Con il termine biomassa si indica solitamente il materiale organico costituito o derivato da organismi vegetali o loro componenti, utilizzabile in processi di trasformazione termochimica o biochimica. Le biomasse costituiscono da sempre il più grande accumulatore dell'energia solare sul nostro pianeta e per questo giocano un ruolo di primaria importanza fra le fonti rinnovabili di energia. Attraverso il processo di fotosintesi clorofilliana vengono annualmente fissate sulla Terra 2 x 10¹¹ tonnellate di carbonio, con un contenuto energetico di 7 x 10¹⁰ tep, corrispondente ad oltre 10 volte l’attuale fabbisogno energetico mondiale.

Ad oggi, le biomasse soddisfano il 15% circa degli usi energetici primari nel mondo, con 1.230 Mtep/anno. L’utilizzo di tale fonte energetica mostra, però, un forte grado di disomogeneità fra i vari Paesi. I Paesi in Via di Sviluppo, nel complesso, ricavano mediamente il 38% della propria energia dalle biomasse, con 1.074 Mtep/anno; in molti di tali Paesi tale sfruttamento raggiunge il 90% del fabbisogno energetico totale, mediante la combustione di legno, paglia e rifiuti animali.

L’impiego delle biomasse in Europa soddisfa una quota piuttosto marginale dei consumi di energia primaria, ma il reale potenziale energetico di tale fonte non è ancora pienamente sfruttato. Del resto, l’utilizzo della biomassa a fini energetici richiede un equilibrio complesso tra l’approvvigionamento, la resa energetica e il rendimento economico del processo di conversione.

Le principali tipologie di biomassa comunemente impiegate a fini energetici sono:

- colture energetiche dedicate, sia di tipo arboreo che erbacee;

- residui agricoli, agroindustriali, artigianali, industriali, civili (es.: deiezioni animali, paglia, sansa di oliva, stocchi di mais, lolla di riso, ecc.);

- residui forestali, legna da ardere e altri prodotti ligneo-cellulosici puri.

Notevoli sono le quantità di biomassa, provenienti dall'agricoltura e dall’industria forestale, che possono essere utilizzate e convertite per la produzione di energia. Oggi sono disponibili tecnologie affidabili e sperimentate che consentono uno sfruttamento intensivo, diffuso e distribuito del potenziale energetico delle biomasse, sia di quelle appositamente coltivate per uso energetico che di quelle derivanti dai sottoprodotti delle attività agroindustriali e forestali.

La biomassa agricola comprende un’ampia gamma di prodotti con caratteristiche molto differenti dal punto di vista chimico e fisico. L'impiego energetico dei sottoprodotti dell'attività agricola è favorito da una buona attitudine alla combustione ma è gravato dalle problematiche legate alla raccolta, al trasporto e alla conservazione del materiale. L'attitudine della biomassa a fini energetici è viene stabilita dal Potere Calorifico Inferiore (PCI), dal rapporto tra le quantità di carbonio e di azoto contenute (C/N) e dalla percentuale di umidità.

Il PCI rappresenta la quantità d’energia termica sviluppabile dalla combustione di un chilogrammo di sostanza secca di materiale; solitamente si esprime in MJ/(kg di sostanza secca).

Il rapporto C/N è un indice di lignificazione del materiale e d’attitudine alla combustione.

Il contenuto d'acqua dei sottoprodotti colturali al momento della raccolta dipende dalle caratteristiche fisiologiche della coltura da cui derivano, dal tempo di permanenza in campo e dall'andamento climatico in tale periodo. L'acqua presente riduce la sostanza secca nel materiale e comporta perdite energetiche per l’evaporazione durante la combustione.

I materiali idonei per utilizzazione energetica sono caratterizzati da un elevato rapporto tra il contenuto di carbonio e azoto (C/N superiore a 30), da un sufficiente Potere Calorifico Inferiore (P.C.I. superiore a 10 MJ/kg di ss) e da un ridotto contenuto di umidità (inferiore a 30 %). Fra tali materiali si annoverano i più comuni sottoprodotti colturali di tipo ligno-cellulosico quali la paglia dei cereali autunno-vernini e del riso, i residui colturali del mais da granella (stocchi, tutoli e brattee), oltre che i residui di potatura della vite e dei fruttiferi.

 Principali caratteristiche delle biomasse agricole

Il contributo delle biomasse legnose alla produzione di energia può provenire dal settore agrario, da quello forestale, da sottoprodotti delle lavorazioni del legno e dagli imballaggi per prodotti agricoli e industriali. La biomassa legnosa fornita dai boschi può essere ottenuta dai diradamenti, dalle potature degli alberi che restano, da radici e ceppaie, da porzioni di tronchi malformati, ramaglie e cimali. Il materiale legnoso utilizzato per la trasformazione in energia è solitamente composto da cippato, ottenuto dalla sminuzzatura in scaglie del legno, o da pellets, che consiste nella pressatura di segatura con un tasso di umidità del 10-15% in cilindretti da 6 a 8 mm di diametro e di 1,5-2 cm di lunghezza.

Il potere calorifico delle essenze legnose non varia molto a seconda della specie legnosa, mentre è fortemente influenzato dal contenuto di umidità. Il P.C.I. varia tra 17 e 18 MJ/kg se si considera la sostanza secca, mentre si riduce a 6 MJ/kg se si esamina la sostanza legnosa appena tagliata, con un contenuto di umidità attorno al 70%.

Le biomasse animali fanno riferimento alle deiezioni prodotte principalmente da suini, bovini e pollame per la loro successiva conversione e trasformazione in prodotti utilizzabili in campo energetico (biogas, etanolo, metanolo). Per la produzione di metano si utilizza di solito la digestione anaerobica, mentre altre conversioni possibili sono la produzione di gas da pirolisi di letame bovino, (è richiesto un contenuto basso di umidità), oppure la combustione diretta del letame col recupero del calore latente.

La convenienza e la fattibilità dello sfruttamento energetico delle biomasse animali sono funzioni della dimensione dell’azienda, ovverosia del numero di capi animali presenti. Su base economica, aziende con oltre 200 bovini, 1500 suini e 17.500 galline (o una combinazione di animali che producono un quantitativo equivalente di escrementi) possono prendere in seria considerazione un sistema a digestore. Per unità più piccole, l'economia ed i benefici dell'impianto a digestore divengono meno convenienti.

Energia ricavabile dalla biomassa animale mediante digestione anaerobica

^* Fabbisogno energetico annuo richiesto da 70÷100 persone.