SYNTEC 20E e SYNTEC 70T

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Viene qui descritta una micro-centrale di cogenerazione alimentata da biomassa vegetale solida composta da un convertitore termochimico a gassificazione di tipo down draft. Il sistema di gassificatore utilizzato è a letto fisso equi-corrente (“down draft”) e vuole dire che la direzione del combustibile (legno) e il gas scorrono nella stessa direzione. La potenza continuativa raggiunge i 20 kWel e i 30 kWt con cippato legnoso al 25% di umidità. Il Micro-Cogeneratore utilizza il Syngas come combustibile in un cogeneratore equipaggiato con motore a ciclo Otto (CHP “Cogeneration Heat and Power”): tale tecnica permette di massimizzare lo sfruttamento energetico della biomassa con una altissima efficienza totale (elettrica + termica) .

Il reattore di gassificazione presenta un elevato rendimento di conversione energetica e riesce a produrre un syngas intrinsecamente pulito, a basso contenuto di catrami e di particelle carboniose. Ciò viene conseguito grazie all’elevato livello di rigenerazione termica adottato da tale tecnologia che consente di raggiungere temperature superiori a 1000 °C per il syngas in uscita dal reattore (a tutto vantaggio dell’abbattimento delle molecole pirolitiche a catena lunga) pur con rapporti aria-combustibile molto bassi, dell’ordine di 2.5 (a tutto vantaggio del contenuto energetico del syngas). La rigenerazione viene ottenuta tramite camicie di scambio termico che trasferiscono calore dai fluidi caldi (syngas, gas di scarico motore) alla colonna della biomassa in via di essiccazione e torrefazione.

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La tecnologia di gassificazione ‘downdraft’ a letto fisso

E’ opportuno ‘posizionare’ correttamente i gassificatori di biomassa all’interno della tipologia delle “Macchine” così come definita dalla direttiva 2006/42/CE del Parlamento Europeo e del Consiglio Europeo (emessa il 17 maggio 2006) in modo da valutare la loro conformità alla medesima direttiva. A tal fine, grazie al design unico e alle caratteristiche funzionali di questa tecnologia, viene qui presentata una sintesi delle caratteristiche dei processi che hanno luogo all’interno di questi particolari tipi di impianti generatori di energia elettrica.

Il processo di gassificazione può essere pensato come una combustione “soffocata” ovvero impedita di completarsi. Combustibili solidi come il legno o il carbone vengono ossidati senza fornire una quantità d’aria sufficiente per completare la combustione, in modo che il gas in uscita abbia ancora potenziale di combustione. Il gas incombusto viene poi convogliato a bruciare anche a distanza, se necessario. E’ possibile pensare alla gassificazione come alla situazione di quando si fa bruciare un fiammifero, ma interrompendo il processo e convogliando via immediatamente i gas appena emessi da sopra il fiammifero, non permettendo cioè a loro di mescolarsi con l’ossigeno, in modo da interrompere la loro combustione. Se opportunamente “convogliati lontano”, questi gas possono essere poi bruciati quando sia resa disponibile nuova aria. In particolare quando si utilizza la biomassa come materia prima in ingresso, il gas prodotto con questo metodo è più propriamente definito “bio-syngas”

La biomassa legnosa è costituita da carbonio (C), idrogeno (H) e ossigeno (O), sebbene in un’ampia varietà di forme molecolari. L’obiettivo della gassificazione è quello di convertire questa grande varietà di specie molecolari solide in quelle semplici, gassose e combustibili, di H2 e CO, cioè idrogeno e monossido di carbonio. Questi gas hanno circa la stessa densità di energia per volume, entrambi sono molto puliti, e per bruciare hanno solo bisogno di assumere un atomo di ossigeno, in un semplice passo, per arrivare al corretto stato finale della combustione, cioè a CO2 e H2O. Questo è il motivo per cui un motore funzionante a gas di sintesi avrà uno scarico ‘pulito’: il motore diventa il “post-combustore” per le prime fasi, più sporche e difficili, della combustione che ora vengono gestite in un gassificatore.
Gli impianti qui offerti rappresentano una soluzione completa di generazione di energia da biomassa, e sono mirati a convertire la biomassa legnosa in un flusso continuo di bio-syngas, intrinsecamente pulito, che va ad alimentare un motore a gas a combustione interna, atto alla produzione di energia elettrica mediante un gruppo elettrogeno. Si tratta di micro-cogeneratori, completamente automatizzati, capaci di convertire cippato di legno in energia elettrica e calore come output.

SYNTEC 20E monta un motore a gas (25 kW di potenza max) e un alternatore sincrono da 25 kW. La combinazione risultante offre una produzione stabile di energia elettrica da biomasse legnose (25% max umidità) di 20 kW a 400 V, 50 Hz, tri-fase, così come un flusso calore di cogenerazione di potenza termica continua pari a 30 kW.

Caratteristiche biomassa

Deve essere utilizzato cippato con umidità massima del 25% e con pezzatura compresa tra 1 cm e 3 cm, ovvero pellet.
Non sono ammessi all’interno del serbatoio di caricamento della biomassa cippato con caratteristiche diverse dai range sopra indicati.
E’ escluso l’inserimento di pietre, vetri o corpi che non siano biomassa legnosa vergine.
Non sono ammessi fogliame, polvere e segatura.
Non utilizzare biomassa con rischio di produzione di gas acidi.

Prestazioni della macchina e caratterizzazione delle emissioni

Una composizione tipica del syngas prodotto, misurata all’uscita del reattore, è mostrata nella figura seguente. E’ riferita ad una materia prima costituita da biomassa di legno duro con il 24% di umidità. Notare il contenuto ricco in CO e H2, anche se circa il 50% del volume di gas è ‘occupato’ dall’azoto dell’aria. Il contenuto di CH4 è correttamente molto basso (2,5%), sintomo di un contenuto molto basso anche di altri idrocarburi, in particolare idrocarburi catramosi.

Composizione tipica del syngas prodotto all’uscita del reattore
Andamenti del potere calorifico (LHV_gas) del syngas, del rapporto stechiometrico (A/F) aria/syngas
e del potere calorifico (LHV_mix) di una miscela aria/syngas. 

Il potere calorifico, corrispondente alla composizione del syngas di cui sopra, è mostrato nella figura sottostante: esso appare piuttosto basso (circa 6 MJ/Nm3) rispetto ai valori del gas naturale (circa 39 MJ/Nm3, cioè più di sei volte maggiore). Tuttavia, nella stessa figura, è riportato anche il rapporto stechiometrico aria/syngas, il quale, oscillando attorno al valore di circa 1,25 (in confronto ad un valore di 10,6 per il gas naturale), spiega perché questo bassissimo rapporto aria-combustibile renda il syngas un buon carburante per il motore. Infatti, a causa di questo basso rapporto, la quantità volumica di energia chimica in una miscela aria-syngas stechiometrica alimentata al motore (vedere, nella figura sotto, come essa oscilli intorno a 2.7 MJ/Nm3) risulta inferiore solo di circa il 20% rispetto ad una miscela aria-metano stechiometrica.

Impianto SYNTEC 70T

L’impianto produce 70 kW termici continuativi e comprende un serbatoio per il cippato atto al funzionamento continuativo grazie ad una coclea di carico con valvola stagna.
Il cippato (o pellet) deve essere caricato manualmente o tramite un silos (fornitura cliente) nella tramoggia di alimentazione, da qui, quando il serbatoio di precarica sarà quasi vuoto automaticamente il cippato verrà caricato.
L’impianto comprende inoltre il gasogeno Syntec 20E, scarico automatico del biochar, la linea di filtraggio, compressore per dare pressione a un bruciatore (di fornitura cliente)
L’impianto è certificato CE, ed è comprensivo di dispositivi di sicurezza di funzionamento e di salva-guardia del personale addetto alla sua gestione e manutenzione.

Impianto SYNTEC 20E

L’impianto produce 20 kW elettrici continuativi e comprende un serbatoio per il cippato atto al funzionamento continuativo grazie ad una coclea di carico con valvola stagna.
Il cippato (o pellet) deve essere caricato manualmente o tramite un silos (fornitura cliente) nella tramoggia di alimentazione, da qui, quando il serbatoio di precarica sarà sarà quasi vuoto automaticamente il cippato verrà caricato.
L’impianto comprende inoltre il gasogeno Syntec, scarico automatico del biochar, la linea di filtraggio, un cogeneratore CHP atto a produrre 20 kW elettrici e 30 termici.
L’impianto è certificato CE, ed è comprensivo di dispositivi di sicurezza di funzionamento e di salva-guardia del personale addetto alla sua gestione e manutenzione.
Possiede uno scambiatore di calore acqua-acqua, atto alla cogenerazione termica fino ad una produzione di calore utile di circa 30 kW nonché il dispositivo di parallelo automatico per la immissione in rete della potenza elettrica prodotta.
Il motore è dotato di una marmitta catalitica per l’abbattimento delle emissioni inquinanti del motore e un filtro antiparticolato.