Biomassa per produzione di energia

bIOMASSA

Con il termine biomassa si intende la materia organica derivante dall’attività fotosintetica direttamente (materiale di origine vegetale) o indirettamente (prodotti di origine animale); essa costituisce quindi una forma di accumulo dell‘energia solare che può essere convertita in altre forme di energia (termica, meccanica, elettrica).

sOSTITUZIONE DI COMBUSTIBILI FOSSILI

Nell‘ampio quadro delle opportunità̀ derivanti dalle fonti energetiche rinnovabili, l’utilizzo delle biomasse di origine agro-forestale rappresenta uno degli strumenti chiave per la strategia di riduzione delle emissioni di gas climalteranti. Un sistema energetico basato sulla totale o parziale sostituzione dei combustibili fossili con le biomasse, contribuisce infatti alla riduzione complessiva delle emissioni in atmosfera di anidride carbonica (CO₂), gas responsabile in gran parte del fenomeno dell’effetto serra.

sOTTRAZIONE DI CO₂ all’ambiente

Questo è essenzialmente legato al fatto che la quantità di CO₂ sottratta dagli organismi vegetali per produrre le biomasse è pari a quella che viene restituita nel loro successivo utilizzo energetico.

Anche se si considerano gli input energetici – derivanti in buona parte da combustibili fossili – connessi alle diverse fasi della catena di produzione e di approvvigionamento (raccolta, trasporto, stoccaggio) delle biomasse ad uso energetico, il bilancio rispetto alle emissioni di CO₂ è generalmente ampiamente positivo. Ai vantaggi di natura ambientale si aggiungono quelli di natura economica e sociale, grazie allo sviluppo di filiere agro-energetiche finalizzate alla valorizzazione di risorse locali.

Tipi di biomasse

Le biomasse destinabili alla produzione di energia possono derivare da diverse attività del settore primario e secondario (residui organici) oppure da specifiche coltivazioni sia terrestri (arboree, erbacee), sia acquatiche (specie algali). I loro prodotti energetici (solidi, liquidi, gassosi) vengono genericamente definiti biocombustibili, mentre con il termine biocarburante si intende un biocombustibile liquido – come il bioetanolo e il biodiesel – o gassoso (biometano) che può essere impiegato, in alternativa al combustibile fossile (gasolio, benzina), nei motori a combustione interna per l’autotrazione.

la conversione delle biomasse in energia

La conversione energetica delle biomasse avviene a mezzo di soluzioni tecnologiche che si basano su processi termochimici, biologici oppure fisico-chimici. La scelta del processo di conversione più idoneo dipende dalle proprietà fisiche (tenore di umidità, potere calorifico,..) e chimiche (composizione della sostanza secca, contenuto di carbonio – C – e azoto – N,..) del materiale organico considerato. In termini generali, i substrati con un tenore di umidità inferiore al 30-35%, ricchi di glucidi strutturali (emicellulose, cellulose, lignina), come i derivati delle biomasse legnose (legna da ardere, pellet, cippato), possono essere convenientemente utilizzati nei processi di tipo termochimico; se i componenti organici predominanti sono i carboidrati non strutturali (amidi e zuccheri semplici) e il contenuto di umidità è maggiore del 30-35%, il prodotto è adatto per trasformazioni di tipo biologico.

Processi di conversione

I processi di conversione termochimica sono basati sull’azione del calore, che permette lo svolgersi delle reazioni chimiche necessarie a trasformare la materia in energia; comprendono la combustione (ossidazione completa di una sostanza che brucia in presenza dell’ossigeno contenuto nell’aria che agisce da comburente), la gassificazione (ossidazione incompleta dei composti carboniosi in ambiente carente di ossigeno) e pirolisi (l’ossigeno è utilizzato esclusivamente per l’avvio della reazione). Dal punto di vista termodinamico, la combustione è la conversione dell’energia chimica immagazzinata nelle molecole organiche in energia termica. Quest’ultima può essere destinata all’utilizzo diretto e/o alla produzione di energia elettrica. I processi di gassificazione e di pirolisi danno origine a biocombustibili sia gassosi (syngas), sia liquidi (bio-oil) che solidi (char), in proporzioni e con caratteristiche diverse in relazione alla tipologia di biomassa utilizzata per alimentare gli impianti e ai parametri di processo (durata, temperatura e pressione, quantità di ossigeno, …).

conversione biologica delle masse

I sistemi di conversione biologica permettono di ricavare energia grazie all’azione di particolari enzimi e di gruppi microbici specializzati, che si sviluppano a spese dei substrati organici in particolari condizioni di processo. In questo ambito, riveste particolare rilevanza per il comparto agricolo la digestione anaerobica di reflui zootecnici, produzioni erbacee e scarti dell’agroindustria per la produzione di biogas, costituito per il 50-70% da metano (CH₄) e avente un potere calorifico medio dell’ordine di 23 MJ/Nm³. Attualmente, grazie agli strumenti di incentivazione emanati a livello nazionale, la valorizzazione energetica del biogas interessa principalmente la produzione combinata di energia termica ed elettrica (cogenerazione). Una tecnologia promettente, già diffusa in diversi Paesi Europei, riguarda la purificazione e l’upgrading del biogas a biometano, un biocombustibile con caratteristiche analoghe a quelle del gas naturale (contenuto di CH₄ superiore al 95% in volume) che può essere utilizzato ai fini dell’autotrazione e/o per la produzione di energia termica in ambito civile ed industriale. La fermentazione alcolica è un altro tipo di trasformazione biologica, grazie al quale gruppi microbici (in particolare lieviti della specie Saccharomyces cerevisiae) – mediante processi più o meno complessi – trasformano i carboidrati semplici in bioetanolo.

conversione fisica

La conversione fisica è un processo di spremitura meccanica delle biomasse ad alto contenuto di olio (sostanze lipidiche). L’olio vegetale così ottenuto, può̀ essere utilizzato direttamente come biocarburante o essere trattato chimicamente per ottenere un prodotto (biodiesel) utilizzabile con maggior facilità e flessibilità̀ in successivi dispositivi di conversione energetica (combustione in cogeneratori o nei motori da autotrazione).

il mercato dei biocombustibili in continua espansione

La produzione di biocombustibili è in continuo aumento e secondo l’International Renewable Energy Agency (IRENA, 2014) entro il 2030 essi potranno essere in grado di soddisfare circa il 22% della richiesta mondiale di energia. Le prospettive di un loro futuro impiego su larga scala sono, tuttavia, strettamente legate allo sviluppo di filiere agro-energetiche basate su tecnologie efficienti e rispettose dell’ambiente. In particolare, nei processi di conversione termochimica, le emissioni di potenziali inquinanti atmosferici quali polveri sottili, ossidi di azoto (NO_X) e di zolfo (SOx), possono essere significative e vanno evitate adottando idonee strategie e tecniche di abbattimento. Occorre inoltre considerare il valore dei residui e degli effluenti derivanti dai processi di conversione, soprattutto in relazione al loro potenziale reimpiego in agricoltura (fertilizzanti) e nel settore zootecnico (alimenti destinati al bestiame).