L'Energia delle Biomasse

L'Energia delle Biomasse

Con il termine "biomassa" si intende tutto ciò che ha matrice organica, con esclusione delle plastiche e dei materiali fossili , che  pur rientrando nella chimica del carbonio , non hanno nulla a che vedere con la caratterizzazione che qui interessa dei materiali organici .

La biomassa rappresenta la forma più sofisticata di accumulo dell'energia solare ; questa infatti consente alle piante di convertire la CO atmosferica in materia organica tramite il processo di fotosintesi durante la loro crescita .

La biomassa utilizzabile ai fini energetici consiste in tutti quei materiali organici che possono essere utilizzati direttamente come combustibili ovvero trasformati in altre sostanze (solide, liquide o gassose) di più facile utilizzo negli impianti di conversione.

Altre forme di biomassa possono inoltre essere costituite dai residui delle coltivazioni destinate all'alimentazione umana o animale (paglia) o piante espressamente coltivate per scopi energetici .

Le più importanti tipologie di biomassa sono residui forestali , scarti dell'industria di trasformazione del legno (trucioli, segatura, etc.) , scarti delle aziende zootecniche ed i rifiuti solidi urbani.

La combustione di queste o di materiali derivati , senza aggiunta di composti chimici presenta un bilancio di emissione di CO neutro,in quanto è la stessa quantità che la pianta ha sottratto all'ambiente durante la sua fase di accrescimento e le ceneri possono essere usate come fertilizzante agricolo , cosa che riduce notevolmente i costi di smaltimento se il terreno risulti essere di proprietà.

Le biomasse più adatte a subire processi di conversione termochimica sono la legna e tutti i suoi derivati (segatura, trucioli, ecc.), i più comuni sottoprodotti colturali di tipo lignocellulosico (paglia di cereali, residui di potatura della vite e dei fruttiferi, ecc.) e taluni scarti di lavorazione (lolla, pula, gusci, noccioli, ecc.).

L'utilizzo di legno , o combustibili da esso derivanti , finalizzato alla produzione di energia termica trova particolare utilizzo soprattutto nelle comunità montane dove l'abbondanza di materia prima a bassi costi e la difficoltà nell'approvvigionamento degli altri combustibili fossili ne rappresenta un'alternativa economica .

Figura 1.5 : Ciclo chiuso della CO nella biomassa

In queste zone è spesso praticata l'attività della selvicoltura finalizzata all'abbattimento di alberi dalla legna di qualità pregiate , come il castagno o il cerro , da indirizzare all'industria del legno .

Questa prevede la produzione di molta legna di scarto(circa 1/3-1/4 del totale), infatti quando si abbatte un albero soltanto il tronco servirà a produrre legname da lavoro , mentre la restante parte di legna , le "ramaglie" , sono normalmente destinate alla produzione di legna da ardere .

Inoltre come si può vedere dai piani pluriennali di abbattimento (PFT) , redatti da appositi studi tecnici ed approvati dalle comunità montane di zona , con l'intento di salvaguardare l'ecosistema e garantire  cicli arborici in grado di dare continuità ciclica alla risorsa , spesso si devono abbattere specie che non sono apprezzate dall'industria , quindi da destinare interamente alla produzione di legna da ardere .

Si comprende facilmente  che le potenzialità energetiche della risorsa sono molto ingenti.

Per poter industrializzare il processo di produzione di calore da biomassa occorre rendere automatico l'afflusso di combustibile ai bruciatori , cosa per cui i classici tronchetti di legna da ardere non risultano particolarmente adatti tranne che per piccoli impianti di potenza termica limitata ( <30kW) .

Il Cippato :

Per poter alimentare in continuo i bruciatori occorre sminuzzare il legno fino ad una granulometria di 4-6 centimetri , questa operazione in gergo tecnico è chiamata "cippatura" del legno e il prodotto che se ne ottiene è il cippato.

Figura 1.6 : macchina per la "cippatura delle ramaglie"collegabile al PTO dei trattori :

Il cippato umido :

Se l'operazione di cippatura viene fatta in bosco su piante appena abbattute si produrrà cippato con un elevato tasso di umidità residua , pertanto occorrerà prevedere un luogo di stoccaggio capiente e ben aerato , detto deposito stagionale , e provvedere al mescolamento meccanico del materiale in modo da prevenire l'insorgenza di muffe e facilitarne l'essiccamento in modo da aumentarne il potere calorifico .

Infatti , come si vede dal grafico 1.1 , il contenuto di umidità fa decrescere significativamente il potere calorifico del legno e quindi del cippato ed inoltre questo sarà causa di deterioramento precoce ella caldaia .

Oltre al deposito stagionale sarà necessario prevedere anche una sede di stoccaggio detta "deposito locale"nella quale il cippato proveniente dal deposito stagionale viene stoccato per un periodo di 2 settimane e oltre a finire il processo di essiccazione risulterà disponibile alle operazioni di carico dei generatori di calore , per cui tale deposito dovrà essere situato nelle vicinanze dei bruciatori e facilmente accessibile.

Grafico 1.1 : Potere calorifico inferiore del legno in base all'umidità

Il cippato secco :

In alternativa si può produrre cippato secco (umidità < 25%) effettuando l'operazione di cippatura dopo  aver fatto osservare alla legna proveniente dal bosco e ridotta a tronchetti di 30-40 cm circa di lunghezza un periodo di essiccamento in apposite strutture .

Per velocizzare il processo di riduzione del contenuto d'acqua nel legno occorre che sia agevolato il naturale passaggio d'aria tra i pezzi di legno , quindi , i tronchetti andranno posti su degli assi sollevati da terra e sotto una copertura che li ripari dalle precipitazioni distanziata alcuni centimetri dalla sommità della catasta (vedi figura 1.7), per un periodo abbastanza lungo che è funzione dell'umidità residua che si vuole ottenere .

Figura 1.7 : catasta coperta per l'essiccamento della legna

Come si vede dal grafico sottostante i tronchetti lasciati in cataste al riparo dalle precipitazioni arrivano ad un'umidità  residua del 17% circa dopo 2 anni .

Grafico 1.2 : evoluzione della perdita di umidità nel legno

Naturalmente le coperture per le cataste dovranno essere in numero sufficiente ad ospitare tutta la legna proveniente ogni anno dal bosco .

In via del tutto informativa si dovrà disporre di una cubatura coperta pari a circa 1,3 volte i metri cubi di legna che sarà raccolta .

In entrambi i casi che la stagionatura venga fatta sul legno in tronchetti o direttamente sul cippato umido alla fine del processo si sarà prodotto del cippato stagionato .

Le caratteristiche significative del cippato stagionato sono riassumibili in:

potere calorifico inferiore :       3000-3500 kcal/kg ossia 3,5-4,0 kWh/kg

umidità residua : circa 20 %

granulometria : 4-6 cm

peso specifico ( p_s ) :                 circa 300 kg/msc (msc = metro cubo stero di cippato )

Poiché da un metro cubo di legna si ricavano circa 2,78 metri steri di cippato , per valutare l'effettiva potenzialità  energetica della risorsa occorrerà quindi sapere quanti metri cubi di legna di scarto si è in grado di produrre all'interno di un territorio in un anno .

Essendo infatti :

 : il volume di legna di scarto producibile in un anno a partire dall'abbattimento di alberi in un determinato territorio (ricavabile dai P.F.T.)

la potenzialità della risorsa sarà data da:

                       (1.1.4)