Tecnologia a membrana

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Termotecnica
Pompe
di Industriale
Calore
Bio-Gas
Gli atti dei convegni e più di 5.000 contenuti su
www.verticale.net
Milano, 25 giugno 2015
Dal biogas al biometano:
diverse tecnologie per la massima resa
Ing. Luca Fortini
© TSenergyGroup | 2015
1
Struttura della presentazione
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Il gruppo e l’azienda
Incentivazione del biometano
Novità sulle normative
Tecnologie proposte da BTS
Il modulo UpToFuel - RePower
Conclusioni
2
Il nostro gruppo
BTS Biogas è specializzata nella progettazione, costruzione
e ottimizzazione biologica di impianti di biogas da 25 kW a
1,5 MW+
ATS Agro-Forest fornisce consulenza agronomica
GTS Syngas si occupa di impianti per la produzione di
energia dalla gassiﬁcazione del legno, con potenze
installate da 200 kW a 1,5 MW+
La mission di TS energy GROUP è
fornire prodotti e servizi per
dare un concreto contributo alla
salvaguardia dell’ambiente.
Con i marchi BTS Biogas,
ATS Agro-Forest e GTS Syngas,
il gruppo è in grado di fornire le
tecnologie necessarie per
produrre tutta l’energia che serve
per garantire il fabbisogno
complessivo di una città.
3
Informazioni generali
•
Sede principale: Brunico (Alto Adige) - Italia
•
Numero dipendenti: 113 (biologi, tecnici, chimici, agronomi, sviluppatori)
•
Prodotti: impianti di biogas modulari, con una potenza installata da 25 kW a 1.5 MW+
•
Impianti: 178 (potenza complessiva di 140 MW)
•
Clienti: aziende agricole, industria agroalimentare, comuni, aziende
municipalizzate, impianti di compostaggio
•
Input: rifiuti agricoli, scarti, sottoprodotti e rifiuti organici
•
Output: energia elettrica e termica , bio-metano, ammendante naturale,
CO2 per l’industria alimentare
•
Ottimizzazione impianto: full service (produzione elettrica a pieno regime
di minimo 8.000 ore/anno), manutenzione, assistenza tecnica e biologica
•
Consulenza agronomica: dal campo al insilamento, dall’alimentazione alla
valorizzazione del digestato
L'impegno per l'ambiente - Nostra azienda
aderisce a un progetto per la compensazione
volontaria della CO2 emessa con i viaggi
aziendali in aereo.
4
BTS Biogas Worldwide
5
Tecnologie integrate
BTS Biogas è l’unico sviluppatore e costruttore di impianti che
attraverso il suo know how agronomico, biologico e tecnico
ha saputo realizzare un sistema davvero integrato di tutti gli elementi
che determinano la vera efficienza, anche economica, del progetto.
6
Riassunto sulla situazione attuale
•
Normative uscite negli anni passati a favore del biometano:
–
2011
•
–
2012
•
–
Decreto 31 marzo 2014; possibilità di distributori self service a metano
UNI/TS 11537; immissione BM in rete; Qualità da rispettare,
UNI/TS 11567; filiera di produzione biometano per autotrazione;
2015
•
•
DECRETO 5 dicembre 2013; Modalita' di incentivazione del biometano immesso nella rete del gas naturale
2014
•
•
•
–
Decreto 6 luglio 2012; inc. energia elettrica da FER; Tab. 1A e Tab. 1B: elenco dei sottoprodotti e rifiuti
2013
•
–
Decreto 3 marzo 2011, nr. 28; Promozione fonti rinnovabili; definizione incentivazione Biometano
Direttiva per la connessione di imp. Di BM alla rete; Deliberazione 46/2015/R/gas
Normative che devono ancora uscire:
–
GSE
–
CEN 475
consultazione aperta sulle procedure applicative per la richiesta
ed il rilascio degli incentivi (autoconsumo, …)
entro 27/04/2015 norma europea sulle specifiche tecniche per l’uso del
biometano per autotrazione e per immissione in rete (rif., fanghi, gas di discarica,)
7
Incentivazione
dell’atto di
immissione in rete
di biometano
Incentivazione
dell’utilizzo
del biometano
Fonte: Marco Mezzadri, AIEL
8
Art. 6 - Riconversione alla produzione di biometano di
impianti a biogas esistenti
Se il biometano è prodotto da impianti esistenti riconvertiti totalmente o
parzialmente (anche a seguito di incremento della capacità produttiva) alla
produzione di biometano, l’incentivo riconosciuto è pari:
al 40% di quello spettante all’analogo nuovo impianto, per:
• biometano immesso nelle reti di trasporto e distribuzione del gas
naturale
• biometano utilizzato in impianti di cogenerazione ad alto
rendimento;
al 70% per il biometano utilizzato nei trasporti.
9
Riassunto: criteri per il successo
• Rifiuti, sottoprodotti e prodotti da Tab. 1A e 1B
–
–
–
–
–
Intenzione chiara del legislatore
Maggior valore aggiunto;
Soluzione migliore dal punto di vista economico ed ecologico
Maggior accettazione della popolazione
Prodotti utilizzati da elencare esplicitamente nell’autorizzazione!!!
• Utilizzo per autotrazione
– Maggior valore aggiunto
– Più interessante dal punto di vista economico e ecologico
– Per soddisfare la quota d’obbligo sui biocarburanti
• Distributore fa parte dell’impianto
– Divulgare l’utilizzo del metano per autotrazione
– Trovare il mercato per il prodotto
– Creare la richiesta
10
Sottoprodotti TAB. 1A
11
12
13
Prodotti TAB. 1B
14
Prodotti TAB. 1B
15
Art. 4 - Biometano utilizzato nei trasporti previa immissione
nella rete del gas naturale
L’incentivo è corrisposto per un periodo di 20 anni
Il biometano immesso dal soggetto produttore nella rete del gas naturale ed
utilizzato per i trasporti è incentivato tramite il rilascio, al soggetto che lo immette
in consumo nei trasporti, di certificati di immissione in consumo di biocarburanti
(Dm Mipaaf 29 aprile 2008, n. 110).
[CIC10 = 10 Gcal]
[CIC5 = 5 Gcal]
biomasse dedicate
prodotto da rifiuti, sottoprodotti e prodotti elencati
nella tabella 1A e 1B al DM6/7/12
16
Art. 4 - Biometano utilizzato nei trasporti previa immissione
nella rete del gas naturale
In aggiunta all’incentivazione di cui al punto precedente, il soggetto
produttore che, senza utilizzo della rete di trasporto e distribuzione del gas
naturale, immette il biometano in un nuovo impianto di distribuzione di
metano per autotrazione realizzato a proprie spese e con data di primo
collaudo successiva alla data di entrata in vigore del presente decreto ha
diritto, per un periodo di 10 anni decorrenti dalla data di entrata in esercizio
dell’impianto di distribuzione, al rilascio di certificati di immissione in
consumo di biocarburanti con una maggiorazione del 50%.
17
Autotrazione: Calcolo Incentivo
Fonte: GSE
18
Il sistema di incentivazione dei
biocarburanti in Italia
•
•
•
•
Chi immette in consumo diesel o benzina (soggetto obbligato) è tenuto, ogni anno,
ad immettere una quota di biocarburanti sostenibili per un quantitativo
proporzionale ai carburanti fossili immessi in consumo
Ai soggetti obbligati che immettono in consumo biocarburanti sono rilasciati
Certificati di Immissione in consumo (CIC)
Per assolvere l'obbligo, i soggetti obbligati possono:
– immettere fisicamente in consumo i biocarburanti sostenibili (muniti di
certificato di sostenibilità)
– acquistare i Certificati di Immissione in consumo (CIC)
I CIC sono emessi dal GSE una volta che siano state dichiarate le informazioni
contenute nei certificati di sostenibilità in possesso, in quanto i biocarburanti
devono essere sostenibili.
19
Autotrazione: quota d’obbligo
• La quota d’obbligo viene alzata ogni anno.
• Di conseguenza anche la domanda del numero di CIC aumenterà.
• Probabilmente aumenterà anche il loro valore
Fonte: GSE
20
Il sistema di incentivazione del
biometano in Italia
• Certificazione del BM per Autotrazione
– Il biometano per autotrazione deve soddisfare criteri di sostenibilità.
• Riguardano la riduzione di emissioni di gas serra
• l'origine delle materie (non da terreni ad alta biodiversità, da terreni con elevato
stock di carbonio, da torbiere)
– tutti i soggetti coinvolti nella filiera di produzione del biometano
devono aderire al Sistema Nazionale di Certificazione o ad un sistema
volontario approvato dalla Commissione Europea.
– Il produttore del biometano cede insieme con il biometano anche il
certificato di sostenibilità al soggetto obbligato (= soggetto che immette il
carburante fossile)
– Il soggetto obbligato ottiene i CIC in base al tipo ed alle quantità di
biometano immesso in consumo
21
Messa in commercio del biometano
Fonte: GSE
22
Tecnologie proposte: generale
Impianto a
digestione
anaerobica
Eliminazione
NH3, H2O
Misurazione
Precompres
sione
UPGRADING
= estrazione CO2
Eliminazione
H2S
Eliminazione
COV, Silossani,…
Immissione in rete
Condizionamento
Stazione di servizio
23
Tecnologie proposte: generale
1. Pre-Condizionamento Biogas
–
–
–
–
–
Deumidificazione
Eliminazione NH3
Precompressione
Desolforazione
Eliminazione COV, Silossani
2. Separazione CH4 e CO2 (Upgrading)
– Tecnologia a membrane (BioMethaneM)
– Lavaggio ad acqua (BioMethaneW)
3. Condizionamento Biometano
– Misurazione
– Condizionamento (odorizzazione, pressione, …)
24
Purificazione del biogas: H2S, H2O, NH3
• Desolforazione:
H2S
– Desolforazione primaria (fino a 200 ppm)
• Avviene già nel fermentatore
• Desolforazione biologica (evtl. con ossigeno puro)
• Desolforazione chimica
– Desolforazione secondaria (fino a 0 ppm)
• Desolforazione esterna con carboni attivi
• Deumidificazione: H2O+NH3
– Condensazione dell‘acqua tramite raffreddamento
– Assorbimento con glicole (water scrubber)
– Filtrazione con membrane
• Altre sostanze: silossani, COV,
– Assorbimento con carboni attivi
25
Upgrading del gas
Tecnologie UPGRADING
Tecnologie ad assorbimento
1.
2.
3.
Tecnologia del lavaggio ad
acqua
Tecnologia dell‘assorbimento a
pressione oscillante
Lavaggio chimico
Tecnologie a membrana
Tecnologie criogeniche
26
Lavaggio ad acqua: il principio
– Separazione tramite assorbimento fisico a pressione
– Nella colonna di assorbimento (alta pressione) la CO2 si scioglie nel
liquido (H2O)
– La CO2 ha una solubilità più alta del CH4
– Mentre la CO2 rimane disciolta si può estrarre il CH4
– Nella colonna di desorbimento (bassa pressione) si libera la CO2
– Processo continuo
Estrazione CH4
Compressione
CH4 + CO2
Assorbimento CO2
H2O
Estrazione CO2
Desorbimento CO2
27
Lavaggio ad acqua: schema di flusso
99% CH4, p=4,5 bar
BIOMETANO
deumidificazione
Offgas
0,2% CH4
Q=2,5xQ[Biogas]
15% CH4, p=2 bar,
Q=20%[Qtot]
Scambiatore
di calore
COLONNA
FLASH
Scambiatore
di calore
Q=0,2xQ[Biogas]
Scambiatore
di calore
BIOGAS
p=2mbar
p=0,5 bar
p=5,5 bar
soffiante compressore ASSORBIMENTO
DESORBIMENTO
Pompa per acqua
28
Lavaggio ad acqua: caratteristiche
Tecnologia consolidata
Non ha bisogno di energia termica
Tutto l’O2 e N2 finiscono nel biometano
Processo insensibile all’H2S e NH3
Deumidificazione posizionata a valle del processo tramite
lavaggio a glicole
• Per impianti grandi (>1500 Nm³/h di biogas)
• Non è possibile recuperare la CO2
•
•
•
•
•
29
Tecnologia a membrana: il principio
Il processo si basa sulla differente permeabilità (velocità di
transito) di un gas attraverso un polimero
30
31
32
Tecnologia a membrana: schema di
flusso
• Pressione d’esercizio tra 7 e 16 bar.
• Il biogas compresso e deumidificato passa per diversi moduli a membrane
e viene separato in due flussi di gas: uno ricco di CH4 e l‘altro ricco di CO2
• L’energia termica prodotta durante la compressione del biogas viene resa
disponibile per il riscaldamento del fermentatore o per altri utilizzi
33
Tecnologia a membrana: concetti
I moduli e gli stadi vengono configurati in modo da raggiungere le
caratteristiche richieste del metano e dell’offgas
Passando attraverso diversi stadi, i gas desiderati vengono concentrati
• Sistema monostadio
–
–
–
–
–
Integrazione su impianti esistenti
Solo una parte del biogas prodotto viene trasformato in biometano
La frazione ad alto contenuto di CO2 (15% CH4) viene reimmessa nel fermentatore
Ideale per distributori a biometano
Autoconsumo basso
• Sistema a tre stadi
– Tutto il biogas viene trasformato in biometano
– Basso contenuto di metano nell’offgas (Perdita di metano < 0,5%)
– L’energia termica della compressione del biogas viene riutilizzata per il riscaldamento del
fermentatore
– È possibile anche la valorizzazione della CO2
34
Tecnologia a membrane: monostadio
35
Tecnologia a membrane: 3 stadi
36
Tecnologia a membrana:
caratteristiche
Tecnologia all’avanguardia
Qualità del gas secondo codice di rete
Impianto modulare
Portata flessibile (80÷120 %)
Avviamento in pochi minuti
Possibile recupero della CO2
Dimensioni da 100÷1500 Nm³/h (biogas)
Costo operativo basso
Fornitura in container 12 m montato,
testato e funzionante
• Conforme CE, Direttiva Macchine, ATEX
•
•
•
•
•
•
•
•
•
37
Il modulo UpToFuel-Repower
Concetto dell’impianto a membrane monostadio:
•
•
•
•
•
•
•
•
Solo una parte del biogas prodotto viene trasformato in biometano
Integrazione in impianti esistenti con P el. = 1 MW
Incremento della quantità del biogas solo tramite modifica alimentazione
Gli impianti di biogas devono avere un volume tale da permettere un incremento
della produzione di biogas senza abbassare la potenza del motore
Può essere integrato nel sistema senza ulteriori modifiche sulla parte di digestione
anaerobica.
Il biometano può essere venduto dal distributore proprio o immesso in rete.
La parte del gas ricca di CO2 viene ceduta e valorizzata dal cogeneratore. Nessun
trattamento dell’offgas
Grande opportunità per diffondere le stazioni di servizio sul territorio
38
UpToFuel-Repower: dati tecnici
Caratteristiche del modulo:
•
•
•
•
•
•
•
•
Biogas in ingresso:
Biometano prodotto:
Pressione nominale:
Tenore di metano nel BM:
Perdita di metano:
Autoconsumo basso:
Soluzione in container
Investimento basso
100 Sm³/h
50 Sm³/h
7 bar
97% CH4
0%
0,23 kW/Nm di Biogas
39
UpToFuel-Repower: Schema di flusso
40 kW el
Impianto biogas:
aumento produzione biogas +20%
quantità biogas: 600 m³/h
50 m³/h
offgas
15%CH4
500m³/h
Biogas (49%)
Cogeneratore:
Pel=1MW
Pth=1MW
300 kW th
100 m³/h biogas
30 kW el
Upgrading a membrana
23 kW el
50 m³/h biometano
Rete / carro bombolaio
? kW el
Distributore:
(Ca. 40 macchine o 5-10 autobus al gg)
40
UpToFuel-Repower
Primi passi da fare
– Verificare alimentazione impianto ed eventualmente fare
richiesta di modifica secondo Tab. 1A e 1B
– Trovare disponibilità di sottoprodotti
– Trovare colture alternative
– Fare analisi di mercato, trovare posizione strategica
– Creare richiesta per biometano
– Trovare acquirenti importanti (es. imprese di trasporto)
41
Conclusioni e prospettive
• I semafori sono sul verde per il biometano
• Il CNG non è solo interessante dal punto di vista ecologico, ma
anche economico
• Il mercato automobilistico reagisce con nuovi modelli a metano
• L’agricoltore diventa produttore di carburante
• Alta redditività dei progetti
• Il mondo del metano è una materia molto complessa
• Necessità di sviluppare un progetto specifico sul sito
42
Milano, 25 giugno 2015
Grazie molte
per la cortese attenzione
[email protected]
43

Tecnologia a membrana

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