CONSIGLIO NAZIONALE DELLE RICERCHE
Patrizio Massoli
“Low Carbon Technologies” @ DIITET – CNR
26 e 27 Maggio, 2014
Conferenza
Dipartimento
DIITET
Convegno
del del
Dipartimento
di Ingegneria,
26 ee 27
maggioper
2014
ICT
Tecnologie
l’Energia e i Traporti
International energy
Annual Energy Outlook 2014 with Projections to 2040
DOE/EIA-0383 (2014)
World petroleum and other liquids consumption by region in three cases, 2012
and 2040 (million barrels per day)
OECD member states map
██ Paesi fondatori
██ Altri Paesi membri
Trends in petroleum and other liquids markets are defined largely by the
developing nations
Conferenza del Dipartimento
Roma, 26 e 27 maggio 2014
Fonte: DOE/EIA-0383 (2014)
World production of nonpetroleum liquids by type in the Reference case, 2012 and
2040 (million barrels per day)
World production of liquid fuels from biomass, coal, and natural gas increases
Conferenza del Dipartimento
Roma, 26 e 27 maggio 2014
U.S. energy demand
Fonte: DOE/EIA-0383 (2014)
Primary energy use by fuel in the
Reference case, 1980-2040 (quadrillion
Btu)
Renewables and natural gas lead rise
in primary energy consumption
Electricity generation by fuel in the Reference case,
1990-2040 (trillion kilowatthours)
By 2035, natural gas surpasses coal as the largest
source of U.S. electricity generation
Conferenza del Dipartimento
Roma, 26 e 27 maggio 2014
EU Energy consumption
FINAL ENERGY CONSUMPTION
Conferenza del Dipartimento
Roma, 26 e 27 maggio 2014
EU Energy, Transpost and GFH Emissions Trends to
2050 - REFERENCE SCENARIO 2013
EU Energy, Transpost and GFH Emissions Trends to
2050 - REFERENCE SCENARIO 2013
EU - Power generation:
Electricity Generation
Conferenza del Dipartimento
Roma, 26 e 27 maggio 2014
Power generation: Electricity Generation
Conferenza del Dipartimento
Roma, 26 e 27 maggio 2014
EU Energy, Transpost and GFH Emissions Trends to
2050 - REFERENCE SCENARIO 2013
Power generation: Electricity Generation
EU Energy, Transpost and GFH Emissions Trends to
2050 - REFERENCE SCENARIO 2013
INDICATORS OF POWER GENERATION
Conferenza del Dipartimento
Roma, 26 e 27 maggio 2014
Gli ambiziosi obiettivi di energia sicura, pulita ed efficiente di Horizon 2020:
• riduzione dei gas serra del 20%
• incremento delle energie rinnovabili al 20% della produzione totale di energia
• diminuzione del consumo di energia del 20% (grazie a migliore efficienza energetica)
@ DIITET : ricerca fondamentale ed applicata
Nel periodo di transizione verso una low-carbon economy, sono
prioritarie nel medio termine attività di ricerca su:
• processi avanzati di combustione ad alta efficienza e basso impatto
ambientale;
• sviluppo di sistemi avanzati di cattura della CO2 (CCS)
• impiego di biomasse e biocombustibili per l’energia ed il trasporto
Conferenza del Dipartimento
Roma, 26 e 27 maggio 2014
L’energia rinnovabile solare, eolica, energia del mare, è invece alla base
dello sviluppo di low-carbon technologies che richiedono attività di ricerca
più a lungo termine:
Solare fotovoltaico: riduzione costi processo di produzione
aumento dell’efficienza delle celle fotovoltaiche
Energia solare:
generazione ed accumulo di energia
solar cooling
accoppiamento a combustione di biomasse e biofuels
Celle a combustibile alimentate con idrogeno, gas naturale e biofuels
Eolico:
eolico off-shore
Energia dal mare: energia dalle onde
energia dalle correnti
Conferenza del Dipartimento
Roma, 26 e 27 maggio 2014
Progetto EU - Research Fund for Coal and Steel RFCS 2010-2013 - RFCR-CT-2010-00013:
MODELLING AND EXPERIMENTAL VALIDATION OF CALCIUM LOOPING CO2-CAPTURE
PROCESS FOR NEAR-ZERO CO2 EMISSION POWER PLANTS - CAL-MOD.:
Sviluppo della tecnologia di cattura e rilascio concentrato di CO2 derivante da processi di
combustione, mediante processi di “calcium looping” in sistemi a letto fluidizzato interconnessi e
con l’impiego di sorbenti calcarei. Le attività riguardano:
i) proprietà dei sorbenti;
ii) condizioni operative reattoristiche;
iii) capacità di cattura/rilascio di CO2;
iv) propensione dei materiali sorbenti a subire fenomeni di attrition;
v) rigenerabilità dei sorbenti
Il processo di calcium looping si compone di due reattori, uno di carbonatazione dove un sorbente
a base di calcio cattura la CO2, ed uno di calcinazione dove il sorbente carbonatato è rigenerato
ad una temperatura più alta.
In questo modo è possibile sottrarre la CO2 dai fumi di combustione ed ottenere una corrente
quasi pura di CO2
Conferenza del Dipartimento
Roma, 26 e 27 maggio 2014
Progetto FP7-Transport BEAUTY (Bio-Ethanol engine for Advanced Urban Transport by
Light Commercial & Heavy-DutY Captive Fleets): valutazione “well to wheel”
dell’impatto ambientale derivante dall’uso di bioetanolo in autotrazione. Gli obiettivi
principali sono: rispetto dei limiti Euro 6 e miglioramento dell’efficienza del 10%,
mantenendo buone doti di funzionamento almeno fino a -15°C. L’attività ha riguardato
uno studio su motori AC alimentati con miscele benzina/etanolo fino all’85% (E85) di
alcol.
Conferenza del Dipartimento
Roma, 26 e 27 maggio 2014
Biomasse/Co-gassificazione di carbone e biomassa
EU RFCS: FLEXGAS - NEAR ZERO EMISSION ADVANCED FLUIDISED BED GASIFICATION.
EU RFCS : FECUNDUS (2010-2013)
Sviluppo di un processo di cogassificazione di carbone e biomassa in reattori a letto fluido per la produzione
di un syngas da utilizzare per generazione di energia e integrazione di processi di co-gassificazione di
carbone, biomasse e rifiuti con processi di separazione e cattura di CO2. Il processo è stato basato
sull'impiego della tecnologia del letto fluido per la conversione chimica dei combustibili.
Conferenza del Dipartimento
Roma, 26 e 27 maggio 2014
Progetto FP7 STAGE-STE: SCIENTIFIC AND TECHNOLOGICAL ALLIANCE FOR GUARANTEEING THE
EUROPEAN EXCELLENCE IN CONCENTRATING SOLAR THERMAL ENERGY
Questo programma di ricerca integrato (IRP) impegna tutti i maggiori istituti di ricerca europei in
una struttura di ricerca integrata per realizzare i seguenti obiettivi generali:
a) convertire il consorzio in una istituzione di riferimento per la ricerca sull’energia solare a
concentrazione in Europa;
b) migliorare la cooperazione tra le istituzioni di ricerca dell'UE che partecipano al IRP;
c) sincronizzare i vari programmi di ricerca nazionali al fine di evitare duplicazioni e per ottenere
risultati migliori e più veloci ;
d) accelerare il trasferimento di conoscenze all'industria, al fine di mantenere e rafforzare la
leadership industriale europea nei sistemi CSP; e) promuovere attività congiunte tra i centri di
ricerca.
Conferenza del Dipartimento
Roma, 26 e 27 maggio 2014
Progetto EU FP7 - DURAMET – improved Durability and costeffective Components for New Generation Solid Polymer
Electrolyte Fuel Cells:
sviluppo di materiali innovativi e a basso costo per fuel cells a metanolo
Core-shell
ordered
Pt-Co
diretto (DMFC) per la generazione
portatile
di energia
ed incatalysts
sistemi for DMFCs
APU (auxiliary power unit)
Progetto EU FCH JU (FP7) – ONSITE operation of a novel sofcbattery integrated hybrid system for telecommunication energy
systems:
sviluppo di un sistema proof-of-concept basato su una tecnologia
ibrida SOFC/ZEBRA rivolto a soddisfare i requisiti del mercato dei
sistemi di telecomunicazione
Progetto EU FP7 - SOFC CCHP WITH POLY-FUEL: OPERATION
AND MAINTENANCE – SOFCOM:
realizzazione e gestione scientifica, tecnica ed economica di due
stazioni di prova per sistemi di produzione di energia completi, basati
su Solid Oxide Fuel Cells (SOFC).
Conferenza del Dipartimento
Roma, 26 e 27 maggio 2014
EU-FP7 MaRINET (Marine Renewables Infrastructure Network for emerging Energy
Technologies) sviluppo di dispositivi per produrre energia da onde, correnti marine e vento
Conferenza del Dipartimento
Roma, 26 e 27 maggio 2014
Temi di ricerca svolti nel DIITET nell’ambito delle “LCT”
•Tema 1: Renewable electricity and heating and cooling technologies
•Ocean and Wind Energy
•Biomasse/Co-gassificazione di carbone e biomassa
•Biomasse/Sistemi solari a concentrazione (CSP)
•Biofuels
•Photovoltaics
•Celle a combustibile
•Solar cooling
•Tema 2: Providing the energy system with flexibility through enhanced energy
storage technologies
•Energy Storage
•Tema 3: Sustainable biofuels and alternative fuels for the European transport
fuel mix
•Biocombustibili liquidi
•Tema 4: Enabling the decarbonisation of the use of fossil fuels during
transition to a low-carbon economy
•CO2 Capture and Storage
•Processi innovativi di combustione pulita
•Micro-cogenerazione
Conferenza del Dipartimento
Roma, 26 e 27 maggio 2014
NEXT “ ENERGY “ Calls
filter: energy;
Date: May 5, 2014
Conferenza del Dipartimento
Roma, 26 e 27 maggio 2014
1) ENERGY EFFICIENCY RESEARCH & INNOVATION – Main Pillar: Societal Challenge
– EE-11-2014: New ICT-based solutions for energy efficiency
– EE-13-2014: Technology for district heating and cooling
– EE-12-2014: Socioeconomic research on energy efficiency
2) ENERGY EFFICIENCY - MARKET UPTAKE PDA – Main Pillar: Societal Challenges
– EE-20-2014: Project development assistance for innovative bankable and aggregated sustainable energy
investment schemes and projects
3) ENERGY EFFICIENCY - MARKET UPTAKE – Main Pillar: Societal Challenge
– EE-04-2014: Construction skills
– EE-05-2014: Increasing energy performance of existing buildings through process and organisation innovations
and creating a market for deep renovation
– EE-08-2014: Public procurement of innovative sustainable energy solutions
– EE-10-2014: Consumer engagement for sustainable energy
– EE-14-2014: Removing market barriers to the uptake of efficient heating and cooling solutions
– EE-15-2014: Ensuring effective implementation of EU product efficiency legislation
– EE-16-2014: Organisational innovation to increase energy efficiency in industry
– EE-19-2014: Improving the financeability and attractiveness of sustainable energy investments
– EE-21-2014: Development and market roll-out of innovative energy services and financial schemes for
sustainable energy
– EE-07-2014: Enhancing the capacity of public authorities to plan and implement sustainable energy policies
and measures
– EE-09-2014: Empowering stakeholders to assist public authorities in the definition and implementation of
sustainable energy policies and measures
Conferenza del Dipartimento
Roma, 26 e 27 maggio 2014
4) CALL FOR COMPETITIVE LOW-CARBON ENERGY – Main Pillar: Societal Challenge
– LCE-02-2015: Developing the next generation technologies of renewable electricity and heating/cooling
– LCE-11-2015: Developing next generation technologies for biofuels and sustainable alternative fuels
– LCE-15-2015: Enabling decarbonisation of the fossil fuel-based power sector and energy intensive industry
through CCS
– LCE-17-2015: Highly flexible and efficient fossil fuel power plants
5) CALL FOR COMPETITIVE LOW-CARBON ENERGY – Main Pillar: Societal Challenges
–
–
–
–
LCE-03-2014: Demonstration of renewable electricity and heating/cooling technologies
LCE-12-2014: Demonstrating advanced biofuel technologies
LCE-19-2014: Supporting coordination of national R&D activities
LCE-20-2014: The human factor in the energy system
7) ENERGY EFFICIENCY - PPP EEB AND SPIRE TOPICS – Main Pillar: Societal Challenge
– EE-02-2015: Buildings design for new highly energy performing buildings
– EE-18-2015: New technologies for utilization of heat recovery in large industrial systems, considering the whole
energy cycle from heat production to transformation, delivery and end use
6) CALL FOR ENERGY-EFFICIENT BUILDINGS – Main Pillar: Industrial Leadership
–
–
–
–
EeB-05-2015: Innovative design tools for refurbishing of buildings at district level
EeB-06-2015: Integrated solutions of thermal energy storage for building applications
EeB-08-2015: Integrated approach to retrofitting of residential buildings
EeB-07-2015: New tools and methodologies to reduce the gap between predicted and actual energy
performances at the level of buildings and blocks of buildings
Conferenza del Dipartimento
Roma, 26 e 27 maggio 2014
Progetto UE COST: “EERABIO” Identification of R&D needs for sustainable development of
bioenergy in Europe
Call oc-2014-1 (deadline: April 11, 2014 )
The scope of the project WP will comprise the following:
- Review of the present state of the different more significant biomass/bioenergy value chains.
- Identification of the present technical barriers for bioenergy sustainable development, particularly
related to biomass production issues.
- Definition of multi-feedstock value chains to assure continuous supply of raw materials and
minimize logistic costs and storage time, to provide a sufficient bioenergy production scale, to
compensate the lifecycle differences in feedstock maturation and harvesting periods and to protect
biodiversity will be analysed.
-Definition of a R&D agenda specific for each biomass/bioenergy type production and conversion.
The Action will be focused on the assessment of different non food biomasses sustainable
production and supply, including forest, agricultural (including energy crops), and algae biomasses,
and the advanced technologies and the value chains of reference will be those seven of EIBI
already mentioned, plus two additional ones, which are in line with some of the research priorities
identified by the RHC-Platform, viz.:
• Intelligent micro and small-scale biomass cogeneration of heat, power and cooling(CHPC)
• Industrial and municipal combined heat, power and cooling (CHPC)
Conferenza del Dipartimento
Roma, 26 e 27 maggio 2014
Progetto UE COST: “BIOHABIT” Biomass exploitation to hydrogen and butanol for
sustainable fuels and green transportation
Call oc-2014-1 (deadline: April 11, 2014 )
Global energy demand, dwindling fossil fuel reserves, the need to restrain emissions (i.e.
greenhouse gases, air pollutants) and geopolitical instability in oil supplier regions are the most
important reasons for fuel production using low environmental impact technologies and greener
methodologies, but with efficiencies comparable to those currently available. Networking has the
potential to promote research and development with optimum use of infrastructure and personnel,
mainly through synergies of different groups, each with specific expertise in different fields.
Sustainable hydrogen and butanol production from biomass, and their use with high efficiency and
minimum environmental impact, will be addressed in an integrated manner by benefiting from the
network that will be created. The interconnection between the different involved centres will
overcome the bottlenecks of current approaches to biomass exploitation, management and use,
and it will build a strong bridge between research industry and policy.
Conferenza del Dipartimento
Roma, 26 e 27 maggio 2014
LOW-CARBON ENERGY _ H2020-LCE-2015-1 (deadline 2014-09-03)
Topic: Developing next generation technologies for biofuels and sustainable alternative fuels
Advanced Biohydrogen Production for Sustainable and Efficient Energy Conversion _ BIOPSICO
Within the context of ever increasing demand for energy and the need for reducing overall
environmental impact, biohydrogen features several advantages compared to other biofuels, as well
as specific challenges. Therefore, innovation is required for improving energy efficiency and
reducing the environmental impact of biohydrogen, from production to its use and for optimizing
related processes.
The main objectives of the proposal are to:
1) improve the processes of biohydrogen production from biomass,
2) increase energy efficiency,
3) minimize costs associated with biohydrogen production within the biorefinery concept
4) reduce environmental impact of this alternative fuel through an integrated approach covering the
entire supply-production-use chain.
Conferenza del Dipartimento
Roma, 26 e 27 maggio 2014
Buoyant Energy - Balancing Wind Power and Other Renewables in Europe' Oceans
Call identifier: H2020-LCE-2014-3
Topic: LCE-10-2014: Next generation technologies for energy storage
La mancanza di tecniche efficienti ed economiche di accumulo (storage) dell'energia prodotta viene
considerata come una delle barriere che ostacolano lo sviluppo delle fonti di energia rinnovabile dal
mare.
Il progetto propone una soluzione di accumulo innovativa derivata da tecniche ampiamente consolidate
nel campo della produzione di energia idroelettrica nei bacini montani. Le fonti energetiche considerate
sono onde e vento. Il contributo CNR e' affidato all'INSEAN che propone attivita' di modellazione
computazionale di sistemi di generazione dell'energia dalle onde ed attivita' sperimentale per
caratterizzare il funzionamento dei sistemi in condizioni rappresentative di quelle operative reali.
Conferenza del Dipartimento
Roma, 26 e 27 maggio 2014
Fonte rinnovabile
Energia
alla
rete
Pannelli solari
Energia
alla
rete
Energi
a
HRSG
Elettrolizzatore
Calore
recuperabile
H2
Micro turbina a gas
O
2
Da stoccare e
riutilizzare
Conferenza del Dipartimento
Roma, 26 e 27 maggio 2014
CH4
Celle solari terza generazione:
Produzione di energia elettrica da energia solare a basso costo
Riduzione del costo rispetto ai
pannelli al silicio da 2 a 1 Euro/Wp
7,00E-03
Ketjen & Grafite AA
6,00E-03
Pt
Acetylene & Grafite AA
Vulcan & Grafite AA
2
Corrente A/cm
Sviluppo di un contro-elettrodo a basso
costo alternativo al Platino
Caratterizzazione chimico-fisica ed
elettrochimica di materiali per DSSC
(TiO2, liquidi ionici, coloranti, etc.)
5,00E-03
Grafite AA
4,00E-03
3,00E-03
2,00E-03
1,00E-03
0,00E+00
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
Potenziale/V
Foto-elettrolisi: Produzione di energia chimica (idrogeno e ossigeno) da energia solare
Buio
OCV
I/A
 Sviluppo di celle di foto-elettrolisi a base di
TiO2
G>0
Luce
Conferenza del Dipartimento
Roma, 26 e 27 maggio 2014
Er
Ep,Jp
G<0
SOLAR COOLING
28-35°C
7-12°C/1820°C
80-90°C
Conferenza del Dipartimento
Roma, 26 e 27 maggio 2014
SOLAR COOLING
Technology of solar thermal
collectors
Number of evacuated tubes
Lay-out
Total thermal collectors area [m2]
Azimuth
Tilt angle [°]
Heat storage volume [m3]
Silica gel/water Adsorption chiller
Gas Boiler nominal Power [kW]
AHP cooling Power [kW]
Required Cooling Load [kW]
Cold delivering system
Overall radiant surface [m2]
Automatic management
High accuracy sensors
Chilled water temp: 18/22 °C
Outstanding comfort level
Heating/cooling operational mode
Noiseless
0 m/s inside air speed
Conferenza del Dipartimento
Roma, 26 e 27 maggio 2014
Evacuated tubes
90
2 x parallel of 45
tubes in series
9.6
0° (South)
20
0.5
Sortech ACS 8kw
20
8
~ 2.5
Precast radiant panel
28
Laboratorio Renewable Sources (RES):
-Generatori eolici con macchina
asincrona;
-Generatori eolici con macchina sincrona;
-Generatori PV;
-Generatori dalle maree;
-Celle a combustibile PEM;
- Emulatori di turbine e campi PV.
· Brevetto industriale
RM2013A000272: Metodo e Relativo Sistema per la
Conversione di Energia Meccanica, Proveniente da un
Generatore Comandato da una Turbina, in Energia Elettrica;
In fase di trasferimento tecnologico ad un consorzio di
aziende in territorio Siciliano
Conferenza del Dipartimento
Roma, 26 e 27 maggio 2014
Progetti Finanziati:
- MIUR 211;
- MEZZOGIORNO;
- RITMARE;
-TESEO.
Attività di Ricerca:
- Progettazione di sistemi di generazione
eolica, PV e dalle maree;
-Tecniche di forecasting dell’energia
producibile da RES.
- Sistemi di Energy Management (EMS)
di sistemi di generazione integrata;
- Tecniche di controllo di generatori eolici
e PV con inseguimento della massima
potenza (incluso partial shading) e
minimizzazione delle perdite;
Nuovi materiali magnetici per alta efficienza energetica
Ottimizzazione delle caratteristiche del materiale magnetico per specifiche applicazioni
Sviluppo di materiali alternativi con minore impatto strategico e ambientale
Composti ad elevata anisotropia per
magneti permanenti
Leghe Intermetalliche per Refrigerazione Magnetica
alternativa alla refrigerazione con gas
Effetto magnetocalorico
TRL:1-4
TRL:1-5
Calls H2020 correlate EE, LCE, MM.MP, MM.DE, MC.LI
Conferenza del Dipartimento
Roma, 26 e 27 maggio 2014
Analogie fra il ciclo di refrigerazione tradizionale (compressione di
gas) e quello basato sull’effetto magnetocalorico.
Conferenza del Dipartimento
Roma, 26 e 27 maggio 2014
Il gruppo di lavoro “Low Carbon Technologies”
ANTONI VANNI
CALABRIA RAFFAELA
CIAJOLO ANNA
DE JULIAN F. CESAR
FRENI ANGELO
MASSOLI PATRIZIO
MAZZER MASSIMO
MIGLIARDINI FORTUNATO
MUSCARI ROBERTO
PUCCI MARCELLO
RAGUCCI RAFFAELE
SALVATORE FRANCESCO
SENNECA OSVALDA
VASSALLO ESPEDITO
IGI
IM
IRC
IMEM
ITAE
IM
IMEM
IM
INSEAN
ISSIA
IRC
INSEAN
IRC
IFP
Conferenza del Dipartimento
Roma, 26 e 27 maggio 2014
[email protected]
[email protected]
[email protected]
[email protected]
[email protected]
[email protected]
[email protected]
[email protected]
[email protected]
[email protected]
[email protected]
[email protected]
[email protected]
[email protected]