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Conversione energetica della biomassa:opportunità e prospettive
Paolo SilvaProfessore associato Dipartimento di energia Politecnico di Milano
BIOMASSA:OPPORTUNITA’ PER LO SVILUPPO SOSTENIBILE?
VENERDI’ 5 GIUGNO 2015 – TAIO (TN), SALA CONVEGNI C.O .CE.A.
2
� Fonti di energia rinnovabile: classificazione
� Consumi energetici mondiali e situazione futura
� Risorsa energetica biomassa
� Calore per riscaldamento
� Cogenerazione di energia elettrica e calore
� Emissioni
Indice della presentazione
1. FONTI RINNOVABILI:- IDRAULICA
- BIOMASSE- EOLICA - SOLARE- GEOTERMICA- MAREE, CORRENTI MARINE, MOTO ONDOSO
2. FONTI NON RINNOVABILI:- Combustibili fossili:
- PETROLIO
- GAS NATURALE- CARBONE
- NUCLEARE
Le Fonti di Energia PrimariaLe Fonti di Energia Primaria
ENERGIA PRIMARIA
Gli Usi Finali di EnergiaGli Usi Finali di Energia
USI DIRETTI:
- PROCESSI INDUSTRIALI- TRASPORTI- RISCALDAMENTO- MATERIE PRIME per INDUSTRIA
CHIMICA
CONVERSIONE INENERGIA ELETTRICA
Energia idraulica
Energia solare
Energia eolica
Biomasse
Energia delle maree
Energia Geotermica
Energia delle correnti marine
Energia delle onde
+
+
+
Consumi mondiali di Energia PrimariaConsumi mondiali di Energia Primaria
EFFETTOEFFETTO SERRASERRA
In sintesiIn sintesi……
Esiste un “Problema Energetico”
- RISORSE LIMITATE, IN ESAURIMENTO- CONCENTRAZIONE RISORSE (problematiche
economiche, socio-politiche)- ACCESSO ALLE RISORSE (occorre consentire lo
sviluppo economico dei paesi del terzo mondo)- IMPATTO AMBIENTALE (effetto serra e inquinamento)
RISPARMIO ENERGETICO FONTI RINNOVABILI
Energia da biomassaEnergia da biomassa
CALORE ED CALORE ED
ENERGIA ELETTRICAENERGIA ELETTRICA
10Biomasse vegetali e animali
Produttori primari(organismi auto-trofi)
Erbivori Carnivori
Batteri
Materiainorganica
calore
respirazione
energia, materia organica
materia inorganica
materia organica morta
11Motivi di interesse
1) Biomasse sono una fonte di energia rinnovabile2) Emissioni nette di CO2 ~ zero3) Producibili in quantità adeguate nella maggior parte dei Paesi
del mondo4) Relativa facilità di stoccaggio5) Rivalutazione del materiale organico non utilizzato (residui) o
di scarti che pongono problemi di smaltimento (e.g. deiezioni animali)
6) Opportunità di reddito per l’agricoltura7) Incentivazione alla tutela di boschi e aree verdi8) Possibilità di creare occupazione nelle aree a rischio di
spopolamento (e.g. Comunità Montane)
12Processi e tecnologie per la produzione di energia
(sorgo da fibra, canna, cardo, miscanto, switchgrass, canapa)
SOSTANZA SECCA
CONVERSIONE TERMO-CHIMICA
PIROLISI
GASSIFICAZIONE LIQUEFAZIONE
COMBUSTIONE
OLIO CALORE
CONVERSIONE BIOLOGICA
(colza, girasole, soia)OLIO
ESTRAZIONE DELL'OLIO
OLIO VEGETALE
ESTERE + GLICERINA
AMIDO ZUCCHERO
FERMENTAZIONE
DISTILLAZIONE
LEGNO CELLULOSA
IDROLISI ACIDA O ENZIMATICA
BIOMASSA INSILATA
DIGESTIONE ANAEROBICA
BIOGAS
COMBUSTIBILE PER I TRASPORTI
ELETTRICITA' (E/O CALORE)
COLTUREENERGETICHE
SOSTANZA SECCA
(frumento, orzo, mais, sorgo da granella e zucchero,
barbabietola) CARBOIDRATI
ETANOLO SYNGAS
OLIO CARBONE
GAS
ESTERIFICAZIONE
Energia primaria in Italia-2012
FONTE: BP – Statistical review of world energy 2012
Il settore civile e terziario è un area strategicamente importante per i consumi energetici � 56.9 Mtep(la maggior parte dei consumi sono per riscaldamento/climatizzazione ).
Foreste in Italia 14
� 9.1 Mha di foreste (2012) - 33.6% pubbliche, 66.4% private
� Foreste alpino-montano-collinari (95%, bassa accessibilità)
� Incremento annuo (2012): 32,5 Mm3
� Prelievi (2012): 7,74 Mm3 24% dell’incremento65% � legno da energia35% � legno da industria
(Fonte: N. Andrighetto, D. Pettenella, 2014; Eurostat, 2013, AIEL 2013)
Gestione forestale sostenibile 15
rischio incendi
dissesto idrogeologico
creazione ricchezza eoccupazione
(aree montane)
Stesso bilancio di CO2
MA…grazie al beneficio energetico
� risparmio di CO2
Utilizzo del legno per riscaldamento 16
� Ogni 1.000 kWh di calore utile prodotto con il legno in sostituzione di metano e gasolio � risparmio 250-300 kg CO 2
� Ogni 10.000 litri di gasolio che sostituiamo con interventi di efficienza energetica e l’uso di biocombustibili legnosi prodotti localmente, lasciamo sul territorio non meno di 10.000 €/anno a sostegno dell’economica locale
� In Italia con il legno produciamo l’80% dell’energia termica rinnovabile , 27 milioni di t/a, circa il 16,5% dei consumi per riscaldamento (9.24 Mtep)
COGENERAZIONE: Definizione 17
Produzione combinata di energia elettrica e calore (combined heat and power , CHP), entrambi intesi come effetti utili.
Può essere effettuata utilizzando un “motore” (es. a combustione interna a pistoni, a turbina a gas, a turbina a vapore….) che genera energia elettrica, dal quale si recupera anche calore altrimenti disperso.
Il “motore” a seconda delle tipologie può essere alimentato con combustibili fossili (gas naturale, oli combustibili) o mediante biocombustibili rinnovabili (biogas, biocombustibili liquidi) o di risulta (RSU e derivati).
Combustibile 100
Motore
Energia elettrica 35
Recupero termico 55
Perdite termiche 10
RendimentoTotale 90%
Vantaggio energetico della cogenerazione18
Combustibile
Ec
Impianto cogenerativo
Energia elettrica
Calore
Perdite
EE
Et
Centrale elettrica
Caldaia
Combustibile
Ec,e
Combustibile
Ec,t
Caso cogenerativo
Caso base, produzione separata
Ee
� Si ottiene un vantaggio quando Ec nel caso cogenerativo è minore di Ec,e+Ec,t , a parità di effetti utili Ee e Et per l’utente finale
Perdite
Paolo Silva – Taio (TN), 5 Giugno 2015
Vantaggio energetico della cogenerazione19
Paolo Silva – Taio (TN), 5 Giugno 2015
20
Thermal power from Thermal Oil
Thermal power to cogeneration
Electric Power
Thermal and electrical losses
100 % 79%
18 %
3%
21ESAMINIAMO TRE DIVERSI ESEMPI
• Primo esempio: un impianto che produce solo elettricità, senza recuperare il calore (rendimento elettrico = 33%) Energia primaria risparmiata = 0.33/0.525 = 63%
• Secondo esempio: un impianto che produce solo calore (rendimento termico = 80%)Energia primaria risparmiata = 0.80/0.90 = 89%
• Terzo esempio: un impianto di cogenerazione (rendimento elettrico = 18%, rendimento termico 62%)Energia primaria risparmiata = 0.18/0.525 + 0.62/0.90 = 103%
22EMISSIONI
1. Qualità del biocombustibile: legna, cippato, pellet , …
2. Comportamento del gestore dell’apparecchio
3. Progettazione, installazione e manutenzione impian to
4. Impianto fumario: installazione, manutenzione
5. Qualità del generatore: rendimento, fattori emissione, sistemi di
abbattimento
23EMISSIONI – Particolato da piccoli impianti termici
24EMISSIONI – Particolato da impianti più grandi
25EMISSIONI – Particolato da impianti più grandi
Elettrofiltri e filtri a maniche
26EMISSIONI – Particolato da impianti più grandi
Elettrofiltri e filtri a maniche
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� Biomassa: risorsa locale (valore socio-economico)
� Emissione nulla di CO2
� Combustione a griglia: ottima se utilizza tecnologie moderne di
combustione e abbattimento
� Cogenerazione da biomassa: metodo per massimizzare i benefici
energetici e ambientali
Conclusioni
28
Grazie per l‘attenzione
Paolo SilvaDocente Dipartimento di energia Politecnico di Milano
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