del Biogas - cogenerazione
Con il termine COGENERAZIONE si intende la produzione combinata di energia elettrica e
energia termica (calore). Con la BIO-COGENERAZIONE si produce pertanto energia elettrica e
termica utilizzando scarti agricoli e zootecnici, colture dedicate o FORSU.
ENERGIA
ENERGIA
TERMICA
ELETTRICA
UTENZE
DELL’IMPIANTO
Potenze degli impianti esistenti
2,4% 7,6%
RETE
NAZIONALE
21,6
%
BIOGAS
COGENERATORE
68,4
%
<100 kW
100-500 kW
500-1000 kW
>1000 kW
Ad oggi in Italia la cogenerazione è
l’unico utilizzo consentito per il biogas.
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Metano, Gas naturale, Biogas, Biometano: presente e futuro per case e automobili
Da Biogas a biometano
FRAZIONE
ORGANICA DI
RSU
SCARTI PROD.
AGROALIMENTARE
FANGHI DI
DEPURAZIONE
BIOMASSE
AGROFORESTALI
REFLUI
ZOOTECNICI
BIOGAS
CH4 = 50-75%
CO2 = 25-45%
BIOMETANO
CH4 = 95-98%
CO2 = 2-3%
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Metano, Gas naturale, Biogas, Biometano: presente e futuro per case e automobili
Da Biogas a biometano – purificazione e upgrading
PURIFICAZIONE
BIOGAS
Rimozione
H2O
Rimozione
H2S
Raffreddamento
Precipitazione
Compressione
Assorbimento
chimico
Assorbimento
Assorbimento
su carboni
attivi
UPGRADING
Rimozione
N2 e O2
Rimozione
NH3
Assorbimento
su carboni
attivi
Strippaggio
Rimozione con
membrane
Rimozione
siliconi
Rimozione
particolato
Raffreddamento
Filtri
Assorbimento su
carboni attivi
meccanici
Rimozione con
alluminio attivo,
gel di silicio
Rimozione
CO2
BIOMETANO
Adsorbimento
convariazione
di pressione
Lavaggio con
acqua in
pressione
Lavaggio
chimico
Lavaggio con
solventi
Membrane
separatrici
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Metano, Gas naturale, Biogas, Biometano: presente e futuro per case e automobili
Biometano
Il D.Lsg 28/2011 (a sua volta recepimento della Direttiva 2009/28/CE) definisce
il biometano come “gas ottenuto a partire da fonti rinnovabili avente caratteristiche
e condizioni di utilizzo corrispondenti a quelle del gas metano e idoneo alla
immissione nella rete del gas naturale”
Il combustibile definito come
Biometano “non è costituito esclusivamente” da Metano
Il Biometano ha generalmente un contenuto in metano tra il 95 e il 98%
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Metano, Gas naturale, Biogas, Biometano: presente e futuro per case e automobili
Impiego del Biometano – immissione in rete e autotrazione
UTENZE
INDUSTRIALI
UTENZE
DOMESTICHE
STAZIONI DI
RIFORNIMENTO
Fonte: Lo stato dell’arte e le
prospettive del biometano,
S.Piccinini, CRPA, Reggio
Emilia, 14/5/2012
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Metano, Gas naturale, Biogas, Biometano: presente e futuro per case e automobili
Il biometano in Europa
Diversi Paesi in Europa hanno esperienze di immissione di biometano in rete e/o del suo uso come
combustibile per autotrazione: la purificazione del biogas a biometano è stata avviata già a partire
dal 2007 in Germania e in altri paesi come ad esempio Austria, Svizzera, Svezia e Olanda.
36.520 LDVs
1530 bus 550 HDVs
http://www.ngvaeurope.eu
Austria
Impianti di
purificazione a
biometano
10
Francia
3
1
283
Germania
84
82
8792
Italia
-
-
1280
Olanda
13
13
130
Polonia
-
-
219
Gran Bretagna
2
2
360
Svezia
47
8
229
Svizzera
17
15
600
Paese
Impianti biometano Numero tot. di
con immissione in
impianti di
rete
biogas
7
503
La chimica dei biocombustibili a servizio di una produzione sostenibile
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Fonte: EU Green Gas
Grids Project (2012)
38.600 Bio-NGV
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Metano, Gas naturale, Biogas, Biometano: presente e futuro per case e automobili
…e in Italia?
EU countries
Austria
Belgium
Bulgaria
Czech Republic
Denmark
Estonia
Finland
France
Germany
Greece
Hungary
Ireland
Italy
Latvia
Lithuania
Luxembourg
Netherlands
Poland
Portugal
Slovakia
Slovenia
Spain
Sweden
United Kingdom
7.065
esiste una capillare rete di distribuzione di gas naturale
355
61.256
3.964
esistono numerosi impianti di produzione di biogas
14
191
1.172
l’utilizzo di gas naturale per autotrazione pone il nostro
13.300
Paese al 1° posto in Europa (76% del totale) e al 4° nel
95.162
526
Mondo
372
1
750.000 veicoli totali di cui 3.500 veicoli
746.470
18
pesanti (bus + camion)
190 76%
253
5.201
2.094
586
1.170
… ma non ci sono impianti dedicati continuativamente
41
alla produzione di biometano
3.219
41.789
Fonte: NGVA Europe
559
Total
984.968
(dati 2011-2012)
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Metano, Gas naturale, Biogas, Biometano: presente e futuro per case e automobili
…e in Italia?
Impianto sperimentale di biometano in Italia a San Giovanni in
Persiceto (Persiceto Bioenergia)
L’impianto ha una
potenza installata di
1,2 MW e movimenta
circa 600 quintali di
biomassa al giorno; il
costo puramente
indicativo
dell’impianto di
upgrading ammonta a
circa 400.000 euro.
Fonte: Il primo impianto di
biometano agricolo in Italia,
C.Gamberini, 2^ giornata
nazionale sul biometano, Milano,
10/05/13
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Metano, Gas naturale, Biogas, Biometano: presente e futuro per case e automobili
…e in Italia?
Utilizzo pratico di Biocombustibili Gassosi in rete e/o per autotrazione:
punti da chiarire e/o in corso di chiarimento
Su mandato M 475 della Commissione Europea a cura del CEN è in corso di definizione
(CEN/TC 408) la qualità europea del Biometano da immettere in rete di Gas Naturale e
da usare per autotrazione
A livello legislativo e regolatorio (in Italia) si è in attesa dei decreti attuativi del D.Lgs.
28/2011
A livello normativo vanno sviluppati e/o adattati:
- metodi analitici al momento esistenti per gas combustibili (es. gas naturale,…)
- normative tecniche (es. modalità tecniche per la connessione alla rete…)
………..
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Chem-Med – Milano, Rho-Fiera, 25 settembre 2013
Metano, Gas naturale, Biogas, Biometano: presente e futuro per case e automobili
….. e Stazione Sperimentale per i Combustibili Divisione di Innovhub-SSI?
Sviluppo utilizzo biocombustibili gassosi
Attività normativa
(Partecipazione diretta e attiva )
•
Project Committee CEN/TC 408 “Natural gas and
biomethane for use in transport and biomethane for
injection in the natural gas grid” (partecipazione in
rappresentanza dell’Italia su mandato UNI)
•
GdL CIG “Mandate M 475 EU Biomethane” Mirror
Group Nazionale del CEN/TC 408
•
GdL CTI 904 “Biogas e Syngas Biogenico”
Attività sperimentale
•Determinazione
composizione dei
Macro-componenti
nel biogas/biometano
•Sviluppo di progetto
sperimentale per la
determinazione dei
componenti minori
presenti nel biogas/biometano
•Determinazione delle
emissioni postcombustione
La chimica dei biocombustibili a servizio di una produzione sostenibile
Chem-Med – Milano, Rho-Fiera, 25 settembre 2013
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Metano, Gas naturale, Biogas, Biometano: presente e futuro per case e automobili
Ringraziamenti
Grazie per l’attenzione!
Contatti:
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Web:
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