Che cosa sono le bioenergie?

La produzione di energia da biomasse, o bioenergia, comprende processi che sfruttano una grande varietà di materiali di natura estremamente eterogenea.

Secondo il Dlgs 29 dicembre 2003, N. 387 biomassa è “la parte biodegradabile dei prodotti, rifiuti e residui provenienti dall’agricoltura (comprendente sostanze vegetali ed animali) e dalla silvicoltura e dalle industrie connesse, nonché la parte biodegradabile dei rifiuti industriali ed urbani”.

Questa definizione include una grande varietà di prodotti vergini e di residui a matrice organica, che, per semplicità possono essere raggruppati in cinque categorie principali:

  1. comparto agricolo: coltivazioni agricole dedicate, residui colturali provenienti dall’attività agricola;
  2. comparto agroforestale: residui delle operazioni selvicolturali, delle attività agroforestali, utilizzazione di boschi cedui, ecc;
  3. comparto zootecnico: reflui zootecnici e scarti animali;
  4. comparto industriale: residui provenienti dalle industrie del legno, della carta, dell’industria agroalimentare, ecc.;
  5. rifiuti urbani: residui delle operazioni di manutenzione del verde pubblico e frazione umida di rifiuti solidi urbani.

La biomassa può essere direttamente impiegata nella produzione di energia o essere convertita in biocombustibili liquidi (bioliquidi) o gassosi (biogas).
In ragione di tale caratteristica, si è soliti suddividere il mondo delle bioenergie in tre filiere principali:

  1. Biomasse solide
  2. Bioliquidi
  3. Biogas

Le caratteristiche di queste tipologie di biocombustibili le rendono idonee a molteplici utilizzi in campo energetico:

  • la produzione di energia elettrica
  • la produzione di energia termica
  • la produzione di biocarburanti per autotrazione.

BIOMASSE

Le Biomasse solide sono costituite da prodotti o residui forestali, agricoli, industriali ecc. (cippato, ramaglie, lolla di riso…) generalmente destinati a combustione per la generazione di energia elettrica e termica;

Cippato:

Legname in scaglie normalmente prodotto da legno di bassa qualità, come i residui delle potature boschive, agricole, urbane, gli scarti prodotti dalle segherie o anche il legno di specie arboree appositamente coltivate in impianti a breve rotazione (SRF).
Può essere verde, quando sono presenti anche le foglie (tipico di quando viene sminuzzata l’intera pianta), marrone, se sono cippati rami e tronchetti con corteccia, bianco, se il legname da cippare è stato preventivamente scortecciato.
I chips hanno una pezzatura di circa 3 – 5 cm, un’umidità del 30-50% e un PCI di circa 3000 kcal/kg

Pellet:

Sono prodotti con il polverino ottenuto dalla sfibratura dei residui legnosi, compattato per pressione (senza ricorrere all’uso di alcun tipo di collante) da apposite macchine, in cilindretti che possono avere diverse lunghezze e spessori (15-20 mm di lunghezza, 6-8 mm di diametro). Il suo potere calorifico inferiore si attesta mediamente intorno alle 4000 kcal/kg.
Hanno bassa umidità (mediamente dell’8- 12%) ed elevata densità e, di conseguenza, costi di produzione e vendita più alti del cippato.

Lolla di riso:

Sono comunemente denominate “lolla” le glumelle di riso, che costituiscono l’involucro esterno del chicco. La lolla ha un potere calorifico medio pari a 14 MJ/kg ed è un sottoprodotto della lavorazione del risone (la quantità di lolla varia dal 17% al 23% del peso del risone, in funzione della sua varietà agronomica e della sua provenienza)

Sansa di olive:

Dall’industria olearia (olio d’oliva) deriva, come scarto del ciclo di lavorazione, la sansa, ottimo combustibile, spesso riutilizzata dagli stessi sansifici o venduta per la produzione del calore di processo o di elettricità.

Vinaccia:

Le vinacce sono gli scarti delle operazioni di pigiatura e torchiatura dell’uva. Rappresentano il 15-25 % dell’uva tal quale e sono costituite da bucce, raspi e vinaccioli. Vengono utilizzate nel processo di distillazione o di produzione del “vinello” e i residui che ne derivano ( le vinacce distillate e quelle esauste) possono essere impiegati come combustibile per la produzione di energia (potere calorifico inferiore circa 3.000 kcal/kg), previa adeguata essiccazione.

Gusci e noccioli:

Dall’industria conserviera, per la produzione di succhi di frutta, confetture, frutta sciroppata o secca sgusciata, ecc., derivano come scarti di lavorazione gusci e noccioli. Questi scarti sono degli ottimi combustibili, sia per le loro caratteristiche energetiche (in media circa 4.500 kcal/kg), sia per la notevole facilità di reperimento, di trasporto e stoccaggio e le stesse industrie conserviere ne fanno uso per la produzione di calore di processo.

Combustione diretta della biomassa:

Impianto generalmente costituito da forno, camera di post combustione, caldaia per recupero calore e sistemi di abbattimento. L’energia termica generata dalla combustione viene trasformata in energia meccanica, che attraverso un alternatore, può essere trasformata in energia elettrica.
Differenti tecnologie e taglie esistenti, da piccole caldaie ad uso domestico ad impianti di cogenerazione di decine di megawatt

I pro e i contro

È la tecnologia di conversione delle biomasse più consolidata e diffusa.
Possibili emissioni, impatto visivo non trascurabile, bassa accettabilità sociale derivante principalmente da alcune esperienze negative maturate in passato con l’incenerimento dei rifiuti.

Gassificazione: combustione indiretta della biomassa:

Processo di conversione della biomassa in composti gassosi (ossido di carbonio, anidride carbonica, metano, idrogeno e miscele di essi come il syngas), eseguito per reazione con aria, ossigeno, vapore o loro miscele. Si basa sull’ossidazione incompleta di una sostanza in ambiente ad elevata temperatura (900/1000°C) per la produzione di un gas combustibile (detto gas di gasogeno o syngas).

I pro e i contro

Impatti ambientali ridotti.
Problemi legati alle impurità presenti nel gas (polveri, catrami e metalli pesanti) e difficoltà di immagazzinamento e trasporto, causa il basso contenuto energetico per unità di volume .
Tecnologia ancora in fase di sperimentazione, molto meno diffusa della combustione diretta.

Biogas

Il Biogas è il gas generato dalla fermentazione delle biomasse.
Il Biogas è una miscela di metano, ossido e biossido di carbonio, azoto, idrogeno, idrogeno solforato e tracce di altri gas in percentuali minori, la cui composizione varia in base alle condizioni nelle quali esso è ottenuto.
Può essere utilizzato come sostitutivo dei combustibili tradizionali, con potere calorifico variabile tra i 4.500 kcal/m3 e i 6.500 kcal/m3.
Il biogas si genera da processi di fermentazione in assenza di ossigeno, attraverso i quali la sostanza organica viene decomposta grazie all’azione di specifici batteri.
La principale fonte di produzione di biogas è storicamente la discarica, grazie alla naturale degradazione della frazione organica dei rifiuti. Negli anni sono state però sviluppate anche interessanti tecnologie basate sul processo di fermentazione tramite l’utilizzo di appositi impianti di digestione anaerobica, in grado di produrre grandi quantità di biogas a partire da differenti matrici organiche (reflui zootecnici, scarti agricoli e agroindustriali, coltivazioni dedicate, …)

Biogas: la digestione anaerobica

Processo di conversione che avviene in assenza di ossigeno e consiste nella demolizione ad opera di micro-organismi di sostanze organiche complesse (lipidi, protidi, glucidi) contenute nei vegetali e nei sottoprodotti di origine animale, che produce un gas combustibile (biogas) costituito per il 50÷70% circa da metano e per la restante parte da CO2 ed altri componenti.
Il processo di digestione avviene per naturale decomposizione della frazione organica dei rifiuti presenti in discarica o in appositi impianti di digestione anaerobica della biomassa.
Negli impianti di digestione anaerobica di biomasse si genera un sottoprodotto (digestato) che conserva i principali elementi nutritivi (azoto, fosforo, potassio) della materia prima e che può essere idoneo all’utilizzo agronomico.

I pro e i contro:

Il processo non presenta particolari problemi dal punto di vista ambientale
L’impatto visivo è ben tollerato. Non sono presenti strutture in elevazione
Gli impianti sono mediamente di piccola taglia
Le rese dell’impianto sono variabili in funzione della tipologia, qualità e miscela della biomassa in ingresso
La gestione dei residui della digestione si presenta in talune condizioni complessa.

Bioliquido

I Bioliquidi sono combustibili liquidi derivati dalla biomassa. Sono costituiti da oli vegetali grezzi o raffinati utilizzabili in alternativa ai combustibili tradizionali in centrali per la produzione di energia o come biocarburanti per l’autotrazione.

Olio vegetale:

Ottenuto dalla spremitura di piante oleaginose.
L’utilizzo dell’olio non raffinato è divenuto di grande interesse negli anni recenti, grazie alla possibilità di essere impiegato con buona efficienza per la produzione di energia elettrica e termica ed alla disponibilità di grandi quantità di materia prima a prezzi interessanti sul mercato internazionale.
L’olio maggiormente utilizzato è quello di palma. Negli ultimi anni è cresciuto fortemente l’interesse verso l’impiego di oli non alimentari quali quello di jatropha.

Biodiesel:

È un bioliquido prodotto dalla spremitura di semi di piante oleaginose (es. colza, girasole e soia), da cui si ricava un olio alimentare denso, successivamente sottoposto a una reazione di transesterificazione, che serve a spezzare i trigliceridi in molecole più piccole e quindi più fluide. L’olio viene fatto reagire con un eccesso di alcool metilico in presenza di un catalizzatore alcalino. Si ottiene è una miscela che può essere utilizzata pura o miscelata con combustibili fossili. Il sottoprodotto della produzione è il glicerolo (glicerina), impiegabile nell’ industria farmaceutica e cosmetica.
È il biocarburante più diffuso in Europa.
Principali impieghi: produzione di energia elettrica e calore, autotrazione.
Può essere prodotto sia da olio vegetale ricavato da piante oleaginose, che da grassi animali o oli esausti.

Bioetanolo:

Ottenuto mediante un processo di fermentazione di colture dedicate o residui di origine zuccherina o amidacea (ad esempio cereali, quali mais, sorgo, frumento, o orzo, bietola, canna da zucchero, frutta, patata, vinacce).
È il biocarburante più utilizzato nel mondo. I principali produttori sono USA e Brasile seguiti da Cina e India
Principali impieghi: produzione di energia elettrica e calore, autotrazione.
Può essere aggiunto nelle benzine senza necessità di modifica del motore.

Bioliquidi di seconda e terza generazione

Negli ultimi anni la ricerca si sta concentrando sui biocarburanti e bioliquidi prodotti a partire da materie ligno-cellulosiche, materie cellulosiche di origine non alimentare, rifiuti, residui e micro alghe.
La produzione di questi biocarburanti ha registrato grandi progressi ma il loro impiego non è ad oggi ancora diffuso a scala industriale.

Bioliquidi: l’olio vegetale grezzo

Può avvenire in impianti industriali centralizzati o in impianti decentralizzati generalmente situati in contesti rurali e gestiti da agricoltori locali.
La principali fasi di produzione dell’olio sono la gestione del seme (controllo umidità, maturità ecc.), l’estrazione dell’olio (generalmente attraverso pressatura) e la pulitura dell’olio (tramite sedimentazione o attraverso filtrazione)
L’olio prodotto è utilizzabile in motori diesel adattati o in generatori di calore ed elettricità.
Il residuo di lavorazione (panello) è impiegabile come mangime, concime, combustibile, o substrato fermentescibile.

I pro e i contro :

– Versatilità del combustibile
– Settore in forte crescita (grandi opportunità sviluppo) L’impiego dell’olio avviene generalmente in impianti di grossa taglia (à Scarsa accettabilità sociale)