ITALIANO

Dopo una prima definizione di biomasse e una panoramica sull'attuale stato di valorizzazione di questa risorsa, il corso affronterà:
- Le principali tecniche di caratterizzazione della biomassa necessarie e preliminari per scegliere la corretta destinazione d’uso del materiale;
- Le principali tecnologie attualmente in uso e consolidate per il recupero e la valorizzazione della risorsa biomassa;
- Le principali tecnologie in via di sviluppo e con maggior potenziale per il recupero e la valorizzazione della risorsa biomassa.

Il materiale sarà fornito durante il corso e sarà reso disponibile sottoforma di dispense distribuite a lezione

L’obiettivo del corso è fornire un’introduzione esaustiva sull’attuale gestione della risorsa biomassa e sugli aspetti normativi che la interessano. Saranno analizzate le tecnologie attualmente in uso e in via di sviluppo per la valorizzazione di questa risorsa.
Nello specifico, alla fine del corso lo studente avrà acquisti conoscenze su:
- Gli approcci e le caratteristiche chimico fisiche necessarie per la scelta dell’opportuna tecnologia di valorizzazione;
- Le principali tecnologie affermate per il recupero energetico, la produzione di bio-fuel e chemicals da biomasse;
- I principali aspetti impiantistici delle singole tecnologie di trattamento della risorsa biomassa;
- I principali parametri di progetto, operativi e di misura delle prestazioni delle singole tecnologie
- Le principali tecnologie in via di sviluppo per la valorizzazione delle biomasse

Nozioni di base sui processi chimici e biologici

Lezioni frontali

Prova orale

n.a.

1. La valorizzazione della risorsa biomassa in Italia e in Europa.
2. La caratterizzazione chimico fisica delle biomasse con l’obiettivo di scegliere l’opportuna tecnologia di valorizzazione. Le differenze principali tra i processi di trattamento della biomassa: biologici e termici
3. Trattamenti biologici:
- La digestione anaerobica: Aspetti fondamentali e fasi del processo, tipologia di biomasse trattate, la temperatura come parametro chiave, mesofilia e termofilia. Approfondimento sulle necessità di pre-trattamento del substrato, sui parametri di gestione e sulle configurazioni impiantistiche. Applicazioni del digestato e del biogas.
- Da biogas a biometano: Le principali tecnologie di upgrading a biometano: la pressure swing adsorption, il lavaggio fisico con acqua e con solventi, il lavaggio chimico con ammine; tecnologie a membrane
- Casi studio con approccio all’analisi del ciclo di vita (LCA);
- Il compostaggio: Aspetti introduttivi, Fasi e dinamica del processo, l’ecosistema alla base del processo: funghi, batteri e attinomiceti, parametri del processo e controllo delle reazioni, metodi di compostaggio, il trattamento integrato anaerobico/aerobico;
4. La valorizzazione termochimica delle biomasse:
- Differenza tra i tre processi principali: combustione, gassificazione e pirolisi, aspetti termodinamici e cinetici fondamentali, cenni sulla modellistica dei processi.
- La combustione per il recupero energetico: stato dell’arte, principali parametri e tipi di forno utilizzati;
- La gassificazione: Aspetti introduttivi, tipi di processo, parametri di progetto, operativi e prestazionali, tipologie impiantistiche, la rimozione dei principali contaminanti dal syngas ottenuto;
- Caso studio: la gestione di un impianto di gassificazione pilota
- La pirolisi: Aspetti introduttivi, Tipi di pirolisi: slow and fast pyrolysis, i prodotti della pirolisi, reattori di pirolisi
5. I principali processi emergenti per la valorizzazione della biomassa:
- La fermentazione per la produzione del bioetanolo;
- Approfondimento delle principali tecnologie di produzione di bioidrogeno;
- Il ruolo e i vantaggi dell’hydrothermal carbonization

Italian

The course, after an initial definition of biomass and an overview of the current state of valorization of this resource, will address:
- The main biomass characterization techniques necessary and preliminary to choose the correct intended use of the material;
- The main technologies currently used and established for the recovery and valorisation of the biomass resource;
- The main technologies under development and with greater potential for the recovery and valorisation of the biomass resource.

The material will be provided during the course and will be made available in the form of pdf slides distributed in class

The course aims to provide an exhaustive introduction to the current management of the biomass resource and the regulatory aspects that affect it. The technologies currently used and under development for the valorisation of this resource will be analysed.
Specifically, at the end of the course, the student will acquire knowledge on:
- the chemical-physical approaches and characteristics necessary for the choice of the appropriate valorisation technology;
- the main technologies for energy recovery, the production of bio-fuels and biomass chemicals;
- the main plant engineering aspects of technologies for biomass valorisation;
- the main design, operational and performance measurement parameters of the technologies under analysis
- the main technologies under development for the valorisation of biomass

Basic knowledge of chemical and biological processes

Traditional lectures

Oral discussion

n.a.

1. The valorisation of the biomass resource in Italy and Europe.
2. The chemical-physical characterization of biowaste in order to select the appropriate valorisation technology. The main differences between biomass treatment processes: biological and thermal
3. Biological treatments
- Anaerobic digestion: Fundamental aspects and phases of the process, type of biomass treated, temperature as a key parameter, mesophilia and thermophilia. In-depth analysis of the substrate pre-treatment needs, management parameters, and plant configurations. Applications of digestate and biogas.
- From biogas to biomethane: The main biomethane upgrading technologies: pressure swing adsorption, physical scrubber with water and solvents, chemical scrubber with amines; membrane technologies
- Case studies with a life cycle analysis (LCA) approach;
- Composting process: Introductory aspects, Process phases and dynamics, the ecosystem of the process: fungi, bacteria and actinomycetes, process parameters and reaction control, composting methods, integrated anaerobic/aerobic treatment;
4. The thermochemical valorisation of biomass
- Difference between the three main processes: combustion, gasification and pyrolysis, fundamental thermodynamic and kinetic aspects, outline of process modelling.
- Combustion for energy recovery: state of the art, main parameters and types of furnace;
- Gasification: Introductory aspects, types of process, design, operational and performance parameters, plant typologies, the removal of the main contaminants from the obtained syngas;
- Case study: the management of a pilot gasification plant
- Pyrolysis: Introductory aspects, Types of pyrolysis: slow and fast pyrolysis, pyrolysis products, pyrolysis reactors
5. The main emerging processes for biomass valorisation
- Fermentation for the production of bioethanol;
- In-depth analysis of the main biohydrogen production technologies;
- The role and advantages of hydrothermal carbonization