Le biomasse

Materie:	Appunti
Categoria:	Fisica
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Data:	17.10.2001
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L’ENERGIA DELLE BIOMASSE

Tra le fonti rinnovabili, quella che ha fornito maggiori risultati è rappresentata dalle biomasse, definizione che comprende vari materiali non fossili di origine biologica utilizzati per scopi energetici: legna da ardere, residui agricoli e forestali, scarti dell’industria agroalimentare, rifiuti urbani e specie vegetali espressamente coltivate.
La biomassa utilizzata ai fini energetici, consiste in tutti quei materiali organici che possono essere trasformati direttamente in combustibili solidi, liquidi e gassosi.
La biomassa è ampiamente disponibile ovunque e rappresenta una risorsa locale, pulita e rinnovabile. L’utilizzazione delle biomasse per fini energetici non contribuisce all’effetto serra poiché la quantità di anidride carbonica rilasciata durante la decomposizione, sia che essa avvenga naturalmente, sia per effetto della conversione energetica, è equivalente a quella assorbita durante la crescita della biomassa stessa; non vi è quindi nessun contributo diretto all’incremento di CO2 nell’atmosfera.

Come produrre energia dalle biomasse

Vi sono due diversi modi per poter produrre energia dalle biomasse: i processi di conversione biochimica e quelli di conversione termochimica.
I processi di conversione biochimica permettono di ricavare energia per reazione chimica dovuta al contributo di enzimi, funghi e microrganismi, che si formano nella biomassa in particolari condizioni ambientali e climatiche. Risultano idonee a questo tipo di conversione le colture acquatiche, alcuni sottoprodotti colturali (foglie e steli di barbabietola,patate, ecc…), i rifiuti zootecnici e alcuni scarti di lavorazione, nonché la biomassa eterogenea immagazzinata nelle discariche controllate.
I processi di conversione termochimica sono basati sull’azione del calore che permette le reazioni chimiche necessarie a trasformare la materia in energia. Le biomasse più adatte a subire processi di conversione termochimica sono la legna e tutti i suoi derivati (segatura, trucioli, ecc…), i più comuni sottoprodotti colturali di tipo ligneo-cellulosico (paglia di cereali, residui di potatura della vite e dei fruttiferi, ecc…) e taluni scarti di lavorazione, come gusci e noccioli.

Le tecnologie di utilizzo delle biomasse

Tra le varie tecnologie di conversione delle biomasse alcune possono considerarsi giunte ad un livello di tale sviluppo, da consentirne l’impiego su scala industriale, altre necessitano invece un’ulteriore sperimentazione al fine di aumentare i rendimenti e ridurre i costi di conversione energetica.

Digestione anaerobica La digestione anaerobica è un processo di conversione di tipo biochimico, che avviene in assenza di ossigeno, consistente nella demolizione, ad opera di microorganismi, di sostanze organiche complesse (lipidi, protidi e glicidi) contenute nei vegetali e nei sottoprodotti di origine animale, che produce un gas costituito per il 50/70%da metano e per la restante parte soprattutto da CO2 .
Il biogas così prodotto viene raccolto, essiccato, compresso ed infine immagazzinato e può essere impiegato come combustibile per alimentare lo stesso processo di bioconversione , ovvero veicoli a gas o caldaie a gas per produrre calore o energia elettrica. Al termine del processo di fermentazione si conservano integri i principali elementi nutritivi (azoto, fosforo, potassio) già presenti nella materia prima, favorendo così la mineralizzazione dell’azoto organico; in questo modo l’effluente risulta un ottimo fertilizzante. Gli impianti a digestione anaerobica possono essere alimentati mediante residui ad alto contenuto di umidità, quali deiezioni animali, reflui civili, rifiuti alimentari e frazione organica dei rifiuto solidi urbani. Tuttavia anche in discariche opportunamente attrezzate, solo il 30/40 % del biogas prodotto può essere raccolto, mentre la rimanente parte viene dispersa in atmosfera; quando invece la decomposizione dei rifiuti organici è ottenuta nei digestori chiusi degli appositi impianti, tutto il gas prodotto viene raccolto per essere usato come combustibile.

Fermentazione alcolica La fermentazione alcolica è un processo che permette di trasformare in etanolo i glicidi contenuti nelle produzioni vegetali. L’etanolo è un gas utilizzabile anche nei motori a combustione interna e rappresenta un’ottima alternativa per sostituire sia il carburante delle auto che il gasolio per i motori diesel.
L’Etanolo e soprattutto un suo derivato l’ETBE, ottenuto dalla combinazione tra un idrocarburo e l’etanolo, mostra il miglior compromesso tra prezzo disponibilità e prestazioni.

Digestione aerobica La digestione aerobica consiste nella metabolizzazione delle sostanze organiche per opera di microrganismi, il cui sviluppo è condizionato dalla presenza di ossigeno. Questi batteri convertono sostanze complesse in altre più semplici, liberando CO2 E H2O e producendo un elevato riscaldamento del susbtrato, proporzionale alla loro attività metabolica. Il calore così prodotto può essere trasferito all’esterno mediante particolari macchinari.

Carbonizzazione La carbonizzazione è un processo di tipo termochimica che consente la trasformazione delle molecole strutturate dei prodotti legnosi e cellulosici in carbone (carbone di legna o carbone vegetale), ottenuto mediante l’eliminazione dell’acqua e delle sostanze volatili della materia vegetale per azione del calore nelle carbonaie, all’aperto o al chiuso, offrendo una maggiore resa in carbone.

Gassificazione Il processo di gassificazione consiste nell’ossidazione incompleta di una sostanza in ambiente ad elevata temperatura (900/1000°C) per la produzione di un gas combustibile (detto gas di gasogeno); i principali gassificatori sono ad aria, ad ossigeno e a vapor d’acqua.
I principali problemi connessi a questa tecnologia, ancora in fase di sperimentazione, sono legati al suo basso potere calorifico ed alle impurità presenti nel gas, come polveri, catrami e metalli pesanti.

Pirolisi La pirolisi è un processo di demolizione termochimica di materiali organici, ottenuto mediante l’applicazione di calore, a temperature comprese tra 400 e 800°C, in completa assenza di un agente ossidante, oppure con una completa assenza di ossigeno. I prodotti della pirolisi sono sia gassosi, sia liquidi che solidi, in proporzioni che dipendono sia pirolisi che può essere veloce o lenta, che dai parametri di razione.
Uno dei principali problemi legati alla produzione di energia basata sui prodotti della pirolisi è la scarsa quantità di questi prodotti, che non ha ancora raggiunto un livello sufficientemente adeguato.

Estrazione di olii e produzione di biodiesel Gli olii vegetali possono essere estratti da piante oleaginose quali soia, colza,girasole, ecc… .Caratteristica che accomuna questo tipo di piante è quella di essere ricche di materie proteiche le quali, dopo l’estrazione dell’olio, sono impiegabili nell’alimentazione. Sotto forma di panelli.
Gli olii possono essere utilizzati come combustibili nello stato in cui vengono estratti ed il loro utilizzo ha destato da tempo un notevole interesse, sia per la disponibilità di tecnologie semplici di trasformazione e di utilizzazione, sia perché consentono bilanci energetici accettabili.

La situazione mondiale

L’impiego delle biomasse in Europa soddisfa ancora una quota marginale dei consumi di energia primaria, pari al 3,5%. Gran parte del potenziale energetico della biomassa non è adeguatamente sfruttato.
All’avanguardia nello sfruttamento delle biomasse come fonte energetica, sono i Paesi del centro-nord Europa, che hanno installato grossi impianti di cogenerazione e teleriscaldamento alimentati a biomasse. La Francia, che ha la più vasta superficie agricola in Europa, punta molto anche sulla produzione di biodiesel ed etanolo. La Gran Bretagna ha sviluppato una produzione trascurabile di biocombustibili, ritenuti antieconomici nella situazione attuale, si è dedicata quindi allo sviluppo di un vasto sistema di recupero del biogas delle discariche, sia per usi termici che elettrici. La Svezia e l’Austria, che contano su una lunga tradizione di utilizzo della legna da ardere, hanno continuato ad incrementare tale impiego sia per il riscaldamento che per il teleriscaldamento.

L’ENERGIA DELLE BIOMASSE

Tra le fonti rinnovabili, quella che ha fornito maggiori risultati è rappresentata dalle biomasse, definizione che comprende vari materiali non fossili di origine biologica utilizzati per scopi energetici: legna da ardere, residui agricoli e forestali, scarti dell’industria agroalimentare, rifiuti urbani e specie vegetali espressamente coltivate.
La biomassa utilizzata ai fini energetici, consiste in tutti quei materiali organici che possono essere trasformati direttamente in combustibili solidi, liquidi e gassosi.
La biomassa è ampiamente disponibile ovunque e rappresenta una risorsa locale, pulita e rinnovabile. L’utilizzazione delle biomasse per fini energetici non contribuisce all’effetto serra poiché la quantità di anidride carbonica rilasciata durante la decomposizione, sia che essa avvenga naturalmente, sia per effetto della conversione energetica, è equivalente a quella assorbita durante la crescita della biomassa stessa; non vi è quindi nessun contributo diretto all’incremento di CO2 nell’atmosfera.

Come produrre energia dalle biomasse

Vi sono due diversi modi per poter produrre energia dalle biomasse: i processi di conversione biochimica e quelli di conversione termochimica.
I processi di conversione biochimica permettono di ricavare energia per reazione chimica dovuta al contributo di enzimi, funghi e microrganismi, che si formano nella biomassa in particolari condizioni ambientali e climatiche. Risultano idonee a questo tipo di conversione le colture acquatiche, alcuni sottoprodotti colturali (foglie e steli di barbabietola,patate, ecc…), i rifiuti zootecnici e alcuni scarti di lavorazione, nonché la biomassa eterogenea immagazzinata nelle discariche controllate.
I processi di conversione termochimica sono basati sull’azione del calore che permette le reazioni chimiche necessarie a trasformare la materia in energia. Le biomasse più adatte a subire processi di conversione termochimica sono la legna e tutti i suoi derivati (segatura, trucioli, ecc…), i più comuni sottoprodotti colturali di tipo ligneo-cellulosico (paglia di cereali, residui di potatura della vite e dei fruttiferi, ecc…) e taluni scarti di lavorazione, come gusci e noccioli.

Le tecnologie di utilizzo delle biomasse

Tra le varie tecnologie di conversione delle biomasse alcune possono considerarsi giunte ad un livello di tale sviluppo, da consentirne l’impiego su scala industriale, altre necessitano invece un’ulteriore sperimentazione al fine di aumentare i rendimenti e ridurre i costi di conversione energetica.

Digestione anaerobica La digestione anaerobica è un processo di conversione di tipo biochimico, che avviene in assenza di ossigeno, consistente nella demolizione, ad opera di microorganismi, di sostanze organiche complesse (lipidi, protidi e glicidi) contenute nei vegetali e nei sottoprodotti di origine animale, che produce un gas costituito per il 50/70%da metano e per la restante parte soprattutto da CO2 .
Il biogas così prodotto viene raccolto, essiccato, compresso ed infine immagazzinato e può essere impiegato come combustibile per alimentare lo stesso processo di bioconversione , ovvero veicoli a gas o caldaie a gas per produrre calore o energia elettrica. Al termine del processo di fermentazione si conservano integri i principali elementi nutritivi (azoto, fosforo, potassio) già presenti nella materia prima, favorendo così la mineralizzazione dell’azoto organico; in questo modo l’effluente risulta un ottimo fertilizzante. Gli impianti a digestione anaerobica possono essere alimentati mediante residui ad alto contenuto di umidità, quali deiezioni animali, reflui civili, rifiuti alimentari e frazione organica dei rifiuto solidi urbani. Tuttavia anche in discariche opportunamente attrezzate, solo il 30/40 % del biogas prodotto può essere raccolto, mentre la rimanente parte viene dispersa in atmosfera; quando invece la decomposizione dei rifiuti organici è ottenuta nei digestori chiusi degli appositi impianti, tutto il gas prodotto viene raccolto per essere usato come combustibile.

Fermentazione alcolica La fermentazione alcolica è un processo che permette di trasformare in etanolo i glicidi contenuti nelle produzioni vegetali. L’etanolo è un gas utilizzabile anche nei motori a combustione interna e rappresenta un’ottima alternativa per sostituire sia il carburante delle auto che il gasolio per i motori diesel.
L’Etanolo e soprattutto un suo derivato l’ETBE, ottenuto dalla combinazione tra un idrocarburo e l’etanolo, mostra il miglior compromesso tra prezzo disponibilità e prestazioni.

Digestione aerobica La digestione aerobica consiste nella metabolizzazione delle sostanze organiche per opera di microrganismi, il cui sviluppo è condizionato dalla presenza di ossigeno. Questi batteri convertono sostanze complesse in altre più semplici, liberando CO2 E H2O e producendo un elevato riscaldamento del susbtrato, proporzionale alla loro attività metabolica. Il calore così prodotto può essere trasferito all’esterno mediante particolari macchinari.

Carbonizzazione La carbonizzazione è un processo di tipo termochimica che consente la trasformazione delle molecole strutturate dei prodotti legnosi e cellulosici in carbone (carbone di legna o carbone vegetale), ottenuto mediante l’eliminazione dell’acqua e delle sostanze volatili della materia vegetale per azione del calore nelle carbonaie, all’aperto o al chiuso, offrendo una maggiore resa in carbone.

Gassificazione Il processo di gassificazione consiste nell’ossidazione incompleta di una sostanza in ambiente ad elevata temperatura (900/1000°C) per la produzione di un gas combustibile (detto gas di gasogeno); i principali gassificatori sono ad aria, ad ossigeno e a vapor d’acqua.
I principali problemi connessi a questa tecnologia, ancora in fase di sperimentazione, sono legati al suo basso potere calorifico ed alle impurità presenti nel gas, come polveri, catrami e metalli pesanti.

Pirolisi La pirolisi è un processo di demolizione termochimica di materiali organici, ottenuto mediante l’applicazione di calore, a temperature comprese tra 400 e 800°C, in completa assenza di un agente ossidante, oppure con una completa assenza di ossigeno. I prodotti della pirolisi sono sia gassosi, sia liquidi che solidi, in proporzioni che dipendono sia pirolisi che può essere veloce o lenta, che dai parametri di razione.
Uno dei principali problemi legati alla produzione di energia basata sui prodotti della pirolisi è la scarsa quantità di questi prodotti, che non ha ancora raggiunto un livello sufficientemente adeguato.

Estrazione di olii e produzione di biodiesel Gli olii vegetali possono essere estratti da piante oleaginose quali soia, colza,girasole, ecc… .Caratteristica che accomuna questo tipo di piante è quella di essere ricche di materie proteiche le quali, dopo l’estrazione dell’olio, sono impiegabili nell’alimentazione. Sotto forma di panelli.
Gli olii possono essere utilizzati come combustibili nello stato in cui vengono estratti ed il loro utilizzo ha destato da tempo un notevole interesse, sia per la disponibilità di tecnologie semplici di trasformazione e di utilizzazione, sia perché consentono bilanci energetici accettabili.

La situazione mondiale

L’impiego delle biomasse in Europa soddisfa ancora una quota marginale dei consumi di energia primaria, pari al 3,5%. Gran parte del potenziale energetico della biomassa non è adeguatamente sfruttato.
All’avanguardia nello sfruttamento delle biomasse come fonte energetica, sono i Paesi del centro-nord Europa, che hanno installato grossi impianti di cogenerazione e teleriscaldamento alimentati a biomasse. La Francia, che ha la più vasta superficie agricola in Europa, punta molto anche sulla produzione di biodiesel ed etanolo. La Gran Bretagna ha sviluppato una produzione trascurabile di biocombustibili, ritenuti antieconomici nella situazione attuale, si è dedicata quindi allo sviluppo di un vasto sistema di recupero del biogas delle discariche, sia per usi termici che elettrici. La Svezia e l’Austria, che contano su una lunga tradizione di utilizzo della legna da ardere, hanno continuato ad incrementare tale impiego sia per il riscaldamento che per il teleriscaldamento.