RISPARMIO ENERGETICO ED ENERGIE RINNOVABILI IN ZOOTECNIA (CORSO REER)

1. RISPARMIO ENERGETICO ED ENERGIE RINNOVABILI IN ZOOTECNIA (CORSO REER) prof. Marco Fiala Dip. Ingegneria Agraria - Università Milano prof. Massimo Lazzari Dip. VSA- Veterinaria e Sicurezza alimentare - Università Milano

2. DI CHE COSA CI OCCUPEREMO PROGRAMMA TRASFORMAZIONI TERMOCHIMICHE I PROCESSI: La combustione diretta – energia termica La gassificazione – energia termica e meccanica L’impiego di oli vegetali – energia termica e meccanica L’impiego di biodiesel – cenni L’impiego di bioetanolo – cenni

3. COMBUSTIONE DIRETTA C + O2 CO2 + Energia 4H + O2 2H2O Ossidazione completa dei costituenti i tessuti vegetali con emissione di energia termica, fumi e ceneri. La quantità di tali prodotti è, rispetto alla massa iniziale del combustibile, in relazione alle caratteristiche chimiche e fisiche del materiale di partenza C = 45-50%; H = 5-8%; O = 40-45% PCI = 3,7-5,0 kWht/kg di s.s. SV = 90-95% a 600 °C U alla raccolta = 15-60% C/N = 45-130 Ceneri = 5-25% sulla s.s.  = 40-300 kg/m3 Costanti Variabili

4. COMBUSTIONE DIRETTA: EVOLUZIONE del PROCESSO Riscaldamento Essiccazione Pirolisi Ossidazione Carbonio CALORE Aria primaria Cenere Pre combustione Post combustione Fase gassosa Gas Fumi

5. COMBUSTIONE DIRETTA: SOSTANZA VOLATILE 2, 5 kg di paglia pellettata in mucchio 2, 5 kg di diversi combustibili A = carbone; B = coke; C = legna in tronchetti; D = legna sminuzzata; E = paglia sfusa; F = paglia pellettata

6. COMBUSTIONE DIRETTA: RENDIMENTO TOTALE Produzione di calore Trasferimento del calore

7. COMBUSTIONE DIRETTA: PARAMETRI IMPORTANTI (1) uso refrattari Temperatura della camera di combustione T = 900-1100 °C favoriscono la combustione di tutta la sostanza combustibile Temperatura dei fumi 200°C < T < 350 °C sono normali e indice di: una sufficiente superficie di scambio un buon rendimento di trasferimento del calore un corretto apporto d'aria comburente Temperature > 350 °C indicano: una zona di scambio sottodimensionata una zona di scambio incrostata Temperature < 200 °C indicano: elevate quantità d'aria comburente elevate perdite al camino quantità aria comburente

8. PARAMETRI IMPORTANTI (2) quantità aria comburente Contenuto CO2 nei fumi [CO2] < 10% vol.  elevate perdite al camino [CO2] > 15% vol.  perdite per incombusti Contenuto ceneri Contenuto Sostanze Volatili (SV >90% a 600°C) Nelle prime fasi della combustione i tessuti vegetali liberano - tanto più velocemente quanto più è alta la superficie volumica - notevoli quantità di gas combustibili Per ottenere elevati rendimenti: OCCORRE CONTROLLARE L’EMISSIONE di QUESTI GAS

9. COMBUSTIONE DIRETTA: COLPI di FUOCO CARICO MECCANICO del COMBUSTIBILE colpo di fuoco carico discontinuo carico continuo

10. PERDITE TOTALI ed ECCESSO d’ARIA Q teorica = 5,0-7,0 m3/kg di ss (a + b) TOTALI (a) camino (b) incombusti Q = 7,0-10,5 m3/kg di ss e = 1,5

11. COMBUSTIONE DIRETTA: ARIA PRIMARIA e SECONDARIA Massa combustibile aria PRIMARIA GAS Aria comburente aria SECONDARIA Catturati i gas occorre: BRUCIARLI in una CAMERA di COMBUSTIONE SECONDARIA

12. COMBUSTIONE DIRETTA: GENERATORI TERMICI a LETTO FISSO Potenze ridotte P < 40 kW camera semplice con griglia orizzontale

13. MODALITA’ di IMMISSIONE ARIA COMBUSTIONE MONTANTE Il flusso d'aria, diretto al di sotto del combustibile, determina la formazione di una fiamma che lambisce l'intera massa del materiale COMBUSTIONE ORIZONTALE La fiamma, originata dall'aria insufflata di fianco, interessa solo una parte del combustibile COMBUSTIONE INVERSA La fiamma non interessa altro combustibile oltre a quello che l’ha generata

14. UN ESEMPIO SEMPLICE COMBUSTIONE MONTANTE La biomassa si scalda, i gas si sviluppano e non passano attraverso la fiamma. Rendimento e autonomia modesti COMBUSTIONE ORIZZONTALE La biomassa si scalda, parte dei gas che si sviluppano passano attraverso la fiamma, parte sfuggono Rendimento e autonomia medi COMBUSTIONE INVERSA La biomassa si scalda, spinti dall’aria tutti i gas che si sviluppano passano attraverso la fiamma e bruciano Rendimento e autonomia elevati

15. COMBUSTIONE DIRETTA: LEGNA TRONCHETTI manuale, combustione orizzontale manuale, combustione inversa

16. COMBUSTIONE DIRETTA: LEGNA CIPPATA cippato, manuale, combustione inversa, adattabile a caldaie cippato, nastro + doppio cassetto, combustione montante, grata inclinata

17. COMBUSTIONE DIRETTA: PAGLIA sminuzzata, coclea, combustione montante imballata, pinza dall’alto, combustione montante, potenze medio-elevate (P > 1000 kW)

18. COMBUSTIONE DIRETTA: TUTOLI nastro + doppio cassetto, combustione montante, griglia inclinata, recupero fumi per essiccazione tutoli, P > 1000 kW essiccatoio granella nastro + doppio cassetto, combustione montante, griglia inclinata, uso fumi per essiccazione spighe, P > 1000 kW platea essiccazione

19. COMBUSTIONE DIRETTA: LOLLA di RISO tramoggia + griglia inclinata, focolare, P > 2000 kW

20. COMBUSTIONE DIRETTA: MATERIALI a GRANULOMETRIA FINE Pellets, chip, gusci, noccioli, vinacce e sanse macinate, lolla, segatura, truciolame ecc. tramoggia + coclea + ventilatore, focolare, potenze medio-elevate

21. GASSIFICAZIONE CnxHny + O2  CO+ H2 + CH4 + CxHy + Energia Ossidazione incompleta dei costituenti i tessuti vegetali con emissione di una miscela di composti carboniosi gassosi combustibili, energia termica e ceneri. AGENTE OSSIDANTE Aria (Q = 2,1-3,0 m3/kg di ss) gas povero PCI = 1,3-1,4 kWht/Nm3 AGENTE OSSIDANTE Ossigeno Q = 0,3 kg/kg di ss PCI = 2,6-4,0 kWht/Nm3 AGENTE OSSIDANTE Vapore Q = 0,5 kg/kg di ss gas d'acqua PCI = 3 kWht/Nm3 GASSIFICATORI A LETTO FISSO P < 400 kW termici Pezzatura 1-15 cm Semplici Versatili GASSIFICATORI IN SOSPENSIONE P >2000 kW termici Pezzatura < 1 mm Complessi Specifici IMPIEGHI AGRICOLI IMPIEGHI INNDUSTRIALI

22. GASSIFICAZIONE: LETTO FISSO CONTRO-CORRENTE

23. GASSIFICAZIONELETTO FISSO CO-CORRENTE

24. GASSIFICAZIONE: PRODUZIONE di ELETTRICITA’ da BIOMASSA 1.2-1,4 kg di biomassa per kWh

25. GASSIFICAZIONE: PRODUZIONE di ELETTRICITA’ da BIOMASSA GASSIFICATORE DA 75 kWel Tipo: Down-flow U% Biomassa = 15% T fornello = 1100°C PCI gas = 1100 kcal/m3 Filtro elettrostatico Produzione carbonella pari al 10% s.s. 2700 €/kW

26. GASSIFICAZIONE: PRODUZIONE di ELETTRICITA’ da BIOMASSA GASSIFICATORE DA 250 kWel Tipo: Downdraft U% Biomassa = 15% T fornello = 1100°C PCI gas = 1200 kcal/m3 Filtro a secco con biomasse 3800 €/kW

27. GASSIFICAZIONE: PRODUZIONE di ELETTRICITA’ da BIOMASSA

28. GASSIFICAZIONE: PRODUZIONE di ELETTRICITA’ da BIOMASSA Motore diesel modificato a gas Consumo gasolio = 5% energia richiesta

29. OLIO VEGETALE PURO E’ un biocombustibile ottenuto dalla spremitura dei semi di oleaginose quali ad esempio girasole, colza e soia. La produzione dell’olio vegetale puro può avvenire direttamente nell’azienda agricola con semplici sistemi di pressatura e filtraggio, ottenendo cos’ una produzione decentralizzata su piccola scala. Il prodotto di scarto è rappresentato da un pannello di estrazione, adatto alla alimentazione di animali da ingrasso. In Italia, per ora, l’olio vegetale puro può essere impiegato a livello di aziende agricole sia per la alimentazione di motori statici per la generazione di energia elettrica e calore, sia per l’alimentazione di motori diesel di automobili, autobus, motori nautici e trattori agricoli, che sono stati appositamente adattati e/o modificati. Per ragioni fiscali non può essere impiegato su motori dei comparti extraagricoli come avviene invece in Austria e Germania. GASSIFICAZIONE

30. OLIO VEGETALE PURO OLEIFICI DECENTRALIZZATI IN GERMANIA PER LA PRODUZIONE DI OLIO VEGETALE PURO PRODOTTO PRINCIPALMENTE DALLA COLZA

31. OLIO VEGETALE PURO FILIERA

32. OLIO VEGETALE PURO

33. OLIO VEGETALE PURO

34. OLIO VEGETALE PURO

35. OLIO VEGETALE PURO

36. OLIO VEGETALE PURO

37. OLIO VEGETALE PURO PREZZO OLIO GIRASOLE (Euro/l) mercato di Modena

38. OLIO VEGETALE PURO

39. OLIO VEGETALE PURO ELEMENTI DI ANALISI ECONOMICA

40. BIODIESEL E’ un biocombustibile ottenuto dall’olio vegetale ( colza, girasole, soia, oli riciclati/rigenerati) che viene sottoposto ad una successiva reazione detta di transesterificazione che determina la sostituzione dei componenti alcolici d’origine (glicerolo) con alcol metilico (metanolo) in presenza di un catalizzatore alcalino. La miscela così ottenuta è impiegata come combustibile per l’autotrazione e il riscaldamento, sia miscelata con gasolio che tal quale.

41. BIODIESEL BIODIESEL I SETTORI DI MERCATO ITALIA MOTORI DIESEL PURO ADDITIVO 5% MISCELA 30% RISCALDAMENTO PURO

42. BIODIESEL De.Fi.Lu. Bakelite Comlube Fox Petroli Novaol Ital Bi Oil I PRODUTTORI DI BIODIESEL IN ITALIA * dati immissioni luglio 2002 - febbraio 2004 Fonte Assobiodiesel

43. BIODIESEL ITALIA CONTINGENTE DEFISCALIZZATO BIODIESEL • Legge Finanziaria 2005: • Approvazione progetto esenzione accisa per 6 anni • Riduzione del contingente da 400.000 a 200.000 tonn/anno nel 2005

44. BIOETANOLO Il bioetanolo è prodotto mediante un processo di fermentazione delle biomasse, ovvero di prodotti agricoli ricchi di zucchero ( glucidi) quali i cereali, le colture zuccherine, gli amidacei e le vinacce. In campo energetico, il bioetanolo può essere utilizzato come componente per benzine o per la preparazione dell’ETBE (Etere Etilbutilico), un derivato alto ottanico. Può essere utilizzato nelle benzine con percentuali fino al 20% senza modificare il motore o , adottando alcuni accorgimenti tecnici, anche puro. Il processo di produzione del bioetanolo genera, a seconda della materia prima agricola utilizzata, diversi sottoprodotti con valenza economica, destinabili a seconda dei casi alla mangimistica, alla cogenerazione , ecc.

45. BIOETANOLO Bioetanolo: incentivi (fiscalità) • Direttiva 30-2003 • Biocarburanti: obiettivi a livello Comunitario • Il Consiglio dei Ministri del 27 maggio scorso ha approvato il decreto legislativo di attuazione della direttiva 2003/30/CE del Parlamento Europeo sulla promozione dei biocarburanti e di altri carburanti rinnovabili nei trasporti. • Decreto Ministero delle Finanze n. 96 del 20 febbraio 2004 • Agevolazioni fiscali per etanolo di origine agricola (bioetanolo) • Utilizzo di 45,5 M€ stanziati in Finanziaria 2001 • Legge 30 dicembre 2004 nr 311 - Finanziaria 2005 • Trasla il progetto bioetanolo al triennio 2005-2007 • Destina 219 M€ su tre anni (2005-2007) per defiscalizzazione bioetanolo di origine agricola (vinico, da barbabietole, da cereali) da destinare principalmente a produzione ETBE • Obiettivo iniziale: 1 Milione di ettolitri nel 2005 • Produzione attesa: 3 Milioni di ettolitri nel triennio • Obiettivo finale: 4 Milioni di ettolitri (2 % mercato benzine)

46. BIOETANOLO Accordo Bioetanolo (Feb.’05) • ACCORDO VOLONTARIO QUADRO PER LA VALORIZZAZIONE DELLA FILIERA dei BIO-CARBURANTI e per la promozione dell’impiego di BIOETANOLO E di ETBE • ASSODISTIL • CIA • COLDIRETTI • CONFAGRICOLTURA • ITABIA • Obiettivi annuali da raggiungere nel triennio (‘05-’07) di validità dell’accordo : • Obiettivo generale: creare le condizioni operative per la produzione e l’avvio in carburazione di 1 milione di ettanidri annui di bioetanolo, a partire dal 2005 • Obiettivi legati agli stanziamenti esistenti per la defiscalizzazione, ~ 73 M€ • ~ 1 milione di ettanidri (100.000 m3) di bioetanolo avviabile alla carburazione