Le Filiere dell'Energia
“Le Biomasse”
1o Convegno Tematico
Maurizio Fermeglia
[email protected]
www.di3.units.it
Dipartimento di Ingegneria
Industriale e dell’Informazione
Approccio multiscala alla
produzione di biocarburanti
•
Dagli eletttroni … allìimpianto
–
–
–
–
Quanto meccanica - Atomistica
Elementi finiti – macro scala
Impianto pilota
Processo
Simulazione atomistica e
mesoscala
•
Lo strumento
–
–
•
Il problema
–
•
Relazione struttura e proprietà di microfibre
Effetto del solvente (acqua o liquidi ionici - BMIM) per dissolvere la cellulosa
Studiando (con simulazione)
–
–
•
La decomposizione di biomassa lignocellulosica per reazione catalitica o
enzimatica
Per ottenere
–
–
•
Simulazioni MD atomistiche (all atoms FF)
Simulazione mesoscala (DPD)
Dipendenza spaziale della forza dei legami idrogeno
Le strutture di solvatazione
Il risultato
–
–
Legami idrogeno tra catene e dentro le catene sono facilmente rotti
Legami idrogeno tra I fogli sono persistenti
•
Legami tra I fogli sono fondamentali per i meccanismi di distruzione
•
Altre applicazioni: membrane per la separazione di CH4 da CO2 e per
la diffusione di protoni in celle a combustibile
Laboratorio
• Laboratorio
– idrolisi della cellulosa a zuccheri riducenti
– trattamento chimico e microbiologico
biomassa
aerobica
anaerobica
rimozione
VOC
+
Sistema
trifasico
liquido
acqua
acqua +
inquinanti
respirometria
+
aria + inquinanti
gas
aria di processo
biogas
reattori
anaerobici
modelli di processi e di impianti
• Diversi trattamenti per biomassa
Impianto pilota
SPERIMENTAZIONE
Specific gas production (SGP):
Volume CH4 prodotto per COD substrato
caricato [NmLCH4 / gCODin]
Specific methanogenic activity (SMA).
Volume orario CH4 prodotto per bio-massa
caricata [NmLCH4 / (h·gVSS)]
Pilota anaerobico
(UASB - EGSB)
Pilota anaerobico
(Batch- 60 L)
Reattori anaerobici da banco
Processo: Bio etanolo da molassa
(Cuba)
3000
7200
3000
1.90E+07
ETHANOL PRODUCT (Kg/hr)
DUTY REBOILER (KJ/hr)
ETHANOL PRODUCT (Kg/hr)
KJ/Kg ETHANOL
6700
2250
6450
1.70E+07
2500
1.60E+07
1.50E+07
2250
1.40E+07
2000
2000
6200
5
5.2
5.4
5.6
5.8
6
6.2
6.4
ETHANOL IN THE MASH (L ETHANOL/100 L MASH)
6.6
6.8
7
1.30E+07
5
5.2
5.4
5.6
5.8
6
6.2
6.4
ETHANOL IN THE MASH (L ETHANOL/100 L MASH)
6.6
6.8
7
DUTY REBOILER (KJ/hr)
2500
2750
ETHANOL PRODUCT (Kg/hr)
ETHANOL PRODUCT (Kg/hr)
6950
ENERGY CONSUMPTION (KJ/Kg ETHANOL)
1.80E+07
2750
Gassificazione e celle a
combustibile
Biomass
Pre treatment
Gasification
Gas
Clean-up
Reforming
Burner
Water
Evaporator
An.
Cath.
Air/Oxygen
Pre heating
Co generation
Turbine
Compr
Air
Donolo G, Fermeglia M., De Simon G., J. Power Sources, 2007
Gassificazione di biomasse e MCFC
• Simulazione di processo di produzione di energia
elettrica tramite cella a combustibile
– Celle a combustibile ad alta temperatura (MCFC) usate per
produrre energia elettrica da gas naturale e/o da biomasse
tramite gassificazione. Modellazione in stato stazionario
dell’intero processo e in regime dinamico della cella.
Donolo G, Fermeglia M., De Simon G., J. Power Sources, 2007
Valutazione impatto ambientale PSP
Global Warming
Potential
(GWP)
Indexes
1D
Acidification
Potential
(AP)
3D
CAPE OPEN
(CoLan)
PSP Framework
Process
Simulators
Toxicological
data
Molecular
Modeling
Global
Atmospheric
Ozone Depletion
Potential
(ODP)
Environmental
Impact
Categories
Human Toxicity
Potential by
Ingestion
(HTPI)
Process
Design
Local
Toxicological
Fermeglia M., Longo, G, Toma L., AIChE J, 2008, in press
Photochemical
Oxidation
Potential
(PCOP)
Human Toxicity
Potential by
Inhalation and
Dermal Exposure
(HTPE)
Aquatic Toxicity
Potential
(ATP)
Terrestrial
Toxicity Potential
(TTP)
si compone delle seguenti
parti:
Per Informazioni:
Maurizio Fermeglia
([email protected])
Università di Trieste
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Industriale e dell’Informazione