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MAZZARI, ALESSANDRO (2013) LA VALORIZZAZIONE ENERGETICA DELLA BIOMASSA RESIDUALE IN IMPIANTI DI PICCOLA TAGLIA: SVILUPPO DI UN PROTOTIPO INNOVATIVO DI GASSIFICATORE. [Tesi di dottorato]

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Documento PDF (LA VALORIZZAZIONE ENERGETICA DELLA BIOMASSA RESIDUALE IN IMPIANTI DI PICCOLA TAGLIA: SVILUPPO DI UN PROTOTIPO INNOVATIVO DI GASSIFICATORE) - Versione accettata
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Abstract (inglese)

To prevent the most severe impacts of climate change the European Union has set itself targets for reducing greenhouse gas emissions produced by human activities. The mission is to transform Europe into a highly energy-efficient, low carbon economy, by reducing emissions from the main sectors (power generation, industry, transport, buildings and construction, as well as agriculture) in the order of 40% by 2030 and 60% by 2040.
Energy production from renewable sources is one of the main pillars in the European ("Europe 2020", the new climate-energy package for 2030 and "Energy Roadmap 2050"), national (the "Strategy National Energy Strategy "(SEN)," National Action Plan for Renewable Energy "(PAN) and" Action Plan for Energy Efficiency "(PAEE)) and regional ("Burden Sharing "energy Plan and the Region of Veneto) climate and energy policy.
In rural areas, priority could be given in Italy to energy from sustainable biomass resources due to their concomitant positive effects in terms of sustainable forest and waste-management, with due regard to local/regional environmental conditions and constraints.
My scientific research aim at developing an innovative technological solution for small farm business that leads to improve their competitiveness through the reduction of fixed costs associated to waste disposal and energy supply and thorough an additional income resulting from feed-in tariff mechanism.
For this reason we create a partnership between the Department of Industrial Engineering (DII) and the Department of Industrial Engineering and Management Systems (DTG) and the company farm "Pronto Giardino snc". The project, called "VERAGRI - Renewable Energy - "Generatore Tristadio a scarti verde per aziende agricole", was funded under Measure 124 (Cooperation for development of new products, processes and technologies in the agriculture, food and forestry - action challenges - EC Reg 1698/2005 - PSR Veneto - DGR 745 of 15/03/2010). The project has concerned the study, the evaluation and the implementation of an innovative prototype of gasification system for energy self- sufficiency and environmental impact reduction of the company farm through the enhancement of green waste resulting from the activities of pruning and mowing.
The Phd thesis has been divided into a first part on the European, national and regional framework about promotion of renewable energy sources evaluating the potential related to the exploitation of energy from residual biomass. The second part describes in detail the stages of development and construction of the prototype, highlighting, for each of those, the objectives and the results obtained.
Finally, the third part analyzes the cost-effectiveness related to the realization of cogeneration system fueled by residual biomass.
The Chapter 2 - "Energy Policy and development scenarios" analyzes the European and National strategy in order to promote resource efficiency and renewable energies. It examines in depth the proposed tools to achieve the expected results for 2020, 2030, and 2050. These targets impact on regional policy as a result of the D.M. March 15, 2012 (called "Burden Sharing") , which divides at the regional level the national target of 17 % of consumption of renewable energy sources on gross final energy consumption. The chapter ends with the description of the methodology used to elaborate the trend scenario, energy efficiency scenario and renewable energy scenario. These scenarios were developed for Veneto Region for the purposes of the Regional Energy Plan; a tool to plan energy policy and identify the actions to achieve the goals set in the Burden Sharing.
The Chapter 3 - "Energy potential of residual biomass" analyzes the biomass energy potential at regional and provincial level, focusing on residual ligneous biomass coming from forestry, agriculture and urban waste. For each sector was estimated provincial and regional availability of residual biomass and quantified the potential energy resulting from their exploitation both in terms of primary energy produced and in terms of percentage of gross final consumption covered.
The Chapter 4 - "The project VERAGRI - Development of a prototype of gasifier fueled by residual biomass" deals in detail the stages of the development of the micro-CHP prototype. The project activities have concerned the analysis of the physical-chemical properties of biomass samples resulting from the activities of pruning, the choice of the process of energy conversion and the design and construction of the gasification reactor and of the auxiliary systems (the filtration system, the pre-treatment system, the electricity and thermal energy generator, the cooling system and the management system). For each element of the system have been highlighted the problems and technical solutions envisaged. In the final part of the chapter is presented the economic scheme of the project VERAGRI and an analysis of the legislation regarding the future commercialization.
Finally, Chapter 5 "Economic Analysis and Renewable Incentives" analyzes in detail the financial aspects relating to investments incurred for the installation of the prototype. Once verified compliance with the requirements for access to the incentive system provided by D.M. July 6, 2012, it analyzed the payback time, the cash flows and the Net Present Value (NPV) for the micro-CHP system, comparing them with products currently available on the market. The economic analysis has also allowed to highlight some of the factors essential for a profitable investment.

Abstract (italiano)

Le strategie di mitigazione ed adattamento al cambiamento climatico adottate dall'Unione Europea mirano alla riduzione delle emissioni di gas serra in atmosfera causate dall'attività antropica ed in particolare dalla produzione e dall'impiego di energia.
L'obiettivo europeo è quello di trasformare l'economia europea in un'economia competitiva capace di gestire in modo sostenibile ed efficiente le risorse naturali.

L'aumento di produzione di energia da fonti rinnovabili è uno dei pilastri su cui si fonda la strategia europea ("Europa 2020", il nuovo pacchetto clima-energia per il 2030 e "Energy Roadmap 2050"), la strategia nazionale ("Strategia Energetica Nazionale" (SEN), "Piano di Azione Nazionale per le Energie Rinnovabili" (PAN) e "Piano di Azione per l'Efficienza Energetica" (PAEE)) e quella regionale ("Burden Sharing" e Piano Energetico della Regione del Veneto).
In particolare, nelle zone rurali italiane colpite dall'attuale crisi del settore primario, la priorità dovrebbe essere data all'energia sostenibile da biomasse nella misura in cui associa effetti positivi in termini di gestione forestale e dei rifiuti e/o sottoprodotti, nel dovuto rispetto delle condizioni ambientali locali e dei relativi vincoli.
L'oggetto della ricerca scientifica del dottorato è stato lo sviluppo di una soluzione tecnologica innovativa adatta al contesto della piccola azienda agricola, con l'obiettivo di migliorare la competitività aziendale sia attraverso la riduzione dei costi fissi legati allo smaltimento degli scarti agricoli e all'approvvigionamento energetico (energia elettrica e combustibili fossili) sia attraverso la generazione di un reddito aggiuntivo grazie al sistema di incentivazione nazionale per la produzione di energia da fonti rinnovabili.
Con questa finalità è stato progettato e realizzato un prototipo di sistema di gassificazione (finanziato dalla Regione Veneto - finanziato nell'ambito della misura 124 - Cooperazione per lo sviluppo di nuovi prodotti, processi e tecnologie nel settore agricolo, alimentare e forestale - azione nuove sfide) che ha visto la collaborazione del Dipartimento di Fisica Tecnica (ora Dipartimento di Ingegneria Industriale - DII), del Dipartimento di Tecnica e Gestione dei Sistemi Industriali (DTG) e dell'azienda florovivaistica "Pronto Giardino snc".
Il lavoro è stato suddiviso in una prima parte di inquadramento generale delle politiche europee, nazionali e regionali in tema di promozione delle fonti rinnovabili analizzando, in particolare, il potenziale connesso alla valorizzazione energetica delle biomasse residuali. La seconda parte, invece, descrive in dettaglio le fasi di progettazione e costruzione del prototipo, presentando per ciascuna di esse gli obiettivi ed i risultati ottenuti. Infine la terza parte analizza la convenienza economica connessa alla realizzazione dell'impianto a biomassa residuale.
In particolare, il capitolo 2 - "Politiche energetiche e scenari di sviluppo" descrive la strategia e la politica europea e nazionale in tema di uso efficiente delle risorse e sviluppo delle fonti rinnovabili. Analizza quali sono gli strumenti a disposizione delle amministrazioni per conseguire i risultati attesi per il 2020, 2030 e 2050. Obiettivi che si ripercuotono sulla politica regionale a seguito del D.M. 15 marzo 2012 ("Burden Sharing"), il quale ripartisce a livello regionale l'obiettivo nazionale del 17% di consumo di fonti rinnovabili sui consumi finali lordi. Nella parte conclusiva del è descritta la metodologia usata per creare gli scenari tendenziali, di efficienza energetica e di sviluppo delle fonti rinnovabili elaborati per conto dell'Unità di Progetto Energia della Regione del Veneto ai fini della redazione del Piano Energetico Regionale, strumento di pianificazione ed indirizzo in materia energetica che individua le azioni per il raggiungimento degli obiettivi posti nel Burden Sharing.
Il capitolo 3 - "Valorizzazione energetica della biomassa residuale" analizza il potenziale di valorizzazione energetica delle biomasse a livello regionale e provinciale, focalizzando l'attenzione sulle biomasse residuali di natura ligno-cellulosica originate nel settore forestale, agricolo ed urbano. Per ciascun settore è stata calcolata la disponibilità regionale e provinciale di biomassa residuale e quantificato il potenziale derivante dalla loro valorizzazione energetica sia in termini di energia primaria prodotta che di quota di consumi finali lordi coperti.
Il capitolo 4 - "Il progetto VERAGRI - Sviluppo di un prototipo di gassificatore alimentato a biomassa residuale" descrive in dettaglio le fasi di realizzazione del prototipo di micro-cogeneratore. Le attività previste hanno riguardato l'analisi delle proprietà chimico-fisiche dei campioni di biomassa raccolti nell'azienda agricola, la scelta del processo di valorizzazione energetica, il dimensionamento e la costruzione del reattore di gassificazione, del sistema di filtraggio, del sistema di pre-trattamento della biomassa residuale, del sistema di produzione di energia termica ed elettrica, del sistema di raffreddamento e del sistema di gestione. Per ogni elemento del sistema sono state evidenziate le problematiche e le soluzioni tecniche adottate. Nella parte finale del capitolo è presentato il quadro economico complessivo relativo al progetto VERAGRI e un'analisi della normativa in vista della futura commercializzazione.
Il capitolo 5 - "Analisi economica e strumenti di incentivazione" valuta in dettaglio l'aspetto finanziario connesso all'investimento sostenuto per l'installazione del prototipo. Verificata la rispondenza ai requisiti per l'accesso al sistema di incentivazione previsto dal D.M. 6 luglio 2012, sono analizzati i tempi di ritorno, i flussi di cassa attualizzati, il Valore Attuale Netto (VAN) riferiti al micro-cogeneratore, confrontandoli con i prodotti attualmente disponibili in commercio. L'analisi economica ha inoltre permesso di evidenziare quali siano i fattori essenziali per un investimento redditizio.

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Tipo di EPrint:Tesi di dottorato
Relatore:DE CARLI, MICHELE
Dottorato (corsi e scuole):Ciclo 25 > Scuole 25 > INGEGNERIA INDUSTRIALE > ENERGETICA
Data di deposito della tesi:30 Gennaio 2014
Anno di Pubblicazione:31 Dicembre 2013
Parole chiave (italiano / inglese):PROTOTIPO DI IMPIANTO DI GASSIFICAZIONE ALIMENTATO A SCARTI DI POTATURA;BIOMASSA RESIDUALE LIGNOCELLULOSICA;PICCOLA AZIENDA AGRICOLA;COGENERAZIONE RINNOVABILE;TASSAZIONE AGRICOLA GASIFIER PROTOTYPE FUELED BY PRUNING WASTE; RESIDUAL LIGNEOUS BIOMASS;SMALL FARM BUSINESS;RENEWABLE COGENERATION PLANT;LOW TAXATION
Settori scientifico-disciplinari MIUR:Area 09 - Ingegneria industriale e dell'informazione > ING-IND/09 Sistemi per l'energia e l'ambiente
Struttura di riferimento:Dipartimenti > Dipartimento di Ingegneria Industriale
Codice ID:6683
Depositato il:19 Mag 2015 17:10
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Bibliografia

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