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OrizzontEnergia

Tipologie di biocombustibili

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Biomassa - Tipologie di combustibili

La biomassabiomassa
In generale si identifica con biomassa tutto ciò che ha matrice organica ad eccezione delle plastiche e dei materiali fossili. Come indicato nel decreto legislativo del 29 Dicembre 2003 n. 387, per biomassa si intende " la parte biodegradabile dei prodotti, rifiuti e residui provenienti dall'agricoltura (comprendente sostanze vegetali e animali) e dalla silvicoltura e dalle industrie connesse, nonchè la parte biodegradabile dei rifiuti industriali e urbani ". Ciò che accomuna le diverse tipologie di biomassa è la presenza di carbonio che mette a disposizione un elevato potere calorifico eventualmente sfruttabile per fini energetici.
utilizzabile a fini energetici consiste in tutti quei materiali di matrice organica, ad eccezione delle plastiche e dei materiali fossili, che possono essere utilizzati direttamente come combustibili, ovvero trasformati in altre sostanze (biocombustibili solidi, liquidi o gassosi) di più facile utilizzo negli impianti di conversione.

 

BIOCOMBUSTIBILI SOLIDI

I biocombustibili solidi sono solitamente ricavati da coltivazioni dedicate o prodotti di scarto di altre lavorazioni. Principalmente sono:

Il potere calorificopotere calorifico
Il potere calorifico è definito come il calore prodotto dalla combustione di una quantità unitaria di combustibile e si distingue tra potere calorifico superiore (pcs) e potere calorifico inferiore (pci). È misurato in genere in kcal/kg per i combustibili liquidi e solidi, e in kcal/m3 per i gas.
 della biomassa, e di conseguenza il costo, dipende dalla tipologia, ovvero dalla percentuale di carboniocarbonio
Elemento chimico costituente fondamentale degli organismi vegetali e animali. È alla base della chimica organica, detta anche chimica del carbonio: sono noti più di un milione di composti del carbonio. È molto diffuso in natura, ma non è abbondante: è presente nella crosta terrestre nella percentuale dello 0,08% circa, e nell'atmosfera prevalentemente come monossido (CO) e biossido (CO2CO2
Gas inodore, incolore e non infiammabile, la cui molecola è formato da un atomo di carbonio legato a due atomi di ossigeno. È uno dei gas più abbondanti nell'atmosfera, fondamentale nei processi vitali delle piante e degli animali (fotosintesi e respirazione).

) di carbonio (anidride carbonica). Allo stato di elemento si presenta in due differenti forme cristalline: grafite e diamante.
in essa presente e dal contenuto di umidità.

Materia prima (trasporto compreso)

≈ € / t

Potere Calorifero (KcalKcal
Unità di misura del calore equivalente a 1.000 calorie.
/kg)

Legno vergine

70

3200

Legno di scarto (da attività di gestione forestale)

40

3000

Scarto agricolo (potature) o forestale

40

3000

Scarto agroindustriale (sansa esausta, vinaccia)

30

2900

Cippato

50

3200

Pellets

100

4100

CIPPATO E PELLETS

Div/1 EN/3 FONTI/RINN/BIOM_BIOCOMB_SOL_Div2_Cippato.jpg

Il cippato non è altro che legname ridotto in scaglie derivante dai residui delle potature, da scarti prodotti dalle segherie o anche da legno di specie arboree appositamente coltivate. Poiché esso si caratterizza per un elevato contenuto di umidità, in fase di stoccaggiostoccaggio
Attività di raccolta e deposito di una determinata risorsa. 
bisogna prevedere un’adeguata areazione per evitare processi di fermentazionefermentazione
Insieme di processi chimici che consistono nella trasformazione dello zucchero contenuto nelle biomasse in etanolo, ad opera di particolari microrganismi.
che ne riducano la qualità.

I pellets sono dei “cilindretti” compatti prodotti con il polverino ottenuto dalla sfibratura dei residui di legna non trattata con sostanze tossiche. Alcune tipologie di scarti dell’industria del legno (trucioli, segatura, polveri) sono particolarmente indicate per la produzione del pellet. I pellets hanno un basso contenuto di umidità e, di conseguenza, un elevata densità energetica.

SCARTI AGROINDUSTRIALI

SANSA DI OLIVE

Div/1 EN/3 FONTI/RINN/BIOM_BIOCOMB_SOL_Div3_Sansa.jpgRappresenta uno degli scarti dell’industria olearia, spesso utilizzata dagli stessi impianti di produzione come combustibile. Il ciclo di lavorazione tradizionale delle olive dà origine all’olio , alle sanse vergini e all’acqua di vegetazione. Dalle sanse vergini, costituite circa per il 60% dal “nocciolino” e per il restante 40% dalla buccia, si estrae l’olio di sansa e si produce come scarto finale la sansa esausta, che ha un contenuto di umidità più basso e un elevato potere calorifico.

LOLLA DI RISO

Div/1 EN/3 FONTI/RINN/BIOM_BIOCOMB_SOL_Div4_Lolla.jpg

La lolla rappresenta lo scarto più importante (18-20% del peso) del processo di lavorazione del riso grezzo. L’utilizzo della lolla come biocombustibile trova una sua convenienza nell’ambito dello stesso impianto di produzione e non all’esterno perché la sua ridotta densità energetica non è economicamente conveniente il trasporto al di fuori dei luoghi di produzione.

 

VINACCIA

Div/1 EN/3 FONTI/RINN/BIOM_BIOCOMB_SOL_Div5_Vinaccia.jpgLe vinacce sono gli scarti che derivano dalle operazioni di torchiatura dell’uva dell’industria enologica e sono costituite da bucce, raspi e vinaccioli. Dopo un’adeguata essiccazione, la vinaccia viene utilizzata come combustibile per la produzione di energiaenergia
Fisicamente parlando, l'energia è definita come la capacità di un corpo di compiere lavoro e le forme in cui essa può presentarsi sono molteplici a livello macroscopico o a livello atomico. L'unità di misura derivata del Sistema Internazionale è il joule (simbolo J)
presso le stesse industrie enologiche, che ne utilizzano il potenziale energetico limitatamente al loro fabbisogno di calore di processo.

 

GUSCI E NOCCIOLI

Div/1 EN/3 FONTI/RINN/BIOM_BIOCOMB_SOL_Div6_Gusci.jpg

Sono gli scarti di lavorazione dell’industria di produzione di succhi di frutta, confetture, frutta sciroppata o secca sgusciata ecc. Questi scarti sono degli ottimi combustibili sia per le loro caratteristiche energetiche, che per la notevole facilità di reperimento, trasporto e stoccaggio; le stesse industrie conserviere ne fanno uso per la produzione di calore di processo. Anche per questi sottoprodotti non si può parlare di un mercato consolidato, si registra comunque un crescente interesse soprattutto per gusci (nocciole, mandorle, pinoli, ecc.) da destinare alla combustionecombustione
Processo chimico esotermico (ovvero che comporta sviluppo di calore) in cui il combustibile si combina con l'ossigeno presente nell'aria oppure appositamente separato (comburente). La reazione di combustione avviene previo innesco localizzato (accensione).
in caldaie domestiche.

 

BIOCOMBUSTIBILI LIQUIDI

I biocombustibili liquidi trovano due principali utilizzi: i biocarburanti utilizzati per autotrazione e i biocombustibili che alimentano cicli di potenzapotenza
Grandezza data dal rapporto tra il lavoro (sviluppato o assorbito) e il tempo impiegato a compierlo. Indica la rapidità con cui una forza compie lavoro. Nel Sistema Internazionale si misura in watt (W).
per produrre elettricità, calore o entrambi (cogenerazionecogenerazione
Processo di produzione congiunta di energia elettrica e calore utile, in cascata, che può essere impiegato per scopi industriali (calore di processo) o per il teleriscaldamento. La cogenerazione comporta un sensibile risparmio di energia primaria rispetto alla produzione separata di elettricità a calore.
).

I biocombustibili liquidi possono essere prodotti a partire da:

1) Numerose specie vegetali (soia, girasole, colza, palme) da cui si ricavano oli utilizzabili tal quali, oppure biodieselbiodiesel
Biocombustibile derivato da un processo chimico applicato agli oli vegetali (colza, girasole, palma, noce di cocco, soia, ...) ma anche ai grassi animali provenienti dall'industria della carne. Esso può essere utilizzato, puro o in miscela (5-20%), come sostituto del gasolio nel settore dei trasporti e del riscaldamento senza modificare motori e caldaie, consentendo una riduzione significativa di emissioni rispetto al gasolio minerale.
se questi oli vengono sottoposti ad ulteriori trattamenti chimici.

Olio di palmaLa palma da olio è uno dei prodotti più versatili in ambito energetico. E' una pianta tropicale originaria dell’Africa occidentale, l’Elaesis guineensis, da cui si ricavano numerosi prodotti impiegati in diversi settori, da quello alimentare (produzione di margarina, dolciumi, merendine) a quello cosmetico fino al settore energetico per la generazione elettrica e per la produzione di biodiesel.

Il prodotto principalmente commercializzato è l’olio di palma, ricavato dal frutto o dal nocciolo (Palm Kernel Oil), che vede nella Malesia e nell’Indonesia i principali Paesi esportatori.

Esistono altre parti del frutto che possono essere sfruttate in virtù del loro potenziale energetico. Tra queste ricordiamo:

  • Il nocciolo che, insieme al materiale fibroso separato, possono essere usati come combustibili in caldaiacaldaia
    Dispositivo in cui l'energia chimica posseduta da un combustibile viene trasformata in calore attraverso un processo di combustione. Il calore ottenuto generalmente assolve compiti di riscaldamento oppure viene impiegato per produrre vapore (in questo caso si parla di generatore di vapore).
    per la generazione elettrica. Le cenericeneri
    Materiale di natura inorganica che rappresenta il residuo della combustione del carbone.
    prodotte dalla combustione trovano impiego come fertilizzanti ed agenti pulenti (saponi).
  • Il guscio (Palm Kernell Shell), una biomassa solida spesso utilizzata in sostituzione dei tradizionali pellets.
  • Vari residui di macinazione che attraverso un processo di digestione anaerobica possono essere convertiti in biogasbiogas
    Miscela di gas prodotti in seguito ad un processo di digestione anaerobica di materiale organico di origine vegetale e animale. Alcuni batteri provvedono a decomporre il materiale organico, in ambiente privo di ossigeno, producendo una miscela gassosa formata da metano (50÷70%), anidride carbonica (35÷40%) e tracce di altri gas. Le materie prime utilizzabili sono residui agricoli, zootecnici dell'industria agro-alimentare, acque e fanghi reflui.
    contenente metanometano
    Idrocarburo che rappresenta il costituente principale del gas naturale.
    per il 65% circa.
  • EFB (Empy Fruit Bunches) e POME (Palm Oil Mill Effluent), prodotti di scarto del processo di macinazione, che possono essere impiegati in impianti cogenerativi per la produzione di energia in loco. Negli impianti di processo di dimensioni medio-grandi i residui vengono valorizzati, anche economicamente, attraverso una serie di operazioni successive, tanto che la FAO, nelle sue analisi sullo stato dell’arte dell’industria dell’olio di palma, li definisce sottoprodotti anziché rifiuti (“They could therefore be referred to as by-products rather than waste products”).

Tipicamente la composizione del frutto della palma, così come raccolto, è la seguente, valutata in condizioni climatiche ottimali (le percentuali si intendono sul peso):

Peso del grappolo

23-27 kg

% frutto

60-65

% olio

21-23

% nocciolo

5-7

% polpa

44-46

% materiale fibroso

13

% guscio

7

La trasformazione degli oli vegetalioli vegetali
Oli ricavati dai semi delle piante oleaginose generalmente utilizzati nelle industrie alimentari, ma che possono trovare impiego anche per scopi di generazione elettrica o calore (previo ulteriore trattamento). Esempio di oli vegetali sono l'olio di palma, di colza, di girasole o di soia.
in energia in impianti cogenerativi
è la soluzione più praticata perché soddisfa esigenze di autoconsumo nelle aziende e di remunerazione grazie alla cessione di elettricità alla rete. I piccoli impianti di questo genere (fino ad 1 MW) favoriscono la creazione di filiere corte e presentano caratteristiche di sostenibilità e perfetta integrazione nel territorio.

L’uso di oli vegetali come carburante non è storia recente: addirittura Rudolf Diesel (il padre del motore Diesel) nel 1893 inventò un motore alimentato con olio di arachidi e lo presentò con successo all’esposizione Universale di Parigi del 1900, intuendo per primo le grandi potenzialità di questo tipo di combustibili.

2) Biomasse amidacee o zuccherine da cui si ricava bioetanolobioetanolo
Biocombustibile prodotto mediante un processo di fermentazione alcolica di prodotti agricoli ricchi di zucchero o amido (per esempio la canna da zucchero, la barbabietola da zucchero, il mais, l'orzo, il grano, le patate, ecc..) o da residui ricchi di cellulosa. Il bioetanolo presenta caratteristiche fisico-chimiche simili alla benzina e questo permette un suo utilizzo nelle miscele in percentuali fino al 20%.

3) Biomasse solide attraverso la pirolisipirolisi
Processo di conversione termica di combustibili solidi in assenza (o ridotto tenore) di aria che avviene tra i 400-800 °C. I prodotti derivanti dalla pirolisi possono essere in fasi differenti ( cioè possono essere solidi, liquidi o gassosi) a seconda della temperatura raggiunta e dei tempi di residenza nel reattore.
/parziale gassificazionegassificazione
La gassificazione è un processo utilizzato a livello industriale da molto tempo (i primi sistemi risalgono addirittura alla prima metà dell' '800), tutt'oggi oggetto di continui miglioramenti. Essa consiste nella trasformazione di un combustibile solido o liquido in un gas combustibile (syngas), ricco di elementi incombusti (CO e H2), a seguito di complesse reazioni chimiche di 'ossidazione parziale'. Questo significa che si 'blocca' il processo a metà tra la fase di pirolisi (rottura dei legami chimici ad alta temperatura in assenza di ossigeno) e quella di combustione.

Questo processo di liquefazioneliquefazione
Processo che porta alla trasformazione di una sostanza solida o gassosa in una sostanza allo stato liquido. Nel caso del carbone si può ottenere un combustibile liquido attraverso 2 modi: o per reazione con l'idrogeno ad alta temperatura e pressione o attraverso un processo catalitico noto col nome di Fischer-Tropsch. Nel caso di liquefazione del gas naturale, invece, non sono coinvolte reazioni chimiche ma un procedimento fisico di aumento della pressione e/o riduzione della temperatura a -162 °C per formare il cosiddetto GNL, più facilmente trasportabile sulle lunghe distanze.
, verso cui sta crescendo l’interesse, porta alla formazione di prodotti impiegati nei motori o bruciati in caldaia da soli o insieme ad altri combustibili fossili (co-firing). Si tratta di riscaldare la biomassa a temperature intorno a 700-800°C in assenza (o ridotto tenore) di ossigeno fino ad ottenere diversi prodotti tra cui un liquido di elevata densità energetica (bio-olio). Attualmente non esistono in commercio biocarburanti per autotrazione ottenuti mediante l’applicazione di questa tecnologia.

Schema dei differenti metodi produttivi

Schema produzione biocombustibili liquidi

BIOCOMBUSTIBILI GASSOSI

Il biogas è una miscela di gas prodotta in seguito al processo di digestione anaerobica di materiale organicoorganico
Aggettivo applicato a qualunque sostanza abbia origine animale o vegetale.
 di origine vegetale o animale.

Il biogas viene ricavato dalla lavorazione di diversi tipi di materiali organici: colture dedicate, residui agricoli, effluenti zootecnici, scarti e sottoprodotti dell'industria agro-alimentare, acque e fanghi reflui, frazione organica dei rifiuti organici.

Durante il processo di digestione anaerobica, alcuni batteri provvedono a decomporre il materiale organico, in ambiente privo di ossigeno, producendo una miscela gassosa formata da metano (50÷70%)anidride carbonica (30÷40%) e tracce di altri gas.

Il principale utilizzo energetico del biogas avviene in impianti di cogenerazione che producono contemporaneamente calore ed elettricità.

>>> Per maggiori dettagli sull'impiego energetico del biogas clicca qui

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