Le biomasse sono costituite da vari materiali di origine biologica, scarti delle attività agricole riutilizzati in apposite centrali termiche per produrre energia termica e/o elettrica.

Molto spesso erroneamente si considerano biomasse solo la legna e i suoi scarti, quando in realta sono molti a materiali che rientrano in questa definizione.

Si tratta comunque generalmente di scarti dell'agricoltura, dell'allevamento e dell'industria:

- legname da ardere

- residui agricoli e forestali

- scarti dell'industria agroalimentare

- reflui degli allevamenti

- rifiuti urbani

- specie vegetali coltivate per lo scopo

Le biomasse possono essere sfruttate da varie tipologie di utenti (dal privato che vuole installare una caldaia a biomassa all'agricoltore che può sfruttare i suoi scarti agricoli, ecc.) attraverso macchine costruite ad hoc che sfruttano vari processi di conversione.

I processi di conversione in energia delle biomasse possono essere ricondotte in sintesi a due grandi categorie:

- processi termochimici

- processi biochimici

Processi termochimici

I processi di conversione termochimica sono basati sull'azione del calore che permette le reazioni chimiche necessarie a trasformare la materia in energia e sono utilizzabili per i prodotti ed i residui in cui il rapporto C/N (carbonio organico/azoto) abbia valori superiori a 30 e il contenuto di umidità non superi il 30%.

Le biomasse più adatte a subire processi di conversione termochimica sono la legna e tutti i suoi derivati (segatura, trucioli, ecc.), i più comuni sottoprodotti colturali di tipo ligno-cellulosico (paglia di cereali, residui di potatura della vite e dei fruttiferi, ecc.) e alcuni scarti di lavorazione (gusci, noccioli, ecc.).

Le tecnologie di conversione termochimica possono essere così elencate:

- Carbonizzazione: è un processo che consente la trasformazione delle molecole strutturate dei prodotti legnosi e cellulosici in carbone (carbone di legna o carbone vegetale), ottenuta mediante l'eliminazione dell'acqua e delle sostanze volatili dalla materia vegetale;

- Gassificazione: consiste nella conversione attraverso un processo di ossidazione incompleta di combustibili liquidi o solidi in prodotti gassosi (utili sia come combustibili che come materia prima per diversi processi chimici) eseguita per reazione con aria, ossigeno, vapore o loro miscele in un ambiente ad elevata temperatura (900/1000°C);

- Pirolisi: è un processo di decomposizione termochimica di materiali organici, ottenuto mediante l'applicazione di calore, a temperature comprese tra 400 e 1000 °C, in completa assenza di un agente ossidante oppure con una ridottissima quantità. Il tempo di reazione è variabile ed in base ad esso si distinguono tre metodi differenti: pirolisi lenta, veloce o convenzionale.

I prodotti che si ottengono sono costituiti da una frazione gassosa, una frazione oleosa liquida (olio pirolitico) ed una solida (carbone vegetale) in proporzioni che dipendono dalla velocità di reazione e dal tipo di biomassa utilizzata.

La sostanza solida carbonizzata può essere usata come un carburante o come carbone attivato. Il gas generato è ricco di idrocarburi e ha un elevato potere calorifero tale da poter soddisfare il fabbisogno energetico totale dello stesso impianto di pirolisi di biomassa.

La frazione oleosa, ossia l'olio pirolitico, è ricco di carbonio e può essere utilizzato o come combustibile oppure può essere distillato per ottenere altri oli combustibili;

- Combustione diretta: la combustione diretta è il trattamento termico più antico ed è stato per molto tempo l'unico mezzo per produrre calore ad uso industriale e domestico. Quando il combustibile viene messo in camera di combustione, subisce inizialmente un'essiccazione, quindi man mano che la temperatura aumenta si succedono processi di pirolisi, gassificazione e combustione. Il prodotto finale è il calore che può essere usato per il riscaldamento o impiegato in impianti per la produzione di energia elettrica o per cogenerazione.

Processi biochimici

Questi processi permettono di ricavare energia per reazione chimica dovuta al contributo di enzimi, funghi e micro-organismi che si formano nella biomassa sotto particolari condizioni e vengono impiegati per quelle biomasse in cui il rapporto C/N (carbonio organico/azoto) sia inferiore a 30 e l'umidità alla raccolta superiore al 30%.

Risultano idonei alla conversione biochimica le colture acquatiche, alcuni sottoprodotti colturali (foglie e steli di barbabietola, patata, ecc.), i reflui zootecnici, alcuni scarti di lavorazione nonché alcuni tipologie di reflui urbani ed industriali.

Le tecnologie di conversione biochimica possono essere così elencate:

- Digestione anaerobica: la digestione anaerobica è un processo biochimico attraverso il quale la sostanza organica, in condizioni anaerobiche, cioè in assenza di ossigeno, con l'utilizzo di specifici micro-organismi che sviluppano un processo di fermentazione, viene trasformata in biogas, una miscela gassosa costituita prevalentemente da metano (da un minimo del 50% ad un massimo dell'80% circa) e da biossido di carbonio (25 - 40%) oltre che da altri componenti minori (H2S, CO, H2, vapore acqueo). La variabilità della percentuale in metano all'interno del biogas dipende principalmente dalla tipologia di sostanza organica digerita e dalle condizioni di processo (temperatura in primis).

I sottoprodotti di tale processo biochimico sono ottimi fertilizzanti poiché parte dell'azoto che avrebbe potuto andare perduto sotto forma di ammoniaca è ora in una forma fissata e quindi direttamente utilizzabile dalle piante.

Gli impianti a digestione anaerobica possono essere alimentati mediante residui ad alto contenuto di umidità, quali le deiezioni animali, i reflui civili, i rifiuti alimentari e la frazione organica dei rifiuti solidi urbani;

- Digestione aerobica: la digestione aerobica è un processo biochimico di degradazione delle sostanze organiche per opera di micro-organismi, il cui sviluppo è condizionato dalla presenza i ossigeno. Questi batteri convertono sostanze complesse in altre più semplici, liberando CO2 e H2O e producendo un elevato riscaldamento del substrato, in modo proporzionale alla loro attività metabolica. Quindi la fermentazione aerobica è una potenziale fonte di energia termica che può essere trasferita all'esterno mediante scambiatori;

- Fermentazione Alcolica: La fermentazione alcoolica è un processo che opera la trasformazione dei glucidi contenuti nelle produzioni vegetali in etanolo. L'etanolo risulta un prodotto utilizzabile anche nei motori a combustione interna normalmente di tipo "dual fuel", come riconosciuto fin dall'inizio della storia automobilistica;

- Estrazione di olii e produzione di biodiesel: gli olii vegetali possono essere estratti dalle piante oleaginose (soia, colza, girasole, ecc.). Caratteristica comune di tutte le oleaginose è quella di essere ricche di materie proteiche che, dopo l'estrazione dell'olio, sono impiegabili nell'alimentazione animale sotto forma di panelli. Le principali piante che si trovano in Europa sono la colza e il girasole; la coltivazione della soia, invece, si trova principalmente in America. Gli olii possono essere utilizzati come combustibili nello stato in cui vengono estratti oppure dopo esterificazione, ed il loro utilizzo ha destato ormai da tempo un notevole interesse, sia per la disponibilità di tecnologie semplici di trasformazione ed utilizzazione, sia perché consentono bilanci energetici accettabili, sia, infine, per la riutilizzazione dei sottoprodotti di processo (es. la glicerina, utilizzata dall'industria farmaceutica);

- Steam Explosion: lo Steam Explosion (SE) è un trattamento innovativo, a basso impatto ambientale, mediante il quale si può ottenere una vasta gamma di prodotti, utilizzando come materia prima le biomasse vegetali. Rispetto agli altri processi di pretrattamento, lo SE presenta il vantaggio fondamentale di separare in tre differenti correnti le frazioni costituenti i comuni substrati vegetali (emicellulosa, cellulosa, lignina) rendendo possibile l'utilizzazione totale delle biomasse. Il processo consiste nell'uso di vapore saturo ad alta pressione, con temperature dai 180° ai 230°, per riscaldare rapidamente legno, o qualsiasi altro materiale lignocellulosico, in un reattore che può essere ad alimentazione continua o discontinua.

Purtroppo in molti paesi, tra i quali l'Italia, le biomasse prodotte (che sono considerate dalla normativa vigente un rifiuto a tutti gli effetti) non rientrano in adeguati circuiti di raccolta e gli agricoltori, allevatori e industrie agroalimentari tendono generalmente a disfarsi dei sottoprodotti bruciandoli o abbandonandoli nell'ambiente.

Bisogna iniziare a cambiare mentalità e capire che ciò che noi consideriamo come "rifiuti" in realtà sono una "fonte energetica sfruttabile".

La valorizzazione energetica delle biomasse attraverso le tecnologie sopra citate permette di sottrarre allo smaltimento in discarica di decine di milioni di tonnellate di residui ogni anno, permettendo anche il risparmio sul mancato conferimento in discarica.

Inoltre la combustione controllata dei sottoprodotti agricoli permette una notevole riduzione degli inquinanti emessi in atmosfera. Infatti la decomposizione delle biomasse non controllato nell'ambiente porta alla liberazione in atmosfera di gas climalteranti (CO2 e CH4).

Continuate a seguire le nostre pubblicazioni: nei prossimi articoli vi illustreremo nel dettaglio i vantaggi e le detrazioni fiscali riservate a chi installa un impianto a biomassa.

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