ALLEGATO E1 – Valori del potere calorifico (P.C.) dei diversi tipi di biomassa confrontati
con combustibili fossili
Tipologia
P.C.
netto
kWh/kg
Combustibili fossili
Gasolio
11,7
Metano
13,5
GPL
12,8
Combustibili da biomasse
Legna da ardere
3,5
25% umidità (*)
Legna da ardere
3,0
35% umidità
Legna da ardere
2,4
45% umidità
Cippato
3,5
(faggio/quercia 25%
umidità)
Cippato
2,9
(faggio/quercia 35%
umidità)
Cippato
2,1
(faggio/quercia 50%
umidità) (**)
Cippato
3,3
(pioppo 25% umidità)
Cippato
2,8
(pioppo 35% umidità)
Cippato
1,9
(pioppo 50% umidità)
Pellet di legno
4,9
(umidità max 10%)
(*) Legna stagionata due anni.
(**) Legno fresco di taglio.
Costo
€/kg
Litro
equivalente di
gasolio
kg
€
Litro
equivalente di
GPL
kg
€
Metro cubo
equivalente di
metano
kg
€
0,990 0,83
0,720 0,73
1,097 0,76
0,83
0,52
0,84
0,62
0,54
0,57
0,61
0,39
0,62
0,83
0,72
0,75
0,82
0,52
0,83
0,103 2,79
0,29
2,07
0,21
2,76
0,28
0,093 3,31
0,31
2,45
0,23
3,27
0,30
0,077 4,08
0,32
3,02
0,23
4,03
0,31
0,067 2,79
0,19
2,07
0,14
2,76
0,19
0,062 3,32
0,21
2,46
0,15
3,28
0,20
0,057 4,64
0,26
3,43
0,19
4,59
0,26
0,052 2,92
0,15
2,17
0,11
2,89
0,15
0,044 3,51
0,15
2,60
0,11
3,47
0,15
0,036 5,02
0,18
3,72
0,13
4,97
0,18
0,180 2,00
0,36
1,48
0,27
1,98
0,36
ALLEGATO E2 – Processi di conversione energetica delle biomasse Tipologia
Biochimici
Rapporto Umidi
C/N tà
(carbonio/ azoto) < 30
> 30%
Processo di conversione
Descrizione
Prodotti principali
Sottoprodotti
Fermentazione alcolica
E’ un processo biochimico che trasforma i glucidi vegetali in etanolo e biossido di carbonio grazie all'azione di lieviti e altri enzimi. Essa avviene in maniera diretta se la biomassa contiene zucchero naturale, mentre in presenza di amido o cellulosa si rende necessario convertire tali sostanze in zucchero tramite una fase di elettrolisi, rendendo così il processo più lento e complesso.
E’ un processo che avviene in assenza di ossigeno e in cui batteri e micro-­‐
organismi scompongono sostanze complesse e danno origine al biogas (metano al 50-­‐70%) ed elevato potere calorifico che può essere impiegato in caldaie a gas, turbine o motori a combustione interna.
Consiste nella metabolizzazione ad opera di batteri delle sostanze organiche, in ambiente condizionato dalla presenza di ossigeno. Questi micro-­‐organismi convertono sostanze complesse in altre più semplici, liberando CO2 e H2O e producendo un elevato riscaldamento del substrato, proporzionale alla loro attività metabolica. Il calore prodotto può essere così trasferito all’esterno, mediante scambiatori a fluido.
E’ un processo che consente di estrarre oli vegetali da piante oleaginose (girasole, colza, soia). Questi oli fatti reagire con alcol metilico danno origine ad un prodotto indicato con il nome commerciale di biodiesel. Bioetanolo
CO2, integratori alimentari per zootecnia Digestione anaerobica
Digestione aerobica
Esterificazione
Biogas,
Fertilizzante
Energia termica
CO2, H2O
Biodiesel
Termochimici
> 30
< 30%
Combustione
Carbonizzazione
Pirolisi
Gassificazione
Steam Explosion (SE)
E’ l'insieme dei fenomeni chimici che determina l'ossidazione di un combustibile da parte di un comburente (di solito l'ossigeno presente nell'aria), con sviluppo di calore e conseguenti emissioni elettromagnetiche, tra cui spesso anche radiazioni luminose.
Consiste nella trasformazione in carbone delle molecole legnose e cellulosiche, mediante la somministrazione di calore in ambienti con scarsità di ossigeno ed eliminando l’acqua e le sostanza volatili non combustibili della materia vegetale.
Detta anche piroscissione, è un processo di degradazione termochimica di materiali organici, attraverso l’azione del calore, a temperature elevate (tra 400 e 800 °C), in completa assenza degli agenti ossidanti (aria o ossigeno). Dalla pirolisi si ottengono prodotti gassosi, liquidi e solidi, in proporzioni che dipendono dai metodi utilizzati (pirolisi veloce, lenta, o convenzionale) e dai parametri di reazione.
Il processo consiste nella trasformazione della biomassa in gas attraverso la decomposizione termica (ossidazione parziale) ad alta temperatura (900-­‐1000 °C). La proporzione tra i vari componenti del gas varia notevolmente in funzione dei diversi tipi di gassificatore, dei combustibili e del loro contenuto di umidità. Questo gas (detto gas di gasogeno) è di potere calorifico inferiore medio-­‐basso, (oscilla tra i 4000 kJ/Nm³ dei gassificatori ad aria, i 10.000 kJ/Nm³ dei gassificatori a vapor d’acqua ed i 14.000 kJ/Nm³ di quelli ad ossigeno).
Metodo innovativo basato sull’uso di vapore saturo ad alta pressione per riscaldare qualsiasi materiale ligno-­‐cellulosico e separare le tre frazioni costituenti i substrati vegetali. In questo modo è possibile utilizzare completamente la biomassa.
Energia termica
Gas di pirolisi, olio
Gas di sintesi (miscela di H2, CO, CH4, CO2, H2O e N2)
Ceneri in sospensione e tracce di idrocarburi (C2H6)
Emicellulosa, cellulosa, lignina
Fisico-­‐chimico
_
_
Estrazione di oli
Compattazione
La biomassa viene sottoposta ad un processo di spremitura a freddo per consentire di ricavare oli grezzi da utilizzare, eventualmente, in processo di esterificazione per la produzione di biodiesel.
E’ un processo che consiste in una successione di fasi (essiccazione, macinazione e agglomerazione) a cui viene sottoposta la biomassa ligno-­‐cellulosica per ottenere dei prodotti che verranno utilizzati in processi di tipo termochimico.
Oli vegetali
Bricchetti, pellets
ALLEGATO E3 – Tipologie di caldaie per impianti a combustione di biomasse (legna,
cippato, pellets)
Tipo caldaia
Pellets
A fiamma inversa
Principio di
funzionamento
Richiedono un
contenitore per
lo stoccaggio del
combustibile
situato in
prossimità della
caldaia. Una
coclea lo preleva
e lo trasporta in
caldaia, ove
avviene la
combustione.
Caratteristiche
• Caldaia
• Serbatoio del
pellet
• Sistema di
alimentazione
del pellet
• Centralina di
regolazione
La camera di
• Caldaia a
combustione è
fiamma
situata al di sotto
inversa
del vano nel
• Accumulatore
quale viene
inerziale del
caricata la legna.
calore
Si tratta
• Centralina di
generalmente di
controllo
caldaie provviste
di una ventola
per la
circolazione
forzata dell’aria
comburente.
Approvigionamento
Rendimento
combustibile
• Sacchetti da 15 kg,
90 -94%
utilizzati soprattutto per
stufe, caminetti e piccole
caldaie con serbatoio da
caricare a mano.
• Sacconi da 800 - 1000
kg (“big bags”),
utilizzabili mediante
inserimento di una coclea
o in impianti dotati di
silo di stoccaggio
interrato.
• Sfuso, trasportato
mediante apposite
autobotti attrezzate per
pomparlo direttamente
in un silo di stoccaggio.
Per ridurre la formazione 50-90%
di condensati corrosivi e
la fumosità, le caldaie a
fiamma inversa
dovrebbero essere
alimentate unicamente
con legna da ardere con
contenuto di umidità non
superiore al 25%. Questo
si ottiene con la
stagionatura per almeno
un anno all’aria,
preferibilmente sotto una
tettoia. Per il
riscaldamento di una
villetta di 150 m2 sono
necessari circa 80-100
quintali di legna all’anno.
Cippato
Per gassificazione
Combinata
Il caricamento
del combustibile
avviene in modo
automatico.
La combustione
avviene in
caldaie a griglia
fissa, per
bruciare
materiali fini e a
basso contenuto
di umidità
oppure mobile,
per bruciare
combustibili a
pezzatura
grossolana e ad
alto contenuto di
ceneri ed
umidità.
E composta da
due camere poste
una sopra l’altra,
quella superiore
serve da
serbatoio del
combustibile,
quella inferiore
serve da camera
di combustione e
cassetto per la
cenere.
• Caldaia
• Contenitore o
apposito
locale (silo)
per lo
stoccaggio del
cippato
• Sistema di
movimentazio
ne del
combustibile
• Centralina di
regolazione
Potature, scarti di
60-80%
segheria, interventi di
manutenzione di boschi,
ecc. La dimensione e la
forma dei pezzetti di
legno variano a seconda
del materiale di origine e
del tipo di macchina
(cippatrice) utilizzata per
sminuzzarlo. Il potere
calorifico netto del
cippato è compreso tra
600 e 900 kWh/m3, a
seconda del tipo di legno
e del contenuto di
umidità. La densità è
compresa tra i 200 e i 400
kg/m3.
• Gassificatore
• Accumulatore
inerziale del
calore
• Centralina di
controllo
I materiali combustibili
utilizzabili dalla caldaia a
gassificazione sono
molteplici, si va dal
cippato di scarto di
segheria, al cippato
boschivo,
dalla segatura, agli scarti
agricoli e biomassa in
genere. L’umidità
massima consentita è
dell’80% a base secca.
70-85%
La caldaia
Caldaia a
combinata
fiamma inversa
presenta due
e gassificatore
camere di
combustione e
giri fumi separati
per garantire
ottimi
rendimenti sia
con la legna che
con il pellets.
Sia pellets che legna, con
gli accorgimenti indicati
in precedenza.
Variabile
ALLEGATO E4 – Tipologie di apparecchi e camere di combustione per tipiche applicazioni
in Europa
Applicazione
Manuale
Pellet
Automatica
Tipo
Stufe a legna
Caldaie a legna
Stufe e caldaie a
pellet
Forni di tipo
'understocker'
Forni a griglia
mobile
Forni a griglia
con
preriscaldamento
del
combustibile
Forni di tipo
'understocker'
con griglia
rotante
Cigar burner
Whole bale
furnaces
Potenza
tipica
2 ÷ 10 kW
5 ÷ 50 kW
Combustibile
Ciocchi di legno
Ciocchi di legno
Contenuto
di ceneri
<2%
<2%
Tenore
idrico
5% ÷ 20%
5% ÷ 30%
<2%
8% ÷ 10%
<2%
5% ÷ 50%
< 50 %
5% ÷ 60%
2 ÷ 25 kW
Pellet
20 kW ÷ 2,5
MW
150 kW ÷ 15
MW
Cippato, scarti di
legno
Varie tipologie di
legno e biomasse
20 kW ÷ 1,5
MW
Scarti di legno
<5%
5% ÷ 35%
2 ÷ 5 MW
Cippato
< 50 %
40% ÷ 65%
3 ÷ 5 MW
Balle di paglia
<5%
20%
12 ÷ 50 kW
Balle di paglia
<5%
20%
Varie tipologie di
biomasse, d < 10
< 50 %
5% ÷ 60%
mm
Varie tipologie di
Letto fluido
15 ÷ 100
biomasse, d < 10
< 50 %
5% ÷ 60%
circolante
MW
mm
Bruciatore a
Varie tipologie di
combustibile
5 ÷ 10 MW
biomasse, d < 5
<5%
< 20%
polverizzato
mm
Varie tipologie di
Letto fluido
50 ÷ 150
biomasse, d < 10
< 50 %
5% ÷ 60%
stazionario
MW
mm
Co-firing (*)
Varie tipologie di
Letto fluido
100 ÷ 300
biomasse, d < 10
< 50 %
5% ÷ 60%
circolante
MW
mm
Note: d, dimensione tipica; ceneri e tenore idrico: percentuale in peso; (*) percentuale di biomassa
< 10%
Letto fluido
stazionario
5 ÷ 15 MW
ALLEGATO E5 – Costi indicativi di apparecchi alimentati a biomassa legnosa con potenza
inferiore a 1 MW
Potenza
nominale (kW)
Combustibile Tipologia di
apparecchio
Prezzo
apparecchio
(IVA esclusa)
(€)
focolare 400
< 10
Ciocchi
10 ÷ 15
Ciocchi
< 10
Ciocchi
10 ÷ 15
Ciocchi
< 15
Pellet
15 ÷ 30
< 15
< 15
< 10
10 ÷ 15
10 ÷ 20
Ciocchi
Legna
Legna
Pellet
Pellet
Pellet
Caminetto a
aperto
Caminetto a focolare
aperto
Caminetto a focolare
chiuso
Caminetto a focolare
chiuso
Caminetto a focolare
chiuso/termocamino
Termocamino
Stufa ad aria
Stufa ad acqua
Stufa ad aria
Stufa ad acqua
Caldaia
10 ÷ 20
Ciocchi
Caldaia
4000
20 ÷ 50
Ciocchi
Caldaia
11.000
50 ÷ 150
Ciocchi
Caldaia
11.000 ÷
22.000
Note
400 ÷ 1800
1000 ÷ 1300
1000 ÷ 4000
2000 ÷ 4000
2000 ÷ 4000
600 ÷ 3800
4000 ÷ 5000
1700 ÷ 3200
3000 ÷ 5000
11000
Con serbatoio
pellet adiacente,
controllo
combustione
automatico con
sonda lambda
Controllo
combustione
automatico con
sonda lambda
Controllo
combustione
automatico con
sonda lambda.
150 ÷ 500
Cippato,
pellet
Caldaia
60.000 ÷
90.000
Con sistema di
estrazione
meccanico e coclea,
controllo
combustione
automatico con
sonda lambda
500 ÷ 1000
Cippato,
Caldaia
90.000 ÷
Con sistema di
pellet
180.000
estrazione
meccanico e coclea,
controllo
combustione
automatico con
sonda lambda
Nota: costo del solo apparecchio, salvo diversa specifica indicata. Prezzi aggiornati al 2009.