Cosa sono le biomasse
S’intende per biomassa ogni sostanza organica
derivante direttamente o indirettamente dalla
fotosintesi clorofilliana che può essere usata come
combustibile per la produzione di energia.
Le biomasse:

sono una fonte di energia rinnovabile e pulita.

Sono ampliamente disponibili;

Costituiscono una risorsa energetica locale a
basso impatto ambientale;

Non sono destinate all’esaurimento (se gestite
correttamente);
Tipologie di biomassa
Le biomasse utilizzabili per la conversione energetica
possono essere così suddivise:
1. Residui e sottoprodotti ligno-cellulosici(cimali,ramaglie
e potature),residui derivanti dalla lavorazione del
legno(cortecce, segature, trucioli) e residui agroindustriali(paglie, gusci e noccioli della frutta);
2. Colture zuccherine (barbabietole);
3. Colture ligno-cellulosiche (sorgo di fibra, canna
comune, pioppo e eucalipto);
4.Colture amidacee(cereali, mais e patate) e oleaginose
(colza e girasole);
5. Frazioni organiche(umide e secce) dei rifiuti civili e
industriali;
6. Scarti derivanti dagli allevamenti zootecnici e dalle
industrie agroalimentari;
Per esemplificare qualche tipologia di biomassa, tra le più comuni, si possono citare:
Biomasse
Biocombustibili
Bioenergia
Dalle biomasse derivano direttamente i
biocombustibili(combustibili solidi,liquidi
o gassosi)
Biocombustibili
Tra i principali annoveriamo:





BIODIESEL
BIOETANOLO
CIPPATO
PELLETS
BIOGAS
BIODIESEL
Il biodiesel è fonte di energia rinnovabile
ottenuta dagli oli vegetali di colza e
girasole,con proprietà e prestazioni simili a
quelle del gasolio minerale.
Presenta elevata biodegradabilità.
1.ESTRAZIONE:separazione nei semi di grassi
B
I
O
D
I
E
S
E
L
e proteine;
2. RAFFINAZIONE:comprende tutti i processi
per eliminare acqua,
mucillagini(gomme) e
impurità in sospensione
3.TRANSESTERIFICAZIONE:
è usato per convertire l’olio base nell’ESTERE
desiderato e rimuovere gli acidi grassi liberi
Processo per la produzione di
biodisel
trigliceride + metanolo → glicerolo + estere metilico(che costituisce il biodiesel)
Schema a blocchi della filiera
Vantaggi rispetto al diesel
tradizionale






alto numero di cetani (infiammabilità superiore in cicli diesel);
più alta capacità lubrificante;
L’assenza di zolfo (riduce le piogge acide);
alta percentuale di ossigeno (maggior stabilità di combustione, minor
produzione di PM10, minor residui organici volatili - VOC).
Non è esplosivo;
riduce significativamente le emissioni tossiche quando viene bruciato come
carburante.
Per ogni litro di
Biodiesel sono emessi 2,2
kg di CO2 contro i 3,2 kg
emessi dal Diesel
derivato dal petrolio!
L’inconveniente:

il biodiesel produce più emissioni di
ossidi di azoto (NOx) del gasolio;
inconveniente che può essere contenuto
riprogettando i motori diesel e dotando
gli scarichi
Bioetanolo
Il bioetanolo è un alcool(etanolo o alcool etilico) ottenuto
mediante un processo chimico,la fermentazione alcolica, con
cui i glucidi vengono trasformati in alcol etilico. Per ottenere i
migliori risultati da questa trasformazione occorre partire da
una materia prima che abbia contenuti zuccherini
elevati,perciò le materie prime per la produzione di etanolo
possono essere racchiuse nelle seguenti classi:





Coltivazioni ad hoc(canna da zucchero,grano,mais)
Residui di coltivazione agricole e forestali;
Eccedenze agricole temporanee ed occasionali;
Residui di lavorazione delle industrie agrarie e agroalimentari;
Rifiuti urbani;
Bioetanolo dal tronco della pianta
Un metodo che permette di produrre bioetanolo è quello di
ottenere in primis il glucosio per poi produrre etanolo tramite
via fermentativa. Il tronco della pianta, generalmente abete
rosso, deve essere opportunamente pretrattato al fine di
ottenere del legno tagliuzzato, il quale poi viene sottosposto a
cottura e quindi avviene l'estrazione del glucosio. Una volta
estratto l'esoso si sottopone il substrato ad una fermentazione
ad opera di saccharomyces cerevisiae oppure di candida
microrganismi i quali operano in condizioni di anaerobiosi e
che danno come ultimo prodotto della loro via glicolitica il
piruvato il quale viene inizialmente decarbossilato ad
acetaldeide ed in seguito una idrogenazione ottenendo così,
appunto, Etanolo. L'etanolo prodotto, però, ha una
concentrazione massima del 25-30% in quanto i lieviti hanno
una bassa capacità di sopportare alte concentrazioni di
alcool. Per questo motivo viene sottoposto ad una distillazione
azeotropo al fine di ottenere un'etanolo al 94-95%.
Bioetanolo da cellulosa

Vengono idrolizzate grandi quantità di
cellulosa che tramite l'uso di funghi o batteri si
trasformano in glucosio e altri zuccheri, poi
avviene la fermentazione mediante lieviti o
altri microbi. Ricerche innovative mirano a
modificare geneticamente sia i batteri che i
lieviti come il saccharomyces cerevisiae
modificato in modo da produrre il doppio di
etanolo.
Schema a blocchi della filiera
(C6H10O5)n + n . H2O → n . C6H12O6
Cellulosa
vapore
glucosio
fermento
(C6H12O6)
glucosio
→
2 . C2H5OH + 2 . CO2
etanolo
anidride
carbonica
Cippato:il legno sminuzzato
Si definisce “legno sminuzzato”, o “chips di legno”, il legname in scaglie
ottenuto da apposite macchine. Per produrre chips viene utilizzato legno di
qualità inferiore, come i residui delle potature boschive , agricole o
urbane, oppure ancora i sottoprodotti delle segherie.
Il cippato ottenuto può essere di tre tipologie:

verde, contenente anche fogliame (soprattutto aghi), in quanto ottenuto
dalla riduzione in chips di piante intere o di porzioni della chioma.

marrone, se sono cippati rami e tronchetti con corteccia; presenta colore
più scuro del precedente e, a parità di altre condizioni, una massa
volumica leggermente superiore poiché la corteccia si frantuma in
particelle di dimensioni più piccole e riempie parte degli interstizi fra i
chips, dando origine a un cumulo più compatto;
 bianco, che deriva dalla sminuzzatura di solo legno, ovvero di fusti o
tronchetti preventivamente scortecciati;
Le scaglie provenienti dal bosco presentano in
genere un’umidità che oscilla tra il 40 e il
60%, per cui è necessario progettare in
maniera adeguata la fase dello stoccaggio, in
modo da permettere una giusta aerazione ed
evitare quindi fermentazioni che deteriorano la
qualità del cippato.
Vantaggi del cippato
Nelle operazioni boschive la “cippatura”
consente diversi vantaggi:
 il recupero di scarti che altrimenti verrebbero
lasciati in bosco (prevenendo così l’innesco di
incendi)
 l’aumento della produttività conseguente
all’eliminazione di alcune fasi di allestimento
del legname.
Pellets: combustibile dagli scarti
industriali
Alcune tipologie di scarti dell'industria del legno (segatura,
polveri ) possono essere utilizzate per produrre un
combustibile alternativo ecologico detto "pellet di legno".
Il pellets può essere prodotto utilizzando varie tipologie di
biomasse legnose e segatura di legno purché non contengano
vernici, collanti o altre sostanze tossiche infatti la capacità
legante della lignina, contenuta nella legna, permette di
ottenere un prodotto compatto senza aggiungere additivi e
sostanza chimiche estranee al legno.
Questo combustibile si distingue per la bassa umidità (inferiore al
12 %) e per la sua elevata densità nonché per la regolarità del
materiale.I pellets sono prodotti con la polvere ottenuta dalla
sfibratura dei residui legnosi, la quale viene pressata da apposite
macchine in cilindretti che possono avere diverse lunghezze e
spessori (1,5-2 cm di lunghezza,6-8 mm di diametro).
Biogas
Con il termine biogas si intende una miscela di vari tipi
di gas (per la maggior parte metano, dal 50 al 70%)
prodotto dalla fermentazione batterica in anaerobiosi
(assenza di ossigeno) dei residui organici provenienti
da rifiuti, vegetali in decomposizione, carcasse in
putrescenza, liquami zootecnici o di fognatura.
L'intero processo vede la decomposizione del
materiale organico da parte di alcuni tipi di batteri,
producendo anidride carbonica, idrogeno molecolare
e metano (metanizzazione dei composti organici).
Vantaggi nell'uso del biogas

impedisce la diffusione nella troposfera del
metano emesso naturalmente durante la
decomposizione di carcasse e vegetali: il
metano è infatti uno dei gas-serra più potenti
ed è quindi auspicabile la sua degradazione in
CO2 e acqua per combustione.
Schema a blocchi della filiera
Modalità di conversione

Conversione di tipo biochimico: ricavano
energia da reazioni chimiche dovute alla presenza di
funghi, enzimi e microrganismi che si formano nella
biomassa sotto particolari condizioni;

Conversione di tipo termochimico: sono stati
basati sull’azione del calore che permette le reazioni
chimiche necessarie a trasformare la materia in
energia;
Conversione biochimica:
•
•
•
•
•
Digestione anaerobica;
Digestione aerobica;
Fermentazione alcolica;
Produzione di metanolo;
Produzione di oli;
Processi biochimici:
La digestione anaerobica
•
•
•
•
•
•
Demolizione per mezzo di batteri (in assenza di O) di sostanze
organiche complesse contenute nei vegetali e nei sottoprodotti
di origine animale;
Batteri sempre presenti nella massa organica e trasformano i
composti organici in CH4 e CO2;
Avviene all’interno di reattori che evitano il contatto tra mssa
liquida e ossigeno atmosferico;
Produzione di biogas (45-60% metano e parte restante CO2)
Usato come combustibile per alimentare la
BIOCONVERSIONE;
Al termine del processo si conservano integri N, P e K usati
come fertilizzanti;
In relazione all'intervallo di temperatura in cui
agiscono, i batteri sono suddivisi in:
• Psicrofili, quando agiscono a temperature
inferiori a 25°C
• Mesofili, quando agiscono a temperature
comprese tra i 25°C e 45°C
• Termofili, quando agiscono a temperature
superiori a 45°C.
Fasi della digestione anaerobica:
1. idrolisi della cellulosa, delle proteine, dei lipidi e degli
zuccheri e degli amminoacidi;
2. fase acidogenica con formazione di acidi grassi in particolare
di acido acetico;
3. metanizzazione del prodotto della seconda fase; questo stadio
metanogenico coinvolge una serie di metano-batteri, che
completano la trasformazione in metano ed anidride
carbonica degli acidi grassi (principalmente acetico), secondo
la reazione seguente:
CH3COOH CH4+CO2
in cui un atomo di carbonio è l'accettore finale di idrogeno, e
produce metano, mentre
l'altro atomo va a costituire l'anidride carbonica.
Processi biochimici:
Digestione aerobica
•
•
•
Metabolizzazione delle sostanze organiche ad opera di
microrganismi (presenza di O);
Conversione delle sostanze complesse in altre più semplici
con liberazione di CO2 e H2O;
Produzione di calore che può essere trasferito all’esterno
mediante scambiatori a fluido;
Processi biochimici:
Fermentazione alcolica
•
Trasformazione dei glucidi contenuti nelle produzioni vegetali
in ETANOLO usato come carburante per autotrazione;
Processi biochimici:
Produzione di metanolo
•
L’utilizzazione del gas di gasogeno come vettore energetico
pone alcune limitazioni legate essenzialmente ai problemi
connessi con l’immagazzinamento e il trasporto, dovuto anche
al basso contenuto energetico per unità di volume. Ciò fa sì
che risulti eccessivamente costoso il trasporto su lunghe
distanze, a meno che non si trasformi il gas in alcool metilico
(CH3OH), che può essere agevolmente utilizzato per
l’azionamento di motori. Il metanolo, caratterizzato da un
potere calorifico inferiore dell’ordine di 21.000 kJ/kg, può
essere successivamente raffinato per ottenere benzina
sintetica, con potere calorifico analogo a quello delle benzine
tradizionali.
Processi biochimici:
Produzione di oli
•
•
•
Estratti dalle colture oleaginose (girasole, colza e
soia);
Gli olii possono essere utilizzati come combustibili
anche nello stato in cui vengono estratti (è meglio
usarli dopo l’esterificazione);
Caratteristica comune a tutte le oleaginose è la
natura proteica (possono essere usate anche per
l’alimentazione animale);
Processi termochimici:
•
•
•
•
•
Combustione diretta;
Pisolisi;
Gassificazione;
Carbonizzazione;
SRF(Short Rotation Forestry);
Processi termochimici:
Combustione diretta
•
•
•
•
si attua all’interno di caldaie;
Non solo legna ma anche scarti forestali, paglia,
residui dell’industria del legno (segatura e trucioli),
dell’industria agro-alimentare (gusci e noccioli) e
rifiuti solidi urbani;
Permette la trasformazione dell’energia chimica
intrinseca alla biomassa in energia termica (reazioni
chimico-fisiche);
Produzione di calore recuperato mediante
scambiatori di calore in cui si trasferisce l’energia ad
altri fluidi vettori (aria o acqua);
Processi termochimici:
Pirolisi
•
•
•
•
•
Processo di decomposizione dei materiali organici;
Si ottiene fornendo calore a temperature 400-00 °C
(in assenza di ossidanti);
È ottimale per sostanze organiche con piccolo tasso
di umidità ed un rapporto tra C e N > di 30;
Sono usati:legno, potature, residui vegetali, rifiuti
solidi urbani e industriali a carattere organico;
Si ottengono prodotti gassosi, liquidi o solidi in
proporzioni diverse;
Processi termochimici:
Gassificazione
•
•
•
•
Parziale ossidazione di una sostanza in un ambiente
ad elevata temperatura (900-1000°C);
Produzione di GASCOMBUSTIBILE (gasogeno) che
può essere trasformato in alcool metilico(CH3OH)
Basso potere calorifero;
Abbondante presenza di impurità nel gas;
Le figure sopra rappresentano due impianti per la produzione di gasogeno a partire da torba (combustibile solido
derivante dalla carbonizzazione di piante acquatiche o palustri come sfagni, ciperacee, graminacee ecc., la torba
essiccata contiene il 40-60% di carbonio; il potere calorifico è fra 3000 e 3500 kcal/kg.) o carbone di legna. Il
primo impianto funziona con materiale in pezzi grossi il secondo in pezzi piccoli. In essi, la combustione in difetto
d’aria, produce una miscela di gas ricca di ossido di carbonio e idrogeno,(syngas o gas di gasogeno o gas
illuminante o gas di città). Entrambi gli impianti erano caricati attraverso le porte b che durante la combustione
erano chiuse ermeticamente. L’aria per la combustione entrava dalle griglie f e i gas prodotti uscivano dalle
condutture g.
Processi termochimici:
Carbonizzazione
•
•
•
Trasformazione delle molecole strutturate dei
prodotti legnosi e cellulosici in carbone;
Eliminazione di H2O e sostanze volatili;
Si effettua in carbonaie o storte;
Processi termochimici:
SRF(Short Rotation Forestry)
•
•
•
si intende la coltivazione di specie arboree con alto
contenuto energetico e un breve turno di raccolta
(2÷5 anni);
Le varie fasi del ciclo di produzione , necessitano
comunque ancora di sperimentazione su scala
significative nelle diverse situazioni ambientali
italiane, tenendo conto che tutte le specie considerate
hanno diverse tecniche di propagazione ed esigenze
climatiche, idriche, etc;
la coltivazione di specie arboree è tanto più
redditizia quanto più i cicli di crescita sono brevi;
•
•
•
•
Colture è possibile, per combustione diretta, ottenere
energie attraverso caldaie tradizionali o a letto
fluido;
Si genera vapore che può essere utilizzato per
riscaldamento oppure per produrre energie
meccanica o elettrica attraverso turbine tradizionali
od a combustione esterna;
Se vengono gassificate possono alimentare turbine a
gas ottenendo, come residuo, un combustibile solido;
Dalle stesse biomasse si possono ottenere, mediante
pirolisi, combustibili solidi o liquidi;
BENEFICI
•
•
•
La biomassa è ampiamente disponibile ovunque e rappresenta
una risorsa locale, pulita e rinnovabile;
La CO2 prodotta permette quasi di pareggiare il bilancio
dell'anidride carbonica emessa in atmosfera: infatti la CO2
emessa è la stessa CO2 fissata dalle piante (o assunta dagli
animali in maniera indiretta tramite le piante), al contrario di
quanto avviene per la CO2 emessa ex-novo dalla combustione
dei carburanti fossili perciò non contribuisce all’effetto serra;
Non vi è quindi contributo netto all’aumento del livello di CO2
nell’atmosfera;
Il basso contenuto di zolfo e di altri inquinanti fa si che, se
usate in sostituzione a carbone o ad olio combustibile, le
biomasse contribuiscono ad alleviare il fenomeno delle piogge
acide;
Unico inconveniente è il contenuto di polveri!!!
Impatto ambientale degli impianti alimentati a
biomassa ha i seguenti vantaggi:
•
•
•
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•
CO2 neutra;
Assenza di Zolfo;
Assenza di depositi acidi (presenti nei combustibili
fossili);
Assenza di CxHy;
Le ceneri prodotte possono essere restituite al
terreno;
Unico inconveniente è il contenuto di polveri!!!