Study and development of innovative technologies with applications on small and medium enterprises for the use of renewable energy sources

Lo sfruttamento e l’utilizzo irrazionale delle vecchie risorse energetiche ad opera dei paesi industrializzati e l’ aumento demografico esponenziale delle popolazioni hanno influito negativamente sull’ambiente a livello globale. L’industrializzazione, vista sia come causa che come effetto dell’incremento demografico mondiale, ha portato all’emissione in atmosfera di gas inquinanti, tra cui quelli responsabili dell’ effetto serra colpevole del surriscaldamento del globo, del continuo aumento di temperatura e di effetti negativi sul pianeta. Il protocollo di Kyoto considera la Convenzione Quadro sui Cambiamenti Climatici. L’idea di fondo è stata quella di “impedire interferenze antropiche pericolose per il sistema climatico”, comprese le emissioni dei gas serra. Il principale gas serra responsabile dei cambiamenti climatici a livello globale e l’anidride carbonica.(CO2): pur non essendo un prodotto tossico, è pericolosa perchè considerata la causa principale del surriscaldamento globale e dei cambiamenti climatici. Il consumo di combustibili fossili produce enormi quantità di anidride carbonica, le emissioni di CO2 si sono sviluppate in maniera maggiore durante l’introduzione di impianti manifatturieri e di centrali elettriche a carbone o a gasolio, alle cui concentrazioni si sono aggiunte le emissioni dei veicoli a motore. Il presente lavoro si basa sulla idea concettuale di aziende agro-forestali autonome da un punto di vista energetico, per la produzione di elettricità, da fonti rinnovabili, in particolare da biomassa agro-forestale, derivata da scarti di lavorazione agricola. Se tale concetto venisse considerato su una porzione di territorio, quindi su larga scala, si costituirebbe un ecodistretto agri-energetico, con potenziali benefici sia ambientali, dovuti alla riduzione di anidride carbonica, sia da un punto di vista economico (vendita dell’energia elettrica e certificati verdi). Questo lavoro descrive un innovativo processo di gassificazione tramite gassificatore multireattore. Il gassificatore a più reattori è un dispositivo di cui è stata depositata domanda di brevetto al Ministero dell’industria. Il processo di gassificazione prevede, in generale, reazioni con caratteristiche molto diverse tra di loro. Nei gassificatori tradizionali tali fasi avvenivano fisicamente in un unico ambiente e con condizioni identiche, pertanto è possibile trovare solo un compromesso ma non si possono ottimizzare le condizioni di processo per ogni singola reazione. Nel gassificatore a più reattori, si realizzano le varie fasi in ambienti fisicamente distinti con la possibilità di ottimizzare, per ogni fase, le condizioni di processo. Questo si traduce in una migliore qualità del gas in uscita, nella sostanziale assenza di prodotti catramosi frutto di una reazione incompleta e nella possibilità di utilizzare biomasse diversissime per composizione e pezzatura senza incidere negativamente sulla qualità del gas in uscita. Nel presente lavoro si descrive l’analisi dei reflui zootecnici, da allevamento di bovini da latte, in termini di caratterizzazione del substrato e studio dell’andamento, tramite gascromatografia, della produzione di biogas da digestione anaerobica in batch. La percentuale di metano nel biogas, che è possibile convertire in idrogeno tramite reforming e utilizzare con la MCFC, risulta essere pari a circa il 60%. La produzione di idrogeno da digestione anaerobica è la principale forma di energia rinnovabile, nel presente lavoro, noi descriviamo la possibile applicazione di celle a combustibile, in particolare le celle a combustibile a carbonati fusi.The global environment conditions are badly influenced by the exploitation and extreme utilization of typical energetic sources by industrialized countries and the exponential population growth. The industrialization had the atmospheric emission of polluting gases as consequence, particularly the greenhouse gases. The most important greenhouse gas is carbon dioxide (CO2); even if it is not toxic, CO2 is extremely dangerous because it is considered the main cause of global overheating and climate change. This work is based on the idea of energetically independent agro-forest farms, able to generate electric power using renewable sources as agro-forest biomass from agricultural discards. If we consider this idea applied on a large scale, we could create an agro-energetic eco-district. This concept would have potential benefits for the environment (reduction of CO2 emissions), and also for the farmers, because they could sell the electric power and receive green certificates. This wok to describe the innovative gasification process thought Multi reactor gasifier. Multi reactor gasifier.patent has been filed to the Italian Industrial Ministry. Gasification process usually features different reactions with different properties. In common gasifiers these phases physically happens in the same environment with the same conditions, so it is impossible to optimize the process conditions for every single reaction. In multi reactor gasifier, instead, every phase happens in an environment physically separated from the others; in this way it’s possible to optimize the process condition of every phase. This means a better gas quality, total absence of tarry residues due to an incomplete reaction and the possibility of using biomasses with different composition and size without negatively affecting the quality gas prod produced. However, In the present study we describe the analysis of the manure of zoo technical discards taken from milk bovine breeding, and the chemical-physical characteristics of the manure, through gascromatography of the biogas production from anaerobic digestion in batch. In the biogas, the percentage of methane that can be converted in hydrogen through reforming and that can be to supply the MCFC, is around 60 %. The hydrogen production from anaerobic digestion is the main renewable energy sources, in this work, we describe the possible applications of the fuel cells in particularly the Molten carbonate fuel cells.Dottorato di ricerca in Meccanica agrari