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:: Energia Rinnovabile / Energia dalle Biomasse
Energia dalle Biomasse
La biomassa, abbreviazione di "massa
biologica", indica qualsiasi
sostanza organica, sia vivente che morta, derivata direttamente o indirettamente
dalla fotosintesi. La biomassa
può essere usata per produrre energia (bio-energia),
direttamente come combustibile o convertita in altri tipi di combustibile,
elettricità e/o calore grazie a processi termo-chimici e bio-chimici.
Con il termine biomassa nell'accezione più generale possiamo considerare
tutto il materiale di origine organica sia vegetale che animale. E' intuitivo
come rientri in questa definizione una grande quantità di materiali
molto eterogenei tra loro.
Le biomasse sono:
- Tutti i prodotti delle coltivazioni agricole e della forestazione
- Residui delle lavorazioni agricole e scarti dell'industria alimentare
- Le alghe
- Tutti i prodotti organici derivanti dall'attività biologica animale
La produzione lorda di energia elettrica alla fine del 2004, in Italia, è stata
di 5637,2 GWh, prodotta da 267 impianti(compresi gli impianti che producono
energia dai rifiuti).
Nei Paesi industrializzatile le biomasse rappresentano solo 3,2% del totale
dei consumi energetici finali (circa 3,8 Gtep), mentre costituiscono il 35%
nei paesi in via di sviluppo.
La classificazione delle biomasse
Le biomasse sono raggruppate in quattro categorie:
- Residui forestali e dell'industria del legno: derivano dagli interventi di manutenzione dei boschi, dalla lavorazione del legno
- Sottoprodotti agricoli: paglie, stocchi, ramaglie di potature, sarmenti di vite
- Residui agroindustriali: sanse, vinacce, noccioli, lolla di riso provenienti dall'industria alimentare
- Colture energetiche: sono finalizzate alla produzione energetica oppure alla produzione di biocombustibile
I combustibili solidi, liquidi o gassosi derivati da questi materiali (direttamente o in seguito a processi di trasformazione) sono definiti biocombustibili mentre qualsiasi forma di energia ottenuta con processi di conversione dai bio-combustibili è definita bio-energia.
La conversione energetica: I processi termochimici
La conversione energetica avviene principalmente attraverso processi termochimici e biochimici. I processi termochimici sono:
- Combustione: è il più semplice dei processi termochimici e consiste nell'ossidazione completa del combustibile a H2O e CO2;
- Gassificazione: il processo di gassificazione consiste nella trasformazione di un combustibile solido o liquido, nel caso specifico della biomassa, in combustibile gassoso, attraverso una decomposizione termica (ossidazione parziale) ad alta temperatura. Il gas prodotto è una miscela di H2, CO, CH4, CO2, H2O (vapore acqueo) e N2, accompagnati da ceneri in sospensione e tracce di idrocarburi (C2H6). La proporzione tra i vari componenti del gas varia notevolmente in funzione dei diversi tipi di gassificatori, dei combustibili e del loro contenuto di umidità;
- Pirolisi: è un processo di degradazione termica di un materiale (nello specifico la biomassa) in assenza di agenti ossidanti (aria o ossigeno) che porta alla produzione di componenti solide, liquide e gassose.
I processi biochimici riguardano essenzialmente la Digestione Anaerobica, ossia la degradazione della sostanza organica in assenza di ossigeno ad opera di alcuni ceppi batterici. Questo processo interessa la biomassa con un alto grado di umidità (reflui zootecnici, la parte organica dei rifiuti solidi urbani ecc.) portando alla produzione di biogas (CH4 e CO2) e può avvenire sia nelle discariche che in reattori appositamente progettati chiamati digestori. Attualmente si stanno sviluppando processi di Co-Combustione e di Co-Gassificazione volti a utilizzare nello stesso impianto biomasse e combustibili tradizionali come il carbone.
La
conversione energetica: I processi di conversione
Possiamo riunire i processi di conversione in energia dalle biomasse in due grandi categorie:
- Processi biochimici
I processi biochimici vengono impiegate per le biomasse in cui il rapporto C/N (rapporto tra Carbonio ed Azoto)sia inferiore a 30 e l'umidità alla raccolta sia superiore al 30%. Permettono di ricavare energia per reazione chimica dovuta al contributo di enzimi, funghi e micro-organismi che si formano nelle biomasse sotto particolari condizioni. Vengono utilizzati per questi processi le colture acquatiche, sottoprodotti colturali, reflui zootecnici, scarti di lavorazione. - Processi termochimici
I processi termochimici vengono utilizzati per le biomasse in cui il rapporto C/N sia superiore a 30 e il contenuto dell'umidità non superi il 30%. Si basano sull'azione del calore che permette le reazioni chimiche necessarie a trasformare la materia in energia. Per la conversione termochimica vengono utilizzati la legna e tutti i suoi derivati, i sottoprodotti colturali di tipo ligno-cellulosico e scarti di lavorazione
Vantaggi ambientali
Le soluzioni finora impiegate per lo smaltimento delle biomasse, che non rientrano in adeguati circuiti di raccolta, sono svantaggiose dal punto di vista ambientale ed economico: bruciandoli o abbandonandoli nell'ambiente.
- L'abbandono delle biomasse a causa della loro decomposizione porta alla liberazione di anidride carbonica e metano(CH4).
- La bruciatura delle biomasse oltre alla produzione di emissioni inquinanti può provocare incendi.
- Una migliore gestione di questa fonte permette di sottrarre allo smaltimento in discarica di decine milioni di tonnellate di residui ogni anno ed utilizzarli per la produzione di energia termica ed elettrica.
- La combustione controllata dei sottoprodotti agricoli può inoltre ridurre gli inquinanti fino al 99% rispetto alla bruciatura incontrollata all'aria aperta.
- La produzione di energia da biomassa, ottenuta incrementando la superficie delle aree coltivate e delle foreste, sposterà il bilancio del ciclo di anidride carbonica verso le condizioni di equilibrio e la CO2 immessa annualmente potrà di nuovo essere assorbita completamente dagli organismi vegetali senza accumularsi.
- L'impiego della biomassa per la produzione di biocarburanti (etanolo, etbe ed il biodiesel) determina una riduzione delle emissioni legate al settore trasporti.
L'etanolo e bioetanolo
Il bioetanolo è un
alcool (etanolo o alcool etilico) ottenuto mediante un processo di
fermentazione di diversi prodotti agricoli ricchi di carboidrati e
zuccheri quali i cereali (mais, sorgo, frumento, orzo), le colture
zuccherine (bietola e canna da zucchero), frutta, patata e vinacce.
L'etanolo è prodotto
a partire da materiale fermentabile (zuccherino o amilaceo) e può essere
utilizzato allo stato puro o sottoforma del suo etere, l'etbe nei normali
motori a benzina. In campo energetico, il bioetanolo può essere
utilizzato direttamente come componente per benzine o per la preparazione
dell'ETBE (EtilTerButilEtere),
un derivato alto-ottanico alternativo all'MTBE (MetilTerButilEtere).
Nonostante l'elevato costo di produzione, pari a circa due volte quello
della benzina, il bioetanolo può risultare ancora fonte di profitto
quando si considerino le attuali agevolazioni fiscali e finanziamenti
di origine governativa legate alla caratteristica "rinnovabile" di
questa fonte energetica. Inoltre, finalmente anche in italia, le associazioni
dei coltivatori hanno siglato degli accordi per aumentare in maniera
siglificativa la produzione di bioetanolo aiutando anche l'agricoltura.
Il biodiesel
Il
biodiesel è un carburante ottenuto da fonti rinnovabili quali
olii vegetali e grassi animali, analogo al gasolio derivato dal petrolio. Il
biodiesel deriva dall'esterificazione di oli vegetali (colza o girasole)
e trova impiego nei normali motori diesel. Contrariamente a quanto
si crede comunemente, il biodiesel non è un olio vegetale
puro e semplice, come ad esempio l'olio di colza, bensì il
risultato di un processo chimico a partire da questi o altri componenti
biologici (processo di transesterificazione con alcol metilico).
Per informazioni in merito all'uso come carburante dell'olio vegetale
puro o miscelato al gasolio, andare alla pagina Olio (carburante).
Dal punto di vista ambientale, il biodiesel presenta alcune differenze rispetto al gasolio:
- il biodiesel, rispetto al gasolio, riduce le emissioni nette di ossido di carbonio (CO) del 50% circa e di anidride carbonica del 78,45% perché il carbonio delle sue emissioni è quello che era già presente nell'atmosfera e che la pianta ha fissato durante la sua crescita e non, come nel caso del gasolio, carbonio che era rimasto intrappolato in tempi remoti nella crosta terrestre.
- il biodiesel praticamente non contiene idrocarburi aromatici; le emissioni di idrocarburi aromatici polinucleati (benzopireni) sono ridotti fino ad un massimo del 71%.
- il biodiesel non ha emissioni di diossido di zolfo (SO2), dato che non contiene zolfo.
- il biodiesel riduce l'emissione di polveri sottili fino ad un massimo del 65%.
- il biodiesel produce più emissioni di ossidi di azoto (NOx) del gasolio; inconveniente che può essere contenuto riprogettando i motori diesel e dotando gli scarichi di appositi catalizzatori.
2006 -