L ENERGIA DELLE BIOMASSE

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1 CAPITOLO 5 L ENERGIA DELLE BIOMASSE Con il termine biomassa si definisce una categoria di composti, di natura anche molto diversa fra loro, caratterizzati da una matrice di tipo organico, prodotti da organismi viventi (vegetali o animali). In termini del tutto generali, le biomasse traggono origine dal processo di fotosintesi clorofilliana e costituiscono pertanto un importante fonte di energia rinnovabile direttamente derivata dall energia solare. In tal senso, non sono biomasse i combustibili fossili (carbone, petrolio e gas naturale), che pure si sono formati nel corso di milioni di anni a partire da sostanze organiche vegetali ed animali, e i loro derivati (come per esempio le materie plastiche). Le biomasse includono invece: specie arboree ed erbacee derivanti da coltivazioni agricole e forestali; residui agricoli e forestali come paglie, potature, ramaglie, cortecce, etc.; residui agro-industriali come vinacce, sanse, scarti vegetali, etc.; residui zootecnici come pollina, deiezioni animali, etc.; la frazione organica dei rifiuti solidi urbani (la cosiddetta frazione umida ). Si tratta in massima parte di sostanze di origine vegetale; peraltro anche nel caso dei residui zootecnici, si può osservare come i vegetali costituiscano comunque l elemento base dell alimentazione degli animali. A seconda della provenienza, le biomasse possono essere essenzialmente classificate in biomasse residuali e in biomasse derivanti da apposite coltivazioni energetiche. Appartengono alla prima categoria i residui e gli scarti di origine forestale, agricola e agro-industriale, nonché la frazione umida dei rifiuti solidi urbani. Il recupero energetico delle biomasse residuali appare doppiamente vantaggioso in quanto da un lato riduce la dipendenza dai combustibili fossili mentre dall altro alleggerisce le problematiche ambientali legate allo smaltimento di tali residui in discarica, nonché quelle derivanti dalla liberazione in atmosfera del metano prodotto dai processi naturali di degradazione dei residui stessi (il metano, come noto, è un composto che contribuisce all aumento dell effetto serra in una misura di oltre 20 volte superiore a quella della CO 2 ).

2 216 Capitolo 5 Le biomasse derivanti da coltivazioni energetiche sono a loro volta classificabili in colture oleaginose (come colza, soia, girasole, palma, etc.) dalle quali si producono oli vegetali e biodiesel, colture alcoligene (come la canna da zucchero, il sorgo zuccherino, la barbabietola da zucchero, il mais, frumento, etc.) dalle quali si produce etanolo, e da colture ligno-cellulosiche (che includono specie legnose perenni come il pioppo, la robinia, l eucaliptus, etc., e specie erbacee perenni come la canna comune e il miscanto, oppure specie erbacee annuali come il sorgo da fibra) impiegate per produrre sostanza secca combustibile. Per quanto i possibili contributi derivanti dallo sfruttamento delle biomasse residuali possano risultare apprezzabili, appare del tutto evidente come un contributo significativo delle biomasse al soddisfacimento del consumo mondiale di energia possa derivare solamente dal ricorso ad apposite coltivazioni energetiche estese su larga scala. La promozione delle coltivazioni energetiche, oltre che ridurre il consumo di combustibili fossili e limitare le emissioni inquinanti e di gas serra, può offrire soprattutto un contributo determinante per alleviare lo stato di crisi del settore agricolo europeo, spostando una parte della superficie agricola coltivabile dalle colture ad uso alimentare a quelle non alimentari. Di converso, non bisogna sottovalutare il rischio che spostamenti di questo tipo si possano verificare nei Paesi più poveri del mondo, con la conseguente scarsità di risorse alimentari per una vasta fascia della popolazione. Diverse motivazioni di carattere ambientale, economico e sociale costituiscono la base del recente impulso impresso alle attività di valorizzazione delle biomasse ai fini della produzione di energia. Infatti, potendo essere accumulate in maniera relativamente facile, le biomasse non soffrono dei problemi di aleatorietà e discontinuità nella produzione che invece penalizzano altri impianti alimentati con fonti rinnovabili come gli impianti eolici, solari e idroelettrici. Le biomasse, inoltre, in relazione alle loro caratteristiche possono essere impiegate per produrre una vasta gamma di combustibili solidi (cippato, pellets, bricchette), liquidi (etanolo, oli vegetali, biodiesel) e gassosi (biogas, gas di sintesi), a loro volta utilizzabili come vettori energetici per produrre energia elettrica e/o termica o come sostituti dei combustibili fossili nel settore dei trasporti. I benefici derivanti da un aumento della produzione di energia dalle biomasse sono innanzitutto di carattere ambientale, grazie alla riduzione delle emissioni di gas serra e di inquinanti ed alla riduzione dei quantitativi di residui avviati a discarica. In relazione all incremento dei costi delle fonti fossili convenzionali, l utilizzo delle biomasse porterà anche benefici sul fronte economico attraverso la riconversione di una parte del settore agricolo, la riduzione dei costi di approvvigionamento energetico dall esterno e la valorizzazione di residui, rifiuti e sottoprodotti.

3 L energia delle biomasse 217 Come ben noto, la produzione di energia da biomasse rappresenta un fatto tutt altro che nuovo, dal momento che la legna è stata utilizzata dall uomo per millenni per cucinare e per riscaldarsi, mentre gli oli vegetali sono stati lungamente impiegati per illuminare gli ambienti. Le biomasse sono una fonte energetica estremamente variegata e distribuita sul territorio; esse sono inoltre censibili con difficoltà in quanto gran parte di esse sfugge ai classici canali commerciali, cosicché non risulta certamente agevole compilare accurate statistiche sui relativi consumi mondiali. A tal proposito è opportuno osservare come fonti statistiche differenti, pur se autorevoli, riportano spesso valutazioni diverse in merito al contributo delle biomasse al consumo interno di energia. Le statistiche elaborate dall IEA (Internationale Energy Agency) riportano sotto un unica voce i dati relativi alla produzione e al consumo di combustibili di origine rinnovabile e di residui. In particolare, tale voce comprende le biomasse solide e i residui zootecnici, i combustibili liquidi e solidi derivanti dalle biomasse, i rifiuti solidi urbani e quelli di origine industriale. Come evidenziato in tabella 5.1, i dati relativi al 2005 indicano che, a fronte di un consumo mondiale annuo di energia primaria di Mtep, i combustibili rinnovabili e i residui hanno contribuito per 1147 Mtep, ovvero per circa il 10%. Nello stesso anno, il petrolio ha coperto il 36% circa dei consumi primari, il carbone il 25,3%, il gas naturale il 20,7% e le altre fonti energetiche il rimanente 8% (a tal proposito, è opportuno evidenziare che la voce altro comprende, oltre al nucleare ed alle altre fonti rinnovabili, anche il saldo netto fra importazioni ed esportazioni di prodotti petroliferi ed energia elettrica). Tale consumo di energia equivale a circa 3200 milioni di tonnellate all anno di legna da ardere (ovvero circa 6 miliardi di m 3 ). Petrolio Carbone Gas Biomasse Altro Totale Paesi OECD EU Italia 99,9 16,5 70,6 4,2-6,0 185,2 Paesi non OECD Totale mondiale Tabella 5.1 Consumo interno lordo di energia primaria nel 2005 (fonte: IEA). Gli utilizzi attuali delle biomasse sono prevalentemente rappresentati dagli usi tradizionali, ovvero cottura dei cibi e riscaldamento per combustione diretta, e pertanto le biomasse sono anche prevalentemente utilizzate nei Paesi più poveri. A conferma di tale affermazione, nel 2005 nei

4 218 Capitolo 5 Paesi industrializzati (OECD) le biomasse hanno contribuito ai consumi primari di energia per quasi 200 Mtep, corrispondenti al 17% circa dei consumi totali di biomasse, a fronte di un consumo complessivo di energia primaria di quasi 5550 Mtep, ovvero circa il 50% del totale mondiale. Nei Paesi industrializzati, pertanto, il contributo delle biomasse al consumo interno lordo risulta pari a circa il 3,5%; tale quota è del 4,6% nell Europa a 27 e del 2,3% in Italia. A conferma del fatto che le statistiche del settore riportano spesso dati difformi, secondo le elaborazioni ENEA, nel 2005 in Italia il contributo della legna e dei combustibili assimilati è stato pari a 3558 ktep, quello dei rifiuti 1501 ktep, quello dei biocombustibili 172 ktep e quello del biogas 343 ktep, per un totale complessivo di 5574 ktep. Nell ambito dell UE, i Paesi con la maggiore quota di penetrazione delle biomasse sono la Finlandia (16% dei consumi totali), la Svezia (15%) e l Austria (12%). Di contro, nei Paesi non industrializzati, le biomasse contribuiscono mediamente per il 18,6% al consumo interno di energia primaria, con frequenti valori del 30-40% e finanche con punte del 90% nei Paesi più poveri. Come anticipato, i consumi di biomasse nei Paesi non industrializzati sono prevalentemente indirizzati verso gli usi tradizionali della cottura dei cibi e del riscaldamento domestico. Gli utilizzi più avanzati delle biomasse, in particolare la produzione di energia elettrica e di energia termica in impianti centralizzati (teleriscaldamento) o di cogenerazione sono invece appannaggio dei Paesi industrializzati. La tabella 5.2 riporta, a tal proposito, la produzione lorda di energia elettrica e termica a partire da biomasse solide e da biogas nel 2005 nel mondo e nelle principali aree geografiche. Come si evince da tale tabella, quasi l 80% della produzione di energia elettrica da biomasse solide e praticamente la totalità della produzione elettrica da biogas avviene nei Paesi OECD. Analogamente tali Paesi contribuiscono per il 71% e per il 99% alla produzione di energia termica rispettivamente da biomasse solide e da biogas. Energia elettrica(gwh) Energia termica (TJ) Biomasse Biomasse Biogas solide solide Biogas Paesi OECD EU Italia Paesi non OECD Totale mondiale Tabella 5.2 Produzione lorda di energia elettrica e di energia termica da biomasse solide e da biogas nel 2005 (fonte: IEA).

5 L energia delle biomasse IL MECCANISMO DI FOTOSINTESI CLOROFILLIANA L energia chimica delle biomasse è direttamente derivata dall energia solare attraverso il meccanismo di fotosintesi clorofilliana, per cui le biomasse costituiscono in realtà una sofisticata forma di accumulo dell energia inviata dal Sole sulla Terra. Peraltro, anche i combustibili fossili (carbone, petrolio e gas naturale) si sono formati nel corso di milioni di anni a partire da sostanze organiche vegetali ed animali rimaste intrappolate sotto la crosta terrestre o sotto il livello dei mari. In effetti, pur nella loro apparente semplicità, le piante e i vegetali in genere sono dei convertitori energetici molto sofisticati. Attraverso la clorofilla, ovvero il pigmento di colore verde che ricopre le foglie, la radiazione solare incidente attiva un meccanismo di conversione chimica che coinvolge fondamentalmente la reazione fra la CO 2 presente nell aria e l acqua assorbita dal terreno attraverso le radici (oppure anch essa assorbita dall aria) per formare i composti organici che andranno a costruire la struttura della pianta e l ossigeno liberato nell aria. Poiché il composto organico originariamente sintetizzato è il glucosio (C 6 H 12 O 6 ), il meccanismo di fotosintesi può essere schematizzato attraverso la seguente reazione elementare: 6CO 2 6H2O C6H12O6 6O2 5.1) Il meccanismo reale è ovviamente molto più complesso di quanto non appaia dall analisi della semplice reazione sopra riportata. Il glucosio viene infatti successivamente convertito in altre molecole più complesse (come cellulosa, lignina, oli, proteine, etc.). Inoltre è ben noto che lo svolgimento dell intero processo necessita oltre che di luce ed acqua, anche di adeguate condizioni di temperatura e la disponibilità di nutrienti, ovvero di fertilizzanti a base soprattutto di azoto, fosforo e potassio, elementi che si trovano naturalmente nel terreno o che vengono aggiunti artificialmente dall esterno durante la fase di coltivazione. Tali elementi, almeno in parte, si ritrovano poi incorporati nella struttura finale della pianta. Alla fine del loro ciclo di vita, per decomposizione naturale o mediante processi di combustione, i vegetali restituiscono all ambiente l energia e le sostanze che hanno immagazzinato. Nel caso che si consideri, a titolo esemplificativo, la combustione del glucosio, l energia di legame chimico viene liberata attraverso la seguente reazione: C6H12O6 6O2 6CO 2 6H2O 5.2)

6 220 Capitolo 5 La combustione consuma l ossigeno precedentemente prodotto nel corso del processo di fotosintesi, liberando l anidride carbonica e l acqua assorbite dall ambiente nel corso dello stesso processo. Nel complesso, quindi, l utilizzo energetico delle biomasse consente di attivare un circuito chiuso alimentato dall energia solare e con emissioni globalmente nulle di CO 2. In realtà, per le biomasse, così come per qualunque altra energia rinnovabile, non bisogna trascurare il consumo di energia primaria e le emissioni che competono alle fasi di raccolta, trasporto e conversione, nonché ai processi di realizzazione e dismissione finale delle stesse apparecchiature impiegate per la raccolta, il trasporto e la conversione. Le piante e i vegetali in genere convertono l energia solare in energia di legame chimico operando con un rendimento che risulta tuttavia piuttosto modesto. In effetti, studiando nel dettaglio il processo di fotosintesi si individua una catena complessa di trasformazioni, ciascuna caratterizzata da una propria efficienza. Innanzitutto, non tutta la radiazione solare è efficace dal punto di vista del meccanismo di fotosintesi. La frazione di radiazione solare attiva dal punto di vista della fotosintesi (Photosynthetic Active Radiation, PAR) è infatti quella con lunghezze d onda comprese fra 0,4 e 0,7 m, che costituisce circa il 50% dell intera radiazione solare incidente al suolo. Una parte, mediamente circa il 20%, della radiazione attiva viene poi riflessa dalla superficie delle foglie o trasmessa sotto forma di energia termica alle foglie stesse. Solo il 40% circa della radiazione solare risulta pertanto effettivamente a disposizione del meccanismo di fotosintesi. Quest ultimo processo presenta poi una sua efficienza intrinseca di conversione i cui limiti sono stabiliti dalla termodinamica del processo stesso. In particolare, la fotosintesi può convertire al massimo il 30% circa della radiazione effettivamente a disposizione, essendo il restante 70% rappresentato dalle perdite. Infine, una parte dell energia prodotta dal meccanismo di fotosintesi, circa il 40%, viene consumata dalla pianta stessa per il suo metabolismo interno. Complessivamente, pertanto, il rendimento limite teorico del processo di fotosintesi è circa pari al 7%. Il sopraccitato rendimento limite teorico si applica peraltro alle specie vegetali più efficienti, come il sorgo, la canna da zucchero, il miscanto, il mais, etc., caratterizzate da un metabolismo di tipo C4 e adatte a climi tropicali (temperature medie dell ordine di C). Per specie con metabolismo meno efficiente tale limite teorico è circa la metà dell efficienza massima sopracitata, ovvero circa il 3,5%. Appartengono a questa categoria specie più adatte a climi temperati (temperature medie dell ordine di C) quali il girasole, la patata, il riso, la soia, il cotone, etc.. Poiché poi le piante non crescono certo in

7 L energia delle biomasse 221 condizioni ideali di luce, temperatura e disponibilità di acqua e di nutrimenti, il rendimento medio effettivo del processo di fotosintesi è molto inferiore a quello massimo teorico e si attesta intorno a valori dello 0,15-0,30%, pur se in alcuni casi tale rendimento è nell intorno dell 1%. Come precedentemente evidenziato (cfr. Capitolo 4), alle nostre latitudini, l energia solare media annua incidente sul piano orizzontale vale circa 4-5 kwh/m 2 anno, ovvero circa tep/ha anno. Considerando il rendimento teorico massimo della fotosintesi (7%), l energia accumulata sotto forma di sostanza organica risulterebbe pari a circa tep/ha anno, corrispondenti ad un accrescimento di circa t/ha anno in termini di sostanza secca (valutata con un potere calorifico inferiore di 18 MJ/kg). In realtà, i massimi valori della produzione di sostanza secca ottenuti sperimentalmente sono risultati pari a circa t/ha anno, corrispondenti pertanto ad un rendimento dell 1-2%. Nella pratica, la produzione di sostanza secca si assesta su valori di circa 5-15 t/ha anno, corrispondenti pertanto a rendimenti dell ordine di 0,15-0,5%. In merito alle potenzialità di sfruttamento delle biomasse per usi energetici, una prima valutazione di carattere generale può essere effettuata tenendo conto che sulla Terra viene fissato annualmente attraverso la fotosintesi l equivalente di circa 200 miliardi di tonnellate equivalenti di carbonio, corrispondenti a circa 72 Gtep, ovvero 7 volte il consumo mondiale lordo di energia. Evidentemente, tale valore rappresenta un potenziale assolutamente teorico che non potrà trovare un completo utilizzo. A livello europeo, per esempio, una stima del potenziale tecnicamente utilizzabile nel settore delle biomasse conduce a valori dell ordine di 400 Mtep/anno, che corrispondono a circa il 20-25% del consumo lordo di energia. A livello nazionale sono state effettuate diverse valutazioni del potenziale energetico relativo alle biomasse. Per quanto concerne le biomasse solide residuali (prodotti e residui agricoli e forestali, residui agro-industriali, residui della lavorazione del legno), il potenziale massimo teorico è stato stimato pari ad oltre 31 Mt/anno di sostanza secca, cui contribuiscono circa 25 Mt/anno provenienti dal settore agro-forestale e circa 6 Mt/anno dal settore industriale e agro-industriale. In termini energetici tale potenziale equivale a circa 13 Mtep/anno, ovvero oltre il 7% del consumo interno lordo. Tuttavia, tale potenziale appare di difficile utilizzo per evidenti motivazioni di carattere tecnico ed economico, legate all elevato grado di dispersione territoriale. Più realisticamente, il potenziale effettivamente disponibile può essere stimato in circa Mt/anno di sostanza secca, che potrebbe aumentare fino a circa Mt/anno nel caso in cui si sviluppasse una politica di gestione del

8 222 Capitolo 5 patrimonio forestale finalizzata a conseguire livelli di utilizzazione dei boschi in linea con i valori medi europei. Inoltre, è opportuno evidenziare il fatto che circa il 50% delle biomasse residuali di origine industriale (scarti della lavorazione del legno) e agro-industriale (sanse, vinacce, gusci, etc.) trova già un utilizzo energetico, mentre il rimanente 50% viene utilizzato per altri scopi e risulta comunque già valorizzato. Nel caso in cui il recupero delle biomasse residuali sia finalizzato alla produzione di energia elettrica, le considerazioni in merito alla taglia minima delle centrali termoelettriche, alla riduzione del raggio di raccolta ed alle problematiche agronomiche derivanti dall asportazione di alcuni residui agricoli evidenziano come il potenziale realisticamente utilizzabile sia pari a circa 5-6 Mt/anno, cui corrisponde una potenza elettrica installata di circa MW ed una produzione elettrica di 5-6 TWh/anno. 5.2 LE FILIERE DI CONVERSIONE ENERGETICA Come schematicamente mostrato nello schema di figura 5.1, la composizione delle biomasse ha una influenza fondamentale sulla scelta del processo di conversione. Infatti, nel caso di biomasse ricche di sostanze nutritive azotate (rapporto carbonio/azoto, C/N, minore di 30) e con elevata umidità (superiore al 30% circa) i processi di conversione più adatti sono quelli di tipo biochimico come la fermentazione alcolica (nel qual caso è di fondamentale importanza il contenuto di zuccheri o di amidi), la digestione anaerobica e la digestione aerobica, nei quali le trasformazioni chimiche sono attivate dall azione di microrganismi originariamente presenti nei vegetali in Tipologia del Processo di C/N Umidità Processo conversione Biochimico <30 >30% Fermentazione Digestione anaerobica Digestione aerobica Termochimico >30 <30% Combustione Gassificazione Pirolisi Fisico-chimico - - Estrazione di oli Transesterificazione Compattazione Prodotto principale Bioetanolo Biogas Energia termica Energia termica Gas di sintesi Gas di pirolisi, olio Olio vegetale Biodiesel Pellets Figura 5.1 Classificazione dei processi di conversione energetica delle biomasse.

9 L energia delle biomasse 223 presenza di opportune condizioni di temperatura, pressione, etc. Viceversa, nel caso di biomasse con minori tenori di umidità (inferiori del 30%) ed elevata presenza di composti a base di carbonio (rapporto C/N superiore a 30), i processi di conversione più adatti sono quelli di tipo termochimico come la combustione, la gassificazione e la pirolisi, nei quali le trasformazioni chimiche avvengono in presenza di elevati valori di temperatura, con significativi scambi termici. Nel caso poi di specie vegetali o residui ricchi di oli (che nel caso dei semi più largamente utilizzati è dell ordine del 35-50%), si impiegano processi di conversione di tipo chimico-fisico finalizzati all estrazione degli oli vegetali grezzi e poi, eventualmente, alla loro trasformazione chimica mediante esterificazione in biodiesel. Appartengono alla medesima categoria anche i processi di macinazione, agglomerazione e compattazione (produzione di pellets e bricchette) cui vengono sottoposte le biomasse solide al fine di facilitarne il trasporto, lo stoccaggio e l impiego. In relazione alle caratteristiche intrinseche delle specie vegetali considerate (composizione chimica, umidità, densità, etc.) ed alla tipologia di utilizzo finale (combustibile per autotrazione, per la produzione di energia termica, di energia elettrica, etc.), le filiere di conversione energetica delle biomasse possono presentare configurazioni anche molto diverse fra loro. La figura 5.2 riporta in maniera molto schematica le principali filiere di conversione energetica delle biomasse in combustibili disponibili per l utilizzatore finale, ovvero in vettori energetici impiegabili in sostituzione dei combustibili fossili convenzionali nel settore dei trasporti e per la produzione di energia elettrica e/o di energia termica. In particolare, le filiere di maggiore interesse sono essenzialmente quelle che si originano da specie vegetali ad elevato contenuto di zuccheri o di amidi, a partire dalle quali è possibile produrre l etanolo impiegabile come sostituto della benzina nei motori a combustione interna per autotrazione, oppure anche per la produzione di energia elettrica e/o termica in sistemi di generazione elettrica ad alta efficienza e basso impatto ambientale come turbine a gas, motori alternativi a combustione interna e celle a combustibile. Tale filiera può essere implementata ricorrendo a tecnologie convenzionali e disponibili da tempo sul mercato, essendo il bioetanolo già prodotto in consistenti quantitativi in Paesi come il Brasile e gli Stati Uniti. Un altra filiera già disponibile a livello industriale, e quindi facilmente implementabile, è quella di produzione del biodiesel (o anche dei meno raffinati oli vegetali grezzi) a partire da colture oleaginose. Anche in questo caso esiste un ampia esperienza in Europa e in molti altri Paesi, con consistenti produzioni di biodiesel destinato soprattutto alla sostituzione del gasolio nei motori a combustione interna e nelle caldaie per riscaldamento. Tuttavia, ai fini

10 224 Capitolo 5 Zuccherine (Canna, Sorgo, Barbabietola) Amidacee (Mais, Patate, Frumento) Estrazione Succo Liquefazione e Saccarificazione Zuccheri Fermentazione e distillazione Etanolo Trasporti, energia termica, energia elettrica Esterificazione oli vegetali Biodiesel Trasporti, energia termica Oleaginose (Colza, Soia, Girasole) Estrazione e Depurazione Oli vegetali Grezzi Energia termica, energia elettrica Idrolisi Zuccheri Fermentazione e distillazione Etanolo Trasporti, energia termica, energia elettrica Ligno-cellulosiche (Pioppo, Robinia, Miscanto, Sorgo) Compattazione, essiccazione Pellet, Cippato, ecc. Grezzi Trasporti, energia termica Gassificazione, Pirolisi Olio, Syngas, Idrogeno, ecc. Trasporti, energia termica, energia elettrica frazione umida RSU, Reflui zootecnici Digestione anaerobica Biogas Energia termica, energia elettrica Figura 5.2 Principali filiere di conversione energetica delle biomasse. della produzione di energia elettrica possono essere facilmente impiegati anche i più semplici oli vegetali grezzi per l alimentazione di motori a combustione interna a ciclo Diesel, motori che possono peraltro operare efficacemente anche in cogenerazione. L impiego di specie vegetali ligno-cellulosiche appare invece più variegato e origina diverse filiere di produzione di combustibili derivati. La filiera più diffusa prevede un più o meno complesso trattamento meccanico ed eventualmente termico delle biomasse grezze (legna da piantagioni a ciclo breve, colture fibrose come il miscanto, la canna, il sorgo, etc.) al fine di alimentare un convenzionale impianto di generazione elettrica a vapore, oppure per produrre combustibili solidi per uso riscaldamento (pellet). Le filiere di conversione basate sulla produzione di combustibili gassosi e liquidi mediante

11 L energia delle biomasse 225 processi di gassificazione e di pirolisi, così come quella di produzione dell etanolo attraverso processi di idrolisi e fermentazione, pur se molto interessanti in una prospettiva futura non hanno ancora raggiunto un sufficiente livello di maturità industriale. Infine, un altra importante filiera di conversione energetica delle biomasse è quella basata sull impiego di reflui di tipo zootecnico e della frazione umida dei rifiuti solidi urbani per alimentare processi di digestione anaerobica con produzione di combustibili gassosi utilizzati poi per produrre energia elettrica e termica in motori a combustione interna o in turbine a gas. La scelta del processo di conversione più conveniente dipende pertanto essenzialmente dalla composizione delle biomasse (soprattutto in termini di contenuto di acqua, carbonio, azoto, cloro, zolfo e ceneri, nonché eventualmente zuccheri, amidi e oli), dalle loro proprietà fisiche (caratteristiche fisiche di notevole interesse sono il volume specifico e il potere calorifico) e anche dalla loro disponibilità (la densità energetica territoriale è un parametro che influenza moltissimo la taglia dell impianto e quindi anche la sua redditività economica). Per quanto concerne in particolare le specie ligno-cellulosiche, utilizzate essenzialmente come combustibile in processi di combustione o di gassificazione, hanno notevole importanza caratteristiche quali l umidità e il potere calorifico, per quanto possano essere di non trascurabile importanza anche i tenori di ceneri, cloro, azoto e zolfo. In questo caso, infatti, l umidità e il potere calorifico, oltre ad essere strettamente correlati fra loro, assumono anche un ruolo determinante ai fini della effettiva valorizzazione energetica ed economica delle biomasse in quanto condizionano fortemente i costi di raccolta, trasporto e movimentazione da un lato e il rendimento del processo di combustione dall altro. Come già detto, le biomasse rappresentano un importante fonte energetica rinnovabile potenzialmente in grado di ridurre il consumo di combustibili fossili e quindi il relativo impatto ambientale. Tuttavia, il semplice fatto di sostituire combustibili fossili con combustibili di origine vegetale, non è garanzia di una effettiva sostenibilità energetica e ambientale. Infatti, se è vero che l energia chimica delle biomasse rappresenta una sofisticata forma di accumulo dell energia solare, è altrettanto vero che per coltivare, raccogliere e trasformare tale biomassa in una forma adatta all utilizzatore finale (combustibile, energia elettrica, energia termica) occorre impiegare un quantitativo più o meno elevato di energia e di materiali e quindi emettere anche sostanze inquinanti nell ambiente. In linea del tutto generale, come evidenziato in figura 5.3, una generica filiera di conversione energetica delle biomasse può essere pensata come

12 226 Capitolo 5 disaggregata in 3 fasi principali: la coltivazione (nel caso delle colture energetiche) e comunque la raccolta delle biomasse nei siti di produzione, il loro trasporto fino allo stabilimento industriale e la successiva conversione in una forma di energia o in un vettore energetico direttamente impiegabile dall utente finale (combustibili, energia elettrica, energia termica). Ciascuna fase richiede un proprio consumo energetico e l impiego di mezzi di produzione, ma produce anche residui ed emissioni inquinanti. Una valutazione di merito sulla migliore soluzione può essere basata su un criterio di tipo puramente economico (il minore costo di produzione dell energia o la maggiore remunerazione della materia prima utilizzata), ambientale (le minori emissioni inquinanti o di gas serra) oppure energetico (la maggiore produzione di energia o il maggiore rapporto fra output e input energetici). Appare tuttavia evidente che un bilancio energetico chiuso in attivo rappresenta l irrinunciabile presupposto ai fini della effettiva sostenibilità energetica della filiera. In termini del tutto generali, nell ambito di una qualunque filiera basata sull utilizzo delle biomasse occorre considerare le seguenti voci di consumo: i combustibili direttamente consumati dalle macchine agricole, dai mezzi di trasporto e dall impianto di trasformazione dei prodotti agricoli, in ogni caso riportati sotto forma di energia primaria (ovvero includendo la spesa energetica per l estrazione delle fonti primarie, il trasporto e la trasformazione in combustibili commerciali); l energia elettrica direttamente consumata dagli impianti di pompaggio dell acqua di irrigazione e dall impianto di trasformazione dei prodotti agricoli (riportata come energia primaria utilizzata dalle centrali elettriche); l energia primaria richiesta per produrre i fertilizzanti, le sementi, gli antiparassitari e gli altri eventuali mezzi di produzione (compresa l energia consumata per produrre e installare i macchinari agricoli e industriali). Combustibili Fertilizzanti, sementi, ecc. Combustibili Combustibili, energia el. Materiali, ecc. Energia solare Coltivazione e/o raccolta Trasporto prodotto Conversione industriale Uso finale dell energia Residui Emissioni Emissioni Sottoprodotti Emissioni Figura 5.3 Schematizzazione delle principali fasi di una filiera di conversione energetica basata sull impiego di biomasse residuali o da coltivazioni energetiche.

13 L energia delle biomasse 227 Analogamente, devono essere valutati i flussi energetici resi disponibili dalla filiera, rappresentati da: l energia utile in uscita, equivalente all energia primaria della fonte fossile sostituita (che pertanto include anche le perdite di estrazione, di trasporto e di conversione); il credito energetico degli eventuali residui e sotto-prodotti. Nei paragrafi seguenti verranno illustrate le caratteristiche fondamentali delle più importanti filiere di conversione energetica delle biomasse che sono attualmente rappresentate dalla filiera delle biomasse ligno-cellulosiche utilizzate in impianti di riscaldamento di piccola e media taglia o in impianti di generazione elettrica a vapore, dalla filiera delle colture oleaginose per la produzione di olio vegetale grezzo, utilizzato per produrre energia elettrica e/o termica mediante motori alternativi a combustione interna di media e grande taglia, oppure per la produzione di biodiesel per il settore dei trasporti, dalla filiera delle colture zuccherine e amidacee per la produzione di bioetanolo utilizzato in sostituzione della benzina nel settore dei trasporti e dalla filiera di produzione di biogas da processi di digestione anaerobica. 5.3 LA FILIERA DELLE BIOMASSE LIGNO-CELLULOSICHE Le biomasse ligno-cellulosiche, sia residuali sia derivanti da coltivazioni energetiche, vengono al momento essenzialmente utilizzate per alimentare caldaie e generatori di vapore in sostituzione di combustibili fossili convenzionali. L impiego di tali biomasse in processi di gassificazione e di pirolisi appare invece molto interessante in una prospettiva futura, in quanto la disponibilità di combustibili gassosi e liquidi può consentire l utilizzo di sistemi di generazione elettrica di piccola taglia e ad alta efficienza come le turbine a gas e le celle a combustibile. Tuttavia, ad oggi tali tecnologie non hanno ancora raggiunto un adeguato livello di maturità industriale. In relazione alla taglia ed alla tipologia del sistema di combustione, le biomasse grezze possono subire diversi trattamenti meccanici e/o termici finalizzati a ridurne ed omogeneizzarne le dimensioni ed eventualmente a ridurne l umidità. In particolare, i trattamenti più complessi sono riservati alle biomasse utilizzate in impianti di riscaldamento di piccola taglia (che utilizzano preferibilmente combustibili addensati come pellet e bricchette), mentre minori trattamenti sono richiesti per le biomasse utilizzate nei generatori di vapore di

14 228 Capitolo 5 medio-grande taglia (che utilizzano in genere cippato). In ogni caso, ai fini dell impiego in un processo di combustione le caratteristiche chimico-fisiche delle biomasse più importanti sono l umidità e il potere calorifico, per quanto possano essere di non trascurabile importanza anche i tenori di ceneri, cloro, azoto e zolfo e il volume specifico. In questo caso, infatti, l umidità e il potere calorifico, oltre ad essere strettamente correlati fra loro, assumono anche un ruolo determinante ai fini della effettiva valorizzazione energetica ed economica delle biomasse dal momento che condizionano fortemente i costi di raccolta, trasporto e movimentazione da un lato e il rendimento del processo di combustione dall altro. L umidità di una biomassa esprime il suo contenuto di acqua e può essere riportata sul tal quale oppure sul secco. Se si indica con m A la massa di acqua e con m S la massa di sostanza secca, il tenore di umidità U sul tal quale è definito come: m A U 5.3) m m A S ed assume valori compresi fra zero e uno. Il tenore di umidità U 0 sul secco è invece definito come: m A U 0 5.4) m S ed assume valori compresi fra zero e infinito. Ovviamente i due termini sono legati fra loro, essendo: m A U0 U 5.5) m m 1 U A S 0 Poiché in una biomassa il componente utile dal punto di vista energetico è costituito dalla sostanza secca (l unico caratterizzato da un suo potere calorifico) mentre l acqua rappresenta di fatto un componente indesiderato, può essere interessante definire il rapporto R M fra la massa della biomassa tal quale e la massa di sostanza secca. Tale rapporto è rappresentativo dell incremento dei quantitativi di biomassa tal quale da raccogliere, trasportare e stoccare per unità di sostanza secca, che rappresenta di fatto la frazione utile dal punto di vista energetico. Tale informazione è di fondamentale importanza

15 L energia delle biomasse 229 in quanto i costi di raccolta, trasporto e stoccaggio delle biomasse sono una frazione molto importante dei costi totali di approvvigionamento, essendo dell ordine del 20-40% nel caso di biomasse provenienti da coltivazioni energetiche, e praticamente il 100% nel caso di biomasse residuali. Il citato rapporto R M risulta così definito: ma ms 1 1 U 5.6) m 1 U R M 0 S Come evidenziato dalle relazioni precedenti, in corrispondenza di un umidità del 50-55% (tipico valore dell umidità alla raccolta di molte specie legnose) il rapporto R M è circa pari a 2, mentre per una umidità dell ordine dell 80% (tipico valore alla raccolta di molte biomasse erbacee), il rapporto R M è pari a 5. Secondo quanto stabilito dalle normative (si veda per esempio la norma UNI 9017 che individua le modalità per la determinazione delle caratteristiche energetiche della legna da ardere), la determinazione dell umidità si effettua attraverso il metodo gravimetrico, pesando un campione di biomassa tal quale e introducendolo in una stufa ventilata e termostatata a 103 C (con una tolleranza di 2 C). La quantità di acqua evaporata, e quindi l umidità sul tal quale si valuta misurando la differenza fra il peso iniziale del campione m I e quello finale m F : m I m F U 5.7) m I Un altro parametro di fondamentale importanza è costituito dal potere calorifico della biomassa in esame. Il potere calorifico viene valutato a partire dalla biomassa secca mediante l ausilio di un calorimetro, nel quale avviene la combustione di un campione di massa nota. Il calorimetro fornisce il valore dell energia termica liberata dalla combustione attraverso la misura del calore di raffreddamento dei gas combusti fino alla temperatura di 25 C. Conseguentemente, la misura del calorimetro rappresenta più propriamente il potere calorifico superiore della biomassa espresso su base secca (PCS 0 ). I valori tipici del potere calorifico superiore della maggior parte delle biomasse secche sono compresi fra 19 e 22 MJ/kg. Ai fini pratici, piuttosto che il potere calorifico superiore, risulta di più diretto interesse il potere calorifico inferiore (PCI), che viene valutato

16 230 Capitolo 5 sottraendo al potere calorifico superiore il calore di condensazione dell acqua, dal momento che nella pratica l acqua presente nei prodotti della combustione viene riversata in atmosfera allo stato di vapore. Per un dato valore del PCS 0, il potere calorifico inferiore PCI 0 si calcola a partire dal calore di condensazione dell acqua r e dalla frazione massica di idrogeno H nella biomassa secca: PCI 0 PCS 0 9 H r 5.8) essendo il quantitativo d acqua prodotto dalla combustione pari a 9 volte il quantitativo di idrogeno presente nel combustibile. Poiché il tenore di idrogeno nelle biomasse legnose è dell ordine del 5-7% e il calore di condensazione è pari a circa 2,4 MJ/kg, la differenza tra il potere calorifico superiore e il potere calorifico inferiore è dell ordine di 1-1,5 MJ/kg. I valori tipici del potere calorifico inferiore su base secca sono generalmente compresi nell intervallo MJ/kg. Dal punto di vista pratico, l energia effettivamente utilizzabile non è il potere calorifico inferiore sul secco (PCI 0 ) ma quello sul tal quale (PCI). Quest ultimo è facilmente calcolabile tenendo conto che l energia chimica relativa alla massa di sostanza tal quale (secco + acqua) è data dall energia chimica della sostanza secca diminuita del calore di vaporizzazione dell acqua che infatti non viene recuperato: m m PCI m PCI m r A 5.9) S ovvero: S 0 1 U PCI U r PCI U PCI r A PCI ) La precedente relazione mostra come il potere calorifico inferiore di una biomassa, ovvero l energia termica effettivamente recuperabile a seguito di un processo di combustione, diminuisca linearmente con l aumento della sua umidità, fino ad annullarsi del tutto per valori dell umidità dell ordine dell 88-90%. In pratica, la combustione di biomasse con valori di umidità superiori al 65-70% non è in grado di sostenersi. L umidità presenta dunque un effetto molto rilevante nei confronti del potere calorifico. Con riferimento ad un potere calorifico sul secco di circa MJ/kg, un umidità del 10-15% (tipica di legno stagionato o essiccato) corrisponde ad un potere calorifico sul tal quale di circa MJ/kg, mentre una umidità del 50-55% (tipica del legno fresco di taglio) comporta un potere

17 L energia delle biomasse 231 calorifico inferiore di circa 7-8 MJ/kg. A tal proposito può risultare utile esprimere il rapporto R H fra i citati valori del potere calorifico: PCI r R H 1 U ) PCI 0 PCI 0 La frazione di energia R E che può essere effettivamente utilizzata nel processo di combustione di una biomassa umida vale pertanto: m A m S PCI 1 r R E R M R H 1 U ) m S PCI 0 1 U PCI 0 Il rapporto energetico R E diminuisce al crescere dell umidità, ma diminuisce meno di quanto non indichi la diminuzione del potere calorifico (ovvero del rapporto R H ) in relazione all aumento della massa (ovvero del rapporto R M ). Il complemento ad uno del rapporto R E rappresenta la frazione di energia R P effettivamente persa nel corso del processo di combustione. Dunque, come anche evidenziato in figura 5.4, mentre durante la combustione di una biomassa con il 10% di umidità (legna secca) le perdite sono appena lo 0,5%, nel caso della combustione di una biomassa fresca di taglio con umidità del 50% le perdite sono circa il 14%. Ai fini della combustione delle biomasse assume notevole importanza anche il tenore di ceneri, ovvero la frazione sul tal quale di materiale inorganico (cioè la sostanza non combustibile) che si ritrova come residuo alla fine del processo di combustione. Elevati valori del tenore di ceneri Rapporti R H, R E e R P Rapporto R H Rapporto R E Rapporto R P Umidità U (%) PCI0=18 MJ/kg Figura 5.4 Rapporti energetici caratteristici di una biomassa in funzione dell umidità.

18 232 Capitolo 5 determinano una diminuzione del potere calorifico, un aumento dei costi di smaltimento delle ceneri e maggiori problemi legati alla possibile formazione di incrostazioni, corrosioni ed erosioni nella caldaia. Il tenore di ceneri si misura subito dopo la misura dell umidità, ovvero a partire dalla sostanza secca. Il campione di biomassa secca viene macinato finemente (fino a dimensioni tali da attraversare un setaccio con maglie aventi 1,5 mm di lato) e introdotto in un forno a muffola termostatato a 750 C (con una tolleranza di 25 C) al fine di ottenerne la completa combustione. La massa residua alla fine del processo di combustione rappresenta il contenuto di ceneri presente nel campione analizzato. Il contenuto di ceneri su base secca è solitamente compreso fra lo 0,5 % e l 1,5 %, anche se talvolta, come nel caso delle paglie, può arrivare a valori del 10-15%. Risulta inoltre importante valutare la temperatura di fusione delle ceneri, che di solito risulta inferiore a quella delle ceneri da carbone ( C contro C). La tabella 5.3 riporta la composizione elementare e il potere calorifico su base secca delle principali biomasse utilizzate nei processi di combustione, C H O N S Cl Ceneri PCI 0 (%) (%) (%) (%) (%) (%) (%) (MJ/kg) Legna di abete 49,00 5,98 44,75 0,05 0,01 0,01 0,2 18,74 Legna di pioppo 48,45 5,85 43,69 0,47 0,01 0,10 1,43 18,19 Legna di faggio 51,64 6,26 41, ,65 18,63 Legna di quercia 49,98 5,38 43,13 0,35 0,01 0,04 1,61 18,33 Legna di eucaliptus 49,00 5,87 43,97 0,30 0,01 0,13 0,72 18,23 Paglia di frumento 43,20 5,00 39,40 0,61 0,11 0,28 11,40 16,49 Paglia di riso 41,78 4,63 36,57 0,70 0,08 0,34 15,90 15,34 Stocchi di mais 43,65 5,56 43,31 0,61 0,01 0,60 6,26 16,52 Residui potatura vite 47,14 5,82 43,03 0,86 0,01 0,13 3,01 17,86 Residui potatura mandorlo 51,30 5,29 40,90 0,66 0,01 0,04 1,80 19,93 Lolla di riso 40,96 4,30 35,86 0,40 0,02 0,12 18,34 15,27 Gusci di mandorla 44,98 5,97 42,97 1,16 0,02-5,60 18,17 Noccioli pesca 53,00 5,90 39,14 0,32 0,05-1,59 19,62 Noccioli oliva 48,81 6,23 43,48 0,36 0,02-1,10 21,12 Sanse esauste 32,73 5,29 37,82-0,64-12,52 15,50 Tabella 5.3 Composizione elementare di alcune biomasse ligno-cellulosiche.

19 L energia delle biomasse 233 mentre la tabella 5.4 riporta alcuni tipici valori di umidità e densità. La composizione elementare delle biomasse, ovvero il tenore di carbonio, idrogeno, ossigeno, azoto, zolfo e cloro, viene utilizzata per caratterizzare nel dettaglio la biomassa stessa. Mediamente, su base secca le biomasse sono composte per circa il 48-50% da carbonio, per il 5-6% da idrogeno e per il 41-43% da ossigeno. L azoto, che può essere importante ai fini delle emissioni di NO X è di solito presente in percentuali nell intorno dello 0,5%, lo zolfo è virtualmente assente e comunque solitamente presente con concentrazioni inferiori allo 0,1%, mentre il cloro che assume talvolta concentrazioni dell ordine dello 0,1% può anche arrivare a concentrazioni superiori allo 0,5%, con possibili problemi di corrosione delle apparecchiature di combustione e pericoli di inquinamento ambientale. Uno dei fattori che condizionano maggiormente i costi di trasporto e di stoccaggio delle biomasse è il volume specifico. Trattandosi di materiali di forma e dimensioni molto eterogenee, nel campo delle biomasse ci si riferisce a diverse modalità di misura dei volumi occupati. Quando si considerano tronchi di grosse dimensioni si può fare riferimento al volume effettivo del legno solido (mcs, metro cubo solido), trattando invece tronchetti, bricchette o comunque materiali compattati, si fa riferimento al volume di impilato (mci, Umidità Potere calorifico Densità apparente (%) PCI (MJ/kg) (kg/mci) (kg/mcm) Faggio fresco 50 7, Faggio essiccato 35 11, Faggio essiccato all aria 18 14, Abete fresco 50 8, Abete essiccato ,3 naturale Abete essiccato all aria 18 14, Pellet 10 17,0-600 Segatura 10 17,0-202 Trucioli 10 17,0-120 Paglia frumento (balle) 15 14, Paglia colza (balle) 15 14, Paglia mais (balle) 15 14, Miscanto (balle) 15 14, Grano sfuso 15 14,2-760 Tabella 5.4 Principali caratteristiche di alcune biomasse ligno-cellulosiche.

20 234 Capitolo 5 metro cubo di impilato), infine, quando si tratta con materiale sfuso (cippato, segatura, trucioli, pellets, granaglie, etc.) si fa riferimento al volume del mucchio (mcm, metro cubo del mucchio). In linea del tutto generale, la massa di legno contenuta in 1 metro cubo di solido corrisponde a quella presente in circa 1,4-1,5 metri cubi di tronchetti impilati e a circa 2,5 metri cubi di cippato in mucchio. Elevati valori del volume specifico comportano elevati costi di trasporto e di stoccaggio, con la conseguente limitazione del raggio di raccolta delle biomasse. La tabella 5.4 riporta alcuni tipici valori dell umidità, del potere calorifico e della densità apparente (in termini di mci e mcm) delle biomasse frequentemente utilizzate in sistemi di combustione Gli impianti di riscaldamento alimentati a biomassa Come già detto, la legna è stata il primo combustibile utilizzato dall uomo per riscaldarsi e nel corso dei secoli anche le apparecchiature di combustione si sono evolute, passando dal semplice focolare, al caminetto aperto, alle stufe e poi alle moderne caldaie a legna che non hanno molto da invidiare alle caldaie alimentate con combustibili fossili. Gli attuali sistemi di riscaldamento alimentati con biomasse presentano configurazioni diverse in relazione alla taglia e al tipo di combustibile alimentato. A seconda della taglia, ovvero della potenza utile prodotta, vengono commercializzate stufe per il riscaldamento di singoli ambienti con potenze termiche a partire da circa 5-10 kw e caldaie per il riscaldamento di singole unità abitative con potenze termiche a partire da circa kw, per arrivare a caldaie destinate a riscaldare edifici di maggiori dimensioni, come per esempio una scuola, con potenze a partire da circa 100 kw, fino alle grandi caldaie destinate a reti di teleriscaldamento con potenze dell ordine di alcuni MW. Negli impianti di minori dimensioni si impiegano di solito combustibili di migliore qualità e di maggiore comodità d uso come il pellet, anche se caratterizzati da maggiori costi, viceversa negli impianti di taglia maggiore si preferisce utilizzare la biomassa cippata, solitamente prodotta dagli scarti di lavorazione del legno e dalla manutenzione dei boschi. Nel campo delle caldaie con potenza intermedia si utilizzano, a seconda dei casi il pellet, il cippato o anche la legna in ciocchi, ovvero tronchetti in pezzatura commerciale di circa cm. Sul mercato si possono pertanto reperire caldaie a pellet, caldaie a cippato e caldaie per legna in ciocchi. Le stufe e le caldaie a pellet sono costituite dalla caldaia vera e propria, dal sistema di alimentazione del pellet e dal serbatoio di stoccaggio. Nel caso

21 L energia delle biomasse 235 delle stufe tali elementi si ritrovano integrati in un unico componente mentre nel caso delle caldaie di maggiori dimensioni il locale caldaia è in genere separato da quello di stoccaggio del combustibile. L elemento che differenzia una caldaia a pellet da una convenzionale caldaia a gasolio è fondamentalmente rappresentato dal bruciatore e dal sistema di alimentazione di quest ultimo. Il bruciatore è una sorta di piattello fisso o rotante all interno del quale cade il pellet trasportato da una coclea comandata dal sistema di regolazione. L accensione del pellet presente nel piattello avviene a mezzo di una resistenza elettrica. In alcune tipologie di caldaia a gasolio è possibile sostituire i bruciatori preesistenti con bruciatori a pellet. L uniformità nelle caratteristiche del pellet (che in relazione alla sua forma si comporta quasi come un fluido) si riflette in un notevole grado di automazione delle caldaie e quindi in un corrispondente livello di comfort anche nel caso di piccoli sistemi. Nel caso delle stufe a pellet di piccola potenza (figura 5.5), l intervento dell utente è limitato alla carica del serbatoio che può avvenire con frequenza al più giornaliera mediante sacchi da 15 kg e nello svuotamento periodico del cassetto delle ceneri. Il dimensionamento della caldaia non differisce sostanzialmente dal dimensionamento di una caldaia a gas o a gasolio, se non per il fatto che è opportuno evitare eccessivi sovradimensionamenti del sistema. Ciò trova una sua giustificazione innanzitutto in argomentazioni di natura economica, in quanto il costo di una caldaia a pellet, come del resto di qualunque caldaia a biomassa, è notevolmente più elevato rispetto al costo di una caldaia convenzionale. Inoltre, anche dal punto di vista operativo (rendimento, emissioni, sporcamento, etc.), la caldaia funziona meglio se lavora in condizioni non troppo lontane da quelle nominali. Piuttosto che sovradimensionare il sistema è preferibile prevedere la presenza di una caldaia a gas o a gasolio con il compito di integrare semplicemente la richiesta termica nelle situazioni più gravose. Tenuto conto del fatto che il potere calorifico del pellet è dell ordine di MJ/kg e che i rendimenti di queste caldaie sono del tutto confrontabili con quelli delle caldaie convenzionali (85-90%), con riferimento ad una potenza termica resa all ambiente di 1 kw, il consumo orario di pellet risulta dell ordine di 0,25 kg/h. Figura 5.5 Il pellet.

22 236 Capitolo 5 Una piccola stufa da 6 kw che opera per 10 ore al giorno consuma pertanto circa 15 kg di pellet al giorno, mentre nelle stesse condizioni una caldaia da 40 kw richiede circa 100 kg di pellet. Il pellet viene normalmente commercializzato in sacchi da 15 kg (adatti per stufe o piccole caldaie domestiche), in big bags da circa kg, oppure sfuso (nel qual caso viene trasportato mediante autobotti). Nel caso delle caldaie, il dimensionamento del sistema di stoccaggio (silo o altro locale adatto) viene effettuato in base alla frequenza desiderata dei rifornimenti. Per esempio, nel caso della citata caldaia da 40 kw, volendo prevedere una autonomia di circa 1 mese, sarebbe necessario installare un serbatoio di accumulo della capacità di 3000 kg ovvero circa 5 m 3, considerando un volume specifico del pellet di 600 kg/m 3. Il costo attuale del pellet sul mercato italiano varia da circa 0,15-0,20 /kg per grosse forniture in autobotte fino a circa 0,3-0,4 /kg per acquisti in sacchetti da 15 kg. Il costo delle caldaie a pellet varia notevolmente, anche in relazione al livello tecnologico della caldaia stessa. Orientativamente si possono considerare costi specifici dell ordine di /kw per i sistemi di minore potenza (fino a circa kw) e dell ordine di /kw per le caldaie di maggiore potenza (oltre 100 kw). Un rapido conto economico per una caldaia da 40 kw con funzionamento per 1000 ore/anno equivalenti porta ad un risparmio dell ordine di /anno (variabile in relazione al costo del pellet e del gasolio), che a fronte di un investimento stimato in circa determina un tempo di ritorno dell ordine di 2,5-3,0 anni. Ovviamente la convenienza aumenta tanto più quanto più aumenta la durata della stagione di riscaldamento e quanto minori sono i costi del pellet. Le caldaie a cippato sono fondamentalmente costituite dagli stessi componenti già descritti a proposito delle caldaie a pellet. La principale differenza è data dalla maggiore eterogeneità del combustibile che comporta maggiori complicazioni impiantistiche, soprattutto a carico del sistema di regolazione e controllo, cosicché tali caldaie sono più adatte a sistemi di taglia più elevata (solitamente a partire da circa kw, mentre non esiste di fatto un vero e proprio limite superiore). Il cippato, ovvero legno di varia provenienza opportunamente sminuzzato in piccoli pezzi con dimensioni di circa 4-6 cm, viene alimentato alla camera di combustione mediante una coclea comandata dal sistema di regolazione e controllo. La camera di combustione è basata su una griglia fissa o mobile nella quale l aria viene insufflata dal basso (figura 5.6). La dosatura dell aria viene regolata attraverso la misura della concentrazione di ossigeno nei fumi al fine di ottenere una combustione ottimale al variare del carico termico

23 L energia delle biomasse 237 e delle caratteristiche delle biomasse alimentate. Nel caso delle caldaie di maggiori dimensioni viene spesso prevista la presenza di un accumulatore termico (un serbatoio contenente acqua calda) al fine di rendere indipendenti le variazioni di carico della caldaia da quelle dell utenza. La figura 5.7 illustra lo schema funzionale di un impianto basato su una caldaia a biomassa solida. Per quanto riguarda il dimensionamento delle caldaie a cippato e del sistema di stoccaggio valgono le considerazioni già riportate a proposito delle caldaie a pellet. In merito allo stoccaggio, è opportuno osservare che il minore potere calorifico e il maggiore volume specifico del cippato rispetto al pellet, unitamente alla maggiore potenza unitaria delle caldaie, determinano la necessità di ampi volumi di stoccaggio. Per esempio, una caldaia da 250 kw, alimentata con un cippato caratterizzato da un potere calorifico di MJ/kg consuma circa kg/h di cippato. Volendo prevedere una autonomia di circa 1 mese, con un funzionamento giornaliero di circa 10 ore sarebbe necessario installare un serbatoio di accumulo della capacità di circa kg, corrispondenti ad un volume di circa m 3, considerando un volume specifico medio di 250 kg/m 3. Il costo di approvvigionamento del cippato è molto variabile, in relazione alla provenienza ed ai trattamenti preliminari necessari (triturazione grossolana, essiccazione, etc.), ed è compreso fra circa 0,03 /kg e circa 0,1 /kg. Il costo delle caldaie a cippato varia anch esso notevolmente, soprattutto Figura 5.6 Caldaia a griglia mobile per combustibili solidi con umidità fino al 100% sul secco (per gentile concessione di Uniconfort S.r.l.).

24 238 Capitolo 5 in relazione alla potenza termica prodotta ed al livello tecnologico della caldaia stessa. Orientativamente si possono considerare costi specifici dell ordine di /kw per le caldaie di minore potenza ( kw) e dell ordine di /kw per le caldaie di maggiore potenza (anche oltre 1 MW). Infine, le caldaie per legna in ciocchi hanno solitamente potenze che vanno da circa kw fino a kw, e sono pertanto adatte a utenze mono-famigliari o pluri-famigliari. La legna viene caricata a mano nell apposito vano, al di sotto del quale è disposta la camera di combustione. Tali caldaie vengono anche denominate caldaie a fiamma inversa, in quanto l aria comburente, che viene inviata in camera di combustione mediante un apposito ventilatore, attraversa dall alto verso il basso il vano del combustibile (in alcuni casi, in luogo di un ventilatore premente viene impiegato un ventilatore aspirante disposto in corrispondenza del condotto di scarico). In questo modo la legna brucia progressivamente a partire dal momento in cui raggiunge la griglia disposta sul fondo del vano di carico del combustibile. Anche le moderne stufe a legna sono dotate di sistemi di regolazione e controllo automatici e garantiscono pertanto un buon livello di comfort, con rendimenti ancora una volta confrontabili con quelli delle caldaie convenzionali. Inoltre, analogamente 1 - Caldaia 8 Prelievo analisi fumi 15 Sonda prelievo CO 2 - Silos combustibile 10 - Multiciclone 16 Valvola dosatrice 3 - Estrattore dosatore 11 Aspiratore fumi 17 Bruciatore pilota 4 Trasporto a coclea 12 Camino 35 Indicatore livello Figura 5.7 Schema funzionale di un impianto completo con caldaia a biomassa solida (per gentile concessione di Uniconfort S.r.l.).

25 L energia delle biomasse 239 a quanto si verifica nelle caldaie a cippato, anche in questo caso è di solito presente un accumulatore inerziale. In merito allo stoccaggio, si può osservare come per esempio, una caldaia a legna da 25 kw (impiegabile per una abitazione di circa m 2 ) consumi circa 8-10 kg/h di legna, ovvero circa kg/giorno per 10 ore di funzionamento. Volendo prevedere una autonomia di 1 mese, sono necessari circa 30 quintali di legna che occupano un volume di circa 7,5 m 3, considerando un volume specifico medio di circa 400 kg/m 3. Il costo di approvvigionamento della legna sul mercato è di circa 0,10-0,15 /kg a seconda della provenienza e della qualità. Per il costo delle caldaie a legna si possono considerare valori dell ordine di /kw per i sistemi di minore potenza (20-30 kw) e dell ordine di /kw per le caldaie di maggiore potenza (superiore a 100 kw) Gli impianti di generazione elettrica alimentati a biomassa La conversione termochimica delle biomasse ai fini della produzione di energia elettrica può avvenire essenzialmente mediante impianti a combustione esterna (impianti a vapore, motori Stirling o impianti a ciclo Rankine operanti con fluidi organici) oppure mediante processi di gassificazione e la successiva alimentazione del syngas in impianti a combustione interna (turbine a gas e motori alternativi). Come mostrato in figura 5.8, l impiego delle diverse tecnologie di conversione energetica dipende anche dalla taglia dell impianto. Allo stato attuale, le uniche tecnologie commercialmente disponibili per impianti di taglia medio-grande (a partire da circa 10 MW) sono rappresentate dai tradizionali impianti a vapore. Nel campo delle medie potenze sono disponibili gli impianti a fluidi organici (ORC, Organic Rankine Cycle), mentre per impianti di piccola taglia (10-50 kw) vengono commercializzati alcuni motori a ciclo Stirling. Le tecnologie basate sulla gassificazione, pur molto promettenti in termini di rendimento, non hanno di fatto ancora raggiunto un sufficiente livello di maturità industriale. Il grande interesse verso tale tecnologia è legato alla possibilità di poter impiegare il syngas prodotto in sistemi ad alta efficienza e basse emissioni inquinanti come le turbine a gas, le celle a combustibile e i cicli combinati gas/vapore. Oltre alle biomasse residuali (residui di potatura e forestali, scarti della lavorazione del legno, sanse, gusci, noccioli, etc.), le specie vegetali più adatte alla conversione termochimica sono quelle ricche di lignina e di cellulosa, e sono pertanto riconducibili a specie annuali come il sorgo da fibra, il mais, il kenaf, etc., specie perenni a raccolta annuale come il miscanto e la canna palu-

26 240 Capitolo 5 stre, nonché coltivazioni arboree a crescita rapida (Short Rotation Forestry, SRF) come il pioppo, la robinia, l eucaliptus e il salice. In relazione alle ca- Caldaie Ciclo Stirling Caldaie/gassificatori Ciclo ORC/Rankine Caldaie/gassificatori Ciclo Rankine Piccole Potenze kw Caldaie Ciclo ORC Medie Potenze 1-5 MW Elevate Potenze 5-50 MW Gassificatori Ciclo ORC/Rankine Gassificatori Ciclo Brayton Gassificatori Ciclo Brayton/Combinato Figura 5.8 Classificazione degli impianti di generazione elettrica alimentati con biomasse. ratteristiche climatiche dei Paesi dell Europa meridionale, risultano attualmente oggetto di notevole interesse soprattutto il miscanto e il pioppo SRF, anche se i risultati ottenibili con queste colture si possono facilmente estendere ad altre colture simili (rispettivamente sorgo da fibra e robinia, per esempio). In particolare, il miscanto (Miscantus s. Giganteus) è una pianta perenne originaria del Sud- Est asiatico, ricca di lignina e di cellulosa, con metabolismo di tipo C4, e l esperienza ha dimostrato che si adatta molto bene anche ai climi temperati dell Europa meridionale. In piena maturità il miscanto si presenta con fusti alti fino a 3-4 m (anche 7-10 metri nelle zone tropicali) e diametri di circa 10 mm. Lo sviluppo vegetativo avviene a partire dal periodo primaverile, mentre la crescita termina all inizio dell autunno. La raccolta avviene preferibilmente alla fine dell inverno (febbraio-marzo) per consentire la riduzione dell umidità fino a valori dell ordine del 20-25%. Si tratta di una pianta piuttosto resistente alla siccità, anche se l irrigazione concorre ad ottenere migliori rese sul campo, con esigenze nutritive modeste e con durata di impianto all incirca di 10 anni. Considerazioni simili si possono estendere ad altre specie erbacee perenni (come la canna comune) oppure a specie erbacee a ciclo annuale (come il sorgo da fibra). Tra le specie arboree, particolare attenzione viene attualmente dedicata al pioppo (Populus spp.), una specie arborea con eccellente capacità produttiva e

27 L energia delle biomasse 241 cicli di raccolta anche di 1-2 anni. Le lavorazioni sono piuttosto ridotte e comunque completamente meccanizzate (compresa la raccolta). Il pioppo può essere coltivato anche in asciutto, tuttavia la sua produttività migliora notevolmente con l ausilio dell irrigazione, anche con bassi volumi (a parità di condizioni ambientali, la richiesta di acqua è circa il 25-30% di quella di colture come il mais). Con ciclo di raccolta annuale, il pioppo raggiunge una altezza di circa 6 metri con diametri del fusto di 8-10 cm, La raccolta avviene fra novembre ed aprile, nel periodo di riposo vegetativo della pianta, con macchine di taglio e cippatura della pianta intera, in cantieri simili a quelli del mais trinciato. La capacità produttiva annua è mediamente dell ordine di t/ha, con una umidità di circa il 50-55% (tuttavia, l umidità del cippato alimentato all impianto risulta solitamente inferiore grazie ai processi di essiccazione naturale). Altre specie arboree potenzialmente adatte alle coltivazioni energetiche sono l eucaliptus, la robinia, il salice e altre specie simili. Focalizzando l attenzione sugli impianti di grande taglia (10-20 MW), come evidenziato in figura 5.9, la filiera di produzione dell energia elettrica è fondamentalmente costituita dalle fasi di coltivazione, raccolta e trasporto delle biomasse, cui fa seguito la combustione di queste ultime in un impianto termoelettrico a vapore. Nell ambito della fase di raccolta è anche incluso il trattamento preliminare delle biomasse, ovvero la cippatura per le specie arboree e la pressatura per quelle erbacee. Prima della combustione può inoltre essere previsto un ulteriore trattamento di macinazione e/o essiccazione. Nel caso delle coltivazioni energetiche, i consumi medi annui Coltivazione (SRF) e/o raccolta (biomasse residuali) 1-5 MW Eventuale trattamento preliminare (riduzione in scaglie, imballatura, ) 1-5 MW Trasporto al sito di stoccaggio Stoccaggio ed eventuale trattamento (essiccazione, sminuzzamento) Conversione energetica (combustione, produzione di energia elettrica) Smaltimento dei reflui (ceneri, acque di scarico, etc.) Figura 5.9 Principali fasi della filiera di generazione elettrica a partire da biomasse.

28 242 Capitolo 5 di energia primaria richiesti per la fase di coltivazione e raccolta possono assumere valori rilevanti. Nel caso per esempio del miscanto e del pioppo, considerando una produzione media annua pari a 25 t/ha di sostanza secca per il miscanto e di 18 t/ha per il pioppo, con umidità alla raccolta rispettivamente del 20% e del 50%, si possono valutare consumi di energia primaria dell ordine di 14 GJ/ha per il pioppo e 21 GJ/ha per il miscanto. Tale differenza a favore del pioppo (oltre il 30%) è fondamentalmente legata alle minori richieste di fertilizzanti, combustibili e di acqua di irrigazione. In relazione al potere calorifico sul secco (16,7 MJ/kg per il miscanto e 18,0 MJ/kg per il pioppo) e all umidità alla raccolta, il potere calorifico sul tal quale del miscanto risulta pari a 12,9 MJ/kg mentre quello del pioppo è di 7,8 MJ/kg. Complessivamente, l energia primaria resa disponibile sul campo dal miscanto è pari a circa 400 GJ/ha, contro i poco meno di 300 GJ/ha del pioppo, con un rapporto output/input rispettivamente di circa 19 e 21. Tenuto conto degli elevati quantitativi in gioco (circa 30 t/ha di biomassa tal quale), i consumi energetici relativi alla fase di trasporto fino alla centrale termoelettrica non sono affatto trascurabili. Infatti, considerando una distanza media di 100 km, il trasporto incide per circa 6,0-7,0 GJ/ha (pari al 30% dei consumi della fase di coltivazione per il miscanto e ad oltre il 50% nel caso del pioppo). Le centrali termoelettriche convenzionali a vapore specificatamente concepite per l alimentazione con biomasse operano generalmente con potenze elettriche nette dell ordine di MW e rendimenti dell ordine del 25-28%. Rendimenti più elevati, confrontabili con quelli delle centrali termoelettriche a vapore alimentate con carbone (40-44%) potrebbero essere conseguiti solo con impianti di taglia molto maggiore ( MW), di fatto improponibili in relazione alla pratica impossibilità di approvvigionamento delle biomasse entro raggi di raccolta ragionevoli. Laddove possibile, la soluzione ottimale per valorizzare al meglio le biomasse è rappresentata dall utilizzo in centrali termoelettriche di grande taglia in co-combustione con i combustibili fossili convenzionali (carbone), in quanto garantisce vantaggi in termini economici, energetici e logistici. In merito alle considerazioni sul raggio di raccolta è opportuno osservare che una centrale da 10 MW con rendimento netto del 25%, alimentata con una biomassa legnosa avente un potere calorifico sul secco di 18 MJ/kg, richiede per un funzionamento annuo pari a 7000 ore equivalenti circa t/anno di sostanza secca, corrispondente a circa t/anno di cippato fresco da SRF. Considerando una produttività annua di 35 t/ha di sostanza tal quale, la centrale richiede una superficie coltivata pari a circa 3500 ha che, potrebbero corrispondere ad un territorio di area circa doppia (considerando strade, altre colture, etc.) e quindi un raggio massimo di raccolta di circa 5 km. Nella realtà

29 L energia delle biomasse 243 agricola italiana a soprattutto del meridione, la parcellizzazione della superficie agricola coltivabile e la presenza di altre colture in rotazione mostrano come appaia più verosimile un territorio di raccolta di almeno ha, con conseguenti raggi massimi di raccolta dell ordine di almeno km. Appare pertanto immediatamente evidente come risulti estremamente difficile riuscire a realizzare una centrale termoelettrica a biomassa avente potenza dell ordine di 300 MW, in quanto essa richiederebbe la fornitura di oltre 2 milioni di t/anno di biomasse e una ipotetica superficie coltivata a SRF dell ordine di 1 milione di ha. Ovviamente, tranne situazioni molto particolari, il raggio di raccolta aumenta notevolmente nel caso di centrali elettriche alimentate con biomasse residuali. Facendo riferimento al valore medio nazionale per quanto riguarda la densità territoriale delle biomasse residuali, pari a circa 57 t/km 2 per anno di sostanza secca, si può facilmente constatare come la sopracitata centrale da 10 MW richiede un bacino di raccolta con una superficie di circa ha. Per quanto concerne i costi di approvvigionamento delle biomasse si possono incontrare situazioni molto diverse. Nel caso delle biomasse residuali il costo è sostanzialmente quello di raccolta e trasporto, il primo dei quali può essere in linea teorica anche molto basso. In realtà il costo di raccolta è basso (al limite zero) solo nel caso in cui tali biomasse siano concentrate, come nel caso dei residui dell agro-industria. L esperienza tuttavia insegna che in questi casi le aziende tendono a farsi pagare i residui che quindi possono avere un costo niente affatto trascurabile (è il caso per esempio delle sanse esauste, dei gusci e di altri residui secchi). Nel caso dei residui agricoli (paglie, stocchi, potature), il costo di raccolta è legato soprattutto alla pressatura. Infine, nel caso delle coltivazioni energetiche i costi possono essere anche elevati in relazione ai costi delle lavorazioni, dei fertilizzanti, del combustibile, etc.. Nel complesso di possono avere costi di acquisto delle biomasse alla fonte variabili da circa 15 a circa 150 per tonnellata di sostanza secca. A tale costo devono essere aggiunti i costi di trasporto, anch essi fortemente variabili in relazione alle distanze percorse ed alla organizzazione logistica della fase di trasporto. In linea del tutto generale possono essere considerati costi medi dell ordine di 0,15-0,25 /t km. Con percorrenze medie di km (andata e ritorno), tali costi comportano un ricarico sul costo di acquisto della biomassa dell ordine di 6-15 /t. Ancora a parte dovrebbero poi essere considerati i costi di stoccaggio delle biomasse, i quali tendono ad incidere moltissimo specie nel caso in cui la raccolta sia concentrata in pochi mesi. A titolo esemplificativo, lo stoccaggio di circa tonnellate di cippato di legno richiede un volume di circa m 3, di fatto realizzabile solo in cumuli all aperto. Tuttavia,

30 244 Capitolo 5 l accumulo all aperto del cippato determina da un lato forti difficoltà di essiccazione naturale, specie nel caso di inverni molto piovosi, e dall altro l avvio di processi di fermentazione che possono portare alle perdita di significativi quantitativi di sostanza secca (dell ordine del 10-15%, con alcuni casi critici che giungono al 30%). Sul fronte delle tecnologie di conversione energetica è attualmente invalso l impiego di impianti a vapore che, pur essendo una tecnologia ben collaudata e ben conosciuta agli operatori del settore risente dei bassi rendimenti energetici. La ragione dei bassi rendimenti risiede essenzialmente nei modesti valori dei parametri termodinamici del ciclo a vapore e nella estrema semplicità dell impianto, dovuta alla necessità di contenere i costi di investimento in impianti di potenza relativamente bassa. Infatti, il ciclo a vapore presenta il solo spillamento di vapore richiesto per l alimentazione del degasatore (in alcuni casi è al più presente un altro spillamento rigenerativo) e non è presente il risurriscaldamento del vapore. Le condizioni termodinamiche del vapore surriscaldato sono dell ordine di bar e C, mentre il condensatore opera spesso con temperature di saturazione dell ordine di C (il condensatore è quasi sempre raffreddato con torri evaporative o con aerotermi, dal momento che tali impianti vengono spesso realizzati lontano dal mare o da grandi corsi d acqua). Il combustore è generalmente del tipo a griglia, anche se iniziano a diffondersi i combustori in letto fluido che, grazie alle minori temperature di combustione, limitano la produzione di NO X. La linea di trattamento dei gas combusti prevede di solito la sola sezione di abbattimento del particolato. Solo in alcuni casi è presente un sistema catalitico di riduzione selettiva degli NO X (SCR) per reazione con ammoniaca. La tabella 5.5 sintetizza il bilancio energetico complessivo delle due filiere di produzione dell energia elettrica nel caso di utilizzo sia in centrali a biomassa dedicate (rendimento netto del 25%) sia in centrali di cocombustione con carbone (rendimento netto del 40%). In entrambi i casi, le biomasse vengono alimentate alla caldaia con una umidità del 20%. Nel caso del cippato di pioppo, tale umidità risulta da un processo di essiccazione naturale, a seguito del quale è stata anche considerata una perdita di sostanza secca del 10%. Ai fini della valutazione del saldo energetico netto, l energia elettrica prodotta è stata valorizzata in misura equivalente al risparmio di energia primaria di una centrale termoelettrica alimentata con combustibili fossili. Per quest ultima centrale è stato considerato un rendimento equivalente del 35%, inclusivo pertanto anche dei consumi di energia primaria per l estrazione e il trasporto dei combustibili fossili. L energia messa a disposizione per la generazione elettrica è decisamente a vantaggio del

31 L energia delle biomasse 245 Consumi di energia primaria della filiera Energia della Saldo netto di energia della filiera Coltivazione Trasporto Biomassa =25% =40% Miscanto (GJ/ha) 21,23 6,25 401,88 259,57 (10,45) 431,81 (16,71) Pioppo SRF (GJ/ha) 13,59 7,20 281,48 180,27 (9,67) 300,90 (15,48) Tabella 5.5 Sintesi del bilancio energetico della filiera di produzione dell energia elettrica da coltivazioni energetiche dedicate. miscanto (circa 400 GJ/ha contro circa 280 GJ/ha del pioppo). Anche il saldo netto di energia (ovvero la differenza fra l energia utile prodotta e quella consumata da tutta la filiera) evidenzia un netto vantaggio a favore del miscanto (il quale consente di produrre circa il 44% di energia utile in più), mentre in relazione ai minori consumi della fase di coltivazione, il rapporto output/input (riportato entro parentesi) è molto simile (circa pari a 10), pur se ancora a vantaggio del miscanto. La tabella 5.5 evidenzia molto bene i notevoli vantaggi energetici derivanti dal potenziale utilizzo delle biomasse in impianti di co-combustione di grande taglia. Il maggiore rendimento energetico consente infatti di incrementare il saldo netto di energia della filiera di circa il 66% (circa 430 GJ/ha per il miscanto e 300 GJ/ha per il pioppo) e anche il rapporto output/input (che raggiunge valori compresi fra circa 15 e 16). Per quanto concerne gli aspetti economici, l investimento richiesto per realizzare una centrale a vapore da circa 10 MW risulta dell ordine di M. Considerando una produzione annua di circa 70 GWh ed un prezzo medio di vendita dell energia elettrica di /MWh (comprensivo dei certificati verdi per anni), tale centrale potrebbe garantire una remunerazione delle biomasse coltivate dell ordine di /t. Tali remunerazioni lasciano intravedere la possibilità di conseguire valori della produzione lorda vendibile di un qualche interesse per gli operatori agricoli solo in presenza di coltivazioni energetiche con sufficienti livelli di produttività (almeno t/ha). Peraltro, le recenti novità introdotte in materia di certificati verdi (cfr. Capitolo 1), premiano notevolmente la produzione di energia da biomasse in filiera corta, ovvero entro raggi massimi di 70 km, nonché gli impianti di piccola taglia (inferiore ad 1 MWe). Tali incentivi dovrebbero favorire lo sviluppo di tipologie impiantistiche diverse da quelle degli impianti a vapore e

32 246 Capitolo 5 basate sostanzialmente su caldaie integrate con cicli a fluidi organici (ORC), con motori a ciclo Stirling o con cicli di turbina a gas a combustione esterna, oppure sistemi di gassificazione integrati con motori a combustione interna.