BIOMASSA: Aspetti chimico-fisici della combustione delle biomasse. Riccardo Ceccato. Dipartimento di Ingegneria Industriale Università di Trento

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Fabrizio Gasparini
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1 BIOMASSA: OPPORTUNITA PER LO SVILUPPO SOSTENIBILE? VENERDI 5 GIUGNO 2015 TAIO (TN), SALA CONVEGNI C.O.CE.A. Aspetti chimico-fisici della combustione delle biomasse Riccardo Ceccato Dipartimento di Ingegneria Industriale Università di Trento

2 Per biomassa si intende qualsiasi sostanza di matrice organica, vegetale o animale, destinata a fini energetici o alla produzione di ammendante agricolo. Definizione di biomassa

3 Biomassa legnosa LE FONTI PRIMARIE Prodotti e scarti agro-forestali Coltivazioni energetiche di cedui a corta rotazione LE FONTI SECONDARIE Scarti delle lavorazioni artigianali, industriali e agroindustriali

cedui a corta rotazione LE FONTI SECONDARIE Scarti

4 Produzione di biomassa Fonte: ARPAV Veneto Type of Biomass Quantity per annum (million ton) Empty Fruit Bunch 15.8 Mesocarp Fiber 9.6 Shell 4.7 Trunk 8.2 Fronds 12.9 Fonte: Malysian Palm Oil Board

5 Composizione elementare della biomassa

6 Composizione chimica Estratti: terpeni, grassi, cere e fenoli (organici); tannini (acqua) Elementi inorganici (ceneri): Si, K, Na, S, Cl, P, Ca, Mg, Fe

7 Composizione chimica cellulosa lignina emicellulosa

8 Trattamenti sulla biomassa

9 Trattamenti sulla biomassa

10 Dal legno al combustibile Le più diffuse trasformazioni del legno in biocombustibili sono: LEGNA IN PEZZI CIPPATO PELLET

11 Poteri calorifici a confronto Fonte: Zanichelli 2012

12 Combustione del legno Reazione esotermica di ossidoriduzione. Considerando una combustione completa per la parte idrocarburica, la reazione può esser scritta come: (C6H10O 5 ) n H 2 O + 6nO2 6nCO2 + 6nH2O In realtà la presenza di sostanze derivanti da altri costituenti e a seguito di una combustione incompleta porta a: CO e nerofumo, COV e IPA: CMHM+YO2 2yCO + (n/2)h2 + (m-2y)c Produzione di: N2(g)+O2(g) 2NO(g) NO(g)+(1/2)O2(g) NO2(g) S+O2 SO2

) n H 2 O + 6nO2 6nCO2 + 6nH2O In realtà la presenza di sostanze derivanti da altri costituenti e a seguito di

13 Fasi della combustione In funzione di stato fisico combustibile/comburente e della temperatura, si possono riconoscere le seguenti fasi: Riscaldamento del solido Essiccamento devolatilizzazione (pirolisi) formazione di char Pirolisi dei componenti volatili Combustione primaria in fase gas Combustione secondaria eterogenea gas-solido

Essiccamento devolatilizzazione (pirolisi) formazione di char Pirolisi dei

14 Pirolisi della cellulosa

15 Pirolisi dell emicellulosa

16 Pirolisi della lignina

17 Caldaie a biomassa CALDAIA A LEGNA CALDAIA A PELLET/CIPPATO Fornitura mezzo ossidante in eccesso Adeguato tempo di permanenza Elevata temperatura di combustione: C Elevata turbolenza: mescolanza gas combustibili - aria

Adeguato tempo di permanenza Elevata temperatura di

18 Combustione della biomassa: emissioni

19 Limiti alle emissioni da biomassa

20 Livelli di emissione nelle moderne caldaie a biomassa CO e COV nettamente inferiori in caldaie a pellet e cippato Impiegando biomasse legnose vergini, minori valori di NO X PM dipende molto dal livello tecnologico della caldaia e dal sistema di filtrazione Caldaie di maggiore taglia: emissioni minori Emissioni fortemente influenzate dal contenuto idrico del combustibile Fonte: TFZ, Straubing 2006

livello tecnologico della caldaia e dal sistema di filtrazione Caldaie di maggiore taglia:

21 Biomasse e combustibili fossili a confronto

22 Confronto energetico Fonte: Corpo Forestale dello Stato Fonte: AIEL

23 Confronto economico Costi specifici ( /kw) per diverse tipologie d impianto Fonte: FNR, Gülzow

24 Confronto ambientale Fonte: TFZ, Straubing, 2010 Fonte: D. Dell Antonia, 2010

25 Particolato emesso Distribuzione granulometrica polveri da stufa a pellet Distribuzione aria ambiente Distribuzione fase di accensione Distribuzione marcia normale Concentrazioni polveri: Avviamento: circa 5 mg/m 3 esercizio stabile: <1 mg/m 3 distribuzione granulometrica: circa nm

26 Conclusioni e sviluppi Ampia disponibilità di biomassa Economicità della materia prima (nel luogo di produzione) Ampia varietà di composizione Efficienza dei processi di combustione Caratteristiche delle emissioni Produzione di polveri (particolato) Sistemi di abbattimento specifici Ringraziamenti - W. Tirler Eco research - S. Perenzin - M.Taddei - J. Misuraca

27 Grazie per l attenzione Riccardo Ceccato Dipartimento di Ingegneria Industriale Università di Trento

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