Energia dalle biomasse

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1 Energia dalle biomasse

2 Cosa si intende per biomassa? Si definisce biomassa qualsiasi sostanza di matrice organica, vegetale o animale, che non ha subito alcun processo di fossilizzazione, utilizzata per: la produzione di energia la produzione di ammendante agricolo Sono biomasse: Tutti i prodotti delle coltivazioni agricole e della forestazione I residui delle lavorazioni agricole e gli scarti dell'industria agro-alimentare Le alghe I reflui zootecnici La frazione organica dei rifiuti solidi urbani

3 Energia nelle biomasse Nelle biomasse vegetali, che costituiscono circa il 90% delle biomasse totali, l energia solare si accumula sotto forma di energia chimica mediante la fotosintesi clorofilliana. 6 CO H 2 O kcal/mol C 6 H 12 O O 2

4 Quali sono le fonti energetiche rinnovabili? Sono da considerarsi energie rinnovabili quelle forme di energia generate da fonti che per loro caratteristica non sono "esauribili" nella scala dei tempi "umani" e, per estensione, il cui utilizzo non pregiudica le risorse naturali per le generazioni future Secondo l IEA (International Energy Agency), le fonti energetiche rinnovabili possono essere raggruppate nelle seguenti categorie: Biomasse, biocombustibili e rifiuti: biomassa solida, prodotti animali, gas/liquidi da biomassa, rifiuti solidi urbani (frazione organica); Energia idraulica Fonti alternative o nuove: energia geotermica, energia solare (termico e fotovoltaico), energia eolica, energia delle maree, delle onde e degli oceani.

5 Energia del sole attraverso la biomassa

6 Energia dalle biomasse La biomassa può essere usata per produrre energia (bioenergia): per combustione diretta per conversione in altri tipi di combustibili, solidi, liquidi o gassosi, attraverso processi termo-chimici e biochimici.

7 Processi biochimici I processi di conversione biochimica delle biomasse si distinguono in digestione aerobica e anaerobica in cui enzimi,funghi e altri microrganismi formatisi nel materiale contribuiscono a questo processo. I materiali compatibili alla conversione biochimica hanno un rapporto C/N inferiore a 30 e umidità superiore al 30%; essi sono: Colture acquatiche. Sotto prodotti agricoli e industriali. Reflui zootecnici. Frazione organica dei rifiuti urbani.

8 Cosa si intende per digestione anaerobica? La digestione anaerobica (DA) è un processo di decomposizione biologica dei liquami organici di origine animale. Dalla digestione anaerobica dei liquami animali, spesso in codigestione con colture energetiche e/o scarti organici agro-industriali, ma anche FORSU (frazione organica dei rifiuti solidi urbani), si ottiene biogas, grazie all azione di batteri già presenti nella massa organica. Il biogas è composto per il 50-80% da metano e per il resto da anidride carbonica, ha un potere calorifico compreso tra kcal/m 3 e può essere utilizzato per: combustione diretta in caldaia, con produzione di sola energia termica; combustione in motori azionanti gruppi elettrogeni per la produzione di energia elettrica; combustione in cogeneratori per la produzione combinata di energia elettrica e di energia termica; autotrazione come metano al 95% dopo purificazione.

9 Fasi della digestione anaerobica 1. batteri idrolitici: spezzano le macromolecole biodegradabili in sostanze più semplici 2. batteri acidogeni: utilizzano i prodotti di degradazione dei batteri idrolitici e producono acidi organici a catena corta 3. batteri acetogeni: utilizzano i prodotti dei batteri acidogeni dando luogo ad acetato, idrogeno ed anidride carbonica 4. batteri omoacetogeni: utilizzano anidride carbonica ed idrogeno per sintetizzare acetato batteri metanigeni acetoclastici: utilizzano acido acetico per produrre metano ed anidride carbonica batteri idrogenotrofi: utilizzano anidride carbonica e idrogeno per produrre metano

10 Applicazioni della digestione anaerobica Gli impianti utilizzati per la digestione del materiale organico, digestori, si dividono in 2 tipologie. Digestori continui: si avvalgono di un sistema di dispositivi meccanici e idraulici che bilanciano i flussi in entrata e in uscita, mantenendo costante il volume all interno del reattore. Digestori discontinui, batch : reattori impiantisticamente più semplici, ma che hanno lo svantaggio di emettere odori e di possedere cicli di svuotamento problematici. La scelta dell uno o dell altro dei processi possibili e delle diverse configurazioni impiantistiche dipende essenzialmente delle caratteristiche del substrato da trattare.

11 Digestore batch Digestore continuo

12 Cosa si intende per digestione aerobica? La digestione aerobica consiste nella degradazione della frazione organica che ha come prodotto composti chiamati humus: una famiglia di composti che comprendono acidi umici e fulvici. Tuttavia questo processo non porta alla formazione di biogas ma solo alla genesi del compost utile come ammendamnte agricolo.

13 Processi termochimici: I processi di conversione termochimica sono basati sull'azione del calore che permette le reazioni chimiche necessarie a trasformare la materia in energia e sono utilizzabili per i prodotti ed i residui cellulosici e legnosi in cui il rapporto C/N abbia valori superiori a 30 ed il contenuto di umidità non superi il 30%. 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 ligno-cellulosico (paglia di cereali, residui di potatura della vite e dei fruttiferi, ecc.) e taluni scarti di lavorazione (lolla, pula, gusci, noccioli, ecc.).

14 Classificazione dei processi termochimici Processi Termochimici Eccesso di aria Difetto di aria Senza aria Combustione Gasificazione Pirolisi e processi idrotermici CALORE GAS COMBUSTIBILE LIQUIDI

15 GASIFICAZIONE La gasificazione della biomassa significa combustione incompleta della biomassa con produzione di gas combustibile costituito essenzialmente da: Ossido di carbonio (CO) Idrogeno (H 2 ) Tracce di metano (CH 4 ) Questo gas può essere usato per: macchine a combustione interna in sostituzione di olio combustibile Produrre metanolo

16 Tipi di Gasificatori Ci sono tre tipi di gasificatori: Downdraft (a flusso discendente) Updraft (a flusso ascendente) Crossdraft (a flusso incrociato)

17 Tipi di Gasificatori flusso ascendente flusso discendente flusso incrociato

18 Pirolisi La pirolisi è un processo di decomposizione termochimica di materiali organici, ottenuto mediante l applicazione di calore in completa assenza di un agente ossidante (normalmente ossigeno). In pratica mentre riscaldando il materiale in presenza di ossigeno avviene una combustione che genera calore e produce composti gassosi ossidati, effettuando invece lo stesso riscaldamento in condizioni però di assenza totale di ossigeno il materiale subisce la scissione dei legami chimici originari con formazione di molecole più semplici.

19 Cosa sono i biocarburanti? I biocarburanti sono carburanti ottenuti dalla trasformazione di alcune materie prime agricole, dalle biomasse e dal legno. I biocarburanti possono essere utilizzati in aggiunta o sostituzione dei combustibili da petrolio per alimentare motori, automobili e macchinari. Le materie prime da cui si ricavano i biocarburanti sono prodotti agricoli ottenuti per consumo di CO2 atmosferico: le piante utilizzano l energia solare per trasformare biossido di carbonio ed acqua in zuccheri ed ossigeno mediante la sintesi clorofilliana.

20 Che cos è il Biodiesel? Il Biodiesel, un prodotto naturale scoperto da Rudolf Diesel nel 1898, viene utilizzato come carburante e come combustibile nei riscaldamenti. E una fonte di energia rinnovabile e biodegradabile che garantisce un rendimento energetico pari a quello dei combustibili e dei carburanti minerali. E composto da una miscela di metilesteri di acidi grassi ottenuta da una reazione di transesterificazione di un olio: KOH

21 Aspetti positivi del biodiesel Oltre ad essere una fonte di energia a basso impatto ambientale, senza idrocarburi aromatici e con minori emissioni di particolato e priva di zolfo, il biodiesel non comporta nuova emissione di anidride carbonica nell atmosfera quando viene bruciato, perché quella prodotta dalla sua combustione corrisponde esattamente a quella assorbita dalle piante oleaginose, da cui si ricava, durante la crescita. Confrontando, poi, le analisi del ciclo di vita (LCA) del biodiesel e del gasolio di origine fossile, si ricava, per il biodiesel una resa energetica (EROEI) circa tre volte superiore rispetto a quella del gasolio, e una riduzione di CO 2 emessa del 40-70%.

22 Vantaggi del biodiesel rispetto al gasolio 1. diminuisce la fumosità dei gas di scarico emessi dai motori diesel e dagli impianti di riscaldamento; 2. non contenendo zolfo,non produce una sostanza altamente inquinante come il biossido di zolfo; 3. riduce le emissioni di monossido di carbonio (- 35 %) e di idrocarburi incombusti (- 90 %) emessi nell atmosfera; 4. non contribuisce all «effetto serra» poiché restituisce all aria solo la quantità di anidride carbonica assorbita durante la crescita della pianta oleaginosa 5. riduce a meno di un terzo i costi che ricadono non sul produttore ma su tutta la collettività; 6. non contiene sostanze pericolose per la salute quali gli idrocarburi aromatici (benzene,toluene ed omologhi); 7. riduce i pericoli nelle fasi di trasporto,grazie alla minore infiammabilità ed alla maggiore biodegradabilità; 8. ha un superiore potere detergente che previene le incrostazioni dei motori.

23 Altre fonti di biodiesel Oli esausti: provenienti dalle fritture di oli di semi vegetali, le cui strutture molecolari vengono modificate quando sono sottoposti ad alte temperature. L olio è un rifiuto speciale non pericoloso che deve essere consegnato ad aziende raccoglitrici autorizzate. L olio vegetale esausto viene usato come base di partenza per fare il biodiesel o gasolio ecologico, quindi il prodotto viene notevolmente nobilitato passando da rifiuto a combustibile ecologico. Microalghe: grazie alla quantità di trigliceridi presenti in alcune alghe, è stato scoperto che possono essere impiegate nella produzione di biodiesel. Utilizzare le microalghe per la produzione di biodiesel ha il vantaggio di non sottrarre importanti prodotti all industria alimentare e per questo motivo dovrebbe rappresentare il principale oggetto di studio per la ricerca sul biodiesel. Il biodiesel prodotto dalle microalghe è l unico combustibile rinnovabile che può potenzialmente sostituire i combustibili fossili derivati dal petrolio.

24 Le Biomasse e le Bioraffinerie La National Renewable Energy Laboratory (NREL) definisce le bioraffinerie come industrie in cui avvengono processi integrati che, partendo da biomasse, producano biocarburanti, energia e prodotti chimici come le bioplastiche. Il concetto di Bioraffinerie è analogo a quello di raffinerie petrolifere, che producono combustibili e prodotti chimici dal petrolio.

25 Bioraffineria Per essere efficiente e funzionale, la bioraffineria deve possedere due requisiti fondamentali: Impianti di grosse dimensioni affinché i processi svolti siano tra loro integrati. Flessibilità per la distribuzione dei prodotti, tale da soddisfare le richieste del mercato Il concetto di bioraffineria è basato su due differenti piattaforme produttive: piattaforma degli zuccheri basata su processi di trasformazioni biochimici costituiti dalla fermentazione di zuccheri estratti dalle biomasse piattaforma del syngas basata su processi di trasformazione termochimici costituiti dalla gassificazione di biomasse. La novità sta nell integrazione e nella diversificazione.

26 L impiego delle biomasse può favorire uno sviluppo più sostenibile! Ricordiamo che: Non abbiamo ereditato il mondo dai nostri padri, l abbiamo preso in prestito dai nostri figli Antico detto Cherokee

27 Hanno partecipato alla realizzazione di questa presentazione gli alunni: Anna Monetta Giovanna Rispoli Ilario Botta Nunzia De Cristofaro Emanuele Cuoco