Concetto di biomassa

Definizione di biomassa

Si definisce biomassa qualsiasi sostanza di origine organica, vegetale o animale, che non ha subito alcun processo di fossilizzazione ed è utilizzabile per la produzione di energia.

Le biomasse rientrano fra le fonti rinnovabili in quanto il loro impiego nella produzione di energia non comporta un aumento dell'anidride carbonica (CO₂) immessa nell'ambiente. Infatti la quantità di CO₂ immessa durante la trasformazione in energia è pari a quella che è stata assorbita nel momento in cui il vegetale o l'animale ha prodotto la sostanza. Quindi l'impatto ambientale in tale ambito è teoricamente nullo.

Combustibili fossili

La differenza con i combustibili fossili (petrolio, carbone, metano) è sostanziale. Il lungo processo di fossilizzazione ha escluso queste sostanze dal naturale scambio del carbonio tra geosfera, biosfera, idrosfera e l'atmosfera, (ciclo del carbonio), in quanto sono state "incubate" nel sottosuolo. Durante la fossilizzazione si è ristabilito un equilibrio spontaneo che non tiene più conto della quantità di carbonio sottratta al ciclo per la generazione delle sostanze medesime. Di conseguenza, quando impieghiamo combustibil fossili per generare energia, immettiamo nell'atmosfera enormi quantità di anidride carbonica che creano un forte squilibrio ecologico e che sono la causa principale del riscaldamento globale.

Principali bacini di biomassa

La biomassa utilizzabile ai fini energetici consiste quindi in tutti quei materiali organici che sono utilizzabili come combustibili nella loro forma naturale o mediante trasformazione in altre sostanze solide, liquide o gassose di adattate all'utilizzo in adeguati impianti di conversione. Di seguito vediamo un elenco dei bacini da cui è possibile ottenere biomassa:

• prodotti delle utilizzazioni forestali: legna da ardere, assortimenti di legni poco pregiati;
• residui delle utilizzazioni forestali: scarti di legname, foglie, ramaglia, residui della pulizia del sottobosco;
• residui e sottoprodotti dell'agricoltura:
• paglia;
• sarmenti di vite;
• potature da piante da frutto;
• stocchi e tuttoli di mais;
• pulla;
• lolla;
• residui di trebbiatura...
• residui delle coltivazioni vitivinicole;
• residui delle coltivazioni fruttiffere;
• sanse e vinacee esauste;
• scarti dell'industria agroalimentare;
• scarti della catena di distribuzione agroalimentare;
• scarti della lavorazione del legno (segatura, trucioli...);
• residui delle cartiere;
• residui tessili di filatura e tessitura;
• Deiezioni e residui animali;
• Frazione organica dei residui solidi urbani;
• coltivazioni erbacee destinate alla produzione dibiocombustibili;
• coltivazione arboree a ciclo breve per la produzione di biomassa combustibile.

Come possiamo osservare i bacini che possono fornire biomassa sono molti. Da questa lista risulta assai evidente che la biomassa può essere ottenuta dal riutilizzo di materie residue di vari processi di lavorazione. Questo consente un migliore sfruttamento di quelle sostanze che altrimenti rimarrebbero improduttive e che, oltretutto, richiederebbero un adeguato smaltimento, non sempre a costi ridotti.

Nei seguenti capitoli ci limitiamo ad analizzare brevemente alcune forme di biomassa che sono più strettamente legate all'utilizzo tramite sistemi di riscaldamento e produzione di acqua calda sanitaria.

Il Legno

Il legno allo stato naturale è un tessuto molto complesso che viene prodotto da un vasto gruppo di piante superiori (alberi e arbusti) per svolgere due funzioni essenziali per la loro vita:

1. sostenere e dare forma all’organismo;
2. garantire il trasporto della linfa all’interno dell’organismo

Chimicamente la sua composizione è la seguente:

• cellulosa il 40-50%;
• lignina (collante naturale) 20-30%;
• altre sostanze (carboidrati, grassi, tannini, sali minerali) 20-30%.

Il legno, come ogni altro tessuto vegetale, deriva in ultima analisi dalla fotosintesi: utilizzando l’energia luminosa prodotta dal sole, l’acqua, sali minerali presenti nel terreno, l’anidride carbonica (CO2) presente nell’atmosfera, le piante verdi sono in grado di produrre nuova sostanza organica, liberando ossigeno (O2) nell’atmosfera. Quando il legno viene degradato il processo della fotosintesi si inverte: viene utilizzato ossigeno, anidride carbonica e sali minerali, viene emessa energia.

La degradazione del legno può essere biologica o chimica. La prima viene operata da organismi viventi (funghi, batteri, animali) che attraverso un processo noto come “respirazione” estraggono dal legno l’energia che serve loro per vivere. La seconda è un processo rapido che prende il

1. essiccazione: fino a temperature di 220 °C viene persa l’acqua ancora presente nel legno. In questa fase viene assorbito calore e viene emesso vapore acqueo: tanto più il legno è umido, tanta più energia sarà necessaria per essiccare il legno e tanto più basso risulterà il rendimento della combustione della legna.
2. pirolisi: tra i 220 °C ed i 270 °C la legna comincia a decomporsi in componenti volatili (gas e vapori) ed in carbonio solido. A 500 °C l’85% del peso della legna si presenta sotto forma di composti volatili.
3. gassificazione e combustione: a partire dai 500 °C si ha l’ossidazione finale dei prodotti di decomposizione con liberazione di calore. La suddivisione tra le tre fasi ha solo una finalità didattica perché, nella pratica, esse si sovrappongono in modo complesso durante la combustione.

Negli apparecchi termici tradizionali, a focolare aperto, la combustione della legna non è completa; ne consegue:

• rendimento limitato;
• inquinamento.

Molti apparecchi dell’ultima generazione, invece, consentono di ottenere rendimenti molto elevati dell’ordine anche dell’80%. Sono infatti di combustione secondaria, ovvero di sistemi che permettono di sfruttare un fenomeno di ossidazione, realizzabile solo negli apparecchi a focolare chiuso, immettendo in posizione adatta all’interno del focolare, aria surriscaldata. L’afflusso di quest’ultima in quantità definite consente di bruciare i gas (anidride solforosa, benzopirene, monossido di carbonio, ecc.) prodotti nella combustione primaria sviluppando:

• significativo aumento della produzione di calore;
• abbattimento dell’inquinamento;
• riduzione di residui e ceneri.

Il potere calorifero del legno secco (15% di umidità) è di 4,3 kWh/kg mentre quello del gasolio è di 10,00 kWh/L e quello del gas metano è di 9,5 kWh/m³. Le moderne apparecchiature per la combustione del legno hanno rendimenti comparabili a quelle delle analoghe attrezzature a gasolio a gas naturale (pari all’80-85%), quindi con 2,3 kg di legno secco si sostituisce un litro di gasolio e 1 m³ di gas naturale.

Il pellet

Il legno in pellet è un combustibile ricavato dalla segatura essiccata e poi compressa in forma di piccoli cilindri con un diametro di 6-8 millimetri.

La capacità legante della lignina, contenuta nella legna, permette di ottenere un prodotto compatto senza aggiungere additivi e sostanze chimiche estranee al legno. Si ottiene, quindi, un combustibile naturale ad alta resa. La combustione del pellet di legno produce biossido di carbonio e inquinanti tipici della combustione delle biomasse solide. Residuo tipico sono gli incombusti, ed in particolare le ceneri, la cui quantità è strettamente dipendente dalla tipologia di biomassa (circa 3% per il legno, 9-15% per paglia). Grazie alla pressatura il potere calorifero del pellet, a parità di volume ma non di peso, è circa doppio rispetto al legno. Sul rendimento calorico influisce in minima parte anche la percentuale di legni duri di origine.

Il pellet è utilizzato come combustibile per stufe di ultima generazione, in sostituzione dei ceppi di legno. Ciò comporta una serie di miglioramenti di tipo ecologico, energetico e di gestione dell'impianto di riscaldamento rispetto alle stufe tradizionali.

Il mais

Il mais, o granoturco, è una pianta erbacea che appartiene alla famiglia delle graminacee. La sua destinazione più comune e più estesa è quella zootecnica, ma ultimamente il mais ha assunto grande importanza come fonte energetica rinnovabile, economica ed ecologica.

Il mais è caratterizzato da un'elevata resa termica, il cui valore è in funzione dell'umidità e della specie di pianta di granoturco da cui deriva. Al 14% di umidità il potere calorifero inferiore è pari a 6,16 kW/kg; allo 0% di umidità è pari a 7,2 kW/kg. Per avere una scala di confronto possiamo considerare che il potere calorifico del gasolio è circa 8.3 kW/kg.

A questo punto bisogna fare alcune considerazioni che tengano conto dell'importanza del mais nella catena alimentare. Esso è infatti un elemento di primaria importanza che viene utilizzato nella produzione di farine, olii, amido, bevande, per l'alimentazione animale e per il consumo diretto da parte dell'uomo. Pertanto impostare un piano energetico improntato sul mais sarebbe un'impresa folle, visto che creerebbe certamente un grave dissesto nella stessa catenea alimentare a causa dello squilibrio offerta/domanda, con conseguenze disastrose pure sul piano economico mondiale.

Per ovviare a questa tragica prospettiva è sufficiente utilizzare questa risorsa nei modi e nei tempi dovuti. Ad esempio lo sfruttamento delle colture affette da micotossine che le rendono non più commestibili sarebbe un ottimo modo per massimizzare la resa di questa preziosa fonte di energia.

Vantaggi delle biomasse

Il forte interesse verso le biomasse espresso da vari settori industriali, di ricerca ed energetici, è giustificato dai benefici che si accompagnano al loro utilizzo. Infatti sono stati dimostrati risultati più che soddisfacenti sia dal punto di vista strettamente energetico che sotto aspetti ambientali e sociali. I principali vantaggi possono essere così sintetizzati:

Sostenibilità

La sostenibilità è la caratteristica propria di tutte le energie rinnovabili, intesda come la capacità delle risorse di rinnovarsi a grande velocità, rendendole praticamente inesauribili, a condizione che se ne faccia buon uso.

Rispetto ambientale

Affermare che le biomasse siano fonti ad impatto ambientale nullo è certamente un errore di valutazione. Infatti il processo di trasformazione (combustione) produce sostanze inquinanti non trascurabili. D'altronde le emissioni inquinanti sono nettamente al di sotto dei valori mediamente registrati nei processi che utilizzano i combustibili fossili.
Assai rilevante è invece il fatto che la trasformazione delle biomasse in energia termica abbia un impatto nullo sulle variazioni di anidride carbonica nell'atmosfera per i motivi discussi all'inizio di questa pagina (vedi sopra).

Sfruttamento delle aree marginali

La produzione di biomasse ben si sposa con so sfruttamento di terreni marginali che altrimenti verrebbero abbandonati; con una migliore manutenzione e controllo del sottobosco e delle aree soggette ad incendi dolosi. La penetrazione delle fonti rinnovabili in queste aree permette inoltre di dare alle popolazioni locali maggiori opportunità lavorative e di sviluppo socio culturale.

Facilità d'impiego e produzione energetica efficiente

I sistemi di trasformazione delle biomasse in energia termica sono molto semplici e richiedono pochi accorgimenti essenziali a massimizzarne la resa e minimizzarne le emissioni inquinanti.

Limiti e svantaggi delle biomasse

L'impiego delle biomasse va incontro ad alcune limitazioni applicative, oltre le quali le stesse caratteristiche che ne determinano i vantaggi divengono controproducenti. Vediamo alcuni aspetti di questa dualità:

Disponibilità a corto raggio

La fase di produzione richiede che la materia prima sia reperibile in un raggio di pochi chilometri dallo stabilimento in cui avviene la trasformazione in calore o in materia finta per il consumo al dettaglio. Allo stesso modo la distribuzione del prodotto al dettaglio deve poter avvenire a chilometro zero o prossimo allo zero. Infatti se la quantificazione di questi paremetri si allontana da quella prospettata, accade che le energie spese per la produzione e la distribuzione superano quelle ricavate dall'utilizzazione. È un fatto ad esempio che il trasporto (fisico) dei beni da un posto all'altro comporti una spesa direttamente proporzioneale è la distanza. Questa spesa può essere identificata sia in termini monetari che in termini di impatto ambientale.

Le soluzioni per impedire che si verifichi tale disfunzione sono semplici:

• Se si vogliono realizzare centrali termiche per fonti a biomassa è auspicabile che nelle immediate vicinanze del sito sia disponibile una elevata concentrazione di materia prima e che vengano avviate tutte le iniziative necessarie affinchè tale disponibilità rimanga invariata nel tempo o, ancor meglio, aumenti di volume. Questo per garatntire uno dei punti cardine della convenienza nell'uso delle biomasse, ovvero la rinnovabilità. Nel caso queste premesse vengano meno si dovrebbero valutare metodi alternativi di produzione dell'energia.
• L'utilizzo al dettaglio delle biomasse dovrebbe essere indirizzato verso quelle sostanze producibili in loco, che pertanto non richiedono il traspoto per lunghe distanze. In alternativa si potrebbe pensare di distribuire il prodotto assimilandolo al trasporto di materie di altro genere, in modo da limitare l'impatto ambientale.

Sistemi antiquati ed inefficienti

Nonostante le ottime migliorie tecnologiche esistono ancora sul mercato stufe e termocamini di vecchia concezione che non garantiscono lo sfruttamento efficiente delle biomasse. Pertanto è buona norma verificare le caratteristiche tecniche del prodotto che si vuole acquistare e richiedere al rivenditore il relativo certificato di idoneità. Orientativamente i migliori sistemi garantiscono valori di efficienza tra il 70 e il 90%. Ovviamnte i sistemi più efficienti hanno costi maggiori.