Utilizzazione di biogas per la produzione di energia elettrica: aspetti di processo e ambientali

Nel presente elaborato si è affrontato il tema dell’utilizzo di biogas per la produzione di energia elettrica e termica; in primo luogo è stata fatta una panoramica sulla diffusione degli impianti di digestione anaerobica in Europa e in Italia, con particolare attenzione alla logica degli incentivi volti alla promozione delle fonti rinnovabili. Il biogas presenta infatti il duplice vantaggio di inserirsi sia nell’ottica del “Pacchetto Clima-Energia” volto alla riduzione di consumi energetici da fonti fossili, sia nella migliore gestione dei rifiuti organici volta alla riduzione del conferimento in discarica. L’allineamento degli incentivi italiani con quelli europei, prevista dal Decreto Ministeriale 6 luglio 2012, presuppone un’espansione del settore biogas più oculata e meno speculativa di quella degli ultimi anni: inoltre la maggiore incentivazione all’utilizzo di rifiuti come materia prima per la produzione di biogas, comporta l’ulteriore vantaggio di utilizzare, per la produzione di energia e compost di qualità, materia organica che nel peggiore dei casi sarebbe inviata in discarica. Il progetto oggetto di studio nasce dalla necessità di trattare una quantità superiore di Frazione Organica di Rifiuti Solidi Urbani da R.D, a fronte di una riduzione drastica delle quantità di rifiuti indifferenziati conferiti ai siti integrati di trattamento di rifiuti non pericolosi. La modifica nella gestione integrata dei rifiuti prevista dal progetto comporta un aumento di efficienza del sito, con una drastica riduzione dei sovvalli conferiti a discariche terze, inoltre si ha una produzione di energia elettrica e termica annua in grado di soddisfare gli autoconsumi del sito e di generare un surplus di elettricità da cedere in rete. Nel contesto attuale è perciò conveniente predisporre nei siti integrati impianti per il trattamento della FORSU utilizzando le Migliori Tecniche Disponibili proposte dalle Linee Guida Italiane ed Europee, in modo tale da ottimizzare gli aspetti ambientali ed economici dell’impianto. Nell’elaborato sono stati affrontati poi gli iter autorizzativi necessari per le autorizzazioni all’esercizio ed alla costruzione degli impianti biogas: a seguito di una dettagliata disamina delle procedure necessarie, si è approfondito il tema del procedimento di Valutazione di Impatto Ambientale, con particolare attenzione alla fase di Studio di Impatto Ambientale. Inserendosi il digestore in progetto in un sito già esistente, era necessario che il volume del reattore fosse compatibile con l’area disponibile nel sito stesso; il dimensionamento di larga massima, che è stato svolto nel Quadro Progettuale, è stato necessario anche per confrontare le tipologie di digestori dry e wet. A parità di rifiuto trattato il processo wet richiede una maggiore quantità di fluidi di diluizione, che dovranno essere in seguito trattati, e di un volume del digestore superiore, che comporterà un maggiore dispendio energetico per il riscaldamento della biomassa all’interno. È risultata perciò motivata la scelta del digestore dry sia grazie al minore spazio occupato dal reattore, sia dal minor consumo energetico e minor volume di reflui da trattare. Nella parte finale dell’elaborato sono stati affrontati i temi ambientali,confrontando la configurazione del sito ante operam e post operam. È evidente che la netta riduzione di frazione indifferenziata di rifiuti, non totalmente bilanciata dall’aumento di FORSU, ha consentito una riduzione di traffico veicolare indotto molto elevato, dell’ordine di circa 15 mezzi pesanti al giorno, ciò ha comportato una riduzione di inquinanti emessi sul percorso più rilevante per l’anidride carbonica che per gli altri inquinanti. Successivamente è stata valutata, in modo molto conservativo, l’entità delle emissioni ai camini dell’impianto di cogenerazione. Essendo queste l’unico fattore di pressione sull’ambiente circostante, è stato valutato tramite un modello semplificato di dispersione gaussiana, che il loro contributo alla qualità dell’aria è generalmente una frazione modesta del valore degli SQA. Per gli ossidi di azoto è necessario un livello di attenzione superiore rispetto ad altri inquinanti, come il monossido di carbonio e le polveri sottili, in quanto i picchi di concentrazione sottovento possono raggiungere frazioni elevate (fino al 60%) del valore limite orario della qualità dell’aria, fissato dal D.Lgs 155/2010. Infine, con riferimento all’ energia elettrica producibile sono state valutate le emissioni che sarebbero generate sulla base delle prestazioni del parco elettrico nazionale: tali emissioni sono da considerare evitate in quanto l’energia prodotta nel sito in esame deriva da fonti rinnovabili e non da fonti convenzionali. In conclusione, completando il quadro di emissioni evitate e indotte dalla modifica dell’impianto, si deduce che l’impatto sull’ambiente non modificherà in maniera significativa le condizioni dell’aria nella zona, determinando una variazione percentuale rispetto agli inquinanti emessi a livello regionale inferiore all’1% per tutti gli inquinanti considerati (CO, PM10, NOX, NMCOV). Il vantaggio più significativo riguarda una riduzione di emissioni di CO2 dell’ordine delle migliaia di tonnellate all’anno; questo risultato è importante per la riduzione di emissione dei gas serra in atmosfera e risulta in accordo con la logica dell’utilizzo di biomasse per la produzione di energia. Dal presente elaborato si evince infine come l’utilizzo del biogas prodotto dalla digestione anaerobica della Frazione Organica dei Rifiuti Solidi Urbani non comporti solo un vantaggio dal punto di vista economico, grazie alla presenza degli incentivi nazionali, ma soprattutto dal punto di vista ambientale, grazie alla riduzione notevole dei gas serra in atmosfera, in accordo con gli obiettivi europei e mondiali, e grazie al recupero di rifiuti organici per la produzione di energia e compost di qualità.

Cadeia produtiva de energia de biomassa na região do Planalto Sul de Santa Catarina: uma abordagem prospectiva

Objetivou-se, neste estudo, identificar e prospectar o comportamento futuro dos fatores críticos de desempenho da cadeia produtiva de energia a partir de biomassa de origem florestal, bem como as demandas de capacitação e de pesquisas. O estudo teve como área de abrangência os municípios da região de Lages, no Planalto Sul de Santa Catarina. Utilizou-se como metodologia a abordagem de prospecção foresight, desenvolvida através da projeção de especialistas com base no seu próprio conhecimento, mediante a aplicação de questionário Delphi, contemplando os elos da produção florestal e da indústria e a geração de energia. As principais conclusões foram: a) há disponibilidade de resíduos florestais para uso na geração de energia, sendo necessária a readequação do processo de colheita florestal; b) investimentos na qualificação de recursos humanos e em novas tecnologias nos processos industriais são requeridos para melhor aproveitar os recursos florestais; e c) tende a haver aumento do uso da biomassa de origem florestal para a produção de energia.

Influência das dimensões da biomassa estocada de Pinus taeda L. e Eucalyptus dunnii Maiden na qualidade do combustível para geração de energia

Este trabalho teve por objetivo determinar a influência das dimensões de biomassa sobre as alterações em suas propriedades durante a estocagem, visando seu uso na geração de energia. O experimento foi realizado no Município de Lages, SC, entre outubro de 2003 e fevereiro de 2005. Foram utilizadas toras com casca de Pinus taeda L. e Eucalyptus dunnii Maiden e costaneiras de Pinus spp., estocadas em pilhas, por um período de seis meses. As amostras para análise foram coletadas no estado recém-colhido, com dois, quatro e seis meses de estocagem. Foram utilizados quatro lotes, colhidos e armazenados segundo as estações do ano, permanecendo sob estocagem entre os meses de outubro a maio, janeiro a agosto, maio a novembro e agosto a fevereiro. As propriedades avaliadas foram: teor de umidade na base úmida, poder calorífico superior e líquido e teor de cinzas. As dimensões tiveram maior influência no teor de umidade e poder calorífico líquido. As costaneiras de Pinus sofreram maior perda de umidade, maior ganho de poder calorífico superior e inferior e menor teor de cinzas durante a estocagem. A costaneira foi também o material mais heterogêneo, com relação às variações ocorridas no armazenamento. As toras de Pinus tiveram a menor perda de umidade e o menor ganho energético. De forma geral e considerando as propriedades mais importantes para a geração de energia, as dimensões da biomassa tiveram maior influência que a espécie sobre a qualidade da biomassa na estocagem.

Caracterização físico-química da biomassa produzida em sistemas florestais de curta rotação para geração de energia

Pós-graduação em Agronomia (Energia na Agricultura) - FCA

Biometanazione della frazione organica di rifiuti solidi urbani da raccolta indifferenziata mediante codigestione con refluo zootecnico o addizione di solfuro di sodio

Il presente elaborato è stato finalizzato allo sviluppo di un processo di digestione anaerobica della frazione organica dei rifiuti solidi urbani (FORSU oppure, in lingua inglese OFMSW, Organic Fraction of Municipal Solid Waste) provenienti da raccolta indifferenziata e conseguente produzione di biogas da impiegarsi per il recupero energetico. Questo lavoro rientra nell’ambito di un progetto, cofinanziato dalla Regione Emilia Romagna attraverso il Programma Regionale per la Ricerca Industriale, l’Innovazione e il Trasferimento Tecnologico (PRRIITT), sviluppato dal Dipartimento di Chimica Applicata e Scienza dei Materiali (DICASM) dell’Università di Bologna in collaborazione con la Facoltà di Ingegneria dell’Università di Ferrara e con la società Recupera s.r.l. che applicherà il processo nell’impianto pilota realizzato presso il proprio sito di biostabilizzazione e compostaggio ad Ostellato (FE). L’obiettivo è stato la verifica della possibilità di impiegare la frazione organica dei rifiuti indifferenziati per la produzione di biogas, e in particolare di metano, attraverso un processo di digestione anaerobica previo trattamento chimico oppure in codigestione con altri substrati organici facilmente fermentabili. E’ stata inoltre studiata la possibilità di impiego di reattori con biomassa adesa per migliorare la produzione specifica di metano e diminuire la lag phase. Dalla sperimentazione si può concludere che è possibile giungere allo sviluppo di metano dalla purea codigerendola assieme a refluo zootecnico. Per ottenere però produzioni significative la quantità di solidi volatili apportati dal rifiuto non deve superare il 50% dei solidi volatili complessivi. Viceversa, l’addizione di solfuri alla sola purea si è dimostrata ininfluente nel tentativo di sottrarre gli agenti inibitori della metanogenesi. Inoltre, l’impiego di supporti di riempimento lavorando attraverso processi batch sequenziali permette di eliminare, nei cicli successivi al primo, la lag phase dei batteri metanogeni ed incrementare la produzione specifica di metano.

Avaliação de projetos de investimento em cogeração de energia utilizando bagaço de cana-de-açúcar em biorrefinarias a partir do uso da teoria das opções reais

O cenário de continuo aumento do consumo de derivados do petróleo aliado a conscientização de que é necessário existir um equilíbrio com relação a exploração de recursos naturais e preservação do meio ambiente, vem impulsionando a busca por fontes alternativas de energia. Esse crescente interesse vem se aplicando a geração de energia a partir de biomassa da cana de açúcar, que vem se tornando cada vez mais comuns no Brasil, porém ainda existe um imenso potencial a ser explorado. Dentro deste contexto, se torna relevante a tomada de decisão de investimentos em projetos de cogeração e este trabalho busca incrementar a analise e tomada de decisão com a utilização da Teoria das Opções Reais, uma ferramenta de agregação de valor às incertezas, cabendo perfeitamente ao modelo energético brasileiro, onde grandes volatilidades do preço de energia são observadas ao longo dos anos. O objetivo do trabalho é determinar o melhor momento para uma biorrefinaria investir em unidades de cogeração. A estrutura do trabalho foi dividida em três cenários de porte de biorrefinarias, as de 2 milhões de capacidade de moagem de cana-de-açúcar por ano, as de 4 milhões e as de 6 milhões, visando assim ter uma representação amostral das biorrefinarias do país. Além disso, analisaram-se três cenários de volatilidade atrelados ao preço futuro de energia, dado que a principal variável de viabilização deste tipo de projeto é o preço de energia. As volatilidades foram calculadas de acordo com histórico do ambiente regulado, o dobro do ambiente regulado e projeção de PLD, representando, respectivamente, níveis baixos, médios e altos, de volatilidade do preço de energia. Após isso, foram elaboradas as nove árvores de decisão, que demonstram para os gestores de investimento que em um cenário de baixa volatilidade cria-se valor estar posicionado e ter a opção real de investir ou adiar investimento para qualquer porte de usina. No cenário de média volatilidade de preço, aconselha-se ao gestor estar posicionado em usinas de médio a grande porte para viabilização do investimento. Por fim, quando o cenário de preços é de grande volatilidade, tem-se um maior risco e existe a maior probabilidade de viabilização do investimento em usinas de grande porte.

Estudo de viabilidade do uso do palhiço para geração de energia na entressafra de uma usina sucroenergética

O setor sucroenergético brasileiro vem se destacando como uma nova opção para a geração de energia elétrica do país de forma renovável e sustentável. Torna-se cada vez mais frequente o uso do palhiço da cana-de-açúcar como fonte adicional de biomassa combustível além do uso tradicional do bagaço. As usinas com centrais termelétricas que comercializam os excedentes de bioeletricidade normalmente operam durante a safra da cana-de-açúcar e ficam paradas durante a entressafra. Este estudo analisa a viabilidade econômica de aproveitar a capacidade ociosa de uma unidade de geração de energia elétrica durante a entressafra, através do estudo de caso de uma usina de cana-de-açúcar na cidade de Iacanga no interior do estado de São Paulo. O trabalho tem como premissa utilizar o palhiço como combustível na safra adicional ao bagaço e armazenar o bagaço para a geração de bioeletricidade na entressafra. Os investimentos necessários para o processamento do palhiço na safra, armazenagem e movimentação do bagaço e custos de operação e manutenção do sistema de geração de energia são apresentados. As análises econômicas do estudo são feitas utilizando os métodos do Valor Presente Líquido (VPL) e da Taxa Interna de Retorno (TIR). São feitas também análises de sensibilidade com os dois principais fatores de impacto à rentabilidade, que são o custo do palhiço posto na usina e o valor da energia elétrica vendida. As análises são apresentadas em três cenários variando o total de dias efetivos de geração na entressafra, sendo de 30, 60 e 90 dias. Os resultados indicam que a geração adicional de energia na entressafra, aproveitando a capacidade ociosa da planta na entressafra, tem um VPL de R$-1,136 milhão, R$0,698 milhão e R$2,511 milhões e uma TIR de 5,47% a.a., 16,98% a.a. e 25,88% a.a., respectivamente. Esses resultados consideraram o custo do palhiço a R$70,00.t-1 e a venda da energia a R$170,00.MWh-1. Conclui-se, assim, que o aproveitamento da capacidade ociosa do parque de geração de energia a partir da biomassa da cana-de-açúcar na entressafra tem potencial e viabilidade econômica conforme: o aumento do seu uso; a disponibilidade de biomassa residual (palhiço) a custos competitivos; e preço de venda da bioeletricidade.

Modelagem matemática para o aproveitamento da biomassa residual de colheita da cana-de-açúcar com menor custo

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Modelos de minimização de biomassa residual

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Geração de energia por microturbina alimentada à biogás em uma propriedade rural: estudo de caso

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Impianti idroelettrici per la produzione di energia

L'energia idroelettrica è una fonte di energia alternativa e rinnovabile che sfrutta il moto dell'acqua, generato grazie all'energia potenziale presente tra due bacini posti a quote diverse per convertire l'energia meccanica in elettrica attraverso un alternatore collegato a turbina. Gli impianti si classificano in: impianti ad acqua fluente, a deflusso regolato, ad accumulo tramite pompaggio. Le turbine idrauliche sono quei dispositivi meccanici in grado di convertire l'energia cinetica in energia meccanica. Fra tutte studieremo la Pelton, la Francis e la Kaplan e i loro criteri di scelta. I grandi impianti hanno un notevole impatto ambientale, ecco perché la nuova tecnologia si basa sul mini idroelettrico; quest'ultimo dal punto di vista economico è competitivo rispetto alle altre fonti rinnovabili ed ai combustibili fossili.

Analisi del ciclo di vita di un processo industriale innovativo per la produzione di syngas da biogas

Una delle metodologie che negli ultimi tempi viene utilizzata più frequentemente per la valutazione ambientale di prodotti, processi e servizi è detta LCA, Life Cycle Assessment: essa valuta l’impatto ambientale associato ad un processo o ad un prodotto considerando tutto il suo ciclo di vita. Nel presente elaborato di tesi la metodologia è applicata ad un processo chimico industriale in fase di studio su scala di laboratorio presso il Dipartimento di Chimica Industriale dell’Università di Bologna, che prevede la sintesi di syngas a partire da biogas tramite le reazioni di dry reformng (DR) e steam refroming (SR). Tale processo è stato studiato poiché a livello teorico presenta i seguenti vantaggi: l’utilizzo di biogas come materia prima (derivante dalla digestione anaerobica dei rifiuti), lo sfruttamento dell’anidride carbonica presente nel biogas e l’utilizzo di un solo reattore anziché due. Il processo viene analizzato attraverso due diversi confronti: in primo luogo è comparato con processi con tecnologie differenti che producono il medesimo prodotto (syngas); in secondo luogo è paragonato a processi che impiegano la stessa materia prima (biogas), ottenendo prodotti differenti. Nel primo confronto i processi confrontati sono uno scenario di Autothermal reforming (ATR) e uno scenario che prevede DR e SR in due reattori separati; nel secondo confronto i prodotti che si ottengono sono: energia termica ed elettrica attraverso un sistema CHP, biometano con un sistema di upgrading del biogas, energia e biometano (CHP + upgrading) ed infine metanolo prodotto da syngas (generato dal processo studiato). Per il primo confronto è risultato che lo scenario che porta ad un minore impatto ambientale è il processo studiato dall'università di Bologna, seguito dallo Scenario con DR e SR in reattori separati ed infine dal processo di ATR. Per quanto concerne il secondo confronto lo scenario migliore è quello che produce biometano, mentre quello che produce metanolo è al terzo posto.

Sistema integrado de energias renováveis numa moradia unifamiliar

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para a obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica, área de energia

Impacto de cenários de alterações climáticas nos recursos energéticos renováveis: sistema elétrico português até 2070

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia do Ambiente, perfil Gestão e Sistemas Ambientais