LE BIOMASSE

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LE BIOMASSE
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Cosa sono le biomasse

• Sintende per biomassa ogni sostanza organica
  derivante direttamente o indirettamente dalla
  fotosintesi clorofilliana che può essere usata
  come combustibile per la produzione di energia.
• Le biomasse
• sono una fonte di energia rinnovabile e pulita.
• Sono ampliamente disponibili
• Costituiscono una risorsa energetica locale a
  basso impatto ambientale
• Non sono destinate allesaurimento (se gestite
  correttamente)

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Tipologie di biomassa

• Le biomasse utilizzabili per la conversione
  energetica possono essere così suddivise
• 1. Residui e sottoprodotti ligno-cellulosici(cimal
  i,ramaglie e potature),residui derivanti dalla
  lavorazione del legno(cortecce, segature,
  trucioli) e residui agro-industriali(paglie,
  gusci e noccioli della frutta)
• 2. Colture zuccherine (barbabietole)
• 3. Colture ligno-cellulosiche (sorgo di fibra,
  canna comune, pioppo e eucalipto)

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• 4.Colture amidacee(cereali, mais e patate) e
  oleaginose (colza e girasole)
• 5. Frazioni organiche(umide e secce) dei rifiuti
  civili e industriali
• 6. Scarti derivanti dagli allevamenti zootecnici
  e dalle industrie agroalimentari

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Per esemplificare qualche tipologia di biomassa,
tra le più comuni, si possono citare
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Biomasse

• Biocombustibili
• Bioenergia
• Dalle biomasse derivano direttamente i
  biocombustibili(combustibili solidi,liquidi o
  gassosi)

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Biocombustibili

• Tra i principali annoveriamo
• BIODIESEL
• BIOETANOLO
• CIPPATO
• PELLETS
• BIOGAS

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BIODIESEL

• Il biodiesel è fonte di energia rinnovabile
  ottenuta dagli oli vegetali di colza e
  girasole,con proprietà e prestazioni simili a
  quelle del gasolio minerale.
• Presenta elevata biodegradabilità.

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• 1.ESTRAZIONEseparazione nei semi di
  grassi
• B e
  proteine
• I
• O 2. RAFFINAZIONEcomprende tutti i processi
• D per eliminare
  acqua,
• I
  mucillagini(gomme) e
• E impurità in
  sospensione
• S 3.TRANSESTERIFICAZIONE
• E è usato per convertire lolio base
  nellESTERE
• L desiderato e rimuovere gli acidi grassi
  liberi

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Processo per la produzione di biodisel
trigliceride metanolo ? glicerolo estere
metilico(che costituisce il biodiesel)
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Schema a blocchi della filiera
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Vantaggi rispetto al diesel tradizionale

• alto numero di cetani (infiammabilità superiore
  in cicli diesel)
• più alta capacità lubrificante
• Lassenza di zolfo (riduce le piogge acide)
• alta percentuale di ossigeno (maggior stabilità
  di combustione, minor produzione di PM10, minor
  residui organici volatili - VOC).
• Non è esplosivo
• riduce significativamente le emissioni tossiche
  quando viene bruciato come carburante.

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• Per ogni litro di Biodiesel sono emessi 2,2 kg
  di CO2 contro i 3,2 kg emessi dal Diesel derivato
  dal petrolio!

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Linconveniente

• il biodiesel produce più emissioni di ossidi di
  azoto (NOx) del gasolio inconveniente che può
  essere contenuto riprogettando i motori diesel e
  dotando gli scarichi

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Bioetanolo

• Il bioetanolo è un alcool(etanolo o alcool
  etilico) ottenuto mediante un processo chimico,la
  fermentazione alcolica, con cui i glucidi vengono
  trasformati in alcol etilico. Per ottenere i
  migliori risultati da questa trasformazione
  occorre partire da una materia prima che abbia
  contenuti zuccherini elevati,perciò le materie
  prime per la produzione di etanolo possono essere
  racchiuse nelle seguenti classi
• Coltivazioni ad hoc(canna da zucchero,grano,mais)
  
• Residui di coltivazione agricole e forestali
• Eccedenze agricole temporanee ed occasionali
• Residui di lavorazione delle industrie agrarie e
  agro-alimentari
• Rifiuti urbani

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Bioetanolo dal tronco della pianta

• Un metodo che permette di produrre bioetanolo è
  quello di ottenere in primis il glucosio per poi
  produrre etanolo tramite via fermentativa. Il
  tronco della pianta, generalmente abete rosso,
  deve essere opportunamente pretrattato al fine di
  ottenere del legno tagliuzzato, il quale poi
  viene sottosposto a cottura e quindi avviene
  l'estrazione del glucosio. Una volta estratto
  l'esoso si sottopone il substrato ad una
  fermentazione ad opera di saccharomyces
  cerevisiae oppure di candida microrganismi i
  quali operano in condizioni di anaerobiosi e che
  danno come ultimo prodotto della loro via
  glicolitica il piruvato il quale viene
  inizialmente decarbossilato ad acetaldeide ed in
  seguito una idrogenazione ottenendo così,
  appunto, Etanolo. L'etanolo prodotto, però, ha
  una concentrazione massima del 25-30 in quanto i
  lieviti hanno una bassa capacità di sopportare
  alte concentrazioni di alcool. Per questo motivo
  viene sottoposto ad una distillazione azeotropo
  al fine di ottenere un'etanolo al 94-95.

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Bioetanolo da cellulosa

• Vengono idrolizzate grandi quantità di cellulosa
  che tramite l'uso di funghi o batteri si
  trasformano in glucosio e altri zuccheri, poi
  avviene la fermentazione mediante lieviti o altri
  microbi. Ricerche innovative mirano a modificare
  geneticamente sia i batteri che i lieviti come il
  saccharomyces cerevisiae modificato in modo da
  produrre il doppio di etanolo.

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Schema a blocchi della filiera
(C6H10O5)n n . H2O ? n . C6H12O6 Cellulosa
vapore glucosio
fermento (C6H12O6) ? 2 . C2H5OH 2
. CO2 glucosio etanolo
anidride
carbonica
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Cippatoil legno sminuzzato

• Si definisce legno sminuzzato, o chips di
  legno, il legname in scaglie ottenuto da
  apposite macchine. Per produrre chips viene
  utilizzato legno di qualità inferiore, come i
  residui delle potature boschive , agricole o
  urbane, oppure ancora i sottoprodotti delle
  segherie.
• Il cippato ottenuto può essere di tre
  tipologie
• verde, contenente anche fogliame (soprattutto
  aghi), in quanto ottenuto dalla riduzione in
  chips di piante intere o di porzioni della
  chioma.
• marrone, se sono cippati rami e tronchetti con
  corteccia presenta colore più scuro del
  precedente e, a parità di altre condizioni, una
  massa volumica leggermente superiore poiché la
  corteccia si frantuma in particelle di dimensioni
  più piccole e riempie parte degli interstizi fra
  i chips, dando origine a un cumulo più compatto
• bianco, che deriva dalla sminuzzatura di solo
  legno, ovvero di fusti o tronchetti
  preventivamente scortecciati

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• Le scaglie provenienti dal bosco presentano in
  genere unumidità che oscilla tra il 40 e il 60,
  per cui è necessario progettare in maniera
  adeguata la fase dello stoccaggio, in modo da
  permettere una giusta aerazione ed evitare quindi
  fermentazioni che deteriorano la qualità del
  cippato.

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Vantaggi del cippato

• Nelle operazioni boschive la cippatura consente
  diversi vantaggi
• il recupero di scarti che altrimenti verrebbero
  lasciati in bosco (prevenendo così linnesco di
  incendi)
• laumento della produttività conseguente
  alleliminazione di alcune fasi di allestimento
  del legname.

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Pellets combustibile dagli scarti industriali

• Alcune tipologie di scarti dell'industria del
  legno (segatura, polveri ) possono essere
  utilizzate per produrre un combustibile
  alternativo ecologico detto "pellet di legno". 
• Il pellets può essere prodotto utilizzando varie
  tipologie di biomasse legnose e segatura di legno
  purché non contengano vernici, collanti o altre
  sostanze tossiche infatti la capacità legante
  della lignina, contenuta nella legna, permette di
  ottenere un prodotto compatto senza aggiungere
  additivi e sostanza chimiche estranee al legno.

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Questo combustibile si distingue per la bassa
umidità (inferiore al 12 ) e per la sua elevata
densità nonché per la regolarità del materiale.I
pellets sono prodotti con la polvere ottenuta
dalla sfibratura dei residui legnosi, la quale
viene pressata da apposite macchine in
cilindretti che possono avere diverse lunghezze e
spessori (1,5-2 cm di lunghezza,6-8 mm di
diametro).
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Biogas

• Con il termine biogas si intende una miscela di
  vari tipi di gas (per la maggior parte metano,
  dal 50 al 70) prodotto dalla fermentazione
  batterica in anaerobiosi (assenza di ossigeno)
  dei residui organici provenienti da rifiuti,
  vegetali in decomposizione, carcasse in
  putrescenza, liquami zootecnici o di fognatura.
  L'intero processo vede la decomposizione del
  materiale organico da parte di alcuni tipi di
  batteri, producendo anidride carbonica, idrogeno
  molecolare e metano (metanizzazione dei composti
  organici).

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Vantaggi nell'uso del biogas

• impedisce la diffusione nella troposfera del
  metano emesso naturalmente durante la
  decomposizione di carcasse e vegetali il metano
  è infatti uno dei gas-serra più potenti ed è
  quindi auspicabile la sua degradazione in CO2 e
  acqua per combustione.

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Schema a blocchi della filiera
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Modalità di conversione

• Conversione di tipo biochimico ricavano energia
  da reazioni chimiche dovute alla presenza di
  funghi, enzimi e microrganismi che si formano
  nella biomassa sotto particolari condizioni
• Conversione di tipo termochimico sono stati
  basati sullazione del calore che permette le
  reazioni chimiche necessarie a trasformare la
  materia in energia

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Conversione biochimica

• Digestione anaerobica
• Digestione aerobica
• Fermentazione alcolica
• Produzione di metanolo
• Produzione di oli

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Processi biochimiciLa digestione anaerobica

• Demolizione per mezzo di batteri (in assenza di
  O) di sostanze organiche complesse contenute nei
  vegetali e nei sottoprodotti di origine animale
• Batteri sempre presenti nella massa organica e
  trasformano i composti organici in CH4 e CO2
• Avviene allinterno di reattori che evitano il
  contatto tra mssa liquida e ossigeno atmosferico
• Produzione di biogas (45-60 metano e parte
  restante CO2)
• Usato come combustibile per alimentare la
  BIOCONVERSIONE
• Al termine del processo si conservano integri N,
  P e K usati come fertilizzanti

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• In relazione all'intervallo di temperatura in cui
  agiscono, i batteri sono suddivisi in
• Psicrofili, quando agiscono a temperature
  inferiori a 25C
• Mesofili, quando agiscono a temperature
  comprese tra i 25C e 45C
• Termofili, quando agiscono a temperature
  superiori a 45C.

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Fasi della digestione anaerobica

• 1. idrolisi della cellulosa, delle proteine, dei
  lipidi e degli zuccheri e degli amminoacidi
• 2. fase acidogenica con formazione di acidi
  grassi in particolare di acido acetico
• 3. metanizzazione del prodotto della seconda
  fase questo stadio metanogenico coinvolge una
  serie di metano-batteri, che completano la
  trasformazione in metano ed anidride
• carbonica degli acidi grassi (principalmente
  acetico), secondo la reazione seguente
• CH3COOH ?CH4CO2
• in cui un atomo di carbonio è l'accettore
  finale di idrogeno, e produce metano, mentre
• l'altro atomo va a costituire l'anidride
  carbonica.

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(No Transcript)
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Processi biochimiciDigestione aerobica

• Metabolizzazione delle sostanze organiche ad
  opera di microrganismi (presenza di O)
• Conversione delle sostanze complesse in altre più
  semplici con liberazione di CO2 e H2O
• Produzione di calore che può essere trasferito
  allesterno mediante scambiatori a fluido

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(No Transcript)
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Processi biochimiciFermentazione alcolica

• Trasformazione dei glucidi contenuti nelle
  produzioni vegetali in ETANOLO usato come
  carburante per autotrazione

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Processi biochimiciProduzione di metanolo

• Lutilizzazione del gas di gasogeno come vettore
  energetico pone alcune limitazioni legate
  essenzialmente ai problemi connessi con
  limmagazzinamento e il trasporto, dovuto anche
  al basso contenuto energetico per unità di
  volume. Ciò fa sì che risulti eccessivamente
  costoso il trasporto su lunghe distanze, a meno
  che non si trasformi il gas in alcool metilico
  (CH3OH), che può essere agevolmente utilizzato
  per lazionamento di motori. Il metanolo,
  caratterizzato da un potere calorifico inferiore
  dellordine di 21.000 kJ/kg, può essere
  successivamente raffinato per ottenere benzina
  sintetica, con potere calorifico analogo a quello
  delle benzine tradizionali.

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Processi biochimiciProduzione di oli

• Estratti dalle colture oleaginose (girasole,
  colza e soia)
• Gli olii possono essere utilizzati come
  combustibili anche nello stato in cui vengono
  estratti (è meglio usarli dopo lesterificazione)
  
• Caratteristica comune a tutte le oleaginose è la
  natura proteica (possono essere usate anche per
  lalimentazione animale)

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Processi termochimici

• Combustione diretta
• Pisolisi
• Gassificazione
• Carbonizzazione
• SRF(Short Rotation Forestry)

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Processi termochimiciCombustione diretta

• si attua allinterno di caldaie
• Non solo legna ma anche scarti forestali, paglia,
  residui dellindustria del legno (segatura e
  trucioli), dellindustria agro-alimentare (gusci
  e noccioli) e rifiuti solidi urbani
• Permette la trasformazione dellenergia chimica
  intrinseca alla biomassa in energia termica
  (reazioni chimico-fisiche)
• Produzione di calore recuperato mediante
  scambiatori di calore in cui si trasferisce
  lenergia ad altri fluidi vettori (aria o acqua)

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Processi termochimiciPirolisi

• Processo di decomposizione dei materiali
  organici
• Si ottiene fornendo calore a temperature 400-00
  C (in assenza di ossidanti)
• È ottimale per sostanze organiche con piccolo
  tasso di umidità ed un rapporto tra C e N gt di
  30
• Sono usatilegno, potature, residui vegetali,
  rifiuti solidi urbani e industriali a carattere
  organico
• Si ottengono prodotti gassosi, liquidi o solidi
  in proporzioni diverse

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(No Transcript)
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Processi termochimiciGassificazione

• Parziale ossidazione di una sostanza in un
  ambiente ad elevata temperatura (900-1000C)
• Produzione di GASCOMBUSTIBILE (gasogeno) che può
  essere trasformato in alcool metilico(CH3OH)
• Basso potere calorifero
• Abbondante presenza di impurità nel gas

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Le figure sopra rappresentano due impianti per la
produzione di gasogeno a partire da torba
(combustibile solido derivante dalla
carbonizzazione di piante acquatiche o palustri
come sfagni, ciperacee, graminacee ecc., la torba
essiccata contiene il 40-60 di carbonio il
potere calorifico è fra 3000 e 3500 kcal/kg.) o
carbone di legna. Il primo impianto funziona con
materiale in pezzi grossi il secondo in pezzi
piccoli. In essi, la combustione in difetto
daria, produce una miscela di gas ricca di
ossido di carbonio e idrogeno,(syngas o gas di
gasogeno o gas illuminante o gas di città).
Entrambi gli impianti erano caricati attraverso
le porte b che durante la combustione erano
chiuse ermeticamente. Laria per la combustione
entrava dalle griglie f e i gas prodotti uscivano
dalle condutture g.
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Processi termochimiciCarbonizzazione

• Trasformazione delle molecole strutturate dei
  prodotti legnosi e cellulosici in carbone
• Eliminazione di H2O e sostanze volatili
• Si effettua in carbonaie o storte

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Processi termochimiciSRF(Short Rotation
Forestry)

• si intende la coltivazione di specie arboree con
  alto contenuto energetico e un breve turno di
  raccolta (25 anni)
• Le varie fasi del ciclo di produzione ,
  necessitano comunque ancora di sperimentazione su
  scala significative nelle diverse situazioni
  ambientali italiane, tenendo conto che tutte le
  specie considerate hanno diverse tecniche di
  propagazione ed esigenze climatiche, idriche,
  etc
• la coltivazione di specie arboree è tanto più
  redditizia quanto più i cicli di crescita sono
  brevi

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• Colture è possibile, per combustione diretta,
  ottenere energie attraverso caldaie tradizionali
  o a letto fluido
• Si genera vapore che può essere utilizzato per
  riscaldamento oppure per produrre energie
  meccanica o elettrica attraverso turbine
  tradizionali od a combustione esterna
• Se vengono gassificate possono alimentare turbine
  a gas ottenendo, come residuo, un combustibile
  solido
• Dalle stesse biomasse si possono ottenere,
  mediante pirolisi, combustibili solidi o liquidi

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BENEFICI

• La biomassa è ampiamente disponibile ovunque e
  rappresenta una risorsa locale, pulita e
  rinnovabile
• La CO2 prodotta permette quasi di pareggiare il
  bilancio dell'anidride carbonica emessa in
  atmosfera infatti la CO2 emessa è la stessa CO2
  fissata dalle piante (o assunta dagli animali in
  maniera indiretta tramite le piante), al
  contrario di quanto avviene per la CO2 emessa
  ex-novo dalla combustione dei carburanti fossili
  perciò non contribuisce alleffetto serra Non vi
  è quindi contributo netto allaumento del livello
  di CO2 nellatmosfera
• Il basso contenuto di zolfo e di altri inquinanti
  fa si che, se usate in sostituzione a carbone o
  ad olio combustibile, le biomasse contribuiscono
  ad alleviare il fenomeno delle piogge acide

Unico inconveniente è il contenuto di polveri!!!
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Impatto ambientale degli impianti alimentati a
biomassa ha i seguenti vantaggi

• CO2 neutra
• Assenza di Zolfo
• Assenza di depositi acidi (presenti nei
  combustibili fossili)
• Assenza di CxHy
• Le ceneri prodotte possono essere restituite al
  terreno

Unico inconveniente è il contenuto di polveri!!!