Le biomasse

Con il termine “biomassa” ci riferiamo ad una serie di materiali di origine biologica che, attraverso vari processi vengono trasformati in combustibili o direttamente in energia elettrica o termica. Generalmente, si parla di scarti di attività agricole ma essi comprendono anche:

  • legna da ardere
  • ramaglie e residui di attività agricole e forestali
  • scarti delle industrie alimentari
  • liquidi reflui derivanti dagli allevamenti
  • alghe marine

 

In estrema sintesi si tratta di un processo di fermentazione controllata delle biomasse (liquami, rifiuti agroindustriali, etc.) che arriva a produrre biogas molto ricco di metano (sino a 70%). Da qui poi si deriva energia elettrica messa direttamente in rete o energia termica, utilizzabile ad esempio a fini di riscaldamento delle abitazioni.

 

Le biomasse si utilizzano poi in centrali a biomassa che ne estraggono l’energia attraverso diverse tecniche:

  • combustione diretta delle biomasse
  • pirolisi
  • estrazione di gas di sintesi tramite gassificazione

 

Il processo della pirolisi (a fianco documento relativo alla realizzazione di un impianto di pirolisi) consiste nella degradazione termica di un materiale ottenuta in assenza di agenti ossidanti. L’azione del calore si esplica attraverso la rottura delle molecole complesse e la formazione di un prodotto più leggero.

I prodotti della pirolisi sono un syngas di pirolisi, una frazione liquida ottenibile per condensazione dei vapori (tar) e un residuo solido ancora combustibile (char). La distribuzione delle tre fasi dipende oltre che dal tipo di materiale trattato, dalle condizione operative con cui viene condotta la pirolisi, in particolare dalla temperatura e dal tempo di esposizione del materiale a tale trattamento.

Tempi lunghi (ordine dei minuti) e temperature moderate (intorno ai 500°C) favoriscono la produzione di residuo solido (char), mentre tempi brevi (ordine dei secondi) e temperature medio-elevate (intorno ai 600°C) favoriscono la formazione della frazione liquida e tempi brevi (ordine dei secondi) ad altissime temperature (intorno ai 1000°C) quella della frazione gassosa.

 

La pirolisi del carbone è un processo importante in quanto costituisce il primo passo di processi come la gassificazione, il “coal to liquid” e la combustione. Sebbene in questi processi la pirolisi avvenga in intervalli di tempo molto brevi e a temperature molto elevate, come nel caso della combustione del polverino di carbone o nella gassificazione in letto fluido, è noto quanto questa fase possa globalmente influenzare il processo successivo. Il pirolizzatore verrà realizzato con tecnologia a tamburo rotante.

Questa tecnologia permette l’utilizzo di diverse tipologie di materiali da trattare termicamente a prescindere dalle caratteristiche strutturali, inoltre permette la realizzazione di diverse tipologie di pirolisi; a seconda dei parametri operativi, quali: tempo di residenza, temperatura, si possono avere pirolisi fast e pirolisi slow, che di conseguenza avranno diversi prodotti in uscita dal combustore con più o meno presenza di materiale solido (denominato char) rispetto al gassoso condensabile (denominato tar) ed al gassoso in condensabile (syngas).
Il pirolizzatore sarà alimentato mediante una tramoggia di carico e una coclea. La tramoggia a forma conica avrà dimensioni indicative pari a 300×500 (h) mm, superiormente sarà chiusa con un coperchio fissato mediante 4 moschettoni in grado di assicurare la tenuta, la parte bassa sarà separata dalla coclea mediante una clappa manuale che potrà isolare il carbone dalla coclea in un verso e garantire l’isolamento al passaggio dei gas dall’altro; sarà inoltre previsto un bocchello per il flussaggio di azoto come gas inerte di copertura. Nella zona inferiore, ovvero nella zona compresa tra la clappa e la coclea, circa 50 mm sopra la coclea, saranno presenti due aspi rotanti che eviteranno la formazione di intasamenti di carbone. La rotazione degli aspi sarà realizzata manualmente. La tramoggia sarà realizzata in acciaio inox e sarà fornita di specola visiva per la visione del suo interno. La coclea, posta al di sotto della tramoggia, convoglierà all’interno del pirolizzatore il carbone avente pezzatura nel range 1-7mm. La coclea sarà posta in rotazione da un motore elettrico con riduttore azionato mediante inverter che consentirà quindi di variare la portata d’alimentazione nel range 5-50 grammi/minuto. La coclea, nel tratto finale, arriverà fino al pirolizzatore, pertanto, per limitarne la temperatura, sul tubo che la contiene, sarà realizzata una camicia di raffreddamento ad acqua.

Sotto il profilo dell’impatto ambientale, la biomassa è una delle fonti di energia più “pulite”, dal momento che la loro produzione e trasformazione genera scarsissimi residui inquinanti e si limita ad accelerare il processo di reintroduzione nell’atmosfera dell’anidride carbonica assorbita dalle piante.

Gli attuali metodi di coltivazione per la produzione energetica non si sono dimostrati molto eco-sostenibili, tanto che l’EEA sottolinea l’importanza sia di ricorrere alle colture perenni, che non danno raccolto ogni anno, favoriscono la filtrazione dell’acqua e prevengono dalle inondazioni, che di accentuare le rotazioni delle colture, utili a rigenerare i terreni.

Del tutto sconsigliato è anche il ricorso estensivo agli alberi maturi per la produzione energetica, a causa dei tempi lunghi che servono per la ricrescita e quindi per ricatturare l’anidride carbonica, emessa nell’atmosfera in seguito alla combustione del legname.
Nel capo dei combustibili, l’EEA raccomanda caldamente l’utilizzo dei rifiuti organici e dei residui agro-forestali, che non richiedono il consumo di nuova terra, diminuiscono gli sprechi idrici e riducono l’emissione di gas serra.

Secondo i dati forniti dal GSE, il Gestore dei Servizi Energetici per la promozione dello sviluppo sostenibile, nella prima edizione del rapporto “Le biomasse e i rifiuti”, a fine 2008, in Italia, gli impianti alimentati da biomasse e rifiuti sono 352, per un totale di 1.555 MW di potenza installata e una produzione di 5.966 Gwh.

BIOGAS

Il biogas è prodotto dalla fermentazione anaerobica di sostanze organiche all’interno di un fermentatore a tenuta stagna. Questo fermentatore trasforma i materiali organici in biogas utilizzando un processo biologico complesso a circa 38-55 °C. Più della metà del gas risultante da questo processo è costituito da metano (CH4), mentre il resto è anidride carbonica (CO2).
Una centrale termoelettrica a blocco (CHP) con un generatore trasforma il gas metano in corrente e calore. Il biogas è completamente ecologico e non influisce sulla quantità delle emissioni di CO2. Il processo di produzione genera solamente la quantità di CO2 assorbita dalle piante tramite fotosintesi. In questo modo il ciclo ecologico si chiude.

Il biogas è conosciuto da diverse centinaia di anni. Attorno al 1750 fu rilevata la presenza di metano nei gas delle paludi. I primi metodi di fermentazione continua furono invece messi in pratica dopo il 1900. All’inizio degli anni Settanta, in Europa, il biogas ritornò tuttavia attuale visto l’enorme aumento del costo dell’energia (crisi petrolifera). Dal 1980, la crescente importanza dell’ecologia e la sensibilizzazione delle coscienze hanno dato un ulteriore impulso al biogas.

Il biogas, cioè la fermentazione di residui organici, è un modo per risolvere i problemi ambientali:

• Effetto serra
• Distruzione dello strato di ozono
• Graduale abbandono dell’energia nucleare.
• Durata limitata dei combustibili fossili convenzionali