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Produzione di energia da Biomassa

Una fonte di energia alternativa ai combustibili fossili, immediatamente disponibile è costituita dallo sfruttamento delle biomasse organiche.

La produzione di energia elettrica partendo da biomasse organiche come alternativa ai combustibili fossili è possibile ed al momento esistono già impianti per la produzione combinata di calore ed energia elettrica che sfruttano queste tipologie di combustibile, tuttavia questi processi hanno la necessità di essere condotti mediante impianti di grandi dimensioni per essere economicamente sostenibili.

Esempi di applicazioni nel settore possono essere i processi di pirolisi o la gassificazione mediante aria od ossigeno.

Nel caso della semplice pirolisi si possono ottenere gas con un discreto potere calorifico (15 MJ/m3), ma con basse rese in rapporto alla massa di materia organica utilizzata, mentre per quanto riguarda la gassificazione ad aria, le rese in gas sono migliori, ma il potere calorifico (4-8 MJ/m3) risulta depresso dalla grande quantità di azoto presente. La gassificazione ad ossigeno ha un potere calorifico del gas prodotto buono, ma con lo svantaggio dell’elevato costo legato all’utilizzo dell’agente ossidante.

Negli ultimi anni gli sforzi si sono concentrati sullo studio e la messa a punto del cosiddetto processo di “pirogassificazione” per ovviare agli inconvenienti evidenziati dagli altri processi termici e termochimici per il trattamento delle biomasse.

La “pirogassificazione” è un processo basato su una degradazione termochimica della biomassa con formazione di

  • gas ad alto potere calorifico
  • frazione liquida (riciclabile come bio-combustibile)
  • frazione solida

La frazione solida è costituita essenzialmente da carbonio il quale può essere parzialmente gassificato, in virtù delle elevate temperature raggiunte, con la formazione di altro gas combustibile costituito da una miscela in parti uguali di ossido di carbonio e idrogeno.

In questo modo il potere calorifico del gas prodotto viene aumentato grazie all’ulteriore aliquota di molecole combustibili a discapito dell’anidride carbonica.

Il carbonio residuo può essere convogliato al generatore di calore dove reagisce con aria sviluppando il calore necessario al mantenimento del processo. Si potrebbe valutarne anche l` impiego come materiale base per la generazione di GAC (Granular Activated Carbon), carbone attivo granulare ad alto potere adsorbente impiegato per la depurazione acque oppure per trattamento di inquinanti in flussi gassosi.

L’aria introdotta in questo sistema non contamina il gas combustibile prodotto, ma agisce come comburente per generare il calore necessario alla reazione.

La frazione liquida può essere utilizzata in parte per l’alimentazione del generatore di calore (frazione pesante) ed in parte (frazione leggera) come agente gassificante nella fase di gassificazione in assenza d’aria/ossigeno.

Il gas uscente dal reattore viene separato dalla frazione liquida mediante operazioni di lavaggio, seguite da raffreddamento e una filtrazione ed infine raccolto in un serbatoio di accumulo utilizzato per alimentare il generatore di corrente elettrica.

È possibile recuperare calore sia dal generatore di corrente che dal sistema di raffreddamento del reattore (sistema a cogenerazione).

La maggior parte degli impianti realizzati sono dotati di un motore a combustione interna a quattro tempi accoppiato ad un alternatore per l’immissione di energia elettrica in rete.

L’alimentazione degli impianti può prevedere l’introduzione di varie tipologie di biomasse di tipo vegetale o animale, quali ad esempio cippato di legna e legname di scarto in generale, sansa di olive essiccata, residui di distillazione di vinacce, pollina di origine animale ed altri.

Sul territorio italiano possiamo trovare numerosi impianti sperimentali e solamente una piccolissima frazione di questi funziona in modo semi-continuo.

La potenzialità è indicativamente medio–piccola compresa in un range che va da qualche decina di KW sino ad arrivare a 1 MW di potenza elettrica generata.

Nelle casistiche studiate ovviamente si sottolinea la difficoltà della gestione degli impianti suddetti dovuta principalmente alla severa manutenzione impiantistica necessaria per effetto della complessità del sistema, delle alte temperature di esercizio e delle sostanze inquinanti generate nel processo.

Le variabili progettuali non prettamente impiantistiche da considerare sono inoltre molteplici e tra queste vanno considerate ad esempio la struttura molecolare della biomassa, la temperatura di reazione e la “complicata” natura intrinseca della combustione.

Gli impianti a biomasse organiche sono pertanto uno degli aspetti ingegneristici di interesse e con ancora ampi margini di ottimizzazione, sia dal punto di vista del processo che dal punto di vista impiantistico.

Marco Ceresa
Chemestry Engineer