Con la Rivoluzione Industriale l'uomo ha dovuto cercare fonti d'energia alternative alla legna, trovandole prima nel carbone e, successivamente, nel petrolio, abbondanti anche se non rinnovabili. Solo di recente, la sempre maggiore richiesta di energia, le possibilità di esaurimento dei carburanti fossili e le conseguenze dell'inquinamento prodotto dalla loro combustione, hanno spinto una parte della ricerca scientifica a studiare i combustibili rinnovabili non fossili per ottenere l’energia necessaria all’agricoltura, all’industria, agli edifici, ai trasporti e ai servizi in generale.
COSA SONO LE BIOMASSE?
Con il termine biomassa si indicano diversi prodotti di origine vegetale e, in misura minore (circa il 10%) animale, utilizzati per produrre energia: residui delle lavorazioni agricole e forestali, scarti dell’industria del legno, (come trucioli e segatura), coltivazioni energetiche (ovvero piante espressamente coltivate per produrre energia), i rifiuti organici degli allevamenti (letame, stallatico) e i residui agro-alimentari (residui delle coltivazioni destinate all’alimentazione umana o animale), nonché la parte biodegradabile dei rifiuti industriali e urbani.
La biomassa vegetale viene prodotta utilizzando l’energia solare per mezzo, come detto, della fotosintesi clorofilliana e, per questo, ha un contenuto energetico elevato. L’energia solare così trasformata e immagazzinata si libera nel momento in cui noi utilizziamo queste biomasse come combustibili senza contribuire all’effetto serra, in quanto la CO2 emessa è pari a quella assorbita durante la crescita della biomassa stessa.
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| ciclo della CO2 |
COME RICAVIAMO ENERGIA DALLE BIOMASSE
Le biomasse vengono utilizzate prevalentemente per la produzione di energia termica, (acqua calda, riscaldamento, utenze industriali), energia elettrica e biocarburanti. Alcuni di questi impieghi utilizzano direttamente la biomassa allo stato naturale, altri invece, richiedono dei processi di trasformazione complessi che possiamo ridurre a due grandi categorie: processi termochimici e processi biochimici.
Processi termochimici: utilizzati per produrre energia termica, comprendono la combustione e la cogenerazione, e sono basati sull'azione del calore che permette le reazioni chimiche necessarie a trasformare la materia in energia.
Processi biochimici: utilizzati per produrre biocarburanti (bioetanolo e biodiesel) o biogas (utilizzato a sua volta come biocarburante o per la produzione di energia elettrica) e comprendono la gassificazione e la digestione anaerobica, che permettono di ricavare energia per reazione chimica dovuta all’azione di microrganismi (funghi e batteri) che si formano nella biomassa in particolari condizioni.
I PROCESSI TERMOCHIMICI
COMBUSTIONE. I prodotti utilizzabili per la combustione sono: legname in tutte le sue forme, le paglie di cereali, residui di raccolta di legumi secchi, residui di piante ricche di olii (ricino, catramo, ecc.), residui di piante da fibra tessile (cotone, canapa, ecc.), residui legnosi di potatura di piante da frutto e di piante forestali, residui dell’industria agro – alimentare. La potenzialità di questo processo sta nella possibilità di soddisfare il fabbisogno energetico di molte aree di paesi in via di sviluppo, sprovviste di energia elettrica, ma che hanno a disposizione grandi quantità di biomassa utilizzabile come combustibile. Questi impianti hanno un potenziale mercato anche nei Paesi industrializzati, in quanto possono essere utilizzati come integrazione a basso impatto ambientale della produzione ordinaria di energia elettrica.
COGENERAZIONE. Per ridurre l’impatto ambientale delle centrale energetiche alimentate a carbone, è possibile utilizzare la biomassa come combustibile insieme al carbone. La cogenerazione consiste, infatti, nella sostituzione di una porzione di carbone (che può arrivare al 15%) con biomassa da utilizzare nella stessa caldaia dell’impianto preesistente. Ciò può essere fatto miscelando la biomassa con carbone prima che il combustibile venga introdotto nella caldaia o utilizzando alimentazioni separate per il carbone e la biomassa.
I PROCESSI BIOCHIMICI
GASSIFICAZIONE. La gassificazione è un processo termochimico durante il quale la biomassa ancora umida viene essiccata per far evaporare l'acqua in eccesso. Una volta essiccata, la biomassa passa nel gassificatore vero e proprio dove viene portata alte temperature (circa 650°C) con quantità controllate di aria (circa il 50% di quella necessaria per la combustione); in questo modo la biomassa non viene bruciata ma trasformata in cenere e gas di sintesi (composto principalmente da metano) che conserva oltre il 90% del potere calorico della biomassa di partenza. Dopo essere stato raffreddato e filtrato, il gas viene compresso per alimentare un generatore elettrico a turbina.
DIGESTIONE ANAEROBICA. La digestione anaerobica è un processo di trasformazione biochimica che avviene in assenza di ossigeno e consiste nella fermentazione della biomassa da parte di particolari batteri. Tale fermentazione produce un gas (biogas) costituito per il 50-70% da metano e per la restante parte soprattutto da CO2 . Il biogas così prodotto viene raccolto, compresso ed immagazzinato e può essere utilizzato come combustibile per alimentare caldaie a gas per produrre calore (magari accoppiate a turbine per la produzione di energia elettrica) o come carburante. Al termine del processo di fermentazione la biomassa solida residua conserva tutti i principali elementi nutritivi (azoto, fosforo, potassio) già presenti nella materia prima e viene utilizzata come fertilizzante.
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| schema di produzione e uso del biogas |
Gli impianti a digestione anaerobica possono essere alimentati anche dalla frazione organica dei rifiuti solidi urbani; in questo caso la decomposizione dei rifiuti organici avviene nei digestori (vasche chiuse nelle quali viene la frazione organica viene fermentata con i batteri) e il biogas prodotto viene raccolto ed usato come combustibile. La produzione di biogas dai rifiuti è un sistema adottato, in via sperimentale, in vari paesi: tra cui l’Inghilterra, che ha sviluppato un efficiente sistema di recupero di biogas da discariche, e in Svezia dove esistono distributori di biogas per rifornire le auto con impianto a metano.
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| la produzione di biogas dai rifiuti |
I BIOCARBURANTI
I biocarburanti sono carburanti estratti da sostanze organiche come le biomasse, in grado di sostituire la benzina e il diesel.
Nel 1893 Rudolf Diesel inventò il primo motore alimentato a gasolio utilizzando come carburante l'olio di arachidi. Nel '900 i biocarburanti caddero in oblio poiché i carburanti derivati dal petrolio potevano essere prodotti in maggiore quantità ed erano meno costosi, ma dopo le crisi petrolifere degli anni Settanta e i rincari dei prezzi del petrolio, i carburanti organici sono tornati di grande interesse. Il biocarburante è apprezzato anche per il minore impatto ambientale, in quanto produce una minore quantità di gas serra rispetto ai carburanti tradizionali, e contribuisce meno del surriscaldamento climatico. Infine, i biocarburanti sono considerati una fonte energetica rinnovabile, in quando la loro produzione si basa su materie prime in grado di rigenerarsi e riprodursi in breve tempo.
TIPI DI BIOCARBURANTI
Oltre al biogas, che come abbiamo visto in precedenza viene prodotto dalla lavorazione delle biomasse, esistono due tipologie principali di biocarburanti:
il BIODIESEL, un biocombustibile liquido che si ottiene dalla lavorazione dell'olio vegetale (colza, girasole o altri) come sostituto vegetale del gasolio;
il BIOETANOLO; che viene prodotto dalla fermentazione di prodotti agricoli molto ricchi di zuccheri (i cereali, canne e barbabietole da zucchero) o di amidi. Il bioetanolo è impiegato come additivo delle benzine (fino al 20%) nelle automobili predisposte con motori specifici. È molto diffuso in Brasile dove viene venduto alla pompa di benzina come alternativa alla benzina e ai derivati del petrolio.
I VANTAGGI DELLE BIOMASSE
I vantaggi dell’energia derivante da biomasse possono essere riassunti in 5 punti:
- E’ una risorsa rinnovabile.
- Riduce la dipendenza dai combustibili fossili.
- E’ una risorsa carbon neutral: non produce, cioè, anidride carbonica in eccesso durante la sua trasformazione.
- E’ ampiamente disponibile: i rifiuti organici sotto forma di foglie morte, erba e alberi, ma anche carcasse di animali e i loro escrementi sono disponibili in abbondanza e possono essere utilizzati per la produzione di energia. Questo è un bel modo di utilizzare gli scarti, perché se non venissero inviati agli impianti di produzione di energia elettrica, andrebbero ad aumentare la quantità dei rifiuti in discarica. Aiuta a ridurre gli sprechi e la gestione dei rifiuti.
- Può essere utilizzata in molte forme: può essere usata per produrre gas metano, biodiesel e altri biocarburanti. Può anche essere utilizzata direttamente sotto forma di calore o come detto, elettricità.
MA CI SONO ANCHE DEGLI SVANTAGGI!
- Non è un’energia completamente pulita quando viene bruciata: ci sono un certo numero di diversi composti dannosi per l’ambiente che provengono dalla combustione delle biomasse e, a volte, l’inquinamento prodotto è assimilabile a quello che deriva dalla combustione del carbone e di altri tipi di fonti fossili.
- Quando non si utilizzano materiali di scarto, la coltivazione di apposite piante per la produzione di biomasse può portare alla deforestazione o alla riduzione delle coltivazioni alimentari.
- Non ha rendimenti molto elevati. Prodotti come il biodiesel o l’etanolo sono meno efficienti rispetto ai caburanti tradizionali e, in alcuni casi, devono essere miscelati con questi ultimi in modo che possano essere utilizzati nei motori. Inoltre, l’uso prolungato dell’etanolo può essere dannoso per i motori delle autovetture.
- Richiede molto spazio: per grandi quantità di energia servono una grande quantità di piante e le superfici a loro destinate sostituiscono le foreste o le coltivazioni alimentari.
- La produzione di impianti a biomasse (considerando le spese di raccolto e di trasporto) è incredibilmente costosa e, in alcuni casi, i costi non sono paragonabili ai benefici. Le spese di trasporto e di raccolta delle risorse sono alti.
Per equilibrare questi due aspetti è quindi necessario che la pianificazione delle attività agricole sia attentamente studiata e bilanciata: l’obiettivo è evitare che la produzione di materie prime per le Biomasse sottragga spazio e risorse alle coltivazioni alimentari e che, attraverso l’utilizzo indiscriminato di pascoli, foreste o terre vergini, finisca per generare più inquinamento ambientale di quello che il suo utilizzo dovrebbe evitare.
ENERGIA DAI RIFIUTI
I rifiuti sono prodotti di scarto del processo produttivo e dei consumi. Pur avendo perso ogni utilità finale essi sono pur sempre composti da materiali che possono essere recuperati tramite il riciclaggio oppure essere utilizzati come combustibili per produrre energia termica ed elettrica. Il processo di combustione dei rifiuti avviene in speciali stabilimenti detti termovalorizzatori che non sono latro che moderni inceneritori in grado di valorizzare la combustione dei rifiuti per produrre energia termica (calore) ed energia elettrica tramite un generatore elettrico a turbina.
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| funzionamento di un impianto di termovalorizzazione |
Non tutti i rifiuti possono essere inviati alla termovalorizzazione, ma particolare miscela di rifiuto indifferenziato trattata con opportuni processi fisico-chimici. Questa miscela prende il nome di CDR (Combustibile Da Rifiuti) ed è composta prevalentemente da plastiche e prodotti derivati dal petrolio, gomme, ecc. Tutto ciò che non può essere utilizzato nella termovalorizzazione o riciclato viene, infine, essere stoccato nelle discariche.