I sistemi di conversione dell'energia potenziale contenuta nelle biomasse in energia libera, direttamente utilizzabile, sono essenzialmente di due tipi e dipendono dalla composizione chimico-fisica (rapporto C/N) ed dal tenore di umidità contenuto nelle biomasse.

Per quanto riguarda la conversione termochimica, si distinguono i seguenti processi:

- combustione diretta (autosostenuta energeticamente);

- pirolisi controllata (produzione di carbone e olio combustibile);

- gassificazione (formazione di miscela di gas).

Per quanto riguarda la conversione biochimica, si ha:

- fermentazione alcolica (ottenendo etanolo);

- digestione anaerobica (produzione di biogas).

La tabella seguente descrive sinteticamente i metodi di base per la conversione dei diversi tipi di materiale greggio, riportando i dati caratteristici

Tecniche di conversione della biomassa in energia

I processi termochimici utilizzano l'azione del calore per attivare reazioni chimiche in grado di convertire la sostanza organica in energia. Sono utilizzabili nel caso di biomasse ad elevato contenuto di lignina e cellulosa che presentano un tenore di umidità inferiore al 50% e un rapporto C/N superiore a 30, già al momento della raccolta.

Nel settore industriale sono presenti numerosi impianti di combustione diretta delle biomasse di tipo agro-forestale o agro-industriale che consentono la produzione di calore per il ciclo produttivo, di energia elettrica o di cogenerazione (produzione simultanea di energia elettrica e termica). Gli impianti per la produzione di sola energia termica hanno potenze variabili tra alcune centinaia di kWt e decine di MWt

Il processo di pirolisi consiste nella decomposizione fisico-chimica del materiale organico per riscaldamento in assenza di aria. La pirolisi avviene generalmente a pressione atmosferica con temperature comprese fra 200°C e 1100°C. I prodotti derivati dalla pirolisi sono: carbone; distillato liquido contenente oli e prodotti chimici ed una parte gassosa contenente idrogeno; ossido di carbonio; anidride carbonica; idrocarburi ed azoto. Quanto più è elevata la temperature di processo, tanto più è la percentuale che si ottiene di gas. Il processo di pirolisi necessita di un riscaldamento e richiede pertanto del materiale greggio secco (contenuto d'acqua inferiore al 15%) per un rendimento elevato. Un contenuto d'acqua superiore non impedisce comunque il processo.

Tutti i residui organici possono essere utilizzati per produrre alcool metilico, producendo prima di tutto, con la pirolisi, gas di sintesi che a sua volta viene convertito in metanolo. Il principale vantaggio della pirolisi è la formazione di combustibili ad elevata concentrazione energetica, facili da stoccare, maneggiare ed utilizzare.

Il processo di gassificazione è affine al processo di pirolisi, ma avviene a temperature molto più elevate (fino a 1650°C). I risultati migliori si ottengono con prodotti da trattare a basso contenuto di umidità. Il prodotto finale è costituito da una miscela di idrogeno e monossido di carbonio, con presenza di azoto proveniente dall'immissione di aria.

Reazioni di idrogassificazione avvengono quando la pirolisi ha luogo in presenza di idrogeno e si producono gas con elevato contenuto di metano. L'idrogeno può essere generato dalla reazione stessa di scissione fra ossido di carbonio e vapore. Un processo strettamente connesso è l'idrogenazione, nel quale la biomassa reagisce con l'idrogeno in condizioni meno severe per dare una gamma di idrocarburi liquidi e gassosi.

I processi biochimici si basano sull'azione di micrororganismi viventi che, in quanto tali o mediante enzimi da essi prodotti ed isolati, sono in grado di trasformare le sostanze organiche complesse in sostanze più semplici e di utilizzare queste ultime per la sintesi di nuovi prodotti chimici ad elevato contenuto energetico.

Le biomasse che meglio di prestano a processi di conversione biochimica sono quelle con tenore di umidità e con rapporto C/N<30 più elevato. La frazione di sottoprodotti e/o di rifiuti che meglio si presta alla conversione energetica è quella organica.

I processi microbiologici di conversione delle biomasse, maggiormente studiati in Italia e in avanzata fase di realizzazione e/o di commercializzazione, sono:

- la digestione anaerobica. Processo di frantumazione della materia organica da parte di batteri, alcuni dei quali sono strettamente anaerobici, in grado di produrre una miscela di biogas ricco in metano. Questo è uno dei processi più interessanti per il trattamento dei residui organici, particolarmente adatto a prodotti di rifiuto molto umidi, con contenuto in acqua variabile dal 50 al 97%, altrimenti difficilmente trattabili con altri procedimenti a costi energetici ragionevoli;

- la fermentazione alcolica. Processo di frantumazione iniziale della biomassa (sia fisicamente che chimicamente) per la conversione in zucchero. Successivamente, lo zucchero viene fatto fermentare mediante lieviti, in una soluzione alcolica al 9% di alcool, seguita da una separazione e concentrazione dell'alcol per distillazione.