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.