073_arioli_energia da biomassa multi-impianto_cuneo 260609
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Prof. Alessandro ArioliUniversità del Piemonte Orientale
Docente in Tecnologie delle biomasse
Cuneo, 26 giugno 2009.
ENERGIA RINNOVABILE DA ENERGIA RINNOVABILE DA SISTEMI COMBINATI DI SISTEMI COMBINATI DI
TRASFORMAZIONE DELLA TRASFORMAZIONE DELLA BIOMASSABIOMASSA
PROGETTO BIOENERGY FARMPROGETTO BIOENERGY FARMPROGETTO MODULARE INNOVATIVO PROGETTO MODULARE INNOVATIVO
MULTIFUNZIONALE MULTIFUNZIONALE AGROENERGETICOAGROENERGETICO
BIOENERGY FARMBIOENERGY FARMPROGETTO MODULARE INNOVATIVO DI RICERCA E DI SVILUPPO PROGETTO MODULARE INNOVATIVO DI RICERCA E DI SVILUPPO
MULTIFUNZIONALE AGROENERGETICOMULTIFUNZIONALE AGROENERGETICO
Al.Sy.Bio.Al.Sy.Bio. -- COGENERAZIONE INTEGRATA OTTENUTA DA SISTEMA TRICOGENERAZIONE INTEGRATA OTTENUTA DA SISTEMA TRI--COMPONENTE DI VALORIZZAZIONE DELLA BIOMASSA A CICLO CHIUSO:COMPONENTE DI VALORIZZAZIONE DELLA BIOMASSA A CICLO CHIUSO:
•• OLI VEGETALIOLI VEGETALI, PRODOTTI DA BIO, PRODOTTI DA BIO--CONVERSIONE DI ALGHE CONVERSIONE DI ALGHE PROTEOLEAGINOSE; PROTEOLEAGINOSE;
•• SYNGASSYNGAS, OTTENUTO DA PIROGASSIFICAZIONE DI BIOMASSA LIGNEO, OTTENUTO DA PIROGASSIFICAZIONE DI BIOMASSA LIGNEO--CELLULOSICA;CELLULOSICA;
•• BIOGASBIOGAS, DA FERMENTAZIONE ANAEROBICA DI LIQUAMI ZOOTECNICI E , DA FERMENTAZIONE ANAEROBICA DI LIQUAMI ZOOTECNICI E VEGETALI DA COLTURE ERBACEEVEGETALI DA COLTURE ERBACEE
MODULOMODULO--BASE BASE
SYNGAS
OLIO DA ALGA
PANELLO SECCO DI ESTRAZIONE (BIOMASSA
ANIDRA ALGALE)
COGENERAZIONE CON UNITÀ TERMICA
MULTI-FUEL (1 MWe)
LABORATORIO DI LABORATORIO DI RICERCA BIOTECH RICERCA BIOTECH
PER ALGHE PER ALGHE PROTEOLEAGINOSEPROTEOLEAGINOSE
PROGETTO DI RICERCA (3 ANNI)
PROGETTO DI PRODUZIONE DI ENERGIA (15 ANNI)
DIGESTATO PER
NUTRIZIONE ALGALE
(PIRO) GASSIFICAZIONE
DIGESTIONE ANAEROBICABIOGAS
FOTO-BIO-REATTORI MIXOTROFI
BIOMASSADA COLTIVAZIONE CONTRATTUALE
(Mais + Sorgo + Triticale)
BIOMASSADA COLTIVAZIONE CONTRATTUALE(Arundo donax)
IL PROGETTO INTEGRATO:RICERCA, E PRODUZIONE DI
ENERGIA
LA PROPOSTA INTEGRATA COMPRENDE:
UN PROGETTO DI RICERCA, DEDICATO ALLE ALGHE;
E UN PROGETTO DI PRODUZIONE DI ENERGIA DA FONTI RINNOVABILI, NELLA FATTISPECIE 3 TIPOLOGIE DI BIOMASSE, ATTRAVERSO 3 DIFFERENTI
TECNOLOGIE: LA (PIRO)GASSIFICAZIONE, LA COMBUSTIONE DIRETTA DI OLI VEGETALI E LA DIGESTIONE ANAEROBICA PER PRODURRE BIOGAS.
SEGUONO, ORA, GLI SCHEMI “CLASSICI” RELATIVI ALLE DIFFERENTI FILIERE DELLA BIOMASSA CHE PRESENTINO DIRETTA PERTINENZA ALLE 3 TIPOLOGIE
SUDDETTE DI PROCESSO E PRODOTTO, ONDE COMPRENDERE LE COMPLEMENTARIETÀ E LE AFFINITÀ PERSEGUITE DAL PROGETTO INTEGRATO
CHE VIENE PROPOSTO.
COMBUSTIONECOMBUSTIONEGASSIFICAZIONEGASSIFICAZIONE
PIROLISIPIROLISI
COLTURE ANNUALI, POLIENNALI, SRF
LA FILIERA DEI COMBUSTIBILI SOLIDI
RESIDUI FORESTALI, AGRICOLI,
AGROINDUSTRIALI
ALTRI RESIDUI LIGNINO-
CELLULOSICI
ENERGIA TERMICA
BIO-IDROGENO
ENERGIA ELETTRICA
CENERI
EMISSIONI GASSOSE
RETERETE
AUTOCONSUMOAUTOCONSUMORISCALDAMENTORISCALDAMENTO
RAFFRESCAMENTORAFFRESCAMENTO
ESTRAZIONEESTRAZIONESEMI OLEOSI
LA FILIERA DEGLI OLI VEGETALI
OLII VEGETALIPANELLI
CENERI
EMISSIONI GASSOSE
COMBUSTIONECOMBUSTIONE
ENERGIA TERMICA
ENERGIA ELETTRICA
RETERETE
AUTOCONSUMOAUTOCONSUMO
RISCALDAMENTORISCALDAMENTO
RAFFRESCAMENTORAFFRESCAMENTO
TRANSTRANS--ESTERIFICAZIONEESTERIFICAZIONE
METANOLO
GLICERINA
DIGESTIONE DIGESTIONE ANAEROBICAANAEROBICA
BIOGAS
LUBRIFICANTIE OLII TECNICI
BIODIESEL
MANGIMI PER ZOOTECNIA
EMISSIONI GASSOSECOMBUSTIONE
ENERGIA TERMICA
ENERGIA ELETTRICA
RETE
AUTOCONSUMO
RISCALDAMENTO
RAFFRESCAMENTO
RESIDUI AGROALIMENTARI
RESIDUI AGRICOLI
RESIDUI E SOTTOPRODOTTI
AGROINDUSTRIALI
REFLUI ZOOTECNICI
DIGESTIONE DIGESTIONE ANAEROBICAANAEROBICA
LA FILIERA DEL BIOGAS
FERTILIZZANTE (DIGESTATO)
BIOGAS
BIO-IDROGENO
Prof. Alessandro ArioliUniversità del Piemonte Orientale
Docente in Tecnologie delle biomasse
2.2. Sezione BioEnergy FarmSezione BioEnergy Farm--Ricerca: il Ricerca: il contesto della bioconversione algale contesto della bioconversione algale per utilizzi in BioEnergy Farmper utilizzi in BioEnergy Farm
Le Micro‐Alghe come biocombustibili
Le Micro‐Alghe sono risultate la fonte di biomassa più promettente in tutte le
proiezioni di sviluppo tecnologico a livello mondiale, essendo in grado di fornire
quantità consistenti di biocarburanti e contemporaneamente di alimenti per
zootecnia e acquacoltura con processi sostenibili.
In comparazione ad ogni altra biomassa, le più importanti caratteristiche che
riguardano i sistemi a Micro‐Alghe fino ad oggi sviluppati sono:
superiore tasso di crescita (sono possibili raccolti giornalieri)
superiore contenuto di olisuperiore tasso di assorbimento e fissazione di CO2 & NOx
nessun conflitto con terreni adibiti a colture alimentari (food/feed)
produttività per unità di superficie di ordini di grandezza superiori a colture tradizionali di biomassa
numerosi prodotti complementari di elevato valore organico ed economico
IL FUTURO AL PRESENTEIL FUTURO AL PRESENTE……..
Attività di ricerca da eseguire per ottenere BioEnergia dalle biomasse residuali dell’attività antropica attraverso la
bioconversione algale di energia luminosa, CO2, C ed N organici
ALGHE NUTRITE A NITRATI E LUCE RIDOTTA, IN VASCHE
(EFFETTO SECONDARIO DI PULIZIA DELL’ACQUA)
ALGAE A CICLO MIXOTROFO(ETEROTROFIA A RIDOTTA LUCE) CON NUTRIZIONE A C ORGANICO E CRESCITA
ACCELERATA (ATTUALMENTE RESA FINO A 20 GR/LT DI S.S., CON OBIETTIVO 40-50 GR/LT) UTILIZZANDO SCARTI E RESIDUI DELL’INDUSTRIA
ALIMENTARE
ALGHE AUTOTROFE
CRESCITA CON CO2 + SALI + LUCE ELEVATA PER FOTOSINTESI (RESA DI 2 GR/LT DI S.S.)
1 TON DI S.S. DERIVANTE DA
RESIDUI AGRICOLI,
ZOOTECNICI, ALIMENTARI
400 KG DI S.S. ALGALE
200 KG
OLIO
200 KG PANELLO CON 92% DI S.S. (FIBRA) +
8% DI OLIO NON ESTRATTO
SOLE + SALI AZOTATI + CO2
TECNOLOGIA ACQUISITA E TRADIZIONALE
TECNOLOGIA IN FASE COMPETITIVA
DI MESSA A PUNTO IN TUTTO IL MONDO
Stato dellStato dell’’arte della tecnologia sul mercatoarte della tecnologia sul mercato
TECNOLOGIA ATTUALE, OBSOLETA
NUOVA TECNOLOGIA
ESCLUSIVADI
ALGAE-FACTOR
Esempio di layout atteso e viste in sezione
6.00 mt
5.00 mt
8.00 mt
SERRE PER SERRE PER TANKS DI TANKS DI ALLEVAMENTO ALLEVAMENTO ALGALEALGALE
FERMENTATORI FERMENTATORI PER OTTENERE PER OTTENERE NUTRIMENTO NUTRIMENTO ALGALEALGALE
CAPANNONE CAPANNONE PER PER LABORATORIO LABORATORIO DI TESTAGGIO E DI TESTAGGIO E CALIBRAZIONE, CALIBRAZIONE, SERVIZI E UFFICISERVIZI E UFFICI
Prof. Alessandro ArioliUniversità del Piemonte Orientale
Docente in Tecnologie delle biomasse
3.3. Sezione BioEnergy FarmSezione BioEnergy Farm--Filiera agroforestale: Filiera agroforestale: produzione di biomassa vegetale per energia da produzione di biomassa vegetale per energia da fonte rinnovabilefonte rinnovabile
BARICENTRO BARICENTRO COLZACOLZA
MACRO-ECOSISTEMI FRUIBILI PER LA PRODUZIONE DI BIOMASSE IN EUROPA E BACINO MEDITERRANEO
Forest Forest Stewardship Stewardship CouncilCouncil
Chain of Custody Chain of Custody Programme for Programme for Endorsement of Endorsement of Forest Certification Forest Certification schemescheme
BARICENTROBARICENTROMAIS + SORGO + PANICUM MAIS + SORGO + PANICUM + MISCANTHUS + ARUNDO + MISCANTHUS + ARUNDO
BARICENTROBARICENTROFORESTA AUTOCTONAFORESTA AUTOCTONA
BARICENTROBARICENTROS.R.F.S.R.F.BARICENTROBARICENTRO
GIRASOLE + SOIA GIRASOLE + SOIA + ARACHIDE+ ARACHIDE
INTERAZIONE TRA BIOMASSE NATURALI ED ENERGIA RECUPERABILE
Produttori primari (organismi autotrofi)
IL CICLO DELLA CO2
COLTURE ECOCOLTURE ECO--COMPATIBILI E SOSTENIBILICOMPATIBILI E SOSTENIBILI
OSSIDAZIONE DEL
CARBONIO
FISSAZIONE DEL FISSAZIONE DEL CARBONIOCARBONIO
RACCOLTA + TRASPORTO + STOCCAGGIORACCOLTA + TRASPORTO + STOCCAGGIO
PROCESSO :CONVERSIONE
IN CALORE ED ENERGIA
DISTRIBUZIONE DI DISTRIBUZIONE DI CALORE ED ENERGIACALORE ED ENERGIA
SOTTOPRODOTTI
COMBUSTIBILI PER VEICOLI
EMISSIONI SECONDARIE DA
FONTI FOSSILI
CARBONIO ATMOSFERICOCARBONIO ATMOSFERICO( CO( CO22 = variabile nel tempo.= variabile nel tempo.
Attualmente, 2007 = Attualmente, 2007 = ~ 320 ~ 320 ppmppm ))COCO22
CALORECALORE
ENERGIA MECCANICAELETTRICITA’
•• BioBio--diversitàdiversità
LA PROSSIMITA’ DELLE LA PROSSIMITA’ DELLE TECNOLOGIE SOSTENIBILI TECNOLOGIE SOSTENIBILI SECONDO UNA STRATEGIA DI SECONDO UNA STRATEGIA DI SVILUPPO RISPETTANTE GLI SVILUPPO RISPETTANTE GLI EQUILIBRI PREESISTENTIEQUILIBRI PREESISTENTI
LA DOMANDA CRESCENTE DEI LA DOMANDA CRESCENTE DEI PRODOTTI DELLA FILIERA PRODOTTI DELLA FILIERA RISPETTOSA DELL’AMBIENTE E RISPETTOSA DELL’AMBIENTE E DELLE RISORSE IDRICHEDELLE RISORSE IDRICHE
•• BioBio--opportunitàopportunità
•• BioBio--prossimitàprossimità
L’INSIEME DELLA BIOL’INSIEME DELLA BIO--RICCHEZZA RICCHEZZA NATURALE LOCALE, SELEZIONATA NATURALE LOCALE, SELEZIONATA DA MILIONI DI ANNI DI EVOLUZIONE DA MILIONI DI ANNI DI EVOLUZIONE DARWINIANADARWINIANA
SINERGIA TRA LA SINERGIA TRA LA CRESCENTE DOMANDA DI CRESCENTE DOMANDA DI PRODOTTO ALIMENTARE PRODOTTO ALIMENTARE E LA PRODUZIONE DI E LA PRODUZIONE DI AGROAGRO--ENERGIAENERGIA
•• BioBio--compatibilità compatibilità
I PRINCIPI DIALETTICI PER L’ETICA DELLE PRODUZIONI FOOD
E NO-FOOD SOSTENIBILI
2007-2010, PROGETTO MOSSI & GHISOLFI - TORTONA (AL)
Particolari del sistema di irrigazione a goccia e fertirrigazione su colture
estensive ( mais, sorgo, miscanthus, arundo )
2008 - Particolari del sistema di irrigazione a goccia e fertirrigazione su colture arboree (applicabile ad acacia, gelso,
pioppo, salice, eucalipto)
MECCANIZZAZIONE INTEGRALE DEL POSIZIONAMENTO E DEL RECUPERO DI
ALI GOCCIOLANTI INTERRATE (S.D.I.)
SEMINA DI SORGO A FILA BINATA PER FERTIRRIGAZIONE A SEMINA DI SORGO A FILA BINATA PER FERTIRRIGAZIONE A GOCCIAGOCCIA
Posa dell’ala gocciolante differita in post-emergenza
Irrigazione a Irrigazione a goccia con goccia con fertirrigazionefertirrigazione
Sequenza dell’assemblaggio in campo
Panicum virgatum
Arundo donaxMiscanthus “giganteus”
Mossi & Ghisolfi 2007-2008, TENUTA CASSANA – Tortona (Italy)
SPECIE VEGETALI POLIENNALI PER BIOMASSASPECIE VEGETALI POLIENNALI PER BIOMASSA
PROVE AGRONOMICHE COMPARATE: GRAMINACEAE POLIENNALI, SORGO, MAIS, 2007-2008
Trinciatura &sfibratura÷cippaturain campocomparate ainsilamentoconfermentazione lattica
kg of N_____________kg of dry matter
0,00
0,02
0,04
0,06
0,08
0,10
0,12
0,14
B133 811F Grazer ES5140 ES5150 EJ7143 X5C409 X5B227
SORGHUM MAIZEHybrids
2nd Bio-Ethanol Conference
COLTURE 2007-2008 – Efficienza agroambientale
Efficiency in N (nitrogen) transformation
0,00
20,00
40,00
60,00
80,00
100,00
120,00
B133 811F Grazer ES5140 ES5150 EJ7143 X5C409 X5B227
lt of water_____________kg of dry matter
Efficiency in water use
SORGHUM MAIZEHybrids
Prof. Alessandro ArioliUniversità del Piemonte Orientale
Docente in Tecnologie delle biomasse
4.4. Sezione BioEnergy FarmSezione BioEnergy Farm--Biogas: Biogas: fermentazione anaerobica per fermentazione anaerobica per produzione di energia produzione di energia
SCHEMA GENERALE DI PROCESSO PER LA DIGESTIONE ANAEROBICA DI BIOMASSE ERBACEE E LIQUAMI
LA FILIERA ERBACEA PER IL BIOGAS E LA ZOOTECNIA
COLTURA INVERNALE DI TRITICALE CON RACCOLTA A MATURAZIONE CEROSA PER INSILATO
Triticale falciato a
maturazione cerosa per successivi
trinciatura e insilamento
Semina in 2° raccolto di sorgo per multi-sfalcio
(sorgo da foraggio)
Semina in 2A-3A
decade di maggio
Falciatura triticale a Falciatura triticale a maturazione cerosamaturazione cerosa Trinciatura triticale Trinciatura triticale
falciato a falciato a maturazione cerosamaturazione cerosa
Sistema di insilamento con “salsicciotto” in film plastico di triticale falciato e trinciato a
maturazione cerosa
LA FILIERA ERBACEA PER IL BIOGAS E LA ZOOTECNIA
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Docente in Tecnologie delle biomasse
5.5. Sezione BioEnergy FarmSezione BioEnergy Farm--Syngas: Syngas: pirogassificazione per produzione pirogassificazione per produzione di energia di energia
ACQUA DI RISULTA
CIPPATURA-TRINCIATURA IN CAMPO
STOCCAGGIO IN CUMULO SOTTO TETTOIA SU
PAVIMENTO IMPERMEABILE
(PIRO)GASSIFICAZIONECARICAMENTO AUTOMATICO
ACQUA DEPURATA PER IRRIGAZIONE
BIOMASSA VEGETALE
ENERGIA ELETTRICA
CALORE
FITODEPURAZIONE CON ARUNDO DONAX
PIROGASSIFICAZIONE DI BIOMASSA LIGNEO-CELLULOSICA VERGINE INTEGRABILE DA
PANELLO DI ESTRAZIONE DI OLIO DA ALGHE
ESSICCAZIONE (EVENTUALE)
PANELLO SECCO DI ESTRAZIONE OLIO
Tecnologia: diagrammi di flusso per la filiera della (piro)gassificazione
RACCOLTA MATERIALE LIGNEO-CELLULOSICO
VERGINE ( Arundo donax )
BIOGAS DA DIGESTIONE ANAEROBICA
CO-GENERAZIONESYNGAS
CONTENUTO
ENERGETICO MEDIO
DI BIOMASSE
UTILIZZABILI PER
(PIRO)‐
GASSIFICAZIONE
PARAMETRI DI PCI (POTERE CALORIFICO INFERIORE) DI BIOMASSA LIGNEPARAMETRI DI PCI (POTERE CALORIFICO INFERIORE) DI BIOMASSA LIGNEOO‐‐CELLULOSICA CELLULOSICA ““CIPPATACIPPATA”” : : RESIDUI LEGNOSI DA POTATURA, CIPPATURA INTEGRALE DA SHORT ROTATIRESIDUI LEGNOSI DA POTATURA, CIPPATURA INTEGRALE DA SHORT ROTATION FORESTRY, PULIZIA BOSCHI, ON FORESTRY, PULIZIA BOSCHI,
CANNA ARUNDO DONAX, SORGO DA FIBRACANNA ARUNDO DONAX, SORGO DA FIBRA
Stato dell’arteFLOWSHEET DELLA PIROGASSIFICAZIONE
DI BIOMASSA CON PRODUZIONE DI SYNGAS
Stato dell’arteSCHEMA A BLOCCHI DELLA PIROGASSIFICAZIONE
DI BIOMASSA CON PRODUZIONE DI SYNGAS
Vista in 3-D di impianto di pirogassificazione per biomasse organiche, con iniezione di aria atmosferica nel secondo stadio (reattore di gassificazione).
Impianto predisposto per utilizzo con biomasse ligneo-cellulosiche.Biomassa prescelta = Arundo donax.
REATTORE DI PIROLISI ADIACENTE A REATTORE DI
GASSIFICAZIONETECNOLOGIAE HARDWARE
Prof. Alessandro ArioliUniversità del Piemonte Orientale
Docente in Tecnologie delle biomasse
6.6. Sezione BioEnergy FarmSezione BioEnergy Farm--Cogenerazione: Cogenerazione: unitunitàà ad alimentazione multiad alimentazione multi--fuel per fuel per produzione di energiaproduzione di energia
MOTORE MULTIMOTORE MULTI--FUEL DA 1 MWel + 1 MWt PER FUEL DA 1 MWel + 1 MWt PER TELERISCALDAMENTO AD ACQUA CALDA, A DUPLICE ALIMENTAZIONE: TELERISCALDAMENTO AD ACQUA CALDA, A DUPLICE ALIMENTAZIONE:
SYNGAS DA MATERIALE LIGNEOSYNGAS DA MATERIALE LIGNEO--CELLULOSICO E OLIO DA ALGHECELLULOSICO E OLIO DA ALGHE
GRUPPO MOTORE
STOCCAGGIO OLIO VEGETALE
RECUPERO CALORE PER TELERISCALDAMENTO TRATTAMENTO E SCARICO FUMI DI COMBUSTIONE
P.L.C. DI CONTROLLO E TELEGESTIONE
RECUPERO CALORE DA FUMI DI SCARICO PER TELERISCALDAMENTO
TRATTAMENTO E SCARICO FUMI DI COMBUSTIONE
RECUPERO CALORE DA RAFFREDDAMENTO MOTORE PER TELERISCALDAMENTO
VISTA SISTEMI DI RECUPERO ENERGETICO TERMICO
SERBATOI ACQUA CALDA PER
TELERISCALDAMENTO SERRE
( 500 mt di distanza )
SERRE PER FLORICOLTURA CON
TELERISCALDAMENTO
VISTA SISTEMA CON VALVOLA A 3 VIE PER TELERISCALDAMENTO
ACQUA CALDA DA RAFFREDDAMENTO MOTORE PER TELERISCALDAMENTO
ACQUA CALDA DA RECUPERO CALORE DA FUMI DI SCARICO PER TELERISCALDAMENTO
ALLE SERRE
Cuneo, 26 giugno 2009.Cuneo, 26 giugno 2009.
Il relatore resta a disposizione per qualsiasi Il relatore resta a disposizione per qualsiasi informazione ulteriore.informazione ulteriore.
Grazie per lGrazie per l’’attenzione.attenzione.
Alessandro ArioliAlessandro Arioli
Prof. Alessandro ArioliProf. Alessandro ArioliTel. GSM (mobile): (+39) 3357215477
E-Mail: istariol @ tin.it alessandro.arioli @ mfn.unipmn.it