Mapping the local bioenergy consumption potential of agri-food Catalan industry

The first goal of this thesis is to research, assess and locate the solid biomass production and consumption in the agri-food sector, redacting an inventory and formulating a local biomass self-consumption potential indicator (LBSCI). The second goal is to perform the preliminary design of an energy system that consumes residual biomass, evaluating its viability. The thesis is part of the project "Inventory of potential consumers of thermal energy with biomass from the agri-food sector", sponsored by the Catalan Institute of Energy to promote the use of local energy resources. By exploiting the excess of woody material, due to the vast forest cover and agricultural activity, the energy costs, forest management and the disposal costs of residues can be reduced. In addition to favouring the profitability of a company, the sustainable use of resources allows to reduce the environmental impact, abating the carbon footprint and following a circular economy model. It is estimated that the combustion of available biomass can potentially cover 58.9% of the industrial heat demand, while the CHP transformation potentially covers 13.6% of the electricity demand and 41.2% of the heat demand. Mapping is the tool used to represent the distribution of resources and consumers, it allows to highlight the regions where the use of fuel in the industry can be replaced by heterogeneous biomass sources. Following the identification of areas with high self-consumption potential, a company in the wine sector is studied, in order to analyse the availability of resources and energy consumption, and to pre-design a biomass plant, considering various solutions, including district heating , cogeneration and trigeneration. To extend the model to other similar cases, the impact of the system size and the use factor on investment recovery time is investigated, estimating the threshold values ​​that allow a payback time of less than 10 years.

Il primo obiettivo di questa tesi è di ricercare, valutare e localizzare la produzione e il consumo di biomassa solida nel settore agroalimentare, redigendo un inventario e formulando un indicatore del potenziale di autoconsumo della biomassa locale (LBSCI). Il secondo obiettivo è eseguire la progettazione preliminare di un sistema energetico che utilizzi biomassa agricola residuale, valutandone la redditività. La tesi è parte del progetto "Inventario dei potenziali consumatori di energia termica con biomasse del settore agroalimentare", patrocinato dall'Istituto Catalano di Energia, per promuovere l'uso delle risorse energetiche locali. Sfruttando l'esubero di materiale legnoso, dovuto alla vasta copertura forestale e all'attività agricola, si possono ridurre i costi energetici, di gestione dei boschi e di smaltimento di residui. Oltre a favorire la profittabilità di un'impresa, l'utilizzo sostenibile di risorse permette di ridurre l'impatto ambientale, abbattendo la carbon footprint e seguendo un modello di economia circolare. Si stima che La combustione della biomassa disponibile può potenzialmente coprire il 58,9% della domanda industriale di calore, mentre la trasformazione CHP copre potenzialmente il 13,6% della domanda elettrica e il 41,2% della domanda di calore. Il mapping è lo strumento utilizzato per rappresentare la distribuzione delle risorse e dei consumatori, permette di mettere in luce le regioni dove l'uso di combustibile nell'industria può essere sostituito da fonti di biomassa eterogenee. A seguito dell'individuazione delle zone ad alto potenziale di autoconsumo, viene studiata un'azienda del settore vitivinicolo, per analizzarne la disponibilità di risorse ed il consumo di energia, e per pre-progettare un impianto a biomassa, considerando varie soluzioni, inclusi teleriscaldamento, cogenerazione e trigenerazione. Per estendere il modello ad altri casi simili, si investiga l'impatto della dimensione del sistema e del fattore di utilizzo sul tempo di recupero d'investimento, stimando i valori di soglia che permettono un tempo di recupero dell'investimento inferiore a 10 anni.