Potenzialità, prospettive e rischi della gassificazione della

Potenzialità, prospettive
e rischi della
gassificazione della biomassa
ASSEMBLEA
NAZIONALE
Agenda
Potenzialità, prospettive e rischi della
gassificazione della biomassa
1. Gli inizi della gassificazione
2. La Gassificazione
3. Nuovi approci
4. Prospettive
5. Rischi
+ Processi della piro-gassificazione di biomassa e pulizia gas
ASSEMBLEA NAZIONALE
2
1 Gli inizi della gassificazione
Esempi di applicazione
Potenzialità, prospettive e rischi della
gassificazione della biomassa
Macchina con gassificatore per legna a
ciocchi.
Berlino 1946.
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3
1 Gli inizi della gassificazione
Esempi di applicazione
Potenzialità, prospettive e rischi della
gassificazione della biomassa
Macchina con gassificatore per legna a
ciocchi.
Berlino 1946.
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4
1 Gli inizi della gassificazione
Esempi di applicazione
Potenzialità, prospettive e rischi della
gassificazione della biomassa
Locomotiva con gassificatore nel Museo
ferroviario di Nördlingen (Baviera). La
locomotiva fu costruita da Deutz nel
1916 e modificata dal Imbert nel 1935.
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5
1 Gli inizi della gassificazione
Esempi di applicazione
Potenzialità, prospettive e rischi della
gassificazione della biomassa
Camion Tatra della “Bruderhilfe der Ostzone”.
Maggio 1947.
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6
Agenda
Potenzialità, prospettive e rischi della
gassificazione della biomassa
1. Gli inizi della gassificazione
2. La Gassificazione
3. Nuovi approci
4. Prospettive
5. Rischi
+ Processi della piro-gassificazione di biomassa e pulizia gas
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2 Gassificazione
Il principio della gassificazione
Combustione
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Potenzialità, prospettive e rischi della
gassificazione della biomassa
Gassificazione
8
2 Gassificazione
Potenzialità, prospettive e rischi della
gassificazione della biomassa
I processi della gassificazione
1.Pyrolisi del legno;
1
2
2.Ossidazione parziale del
gas per fornire l’energia
per il processo;
3
4
Syngas
3.Gassificazione del
carbone;
4.Utilizzo del Syngas in un
motore di combustione
interna; (pulizia dai residui
catramosi); in alternativa:
utilizzo per alimentare un
motore Stirling;
Rendimento elettrico
complessivo ca. 23-28%;
Aria
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Cenere +
Carbone
9
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Potenzialità, prospettive e rischi della
gassificazione della biomassa
1. Gli inizi della gassificazione
2. La Gassificazione
3. Nuovi approci
4. Prospettive
5. Rischi
+ Processi della piro-gassificazione di biomassa e pulizia gas
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10
3 Nuovi approcci
Potenzialità, prospettive e rischi della
gassificazione della biomassa
Modelli di reattori
Gli ultimi anni non hanno portato novità significative nel campo dei gassificatori
a letto fisso convenzionali (gassificatore monofase a cilindro) – le
problematiche ben note connesse a questa tecnologia quindi risultano tuttora
irrisolte (capacità di funzionamento continuo, residui, emissioni, redditività)
UPSTREAM
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DOWNSTREAM
DOUBLE-FIRE
11
3 Nuovi approcci
Impianto di piro-gassificazione SPANNER
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Potenzialità, prospettive e rischi della
gassificazione della biomassa
12
3 Nuovi approcci
I rendimenti
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Potenzialità, prospettive e rischi della
gassificazione della biomassa
13
Potenzialità, prospettive e rischi della
gassificazione della biomassa
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Cippato di legno
G50
W20
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3 Nuovi approcci
I rendimenti
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Potenzialità, prospettive e rischi della
gassificazione della biomassa
15
3 Nuovi approcci
I rendimenti
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Potenzialità, prospettive e rischi della
gassificazione della biomassa
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Agenda
Potenzialità, prospettive e rischi della
gassificazione della biomassa
1. Gli inizi della gassificazione
2. La Gassificazione
3. Nuovi approci
4. Prospettive
5. Rischi
+ Processi della piro-gassificazione di biomassa e pulizia gas
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4 Prospettive
Sviluppo di reattori di 2a generazione
Potenzialità, prospettive e rischi della
gassificazione della biomassa
Da anni la tendenza di sviluppo va in
direzione di una modulazione del
processo di gassificazione per ridurre la
formazione di sostanze nocive.
I sistemi modulari – rispetto ai reattori a
cilindro ormai obsoleti - rappresentano
quindi la „seconda generazione“ di
gassificatori a letto fisso e – ad opinione
largamente condivisa dagli esperti – hanno il
potenziale di diventare in un prossimo futuro
lo stato dell‘arte per impianti termoelettrici
di piccola taglia.
I sistemi modulari sono appicabili per
potenze sopra 250kWel. Per le piccole
taglie da 50 a 150kWel – a breve termine –
la soluzione tecnica sarà quella di un unico
reattore termochimico.
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4 Prospettive
Sviluppo di reattori di 2a generazione
Potenzialità, prospettive e rischi della
gassificazione della biomassa
Si osserva già oggi un cambiamento nel
processo per la separazione dei catrami:
vengono perfezionati i sistemi per
l’ampliamento delle zone di alta
temperatura (zona di ossidazione) per
aumentare sia la qualità del Syngas
stesso che il potenziale della
separazione dei catrami.
Per il futuro è previsto anche un utilizzo
di rifiuti biodegradabili anche con
tenore di ceneri elevato.
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4 Prospettive
Sistemi modulari a letto fisso o fluido
Potenzialità, prospettive e rischi della
gassificazione della biomassa
Separazione a livello di impiantistico della fase di pirolisi dalla fase di ossidazione
parziale e della riduzione -> intervento primario contro la formazione di
catrami; immissione di calore nella fase di pirolisi: diretta o indiretta; Recupero
del calore più efficace.
Funzionamento dell‘impianto (ciclo di vita) migliore dovuto a SYNGAS a basso
contenuto di catrame e abbassamento del contenuto di sostanze nocive nel
SYNGAS (catrami, solidi), per cui la successiva fase di purificazione del syngas
è meno impegnativa in termini di investimento, esercizio e manutenzione;
Maggiore efficienza dell‘intero processo di gassificazione attraverso il recupero
del calore e il suo riutilizzo nel processo; Semplificazione del processo
(purificazione del gas meno dispendiosa);
Obiettivo di redditività dell‘impianto più facile da raggiungere. Il limite
inferiore di redditività si abbassa, per cui aumentano le possibilità di realizzazione
(decentralizzazione); più ampia gamma di combustibili utilizzabili (umidità,
pezzatura, porosità, ecc.)
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4 Prospettive
Sistemi modulari a letto fisso o fluido
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Potenzialità, prospettive e rischi della
gassificazione della biomassa
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4 Prospettive
Sistemi modulari a letto fluido
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4 Prospettive
Progetto di ricerca e sviluppo CRAFTwerk Beta
Potenzialità, prospettive e rischi della
gassificazione della biomassa
Comune di
Campo Tures
Brunico
Bolzano
Provincia di
Bolzano
Nel comune di Campo Tures viene
costruito un Impianto di pirogassificazione come progetto di
ricerca e sviluppo.
Il sistema è quello a processi
modulari della ditta SYNCRAFT di
Schwaz (Tirol, Austria).
Dati principali: 250kWel e 500kWth
con piccola rete di TLR.
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4 Prospettive
Incremento del rendimento elettrico
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4 Prospettive
Incremento del rendimento elettrico
Potenzialità, prospettive e rischi della
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Impianto di piro-gassificazione
Impianto ORC
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Agenda
Potenzialità, prospettive e rischi della
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1. Gli inizi della gassificazione
2. La Gassificazione
3. Nuovi approci
4. Prospettive
5. Rischi
+ Processi della piro-gassificazione di biomassa e pulizia gas
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5 Rischi
Rischi della piro-gassificazione
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• La tecnologia attualmente non è al 100% affidabile secondo le esigenze di un impianto
di teleriscaldamento;
• Ore di funzionamento oltre 7.500h/a di solito non sono da garantire;
• La problematica della pulizia del gas anche in futuro rimarrà un passaggio difficile da
realizzare in modo ottimale;
• Sistema di trattamento dei catrami (o cracking dei catrami durante il processo di p-g);
• Disponibilità di cippato secco (ca. 15 a 20% contenuto d'acqua);
• Elevato numero di ore di manutenzione;
• Elevati costi di manutenzione (da 5€Cent/kWhel a 10€Cent/kWhel);
• Problemi di processo con sistemi che utilizzano griglie (o griglie rotanti);
• Difficile applicabilità a larga scala del sistema a reattore compatto e/o griglia;
• Residui: ceneri con/senza carbone; reflue dal processo di pulizia;
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Potenzialità, prospettive e rischi della
gassificazione della biomassa
Prova di rape methyl ester (RME) + catrami
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Potenzialità, prospettive e rischi della
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Ceneri
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Potenzialità, prospettive e rischi della
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Reflui
Esempio di un refluo a consistenza oleosa
con
Ceneri
odore di ammoniaca e benzolo
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Potenzialità, prospettive e rischi della
gassificazione della biomassa
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Agenda
Potenzialità, prospettive e rischi della
gassificazione della biomassa
1. Gli inizi della gassificazione
2. La Gassificazione
3. Nuovi approci
4. Prospettive
5. Rischi
+ Processi della piro-gassificazione di biomassa e pulizia gas
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2 Gassificazione
Utilizzo del Syngas in un motore a combustione
interna
Potenzialità, prospettive e rischi della
gassificazione della biomassa
20-200°C
Essicazione
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2 Gassificazione
Utilizzo del Syngas in un motore a combustione
interna
Potenzialità, prospettive e rischi della
gassificazione della biomassa
200-500°C
20-200°C
Essicazione
λ=0
Pirolisi
autotherm
allotherm
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2 Gassificazione
Utilizzo del Syngas in un motore a combustione
interna
Potenzialità, prospettive e rischi della
gassificazione della biomassa
200-500°C
20-200°C
λ=0
Gas da
pirolisi
Essicazione
Pyrolyse
autotherm
allotherm
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2 Gassificazione
Utilizzo del Syngas in un motore a combustione
interna
20-200°C
Potenzialità, prospettive e rischi della
gassificazione della biomassa
200-500°C
500-1200°C
λ=0
λ>1
Gas da pirolisi
Aria
Essicazione
Pirolisi
Ossidazione
autotherm
allotherm
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2 Gassificazione
Utilizzo del Syngas in un motore a combustione
interna
20-200°C
Potenzialità, prospettive e rischi della
gassificazione della biomassa
200-500°C
500-1200°C
λ=0
λ>1
Gas da pirolisi
Aria
Essicazione
Pirolisi
Ossidazione
Con aria
Con acqua
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2 Gassificazione
Utilizzo del Syngas in un motore a combustione
interna
20-200°C
Potenzialità, prospettive e rischi della
gassificazione della biomassa
200-500°C
500-1200°C
800-1100°C
λ=0
λ>1
λ<1
Gas
grezzo
Aria
Essicazione
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Pirolisi
Ossidazione
Carbone
+ ceneri
Reduzione
(gassificazione)
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2 Gassificazione
Utilizzo del Syngas in un motore a combustione
interna
Potenzialità, prospettive e rischi della
gassificazione della biomassa
Gas
grezzo
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2 Gassificazione
Utilizzo del Syngas in un motore a combustione
interna
Potenzialità, prospettive e rischi della
gassificazione della biomassa
Gas grezzo con un Hi (pot. calorifico
inferiore) di ca. 1,2 a 1,7 kWh/nm³;
Composizione ca.
- CO
- H2
- CH4
- Carbo-idrati
- CO2
- N2 (Azoto)
10 a15%
15 a20%
2 a5%
<1%
10 a15%
45 a50%
Tamperatura del gas grezzo ca. 600°C;
Problematico per l‘utilizzo in un motore:
-Catrame (condensano sotto ca. 200°C);
-Polveri e carbone fino;
-Contenuto d‘acqua;
-Temperatura;
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2 Gassificazione
Utilizzo del Syngas in un motore a combustione
interna
Potenzialità, prospettive e rischi della
gassificazione della biomassa
650-200°C
Gas
grezzo
Calora
Raffreddamento
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41
2 Gassificazione
Utilizzo del Syngas in un motore a combustione
interna
650-200°C
Potenzialità, prospettive e rischi della
gassificazione della biomassa
150-200°C
Gas
grezzo
Calore
Raffreddamento
Cenere fina +
Polveri di carbone
(+ mezzo
adsorbente)
Filtro
Con O2 (!!!)
Con N2
Mezzo assor.
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2 Gassificazione
Utilizzo del Syngas in un motore a combustione
interna
650-200°C
150-200°C
Potenzialità, prospettive e rischi della
gassificazione della biomassa
150-50°C
Gas
grezzo
Calore
Raffreddamento
Cenere fina +
Polveri di carbone
(+ mezzo
adsorbente)
Filtro
Condensato
con catrame
Lavaggio
Acqua
RME
ASSEMBLEA NAZIONALE
43
2 Gassificazione
Utilizzo del Syngas in un motore a combustione
interna
650-200°C
150-200°C
Potenzialità, prospettive e rischi della
gassificazione della biomassa
150-50°C
<50°C
Gas
grezzo
Syngas
Calore
Raffreddamento
ASSEMBLEA NAZIONALE
Cenere fina +
Polveri di carbone
(+ mezzo
adsorbente)
Filtro
Condensato
con catrame
Lavaggio
Acqua
Essicazione
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2 Gassificazione
Utilizzo del Syngas in un motore a combustione
interna
Potenzialità, prospettive e rischi della
gassificazione della biomassa
Syngas
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45
2 Gassificazione
Utilizzo del Syngas in un motore a combustione
interna
Potenzialità, prospettive e rischi della
gassificazione della biomassa
Syngas con un Hi (potere calorifico
inferiore) di ca. 1,2 a 1,7 kWh/nm³;
Composizione ca.
- CO
- H2
- CH4
- Carbo-idrati
- CO2
- N2
10 a15%
15 a20%
2 a5%
<1%
10 a15%
45 a50%
Temperatura del Syngas ca. 50°C;
Utilizzo in:
Combustione;
Combustione in un motore;
Rendimento elettrico 22 bis 30%;
Rendimento termico 55 bis 60%;
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