La Biomassa. Scopriamo cos’è e quali tecnologie permettono il suo sfruttamento. Inoltre conosciamo le sue applicazioni.

Biomassa: che cos’è?

Con il termine di biomassa si intende un materiale di natura vegetale che non ha subito nessun trattamento o condizionamento chimico (definizione D.P.C.M. 8 marzo 2002).
In questa definizione rientrano una enorme quantità di materiali, molto differenti tra loro, ma tutti aventi in comune una matrice di origine organica.
In campo energetico, la biomassa è rappresentata da tutte quelle sostanze di origine vegetale, non fossili, che possono essere usate come combustibile.

Tecnologie di conversione energetica

Le principali tecnologie di conversione energetica della biomassa sono:

• Combustione diretta
• Processi biologici
• Produzione di biodiesel

Combustione diretta: perché coltivare boschi?

La combustione è la trasformazione dell’energia chimica contenuta nel combustibile (legno, in questo caso) in energia termica. La legna è stata utilizzata sin dalla preistoria, in catasta di ceppi da bruciare al’aperto senza alcuna forma di controllo della combustione. Oggi la combustione avviene in bruciatori che regolano la quantità di combustibile e la quantità di aria che serve per ossidarlo, consentendo un miglior rendimento termico e un maggior controllo delle emissioni; inoltre è possibile trattare la legna come un fluido, sfruttando la tecnica della cippatura (riduzione della legna in scaglie) con la possibilità di gestire automaticamente l’ alimentazione della caldaia.

La principale fonte di materia prima è rappresentata dai boschi. I vantaggi economici ed ecologici derivanti dalla combustione della legna per fini energetici non sono trascurabili: non produce anidride solforosa, una delle principali cause delle pioggie acide; l’anidride carbonica immessa in atmosfera è la stessa che le piante avrebbero prodotto durante la loro crescita; contiene il fenomeno dell’effetto serra grazie alla fotosintesi clorofilliana operata dalle piante in vita; infine, è una fonte rinnovabile.

I Paesi Nord Europei stanno dimostrando che lo sviluppo di aree boschive e la loro coltivazione con tagli programmati, costituisce una rilevante risorsa economica sia per la produzione di energia da biomassa, ma anche come materia prima per le opere edili.
Altre fonti di biomassa sono rappresentate dai prodotti di scarto delle industrie del legno (trucioli, segatura, ecc…), dall’agricoltura e le sue lavorazioni (paglia dei cereali, residui di potatura dell’ olivo, della vite, gusci di frutta secca, sanza, ecc…).

Processi biologici

I processi biologici sono processi di trasformazioni biochimiche operate da microrgamismi (muffe, lieviti, batteri, protozoi, alghe, funghi) che degradano le sostanze organiche (substrato) presenti in un volume di raccolta, e le trasformano, a seconda della natura del substrato, in composti semplici quali anidride carbonica, acqua, azoto, metano, oppure in nuovi microrganismi che, insieme ai detriti cellulari, costituiscono i cosidetti fanghi di risulta.

Le trasformazioni da mocrorganismi chemotrofi, possono essere di tre tipi:

• Aerobiche, in presenza di ossigeno;
• Anaerobiche, trasformazione in assenza di ossigeno, dove generalmente il nitrato funge da accettore inorganico di elettroni;
• Fermentazione, dove il processo di ossidoriduzione avviene nel substrato stesso.

La reazione aerobia è una sorta di combustione a bassa temperatura, in grado di raggiungere i 70 gradi centigradi. Queste reazioni sono impiegate per il trattamento delle acque reflue, e il calore prodotto viene catturato e veicolato all’esterno mediante scambiatori di calore.

Nella reazione anaerobia, la decomposizione della componente organica, porta inizialmente alla formazione di acidi organici e, successivamente alla formazione di gas (biogas) essenzialmente costituito da metano, anidride carbonica, e in misura minore anche ammoniaca, idrogeno, ossido di carbonio.

La digestione anaerobica può essere sfruttata negli impianti di raccolta di deiezioni animali (da un bovino adulto se ne possono recuperare 1,5 metri cubi al giorno, cosi come da 5 maiali o da 120 polli) e raccogliere un biogas di ottima qualità, adatto anche per le automobili; nelle discariche dei rifiuti urbani, con un corretto progetto di un digestore chiuso e di una rete drenante, è possibile recupere gas per usi energetici (anche se in questo caso la qualità è molto influenzata dalle caratteristiche dei rifiuti, dalla temperatura, e dalla quantità di biomassa).

Le fermentazioni più interessanti per gli usi energatici sono quella metanica e quella alcolica.

La fermentazione alcolica è ben conosciuta in quanto rende possibile la produzione vino, birra, whisky, ecc…Nella fermentazione alcolica gli amidi si trasformano in zuccheri e gli zuccheri in alcol etilico, liberando anidride carbonica.

L’alcol metilico si ottiene invece dalle fermentazione del legno; consiste essenzialmente nella trasformazione di cellulosa (C6H12O6) in metano e anidride carbonica (CH4 e CO2). Fermentazioni metaniche avvengono spontaneamente nei depuratori fognari e negli impianti di trattamento dei rifiuti urbani.
Gli alcoli sono ottimi combustibili. In Brasile l’alcol etilico ottenuto dalla fermentazione della canna da zucchero, soddisfa il 60% della domanda di combustibile degli autoveicoli, dimostrando grande disponibilità e un prezzo competitivo; inoltre alla fine del processo fermentativo, si ottengono fanghi che possono essere impiegati come fertilizzanti e humus per i terreni agricoli

Produzione di biodiesel

Il biodiesel è un combustibile ottenuto miscelando olio vegetale e alcol metilico (o etilico).
Gli olii vegetali sono ottenuti dalla spremitura delle piante oleaginose (soia, colza, girasole, ecc…) e il prodotto di scarto può essere impiegato come alimento per il bestiame.

Rudolf Diesel il 10 agosto 1983 fece funzionare per la prima volta un motore termico alimentato a olio di arachidi. Oggi il motore porta il suo nome, ma non è più possibile alimentarlo semplicemente con olii vegetali, in quanto la densità di questi olii risulta essere troppo elevata per il buon funzionamento dei moderni diesel. E’ necessario quindi diluirli o con il comune gasolio, o con alcol metilico (o etilico), attivando un processo di transesterificazione in grado di condurli ad una densità adeguata.

Il basso impatto ambientale e la semplicità delle tecnologie per la sua lavorazione e utilizzazione, lo rendono un prodotto di mercato molto appetibile.
Un altro metodo assolutamente innovativo per la produzione di olii vegetali da utilizzare per la combustione, è rappresentato dalle coltivazione di microalghe (microrganismi fototrofi).

Questa risorsa presenta notevoli caratteristiche:

• Gli impianti di trattamento delle alghe sono molto semplici; è sufficiente disporre di vasche esposte al sole, macchinari per la spremitura a freddo e per la macinazione, inoltre la resa oleica può variare tra i 40 – 150.000 litri per ettaro (rispetto ai 400 – 1.000 litri delle piante oleaginose);
• Zero impatto ambientale, in quanto il prodotto della spremitura può essere usato come fertilizzante naturale;
• Collocando l’impianto allo sbocco di acque reflue in mare, è possibile depurare le acque di scarico provenienti da impianti industriali dai metalli pesanti, le acque reflue provenienti da coltivazioni agricole sottoposte a concimazione chimica (depurandole dai composti azotati che favoriscono la crescita delle alghe), le acque reflue provenienti da impianti di allevamento del bestiame.

Le varietà di alghe consigliate sono il Phaeodoctlum tricornutum e il Botryococcus branuii.
Per l’impiego nei motori Diesel, l’olio deve essere diluito con alcol etilico.