Combustione
Materia prima
Biomasse ligno-cellulosiche (rapporto C/N superiore a 30) con contenuto di umidità inferiore 30-40% o, preferibilmente, al 20%. Sono quindi utilizzabili legno, paglia, stocchi e tutoli, potature, residui forestali.
Caratteristiche della tecnologia
La combustione è un processo di ossidazione completa che avviene in più o meno sofisticate caldaie in grado di produrre acqua (o aria) calda o anche vapore. Di maggior diffusione sono le caldaie a letto fisso mentre per grandi impianti si vanno diffondendo caldaie a letto fluido in cui il combustibile, opportunamente sminuzzato, è tenuto in sospensione da un flusso d'aria. I rendimenti correnti di conversione energetica sono nell'ordine del 50% con punte dell'80% e anche più in impianti ad alimentazione automatica.
Uso del prodotto finale
L'uso di caldaie alimentate da biomasse è da prendere in considerazione nel caso di necessità di energia termica con temperature dell'ordine dei 100 °C quali riscaldamento domestico, acqua calda per usi civili o zootecnici, essiccazione di prodotti vegetali, riscaldamento di serre, calore di processo per industrie casearie, conserviere e altre. La produzione di vapore è attualmente poco diffusa a causa di una minore competitività con fonti energetiche tradizionali.
Campo di applicazione
L'estrema versatilità della tecnologia e la facilità di installazione e gestione rendono la combustione ampiamente utilizzabile praticamente in qualsiasi tipologia aziendale, a condizione che l'approvvigionamento delle biomasse non comporti pesanti oneri di trasporto; generalmente si ritiene non si debbano superare i 20-30 km di distanza dal luogo di raccolta a quello di utilizzo.
Carbonizzazione
Materia prima
Biomasse ligno-cellulosiche (rapporto C/N superiore a 30) con contenuto di umidità inferiore al 30-40% o, preferibilmente, al 20%. Sono quindi utilizzabili legno, paglia, stocchi e tutoli, potature, residui forestali.
Caratteristiche della tecnologia
La carbonizzazione, il più antico metodo di utilizzazione di biomasse vegetali, ha l'obiettivo di massimizzare la resa in sostanza solida e può avvenire in due modi: con combustione parziale della biomassa (carbonaia tradizionale) o con distillazione secca in assenza d'aria (forno). Si tratta di un procedimento che avviene a pressione atmosferica, a temperature di 500-600 °C, con tempi lunghi fino alla completa carbonizzazione della biomassa. La resa delle carbonaie è dell'ordine del 20% in peso mentre nei forni si supera il 30%.
Uso del prodotto finale
Il carbone di legna (o carbonella) ha un p.c.i. (potere calorifico inferiore) di circa 7.000 kcal/kg (29 MJ/kg) essendo costituito per oltre il 75% da carbonio. L'impiego più immediato si ha come combustibile (caldaie, forni, gasogeni, ecc.) ma è anche ipotizzabile un uso a livello industriale (chimica, farmaceutica, metallurgica) in considerazione soprattutto dell'assenza di zolfo.
Campo di applicazione
Il principale vantaggio della carbonizzazione consiste nell'ottenimento di un combustibile più “denso” rispetto alla biomassa di partenza e come tale facilmente stoccabile e trasportabile. Si tratta quindi di una tecnologia “intermedia” finalizzata a un successivo più agevole utilizzo energetico.
Pirolisi
Materia prima
Biomasse ligno-cellulosiche (rapporto C/N superiore a 30) con contenuto di umidità inferiore al 30-40% o, preferibilmente, al 20%. Sono quindi utilizzabili legno, paglia, stocchi e tutoli, potature, residui forestali.
Caratteristiche della tecnologia
Viene comunemente dato il nome di pirolisi a un processo di conversione termochimica della biomassa in assenza di aria e a temperature dell'ordine dei 800-1000 °C con contemporanea produzione di sostanze liquide, solide e gassose. La resa complessiva è variabile in funzione della materia prima, della velocità di riscaldamento, della temperatura e della pressione del reattore, del tempo di ritenzione.
Uso del prodotto finale
Il complesso di prodotti derivanti dalla pirolisi è costituito da carbone (p.c.i. 30 MJ/kg), olio di pirolisi (o bioolio) (p.c.i. 20 MJ/kg) e gas povero (p.c.i. 8 MJ/kg) nella proporzione rispettivamente del 30%, 20%, 20% in massa rispetto a quella di partenza. La gamma di impiego dei prodotti finali è quindi notevolmente ampia; l'unico limite è costituito dal fatto che la proporzione tra questi prodotti è sostanzialmente rigida; da ciò ne deriva un'ipotesi di fattibilità legata al contemporaneo utilizzo dei tre prodotti.
Campo di applicazione
Il più frequente uso della pirolisi si ha, al momento, in grandi impianti e in particolare per l'utilizzo di residui solidi urbani. Numerose ricerche e sperimentazioni sono in corso per dimostrare la fattibilità del processo a scale minori con l'uso di biomasse agroindustriali; in ogni caso sembra improponibile un uso diretto aziendale, potendosi invece orientare su impianti a scala comprensoriale.
Gassificazione
Materia prima
Biomasse ligno-cellulosiche (rapporto C/N superiore a 30) con contenuto di umidità inferiore al 30-40% o, preferibilmente, al 20%. Sono quindi utilizzabili per questo scopo legno, paglia, stocchi e tutoli, potature, residui forestali.
Caratteristiche della tecnologia
La gasificazione è un processo di ossidazione incompleta, analogo quindi alla combustione, ma il cui prodotto finale è un gas (denominato “gas d'aria” o “gas povero”) con un potere calorifico inferiore (p.c.i.) dell'ordine delle 1.500 kcal/m³ (6,2 MJ/m³). Il rendimento di conversione energetica è di circa il 70-75%.
Uso del prodotto finale
Nonostante il basso potere calorifico, il gas derivante dai gasifìcatori (o gasogeni) è largamente utilizzabile per azionare motori a combustione interna con rendimenti più che soddisfacenti. È in tal modo possibile produrre energia meccanica e/o elettrica per tutti gli usi aziendali; i più elevati rendimenti si hanno nel caso di produzione combinata di energia elettrica e termica (cogenerazione).
Campo di applicazione
Le caratteristiche intrinseche dei gasificatori ne sconsigliano l'uso per muovere trattori o altri veicoli, pur essendo ciò teoricamente fattibile. Il reale campo di applicazione è perciò identificabile con le utenze energetiche meccaniche o elettriche a punto fisso. I maggiori livelli di competitività si raggiungono nel caso di utenze non servite da rete elettrica.
Digestione anaerobica
Materia prima
Sostanze organiche residuali, preferibilmente con rapporto C/N compreso tra 20 e 30, rapporto tra solidi volatili e solidi totali intorno a 0,7-0,9, pH neutro. La tipologia della materia prima influenza sensibilmente la scelta del tipo di digestore e deve pertanto essere oggetto di attenta considerazione.
Caratteristiche della tecnologia
Si tratta di un processo biologico di demolizione della biomassa svolto in assenza di aria da microrganismi, suddiviso sostanzialmente in tre fasi: idrolisi, acidificazione, gasificazione. I reattori (o digestori) in cui avviene il processo possono essere suddivisi in due grandi categorie: ad alimentazione continua oppure discontinua. La scelta della tipologia del digestore va fatta in funzione di un'approfondita analisi della specifica situazione di impiego. Generalmente è opportuna l'installazione di un serbatoio di stoccaggio (gasometro) di tipo tradizionale a campana oppure a pallone.
Uso del prodotto finale
Il prodotto principale consiste in una miscela gassosa di metano (50-70%), anidride carbonica (35-40%) e altri componenti, denominata biogas, con un potere calorifico inferiore medio di 5.000 kcal/m³ (21 MJ/m³). Le più classiche utilizzazioni del biogas consistono nella combustione in caldaia o in motori a combustione interna, come ad esempio per la produzione combinata di energia elettrica e termica (cogeneratori).
Campo di applicazione
In linea di massima è ipotizzabile l'uso di questa tecnologia ogni qual volta si abbia a che fare con materiali di scarto che presentano problemi di smaltimento o depurazione. In campo agro-zootecnico i casi più frequenti sono quelli delle deiezioni suine (ma anche bovine e avicole) e di reflui di impianti di trasformazione quali frantoi, distillerie, ecc; la digestione anaerobica consente una parziale depurazione dei reflui con il conseguente abbattimento degli oneri di smaltimento.
Fermentazione alcolica
Materia prima
Sostanze organiche a elevato contenuto in carboidrati (zuccheri, amido, inulina, cellulosa, emicellulosa). Nella realtà italiana si può concretamente parlare di eccedenze agricole (frutta, vino, bietole, cereali, ecc), residui agro-forestali (paglie, potature, sarmenti, ecc), residui agro-industriali (industria lattiero-casearia, olearia, saccarifera, ecc.) e anche di colture particolarmente vocate quali sorgo zuccherino, topinambur, patate, ecc.
Caratteristiche della tecnologia
Il ciclo di produzione è caratterizzato dalle seguenti fasi: pre-trattamento, idrolisi, fermentazione, distillazione. La complessità è fortemente variabile, con minimi nel caso di prodotti zuccherini e di massimi nel caso di cellulosa. In ogni caso criteri di convenienza tecnica ed economica escludono a priori la possibilità di impianti a livello aziendale potendosi viceversa ipotizzare impianti a livello comprensoriale.
Uso del prodotto finale
L'alcol etilico (o etanolo) è il principale prodotto della fermentazione e può essere sostanzialmente impiegato come combustibile (p.c.i. 8.000 kcal/1 pari a 34 MJ/1) in sostituzione di benzina o gasolio oppure come additivo antidetonante per innalzare il numero di ottano della benzina. In questi casi l'etanolo può anche essere usato in miscela con altri alcoli (butilico, metilico, ecc.) e con eteri.
Campo di applicazione
La possibilità di trasformare in alcol biomasse agricole è legata all'esigenza di localizzare gli impianti industriali in aree con elevate quantità di materie prime e alla necessità di organizzare tutte le fasi a monte e a valle: raccolta, trasporto, stoccaggio, collocazione sul mercato del prodotto. In sostanza, pur trattandosi di un'opportunità estremamente favorevole per il mondo agricolo, sussistono una serie di impedimenti anche non economici non risolvibili a livello di singolo imprenditore.