La biomassa

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Data:	28.04.2005
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LA BIOMASSA
Introduzione: Per “biomassa” s’intende tutto ciò che ha matrice organica e che, essendo ad alto contenuto di carbonio, è perciò portatore di una grande energia chimica che si sprigiona nella combustione. Le principali tipologie di biomassa sono ad ogni modo residui forestali, scarti dell’industria di trasformazione del legno, scarti delle aziende zootecniche e rifiuti solidi urbani.
Storia della biomassa: Il sole è la fonte energetica che alimenta la vita sulla terra: esso dà vita alle piante che diventano cibo per gli animali e, attraverso le differenze di temperatura, dà origine al vento, alla pioggia ed alle onde.
L’uomo ha adattato il suo stile di vita alla disponibilità del sole. Per ovviare alla discontinuità dell’irraggiamento solare nel passato si migrava alla ricerca di climi più caldi.
L’invenzione più importante nella storia dell’umanità è stata la scoperta del fuoco perché, attraverso la combustione del legno, fornisce la luce se è buio, riscalda se fa freddo, protegge dagli animali predatori e permette di cuocere i cibi.
Nel corso dell’evoluzione l’uomo ha continuato a sviluppare le tecniche della combustione imparando a cuocere l’argilla e fondere i metalli, producendo utensili sempre più sofisticati, ma il legno rimaneva comunque la materia prima più utilizzata.
Le deforestazioni più importanti sono avvenute nei secoli a cavallo del primo millennio e hanno prodotto un danno ecologico permanente su intere regioni della terra.
Fino al XVIII secolo le uniche forme di energia meccanica usate erano il vento e l’acqua (grazie ai mulini); con l’invenzione della macchina a vapore divenne possibile ottenerla bruciando legno.
L’esigenza di sempre maggiori quantità di combustibile spinse l’uomo ad utilizzare le risorse non rinnovabili della terra (carbone, petrolio etc.) immagazzinate per milioni di anni nel sottosuolo e ritenute infinite: è sull’utilizzo di queste fonti di energia che si è costruita la Rivoluzione industriale.
Il progressivo miglioramento delle tecniche di combustione ha permesso di ottenere grandi quantità di energia in modo costante; ciò ha reso possibile creare negli edifici un comfort artificiale senza dipendere dal ciclo discontinuo del sole. In questo modo l’uomo e l’architettura hanno cominciato ad allontanarsi dalla natura senza neppure accorgersene.
Le fonti di biomassa:
Sulla Terra ci sono molti esseri viventi e molto materiale organico (cioè proveniente da esseri viventi): tutto ciò può essere considerato fonte di biomassa.
Le piante costituiscono la fonte più comune di biomassa. Sono state utilizzate sotto forma di legno, torba e paglia per migliaia di anni, ma oggi il mondo occidentale fa molto meno affidamento su questo combustibile ad alto potere energetico. Questo dipende dall’opinione generale che il carbone, il petrolio o l’energia nucleare siano più puliti, più efficienti e maggiormente in linea con il progresso e la tecnologia. Tuttavia quest’opinione non è corretta. Le piante possono essere coltivate appositamente per la produzione di energia o possono essere raccolte dall’ambiente naturale. Nella foto è rappresentata una foresta pluviale; questi ecosistemi tropicali sono specializzati nella produzione di una vasta quantità di biomassa da un suolo povero.
Le piantagioni di solito usano tipi di piante capaci di produrre una gran quantità di biomassa in tempi brevi e in modo sostenibile. Si può trattare di alberi (come pini ed eucalipti) o altre piante a crescita veloce (come canna da zucchero, mais o soia).
Possono essere usati per la produzione di energia anche rifiuti industriali che contengono biomassa. Ad esempio, la melma che resta dalla produzione di alcolici (nota come vinaccia) può essere lavorata per produrre gas infiammabile. Altri rifiuti utili comprendono gli scarti della produzione di cibi e la lanugine dall’industria tessile e cotoniera.
I rifiuti agricoli, infine, sono una fonte potenziale di grandi quantità di biomassa. Essi comprendono gli scarti dei raccolti (tra cui quelli della selvicoltura), le produzioni danneggiate o in eccesso e lo sterco animale. Se i residui e gli scarti di produzione di canna da zucchero, selvicoltura e grano, oltre al letame, fossero convertiti in energia, si potrebbe soddisfare con essi il 30% della richiesta mondiale.
Come la biomassa può diventare una fonte di energia:
Il modo più semplice per estrarre energia dalla biomassa è darle fuoco. Nel Terzo Mondo questo uso della biomassa non è controllato e costituisce certamente una grossa porzione dell’energia prodotta da biomassa nel mondo, la quale costituisce il 15% dei consumi energetici mondiali. Un problema che presenta questo sistema è la sua poca efficienza. Con un fuoco aperto, infatti, la maggior parte dell’energia termica prodotta (il calore) viene sprecata, piuttosto che essere utilizzata per cuocere o per altri scopi. Un modo di migliorare l’efficienza del focolare, nei paesi in via di sviluppo, è la costruzione di cucine con fango e pezzi di ferro. Nella figura sotto puoi vedere un esempio di cucina molto efficiente.

Tuttavia, bruciare la biomassa non è l’unico modo di trarne energia, ma si può procedere anche per gassificazione o fermentazione.
Gassificazione
Questo processo produce una mistura gassosa infiammabile di idrogeno, monossido di carbonio e metano, oltre ad altri prodotti non infiammabili. Questo risultato viene ottenuto in parte bruciando la biomassa e in parte facendola cuocere (utilizzando il calore della combustione parziale) in presenza di carbone (un sottoprodotto naturale della combustione di biomassa). Il gas così ottenuto può essere usato per esempio al posto della benzina e riduce la potenza di uscita dell'autoveicolo del 40%. È possibile che in futuro questo carburante divenga una tra le fonti di energia principali per gli impianti elettrici.
Fermentazione
Per ottenere energia dalla biomassa attraverso la fermentazione esistono due diversi modi.
Il primo consiste nell’aggiungere un opportuno “cocktail” di batteri alla biomassa ed acqua in un contenitore sigillato (in modo che non vi entri ossigeno). Il prodotto della fermentazione è principalmente metano (un gas infiammabile, lo stesso che si usa per il riscaldamento e la cucina in casa), un eccellente combustibile. Questo processo elimina la biomassa dall’acqua e può quindi essere utilizzato anche in un impianto di depurazione.
Se la biomassa usata proviene invece da (o può essere trasformata in) zucchero, allora si può aggiungere lievito. La fermentazione che segue produce alcool, che è un combustibile ad alto potere energetico e quindi molto indicato per alimentare autoveicoli.
I lati positivi della biomassa rispetto alle fonti energetiche non rinnovabili:
La combustione delle risorse energetiche non rinnovabili ha introdotto un nuovo problema, quello dell’inquinamento.
Al contrario, la combustione del legno o delle biomasse causa un inquinamento ambientale ridotto, essenzialmente anidride carbonica: questo non rappresenta un problema se l’impianto di produzione di energia da biomassa viene costruito presso grandi distese di aree verdi (altre piante che, attraverso la fotosintesi clorofilliana, l’assorbono producendo l’ossigeno utile a noi).
Col passare del tempo, il legno venne sostituito anche come materiale da costruzione, soppiantato da materiali apparentemente più efficienti ed inesauribili, quali sono il calcestruzzo, l’acciaio, l’alluminio, la plastica ecc. Si ipotizzò che il non utilizzo del legno avrebbe contribuito a proteggere l’ambiente naturale, mentre invece si cominciò a danneggiarlo più gravemente. La produzione e lavorazione dei nuovi materiali da costruzione richiedono però un consumo di energia molto più elevato, detta energia di produzione. Le fonti energetiche non rinnovabili, inoltre, richiedono maggior energia nel processo di produzione, di trasporto e di distribuzione: la somma di queste perdite nella trasformazione viene chiamata energia grigia.
Una volta utilizzato come materiale da costruzione, infine, il legno ha una vita che varia da pochi anni a molti secoli, durante i quali non perde il proprio contenuto energetico; potendo essere rimosso e sostituito si deve considerare una riserva nascosta di liquidità energetica.
Qualche dato più preciso: Una pianta nel corso della sua vita accumula energia e CO2, richiede poca energia di produzione come materiale da costruzione e costa poca energia grigia se utilizzato come combustibile. Un metro cubo di legno assorbe, durante la sua crescita, 1.000 Kg di Biossido di carbonio (CO2); dopo circa 50 anni un albero costituisce una buona riserva di Carbonio ma una volta che questa è ultimata inizia ad assorbire sempre meno CO2 e a produrre meno Ossigeno (O2). Diventa inoltre più vulnerabile ad insetti, funghi e soggetto a facile rottura; la sua funzione di collettore biologico si fa sempre più ristretta, quindi un albero non più efficiente biologicamente deve essere abbattuto.
Dal punto di vista energetico un metro cubo di legno può essere convertito in 2500 kWh, mentre se utilizzato come materiale da costruzione circa il 75% può essere tagliato in legni squadrati, mentre il restante 25% di scarto può essere utilizzato come combustibile ottenendo 625 kWh.
Per abbattere, trasportare, segare e piallare un metro cubo di legno occorrono circa 660 kWh di energia, dei quali 200 kWh per il processo meccanico e il resto usato termicamente per l’essiccazione. Ciò significa che utilizzando l’energia contenuta negli scarti per alimentare il processo di produzione e lavorazione, il bilancio energetico è quasi in pari.
Se poi si considera che la maggior parte del processo di essiccazione può essere effettuato impiegando tecnologie solari, il bilancio diventa attivo.
I rischi derivanti dall’uso della biomassa per produrre energia:
Quando la biomassa è riconosciuta come la principale risorsa energetica di una regione, diviene difficile fornire sufficiente materia prima. Questo è vero sia se parliamo di una grossa centrale elettrica che di migliaia di cucine a legna. Se la risorsa (la vegetazione locale o i rifiuti organici) non è gestita ed utilizzata in modo efficiente, presto essa sparirà. Una gestione efficiente significa anche assicurarsi che la biomassa non venga utilizzata ad un ritmo maggiore di quello della sua crescita. Significa ancora massimizzare la produzione di biomassa (ad esempio ripiantando le foreste tagliate). Se questo non avviene, ne risulta la deforestazione.
Vantaggi della biomassa
Svantaggi della biomassa
• È molto abbondante, se ne trova prati- camente dappertutto sotto le più sva- riate forme
• Per ottenere alta qualità e rendimento sono necessarie tecnologie avanzate che ancora scarseggiano
• Grazie alla possibilità di rimboschi- mento, è rinnovabile
• V’è carenza di un preciso piano opera- tivo nel settore
• È facilmente convertibile in combusti- bili ad alto potere energetico quali l’alcool ed il gas
• Gli attuali strumenti di mercato sono inadeguati
• È economica
• Le procedure autorizzate sono anche molto travagliate
• Con la sua produzione si possono rigenerare aree disboscate
• Può sfruttare le zone inutilizzate dell’agricoltura e creare occupazione che non richiede specializzazione nelle comunità rurali
• Se prodotta da risorse rinnovabili (piante), non provoca un aumento dei livelli di CO2 (per la fotosintesi)
• Produce pochissimo zolfo, riducendo così la produzione delle piogge acide
In conclusione, la biomassa è una fonte di energia ancora agli albori, che ha bisogno di essere conosciuta di più (gran parte dell’opinione pubblica ne ignora addirittura l’esistenza), ma che offre comunque grandi prospettive per quanto riguarda l’inquinamento - che conoscerebbe, con un più largo utilizzo della biomassa come fonte di energia, un forte calo.