I principali tipi di biomassa che vengono usate per fini energetici

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1 n 4 Fonti di energia da biomasse Queste fonti di energia, possono essere usate in forma di combustibile, per produrre energia, ma non sono di origine fossile, i rifiuti solidi urbani, devono essere processati in un digestore, ma non tutte le fonti di energia da biomassa devono essere processate in un digestore come nel caso della legna. Con le fonti di energia da biomassa, si può produrre calore ed elettricità, sostituendo i combustibili convenzionali, con biomassa, come la legna ed i sottoprodotti di colture biocombustibili, come il gas metano e il bio-olio. Ma il metano produce una certa quantità di emissioni inquinanti in fase di combustione, che possono contribuire al deterioramento dell ozono. I principali tipi di biomassa che vengono usate per fini energetici sono: Le colture energetiche sia arboree che erbacee. I residui agricoli, industriali, artigianali. I residui forestali, la legna da ardere. Le biomasse che sono coltivate per fini energetici sono divise in erbacee ed arboree e tra le colture erbacee ci sono il Sorgo da fibra, la Canna comune, il Miscanto. Le biomasse sono sempre state impiegate dall uomo con diverse finalità, l utilizzo delle biomasse a scopo energetico produce consistenti benefici: Benefici ambientali La biomassa produce benefici ambientali perché assorbe l anidride carbonica dall atmosfera durante la crescita e la restituisce all ambiente nel corso della combustione, che è una combustione che non contribuisce all effetto serra e le emissioni di inquinanti come gli acidi, gli ossidi di azoto, le polveri e i microinquinanti si possono controllare con l utilizzazione delle moderne tecnologie di combustione e depurazione dei fumi. Quando le biomasse sono utilizzate per sostituire il carbone e l olio combustibile, poiché hanno un basso contenuto di zolfo ed 95 Fonti di energia da biomasse

2 Fonti di energia da biomasse 96 altri inquinanti, e contribuiscono ad attenuare i fenomeni di acidificazione. Benefici occupazionali Le diverse fasi del ciclo produttivo del combustibile da biomassa, sia di origine forestale o agricola, contribuiscono a creare posti di lavoro favorendo la ripresa nei settori forestali ed agricoli. Si potrebbe avere un considerevole beneficio occupazionale, anche nell industria connessa alle tecnologie di conversione. Benefici per la politica energetica L energia delle biomasse vegetali contribuisce a ridurre la dipendenza dalle importazioni di combustibili fossili e a diversificare le fonti di approvvigionamento energetico oltre che al perseguimento degli obiettivi imposti nell ambito delle conferenze internazionali sul clima. Consente di ridurre le importazioni di combustibili fossili e diversificano le fonti di approvvigionamento energetico, ma ci sono dei fattori di natura tecnica che ostacolano lo sfruttamento delle biomasse per l uso energetico, dovuti alle fasi di approvvigionamento, di trasporto e di conversione. Ci sono diversi progetti di ricerca per eliminare questi ostacoli, ma rimangono da risolvere le difficoltà dovute al superamento delle barriere non-tecniche, attualmente il costo dell energia da biomassa è superiore a quello che deriva dalle fonti fossili. Se si applicano delle tecnologie che aumentano il rendimento della conversione in energia, si riducono i costi di investimento. 4.1 I biocarburanti I biocarburanti sono carburanti che si possono ottenere dalla lavorazione delle materie prime agricole, dalle biomasse e dal legno. Per queste ragioni i biocarburanti sono considerati una fonte d energia rinnovabile ed essi possono essere utilizzati in sostituzione del petrolio per alimentare motori, automobili e macchinari. Ma, le misurazioni di emissioni dei biocarburanti derivati dalla

3 colza e dal mais sono risultate causa di maggiori emissioni di gas serra rispettivamente di oltre il 70% e il 50% rispetto al petrolio e alla benzina, la Round Table on Sustainable Development dell Ocse, sull utilizzo dei biocarburanti, ha così concluso: la tanto ambita sostituzione dei carburanti fossili con quelli derivati dalla produzione agricola causerà una penuria di cibo e mangimi in tutto il mondo. Il Biodiesel e il Bioetanolo sono dei biocarburanti, il Bioetanolo è il sostituto vegetale della benzina, ed è molto diffuso in Brasile, dove sono attualmente vendute automobili in grado di essere alimentate sia a benzina sia a bioetanolo Il Biodiesel ha una viscosità simile a quella del gasolio per autotrazione, esso viene ottenuto per distillazione frazionata del petrolio grezzo. La sigla di identificazione delle miscele, è BD (analoga alla BA per le miscele contenenti bio-alcol), ed al Biodiesel puro viene assegnata la sigla BD100, alle miscele viene assegnato un numero, che corrisponde alla percentuale di biodiesel contenuto nella miscela, ad esempio, BD20 per un gasolio tagliato al 20% con biodiesel. Le specifiche internazionali standard per il biodiesel sono fissate nella norma ISO 14214; gli Stati Uniti fanno riferimento alla specifica ASTM D 6751; la Germania fa riferimento ad una apposita specifica DIN che identifica tre tipi di biodiesel: RME (esteri metilici dell olio di colza - DIN E 51606) PME (esteri metilici di soli oli vegetali - DIN E 51606) FME (esteri metilici di grassi vegetali e animali - DIN V 51606) Le specifiche fissano alcuni punti importanti nei processi di produzione del Biodiesel: Completezza della reazione Rimozione del glicerolo Rimozione del catalizzatore Rimozione degli alcoli Assenza di acidi grassi liberi Servendosi della gascromatografia, si può verificare la conformità a queste caratteristiche, il carburante che si ottiene secondo questi schemi standard qualitativi, risulta molto poco tossico; la 97 I biocarburanti

4 Fonti di energia da biomasse 98 dose letale 0 è maggiore di 50 ml/kg, ben dieci volte superiore a quella del sale da cucina. Il biodiesel può essere mescolato con il gasolio, in ogni proporzione ed impiegato nei moderni motori diesel, anche se alcuni autoveicoli possono subire una degradazione dei tubi e dei giunti in gomma, a causa del maggior potere solvente del biodiesel rispetto al gasolio tradizionale. La gomma sciolta dal biodiesel, può formare depositi o intasare le linee dell alimentazione del veicolo, con l adozione di gomme più resistenti nei veicoli di recente fabbricazione (dal 1992 in poi) dovrebbe aver risolto questo inconveniente, senza contare che il maggior potere solvente del biodiesel aiuta a mantenere pulito il motore sciogliendo residui eventualmente presenti. In conclusione, i principali biocarburanti sono: il biodiesel, che sostituisce il gasolio; il bioetanolo (o etanolo), che sostituisce la benzina. I biocarburanti sono davvero una valida alternativa alla benzina e al gasolio? Gli esperti che ancora pochi anni fa ne erano convinti, hanno fatto marcia indietro. Dopo il rincaro delle derrate alimentari in tutto il mondo, l euforia dei bio-carburanti sembra ormai passata. 4.2 La digestione anaerobica Con la digestione anaerobica, si ottiene la demolizione, con dei micro-organismi, di sostanze organiche complesse, come i lipidi, i protidi, i glucidi che sono contenute nei sottoprodotti animali e nei vegetali, la digestione anaerobica produce un gas che è costituito per il 50/70% da metano e per la restante parte di anidride carbonica. Procedendo in tal modo, viene prodotto un biogas, che dopo essere raccolto, essiccato e compresso, può essere immagazzinato in forma di combustibile per alimentare il processo di bioconversione, nonché per alimentare le caldaie a gas per produrre energia elettrica o calore. Al termine del processo di fermentazione, i principali elementi

5 nutritivi, quali l azoto, il fosforo e il potassio, si conservano integri, favorendo la mineralizzazione dell azoto organico, che diventa un ottimo fertilizzante. L alimentazione degli impianti a digestione anaerobica, può essere realizzata tramite residui ad elevato contenuto di umidità, come le deiezioni animali, i reflui civili, i rifiuti alimentari e la frazione organica dei rifiuti solidi urbani. Nelle discariche opportunamente attrezzate, puo essere raccolto solo il 30/40% del gas generato, la parte rimanente viene dispersa in atmosfera, ma il biogas è in gran parte costituito da metano, che è un gas serra che ha un effetto venti volte maggiore rispetto a quello dell anidride carbonica, quindi, le emissioni inquinanti del biogas, non sono tollerabili. Invece, quando la decomposizione viene ottenuta, per mezzo di una digestione anaerobica nei digestori chiusi, tutto il gas prodotto viene raccolto, per essere usato come combustibile La digestione anaerobica, può essere divisa in quattro stadi: l lidrolisi l acidogenesi l acetogenesi la metanogenesi 99 La digestione anaerobica

6 100 Fonti di energia da biomasse Nell idrolisi le molecole organiche sono scisse in composti più semplici, come i monosaccaridi, gli amminoacidi e gli acidi grassi. Nell acidogenesi avviene un altra scissione in molecole molto più semplici, come gli acidi grassi volatili con la produzione di ammoniaca, anidride carbonica ed acido solforico. Nell acetogenesi, le molecole semplici che sono ottenute nel precedente stadio, vengono digerite e producono biossido di carbonio, idrogeno e principalmente acido acetico. Con la metanogenesi si ha la produzione di metano, biossido di carbonio ed acqua. La digestione anaerobica può essere effettuata sia a umido che a secco, la digestione a secco si riferisce a miscele di materiale con contenuto minimo in solidi del 30%, mentre la digestione a umido si riferisce a miscele con un minimo del 15% di contenuto in solidi. I sottoprodotti della digestione anaerobica sono: il biogas, il digestato acido genico e il digestato metano genico. 4.3 Il biogas Il biogas, è un sottoprodotto della digestione anaerobica, ed è una miscela gassosa, composta prevalentemente da metano ed anidride carbonica, ma che contiene anche una piccola quantità di idrogeno e occasionalmente tracce di acido solfidrico. L elettricità che viene prodotta dalla digestione anaerobica, viene considerata una forma di energia verde, perchè il gas non viene rilasciato direttamente nell atmosfera e l anidride carbonica deriva da fonte organica caratterizzata da un breve ciclo del carbonio, il biogas con la sua combustione non contribuisce all aumento delle concentrazioni atmosferiche di anidride carbonica, per cui, viene considerato una fonte energetica a basso impatto ambientale. La produzione di biogas non avviene in modo costante, durante il processo della digestione anaerobica; il livello massimo viene raggiunto durante la fase centrale del processo. Nelle prime fasi della digestione la produzione di biogas è minore, perché i batteri non si sono ancora riprodotti abbastanza. Verso le

7 101 fasi finali, restano solo i materiali più difficilmente digeribili, con una conseguente diminuzione della quantità di biogas prodotto. Il secondo sottoprodotto della digestione anaerobica è il digestato acidogenico, che è un materiale organico stabile composto prevalentemente da lignina e cellulosa, ma anche da una varietà di componenti minerali e da una matrice di cellule batteriche morte; possono essere presenti anche alcune materie plastiche. Il terzo sottoprodotto della digestione anaerobica è il digestato metanogenico e, in relazione alla qualità del materiale sottoposto a digestione, può rappresentare un fertilizzante eccellente e ricco di nutrienti. Quando il materiale digerito, ha poche sostanze tossiche, come i metalli pesanti, od i composti organici di sintesi, come è il caso dei fitofarmaci o i bifenili policlorurati, la digestione può concentrare queste sostanze nella fase liquida. In questi casi sono necessari ulteriori trattamenti appropriati. In casi estremi, e in particolare riguardo alle acque degli scarichi industriali, i costi di abbattimento dei tossici e i rischi ambientali possono superare il vantaggio nel produrre biogas. L etanolo o alcol etilico, può essere ricavato dalla fermentazione di vegetali ricchi di zuccheri, come le barbabietole, il mais e la canna da zucchero, l etanolo può essere utilizzato come combustibile per i motori a scoppio sostituendo la benzina, in particolare ciò avviene in Brasile, il biodiesel lo si ottiene dalla spremitura delle oleaginose (colza, soia, girasole). Gli svantaggi sono: la sua tensione di vapore è bassa, quindi, è un combustibile non adatto ai climi freddi; problemi di autoaccensione; le guarnizioni e le tubazioni rischiano un aggressione chimica se non sono adeguatamente trattate, anche i condotti di Il biogas

8 102 Fonti di energia da biomasse alluminio subiscono un deterioramento precoce se non sono trattati. 4.4 Vantaggi e svantaggi nell uso del biogas Nel caso del biogas, i suoi vantaggi principali sono: Bassi livelli di emissioni di sostanze nocive per la salute e per l ambiente. Riduzione dei gas serra fino al 100%. Gli svantaggi nell uso del biogas, sono: l opinione pubblica non è informata correttamente; è molto limitato per produrre una quantità di elettricità su scala globale; bassa densità energetica, dovuta ad una elevata dispersione sul territorio delle biomasse; le procedure autorizzative, sono lente e complicate.