Biomasse Il termine biomassa designa ogni sostanza organica di origine vegetale o animale, direttamente o indirettamente provenienti dalla fotosintesi delle piante o da organismi animali, da cui attraverso processi di tipo termochimico, biochimico o processi degenerativi sia possibile ottenere energia In particolare si ottengono da: legna residui agricoli e agro-industriali residui animali, scarti della catena di distribuzione e consumi finali Le biomasse rappresentano una forma di accumulo di energia solare molto sofisticata, la produzione di energia da questi materiali comporta formazione di CO 2 che viene riassorbita nel processo di crescita. Il bilancio è quindi nullo: fotosintesi Utilizzo biomasse CO 2 produzione biomasse La diversità dei materiali impone, comunque, diverse tecniche per ricavare energia elettrica.
Biomasse Residui organici Colture energetiche Forestali Di trasformazione tecnologica Agricoli Terrestri Acquatiche Vegetali Non alimentari Alimentari Animali Vegetali Le colture energetiche, in base al criterio qualità della biomassa, si possono classificare in: colture oleaginose (girasole,colza) colture alcooligene (sorgo zuccherino, barbabietola da zucchero, cereali) colture lignocellulosiche, (short rotation forestry-srf, canna)
Caratterizzazione chimica Cellulosa polimero composto da unita monomeriche di glucosio Emicellulosa polimero con zuccheri a 5 o 6 atomi di C, facilmente idrolizabile CH 2 CH 2 O O HO O HO HO O HO HO CH 2 O O HO n O HO HO glucosio fruttosio xilosio Lignina Polimero formato dalla unione di differenti acidi e alcooli fenilpropilici collegati con legami C-C e C-O.
Principali forme di conversione Processi termochimici combustione, pirolisi, gassificazione Processi biochimici digestione anaerobica, altri processi biochimici (es. fermentazione alcoolica) COMBUSTIONE COMPLETA: incenerimento gli aspetti sono essenzialmente tecnologici, con tipologie dei forni che cambiano a seconda dei combustibili. Confirming biomasse + carbone produzione di energia elettrica Combustione a griglia rifiuti solidi urbani (fissa o mobile) Combustione in forni a tamburo rotante rifiuti industriali Combustioni a letto fluido rifiuti solidi urbani tritati + sabbia
PIROLISI Serie di reazioni termochimiche in assenza di aria od ossidanti. Processo endotermico. Prodotti Frazione gassosa: Syngas CO; CO 2 ; H 2 ; H 2 O, CH 4, C 2 H 4, C 3 H 5 Frazione liquida TAR H 2 O e composti organici (aldeidi, chetoni, acidi, alcoli) Frazione solida CHAR residui ad alto peso molecolare.
Si effettuano tre tipi di pirolisi: Lenta a T >600 C con tempi lunghi (4-8 min) E un processo anaerobico, si ottiene Syngas (H 2, CO e CH 4 ) come prodotto principale. A secondo delle T di lavoro si ha: Per T 300 C Per T > 400 C Per T > 600 C Veloce CO 2 e H 2 O e char (solido) CH 4 e H 2 e Tar syngas CO e H 2 (craking) fino al 65% di resa a T=1200 C a T 450-525 C tempi 20-1500 msec si ottiene Tar Fast pirolisi a T 450-525 C tempi di 1 msec mirata all ottenimento di bio-olio con potere calorifico 15000-20000 KJ/Kg a partire da RSU finemente suddivisi. Ottimo processo per ottenere combustibile facilmente gestibile perché liquido e con buon potere calorifico.
Tipologia Tempi T C Prodotti Carbonizzazione pirolitica Giorni 300-500 Char Pirolisi convenzionale 5-30 min <600 Tar, Char, Syngas Pirolisi lenta 4-8 min >600 Syngas Pirolisi veloce 1-5 sec 500-550 Tar Flash pirolisi <1 sec >700 Tar Gassificazione: trasformazione di un combustibile solido o liquido in gas (vettore di energia). Ossidazione in presenza di agenti ossidanti (O 2 + H 2 O) (vedi gassificazione del carbone)
Il potere calorifico del syngas dipende dalla % di H 2 e CH 4 presenti rispetto a CO e CO 2 H 2 120970 KJ/kg massimo a 800 C CO 10110 KJ/kg CO 2 0 KJ/kg diminuisce con l aumento di T CH 4 50170 KJ/kg aumenta fino a 800 C e diminuisce a T maggiori Considerando come biomasse lignina o cellulosa si ha una prima fase depolimerizzazione con successiva formazione dei prodotti gassosi e diversi tipi di char, in particolare dalla lignina si formano idrocarburi aromatici.
PROCESSI BIOLOGIGI DIGESTIONE ANAEROBICA (in assenza di O 2 e ambiente umido) Si parte da sottoprodotti di cultura: culture acquatiche e ortive; reflui zootecnici; acque dei frantoi (C/N 16-30). Si trattano con batteri differenziati a seconda della temperatura di lavoro (25-45 C). Prodotti principali: gas CH 4, CO 2, C n H 2n+2, H 2 S, fanghi mineralizzati. Ambiente di lavoro: digestori in cui la massa liquida (umidità>50%) è separata dall O 2.
Fasi di lavoro: idrolisi della cellulosa, dei lipidi, degli zuccheri e degli amminoacidi formazione di acidi grassi (principalmente acido acetico) metanizzazione CH 3 CO CH 4 + CO 2 Prodotti: gas (potere calorifico 5300-5800 Kcal/Nm 3 ) Liquido chiarificato (usato per diluire, riciclato) Fanghi ricchi di N; P; K (fertilizzanti)
Nel confronto con gli altri Paesi europei, risulta evidente in Italia il ruolo chiave delle rinnovabili nel comparto della generazione elettrica; infatti, considerando la sola produzione elettrica domestica, circa il 39% della generazione nazionale lorda di energia elettrica proviene da fonti rinnovabili, in Germania circa il 30%, nel Regno Unito il 26% e in Francia il 16%
In Italia l incidenza delle rinnovabili elettriche sui relativi consumi finali è stata pari al 33,5%26, corrispondente a 109,7 TWh27; il dato è in linea con l'obiettivo SEN 2013 pari al 2020 a 35% - 38% ed è superiore alla previsione del Piano di Azione Nazionale sulle Energie Rinnovabili, pari a 99TWh al 2020.