Per Bioenergia
si intende l'energia prodotta da biomassa. Quest'ultima include ogni
tipo di materiale che ha origine da organismi viventi, con particolare
riferimento ad ogni tipo di sostanza organiza che sia diversa dal
petrolio, dal carbone e dal gas naturale utilizzabile come combustibile.
In questa classe rientrano:
• rifiuti urbani;
• rifiuti e residui organici industriali, agricoli e forestali;
• coltivazioni ad hoc (colture energetiche) sia erbacee che arboree.
La biomassa può essere quindi considerata una delle principali risorse
energetiche rinnovabili del futuro. Presenta un'elevata flessibilità di
approvvigionamento in quanto diffusamente disponibile sotto forma di residui
colturali, rifiuti organici, colture specifiche, e così via.
Può venire direttamente bruciata (processi termochimici) oppure convertita
attraverso diversi processi (biochimici e chimici) in combustibili liquidi,
solidi e gassosi. A seconda della sua provenienza e del metodo di trasformazione
presenta diverse possibilità di impiego:
• combustione diretta della biomassa o dei combustibili solidi da essa
derivati per riscaldamento
e generazione di energia elettrica;
• combustibili liquidi per autotrazione e riscaldamento;
• combustibili gassosi per generazione di energia elettrica.
LE FONTI RINNOVABILI
Fonti preziose e immediate di risorse energetiche relativamente a poco prezzo
possono essere:
• materiali derivanti dalle diverse fasi produttive e distributive del
sistema foresta-legno;
• residui e scarti di produzione agricola e zootecnica, della lavorazione
agro-industriale;
• frazioni organiche (umide e secche) dei rifiuti civili ed industriali.
In realtà non è sempre facile poter disporre di tali
residui in quanto la loro utilizzazione viene limitata dal decreto
Ronchi, che considera
molti di questi scarti come rifiuti inutilizzabili.
Il loro sfruttamento potrebbe offrire anche un modo di eliminare residui, a
volte
inquinanti, con una tecnologia a basso impatto ambientale. Le ceneri dei bruciatori
e i fanghi di scarto della digestione batterica possono essere usati come fertilizzanti
agricoli.
Tra le fonti rinnovabili meritano attenzione le colture energetiche.
Esse costituiscono una fonte importante per la produzione di energia
da biomassa su grande scala,
offrendo varie opportunità di impiego dato che, provenendo da
diverse specie, presentano disparate caratteristiche. In particolare
se si considera
il loro ciclo biologico si possono indicativamente suddividere in:
• colture arboree o arbustive ad alta resa in biomassa e velocità di
crescita e ricaccio: pioppo,
salice, eucalipto, ecc.;
• colture erbacee perenni: canna comune, miscanto, canna palustre, ecc.;
• colture erbacee annuali: girasole, colza, sorgo, soia, barbabietola,
mais, cereali, ecc.
Dal punto di vista della loro utilizzazione si possono dividere
in tre grandi gruppi:
• lignocellulosiche (canna palustre, pioppo, salice, Kenaf, ecc.) dedicate
principalmente alla
combustione;
• alcoligene (canna da zucchero, barbabietola, sorgo zuccherino, ecc.)
per la produzione
dell'etanolo;
• oleaginose (girasole, colza, soia, ecc.) adatte alla produzione di olio
ed esteri etilici o metilici.
Tale divisione non è sempre così netta. Infatti,
in base alla parte della pianta che si considera, si
possono avere destinazioni diverse.
Del girasole, per esempio, si possono usare i semi per la produzione
di olio e biodiesel, mentre i residui colturali possono
essere utilizzati per la generazione
di biogas o bruciati per produrre calore.
LE TECNOLOGIE PER L’ENERGIA “PULITA”
Quale che sia la fonte rinnovabile scelta, per essere
utilizzata come energia deve essere in qualche modo “trasformata”. Le tecnologie adottabili
per ottenere energia dai vari tipi di biomasse sono molteplici, come lo sono
i prodotti che si ottengono. Un materiale con alto contenuto in carbonio e
poca acqua è adatto, attraverso la combustione, ad ottenere calore ed
elettricità; uno con molto azoto ed una elevata percentuale di umidità è più indicato
per la produzione di biogas tramite un processo biochimico, che
trasforma le molecole
organiche in metano e anidride carbonica.
I processi di conversione in energia delle biomasse si possono quindi
ricondurre a due grandi
categorie:
• processi termochimici;
• processi biochimici e chimici.
I processi termochimici sono basati sull'azione del calore che permette
reazioni chimiche necessarie a trasformare la materia in energia.
Sono utilizzabili
per biomasse ad alto contenuto di lignina e cellulosa con un rapporto
C/N>>30
e un’umidità inferiore del 30% (legna, paglia, residui
di potature, gusci, ecc.).
I processi biochimici e chimici permettono di ricavare energia
per reazione chimica dovuta anche al contributo di enzimi, funghi
e micro-organismi,
che
si formano nella biomassa sotto particolari condizioni. Processi
di questo tipo sono adatti per materiali con un rapporto C/N<30 e umidità superiore
al 30% (residui colturali come foglie e steli, reflui zootecnici,
urbani ed industriali).
Da questi processi di conversione si ottengono vari prodotti classificabili
come biocombustibili (quali il biogas, il gas da biomassa e i materiali
lignocellulosici) e biocarburanti (come il bioetanolo, il biodiesel
e l’olio).
I COMBUSTIBILI “PULITI”
Il Biogas è composto da CH4, CO2 e da altri gas in tracce. Esso è ottenuto
tramite digestione anaerobica di materiale organico ed è versatile come
il gas naturale. La digestione anaerobica può dare un contributo significativo
nello smaltimento dei rifiuti domestici, industriali e agricoli, potenzialmente
dannosi per l'ambiente. Il fango residuo dall'attività di decomposizione
può venire usato come un ottimo fertilizzante a basso valore di C/N
(in quanto il C presente in origine è stato trasformato
in CH4 e CO2) e con azoto facilmente disponibile.
Si ha quindi produzione di energia da fonte rinnovabile e contemporaneamente
riciclaggio economico dei rifiuti che usato nelle stalle per la generazione
di calore, porta anche all'abbattimento degli inquinanti delle deiezioni
e all'eliminazione dei cattivi odori.
Gas da biomassa: la gassificazione
E' una tecnologia mutuata dal carbone: il gas in questo caso viene
prodotto da biomassa, invece che da carbone, tramite la decomposizione
termochimica
in ambiente a bassa pressione parziale di ossigeno. Viene usata sostanza
organica proveniente da residui colturali,
rifiuti urbani e industriali. Il gas prodotto può essere
usato per il riscaldamento o per l'alimentazione
di turbine a gas nella generazione di energia elettrica. Più i
materiali usati
nella gassificazione sono di buona qualità, migliori sono
le caratteristiche del gas ottenuto. Per questo motivo, tra le
fonti di biomassa privilegiate
si hanno i materiali lignocellulosici derivanti sia da colture
dedicate che da scarti di potatura o residui forestali.
I materiali lignocellulosici
Con questo termine si intendono materiali ad alto contenuto
di lignina e cellulosa, generalmente combusti per generare
calore. Possono derivare da colture ad hoc
di specie ad alta resa sia di tipo arboreo (pioppo, salice, eucalipto,
ecc.) che erbaceo (miscanto, canna palustre, typha,
ecc.) oppure da residui colturali
e forestali e da rifiuti di lavorazione delle materie prime di origine
vegetale (ad esempio gli scarti di lavorazione del
legname privi di vernici e conservanti).
Per quanto riguarda le colture ad hoc sono da ricordare
le SFR (Short Rotation Forestry): colture energetiche
arboree a turno breve. Sono
caratterizzate da
una veloce crescita ed elevata capacità di ricaccio dopo il taglio.
Vengono coltivate ad alte densità (circa 10.000 p/ha) e
i tagli sono frequenti, anche ogni 2-3 anni. Sono ancora in fase
di
studio per quanto riguarda
il miglioramento genetico, l'ottimizzazione del ciclo produttivo,
la logistica e lo stoccaggio. Da queste colture, o in generale
dai residui di potature agricole
o urbane, si
può ricavare il cippato, legno in scaglie prodotto da apposite macchine.
I pezzi di legno così ottenuti devono essere omogenei e di piccole dimensioni
(3-5 cm) per permettere l'alimentazione automatica delle caldaie. Alternativamente
può essere usato anche per la produzione di compost.
Alcune tipologie di scarti dell'industria del legno (non trattati
con colle e vernici), come la segatura e le polveri, possono essere
utilizzati per produrre
i pellet di legno: polveri di legno pressate in cilindretti di
ridotte dimensioni quindi, facilmente maneggiabili, che presentano
una bassa
umidità, un'elevata
densità energetica e resa termica. Anche dai materiali lignocellulosici è possibile
ottenere, attraverso processi di conversione
biochimica, dell’alcool: il metanolo.
Il Bioetanolo
E’ un alcool (etanolo o alcool etilico) ottenuto mediante
un processo di fermentazione di diversi prodotti agricoli ricchi
di
carboidrati e zuccheri,
quali i cereali (mais, sorgo, frumento, orzo), le colture zuccherine
(bietola e canna da zucchero), frutta, patata e vinacce.
Può essere ottenuto anche da residui di coltivazioni agricole e forestali,
da residui di lavorazione di industrie agro-alimentari, dai rifiuti urbani.
In campo energetico, il bioetanolo può essere utilizzato
direttamente come componente per benzine o per la preparazione
dell'ETBE (EtilTerButilEtere),
un derivato alto-ottanico alternativo all'MTBE (MetilTerButilEtere).
Nonostante sia solo una piccola percentuale da aggiungere
alle benzine, se usato su larga scala può diventare una quantità cospicua, basti
pensare che in Italia si consumano anche 16 milioni di tonnellate di benzina
l’anno.
I limiti principali al suo utilizzo stanno nella necessità di avere
motori particolari, che però poi presentano efficienza anche maggiore
di quelli a benzina e nel fatto che l'etanolo è una sostanza idrofila,
che procura quindi problemi nella distribuzione e nell’immagazzinamento.
Il suo utilizzo comporta notevoli benefici ambientali riducendo le
emissioni di CO2, SO2, di idrocarburi e particolato.
Il Brasile e la Svezia sono per ora i paesi nei quali si sta sviluppando
maggiormente il mercato del bioetanolo.
L’Olio vegetale
Gli oli vegetali prodotti in Italia provengono principalmente
da colture su terreni a set-aside di colza e girasole;
negli USA la coltura più usata è la
soia.
L’olio è contenuto all’interno delle cellule vegetali unitamente
ad una matrice proteica e quindi, per poter essere utilizzato, deve venire
estratto. Le tecniche di estrazione possono essere di tipo meccanico (normalmente
a pressione) o chimico (a solvente). L’estrazione meccanica
viene operata su semi contenenti materia grassa superiore al 20%
(colza e girasole), mentre
per valori inferiori si procede con quella chimica.
I prodotti del processo sono l’olio grezzo e, se l’estrazione è meccanica,
il panello proteico o expeller mentre, se l’estrazione è di
tipo chimico, la farina.
L’olio grezzo può venire rettificato con una serie di trattamenti
fisico-chimici che hanno lo scopo di correggerne il pH ed eliminare le impurità e
i pigmenti.
Gli oli risultano una valida alternativa ai combustibili fossili
per i minori costi di produzione e il migliore bilancio energetico.
Sono facili da produrre
e quindi interessanti per quelle realtà (paesi in via di sviluppo, aziende
agricole con elevato consumo energetico o poste in aree marginali) dove si
sente forte l’esigenza di auto-produzione di energia a bassi costi con
il massimo vantaggio energetico (l’energia per estrarre l’olio è una
minima parte rispetto all’energia contenuta nell’olio).
Anche nei paesi industrializzati l’olio grezzo può essere utilizzato,
in impianti di media taglia (5-15 MWe) con motori Diesel navali o turbine a
gas per la produzione di calore ed elettricità.
Il Biodiesel
E’ un combustibile realizzato al fine di risolvere il problema dell’elevata
viscosità dell’olio vegetale grezzo. E’ ottenuto tramite
transesterificazione dell’olio che ha come risultato più evidente
la rottura della molecola del trigliceride in tre molecole più piccole
e quindi meno viscose.
Circa l’80% di olio è mescolato e fatto reagire, tramite catalizzatore,
con 20% di alcol (spesso si usa metanolo). Il biodiesel e la glicerina sono
i prodotti finali ottenuti che vengono separati sfruttando la loro diversa
densità.
Il biodiesel ha una viscosità simile al gasolio per cui può essere
un suo ottimo sostituto. Per queste ragioni gli esteri possiedono grandi potenzialità di
utilizzo. Per contro, sembra provocare corrosione ai tubi di gomma del motore
se usato per lungo tempo e il costo di trasformazione va ad incidere e ad aggiungersi
al costo totale della produzione, senza trovare dall’altra parte adeguate
protezioni di carattere normativo, fiscale e tecnico, che possano garantire
un interessante inserimento nel mercato. Caratteristiche distintive rispetto
al gasolio sono l'assenza di zolfo, di composti aromatici, la riduzione del
particolato e ovviamente la riduzione dell'emissione dei gas ad effetto serra.
Caratteristica importantissima è la sua totale biodegradabilità; è adatto
quindi ad essere usato nei motori dei natanti di acque interne o
per il riscaldamento di zone sensibili.
In Europa il biodiesel è molto più diffuso del bioetanolo perché sfrutta
tecnologie e catene di distribuzione già esistenti.
L’USO DELLE BIOMASSE: I BENEFICI DI NATURA
AMBIENTALE E SOCIO ECONOMICA
L'uso delle biomasse consente notevoli benefici
di tipo ambientale e socio economico. E' considerato
uno dei più efficienti sistemi per ridurre le emissioni
dei gas serra e delle altre sostanze nocive derivanti dall'uso
dei combustibili fossili. Inoltre, la produzione di biomassa è un'attività che
richiede molta manodopera. Può quindi creare posti
di lavoro e favorire così lo sviluppo
economico e occupazionale delle aree rurali o
quantomeno
limitare l'abbandono
delle campagne, soprattutto nelle zone più svantaggiate.
I sistemi energetici basati sulle biomasse possono
accrescere la disponibilità di
energia per lo sviluppo economico senza contribuire ad aumentare l'effetto
serra. La CO2 emessa durante la produzione di energia è pari a quella
assorbita durante la crescita delle piante, non vi è emissione netta
di CO2, ammesso che la produzione e la raccolta siano condotte con metodi sostenibili.
I combustibili a base di biomassa producono meno zolfo, ossidi di azoto e particolati,
rispetto ai combustibili fossili. Le colture dedicate alla produzione di biomassa
possono, durante la fase di crescita, operare da fitorimediatori in siti contaminati
o contribuire a reintegrare terreni deforestati o di scarsa qualità migliorando
la gestione delle risorse naturali.
L’USO DELLE BIOMASSE: I PROBLEMI
Fra questi vi sono soprattutto le preoccupazioni per
l'impiego di sostanze chimiche per l'agricoltura, l'impianto
della monocoltura a grande scala, i
conflitti con le colture a scopo alimentare, il rapporto tra energia
ottenuta e consumata e la percezione della biomassa
come combustibile di scarso valore
o poco vantaggioso.
Uno dei principali ostacoli alla commercializzazione di tutte le
tecnologie per le energie rinnovabiliè il fatto che l'attuale mercato dell'energia
ignora i costi sociali e ambientali e i rischi associati all'impiego dei combustibili
fossili. Nel valutare il vantaggio economico di questa fonte rinnovabile devono
essere considerati, anche se difficilmente computabili, i costi esterni, quali
il degrado ambientale e le spese sanitarie che le tecnologie convenzionali
impongono alla società. Le fonti rinnovabili hanno costi esterni scarsi
o nulli e possono, come abbiamo detto sopra, avere effetti positivi sulla riduzione
delle emissioni di CO2 e SO2, sulla creazione di nuove opportunità imprenditoriali,
sul recupero delle zone rurali e sul risparmio delle importazioni
di combustibili.
