enea - energia biomasse

Energia dalle biomasseTecnologie e prospettive


2008 ENEA

Ente per le Nuove tecnologie, l’Energia e l’Ambiente

Lungotevere Thaon di Revel, 76 - Roma

ISBN 88-8286-171-6


a cura di

Francesco Paolo Vivoli

contributo ai testi di

Enzo Benanti, Giacobbe Braccio

Nicola Colonna, Vincenzo Motola

Ente per le Nuove tecnologie, l’Energia e l’Ambiente

REGIONE SICILIANAASSESSORATO INDUSTRIA

Presentazione

Il volume viene pubblicato nell’ambito del programma SICENEA, finanziato

dall’Assessorato Industria della Regione Siciliana per promuovere una maggiore con-

sapevolezza riguardo i problemi energetici e ambientali e sensibilizzare all’impiego delle

fonti rinnovabili e all’uso razionale dell’energia nei vari settori produttivi e civili.

Obbiettivo di rilievo del programma è sollecitare l’attenzione di Enti locali, Imprese,

progettisti, installatori e energy manager sulle opportunità di sviluppo e crescita di un

mercato e un’industria locale delle fonti rinnovabili e dell’efficienza energetica, in grado

di incidere sulla crescita di competitività del sistema produttivo regionale.

Le biomasse, ovvero ogni sostanza organica di origine biologica, in forma non fossile,

prodotta direttamente o indirettamente dalla fotosintesi, possono essere impiegate per

la produzione di energia utilizzando diversi processi di conversione.

Questo volume ha l’obbiettivo di fornire, in particolar modo ai tecnici operanti nel set-

tore energetico siciliano, un’ampia panoramica sulla natura delle biomasse, sugli aspet-

ti tecnici, economici e normativi correlati al loro sfruttamento a fini energetici e sulle

potenzialità offerte dalle diverse tecnologie.

Premessa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

Capitolo UnoLe biomasse e la conversione energetica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121.1 Comparto forestale e agroforestale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141.2 Comparto agricolo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141.3 Comparto zootecnico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181.4 Comparto industriale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181.5 Comparto dei rifiuti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191.6 I vantaggi delle biomasse e le problematiche connesse al loro utilizzo . . 201.7 Le tecnologie di conversione energetica della biomassa . . . . . . . . . . . . 22

Capitolo DueLa conversione biochimica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242.1 La digestione anaerobica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

Biomasse impiegabili nel processo di digestione anaerobica . . . . 27Codigestione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29Le tecnologie di digestione anaerobica applicabili . . . . . . . . . . . . . 30

2.2 Biocarburanti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37Il bioetanolo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37Il biodiesel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

Capitolo TreLa conversione termochimica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 543.1 L’essiccazione della biomassa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 553.2 Pirolisi e tecnologie applicabili . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 563.3 Il processo HTU (Hydro Thermal Upgrading) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 643.4 La gassificazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

Gassificatori a letto fisso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69Gassificatori a letto fluido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72

3.5 La combustione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76Impianti per la produzione di elettricità . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78Impianti per la produzione di energia termica . . . . . . . . . . . . . . . . . 91

Indice

Capitolo QuattroAspetti ambientali . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1084.1 Il bilancio delle emissioni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1094.2 Confronto tra le emissioni inquinanti dei principali combustibili

di origine vegetale e fossile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1114.3 Altri benefici ambientali . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113

Capitolo CinqueAspetti economici . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1165.1 Gli incentivi alla produzione di biomasse energetiche

da colture dedicate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1175.2 Gli incentivi ai biocarburanti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1185.3 Gli incentivi alla produzione di energia elettrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120

Capitolo SeiLa Sicilia e le biomasse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1246.1 Il programma di sviluppo rurale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1256.2 Il progetto Fi.Sic.A. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1286.3 Il potenziale di biomasse in Sicilia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130

Bibliografia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134

8 Energia dalle biomasse. Tecnologie e prospettive

Negli ultimi decenni, lo stile di vita dei paesi industrializzati ha modificato sensibilmen-te il panorama e le prospettive energetiche a livello mondiale. La sempre maggiorerichiesta di energia infatti, unitamente all’impennata dei prezzi del petrolio, all’incer-tezza dell’approvvigionamento e ai timori connessi con il riscaldamento globale, ha resoancora più chiara la consapevolezza che questa risorsa oggi non può più considerarsicome un qualcosa di scontato. Mossa da queste motivazioni, la Comunità Europea si è pertanto impegnata ad accre-scere nel mix degli approvvigionamenti, attraverso un quadro normativo organico, il ricor-so alle energie rinnovabili; le quali, integrando e in parte sostituendo le fonti fossili, per-mettono di realizzare sia la diversificazione nell’approvvigionamento energetico, che lariduzione delle emissioni di carbonio. In quest’ottica trova spazio una proposta integra-ta in materia di energia e cambiamenti climatici (nota come “pacchetto 20–20–20”) che,varata dall’UE il 23 gennaio 2008, pone per il 2020 i seguenti obbiettivi:� riduzione delle emissioni di gas serra di almeno il 20% rispetto ai livelli del 1990;� raggiungimento di un consumo di energia da fonti rinnovabili pari al 20% del totale;� riduzione dei consumi energetici del 20% rispetto alle proiezioni attuali;� incremento dell’uso dei biocarburanti nei trasporti con una quota minima obbliga-

toria del 10% dei consumi totali. Come è facile comprendere si tratta di obbiettivi molto ambiziosi dato che attualmen-te la quota delle energie rinnovabili in Europa è mediamente pari all’8,5%. Appare chia-ro dunque che per poter raggiungere l’obiettivo del 20% entro il 2020 saranno neces-sari notevoli sforzi da parte di tutti i settori dell’economia e di tutti gli Stati membri.Per far si che lo sforzo necessario sia ripartito equamente, la commissione ha stilatouna serie di obbiettivi nazionali, calcolati per ciascun paese applicando una compo-nente fissa di base e una componente variabile in funzione del PIL di ogni membro.L’Italia dovrà così, entro il 2020, soddisfare il 17% dei propri consumi finali di energiaricorrendo alle risorse rinnovabili, (nel 2007 queste rappresentavano il 7,3% dei consu-mi interni lordi) e nello stesso tempo ridurre le emissioni di CO2 del 13% rispetto aivalori del 2005.Per raggiungere questi target è previsto l’ntervento in tre settori: quello relativo allaproduzione di energia elettrica, quello del riscaldamento e del raffreddamento e quel-lo dei trasporti. Ogni stato membro avrà perciò la possibilità di decidere, in relazionealle proprie esigenze, in quale misura ciascuno di questi comparti andrà a contribuireal conseguimento del relativo obiettivo nazionale. Se da un lato dunque i paesidell’Unione godono della massima discrezionalità nella scelta della composizione delproprio mix energetico, la stessa cosa non vale invece per i biocarburanti per i quali èfissato, come visto, un sotto–target vincolante che pone gli stati membri nella condi-zione di sostituire, entro il 2020, almeno il 10% della benzina e del gasolio usato inautotrazione. Questo obiettivo di per se è ancora più ambizioso di quello inerente leFER nel loro complesso, se si considera che nel 2005 la quota di biocarburanti eradell’1,08% nell’UE a 27 membri e pari a solo lo 0,43% in Italia (Fonte: Eurostat).

Premessa

In risposta alle indicazioni fornite dall’Unione Europea con il “pacchetto 20-20-20” lostato italiano ha emanato nel settembre 2007 un position paper nel quale viene ripor-tata una valutazione preliminare delle massime potenzialità nazionali riguardo la pro-duzione di energia da fonti rinnovabili. Partendo dai livelli di sfruttamento attuali e con-siderando fattori quali il territorio, il clima, la dotazione di risorse naturali e il livello tec-nologico è stato possibile stimare un potenziale massimo teorico al 2020 di circa 20,97Mtep. In questa proiezione rientrano ovviamente anche le biomasse impiegate sia perla produzione di energia elettrica, per la quale si ritiene si possano raggiungere al 2020anche i 14,5 TWh contro i 6,16 TWh del 2005, che per la generazione di energia ter-mica e frigorifera, con un potenziale verosimilmente pari a 9,32 Mtep (1,88 Mtep nel2005). Non va poi dimenticato l’utilizzo delle biomasse nella sintesi dei biocarburantiper i quali, come detto, è stato fissato un target estremamente ambizioso consideran-do l’attuale livello di sfruttamento. Per raggiungere infatti l’obiettivo del 10% al 2020si stima sia necessario impiegare una superficie agricola pari a 5 milioni di ettari, cor-rispondenti al 16,7% del territorio nazionale o al 60% circa della superficie attualmen-te coltivata a seminativi. È evidente dunque che al di là dei possibili risvolti negativisulle filiere alimentari, l’Italia, per poter raggiungere la soglia del 10%, dovrà necessa-riamente ricorrere alle importazioni da paesi esteri dotati di grandi territori coltivabilinon utilizzati. Le possibilità a livello nazionale indicano infatti una produzione massimanon superiore a 800.000–1.000.000 di tonnellate all’anno di biocarburanti contro i 5,5milioni necessari per rientrare negli obbiettivi europei. Dalle stime appena viste appare dunque evidente che, per incrementare la produ-zione di biomasse a fini energetici (così come in generale di ogni altra FER), è neces-sario intraprendere nel nostro paese uno sforzo importante che venga equamenteripartito sul territorio attraverso un maggior coordinamento tra stato e regioni. LaSicilia, in relazione alle proprie potenzialità e alle proprie peculiarità territoriali, dovràquindi fissare i propri obbiettivi e definire roadmaps chiare ed efficienti da qui al 2020.Fondamentale è anche il perfezionamento tecnologico da attuare sui dispositivi disfruttamento e conversione energetica delle biomasse così da incrementarne i livel-li di efficienza e abbatterne i costi di sviluppo e gestione. In questo ambito indispen-sabile è poi la necessità di disporre di incentivi differenziati per tecnologia e miratia favorire soprattutto la ricerca e le applicazioni che si trovano ancora oggi in fasedi sperimentazione.Questo volume comincia con l’individuare i principali comparti di provenienza di que-sta risorsa rinnovabile, disponibile in varie forme e con proprietà chimico-fisiche assaidifferenti, passando poi ad una dettagliata analisi dello stato dell’arte delle tecnologiedi conversione energetica delle biomasse, sia di quelle industrialmente disponibili siadi quelle in corso di sviluppo e messa a punto e che presentano le più interessanti pos-sibilità di ingegnerizzazione a breve e medio termine. In particolare, tra le tecnologie biochimiche, la trattazione si sofferma sul processodi digestione anaerobica, per la produzione di biogas da sostanze ad elevato caricoorganico, e sulle tecniche di preparazione di biocarburanti come etanolo e biodie-sel a partire rispettivamente da colture alcoligene e oleaginose. Vengono quindiaffrontati i processi termochimici di pirolisi, gassificazione e combustione diretta con


particolare attenzione alle tecnologie impiantistiche oggi più affermate, e alle appli-cazioni per la produzione di energia elettrica e di energia termica. Un capitolo è dedi-cato ai vantaggi ambientali connessi allo sfruttamento energetico delle biomasse eun altro individua i principali strumenti di incentivazione riconosciuti sia a livello nazio-nale che europeo.Un ultimo capitolo, infine, è dedicato alla situazione nella Regione Siciliana, in rela-zione agli aspetti normativi e alle misure previste dal Programma di Sviluppo Rurale(PSR) 2007-2013, e ai progetti dimostrativi avviati, concludendo con la stima delpotenziale di produzione annua di biomassa residuale agricola e forestale nelle pro-vince della Sicilia.

11 Premessa

Capitolo Uno

Secondo il decreto legislativo 29 dicem-bre 2003, n. 387 (che recepisce a livellonazionale la direttiva europea2001/77/CE sulla promozione di ener-gia elettrica prodotta da fonti rinnova-bili) per biomassa si intende la partebiodegradabile dei prodotti, rifiuti eresidui provenienti dall’agricoltura, dallasilvicoltura e dalle industrie connesse;nonché la parte biodegradabile dei rifiu-ti industriali e urbani. Più semplicemen-te si può affermare che, in ambito ener-getico, la biomassa è qualsiasi sostanzaorganica, di origine vegetale o animale,da cui sia possibile ricavare energia oattraverso un impiego diretto o previatrasformazione in un combustibile soli-do, liquido o gassoso.Appare dunque evidente che quandosi parla di biomassa in realtà si inten-de un insieme di materiali con caratte-ristiche molto diverse tra loro, ma chetuttavia presentano una natura comu-ne che li vede essere la forma più sofi-sticata di accumulo dell’energia solare.Mediante il processo di fotosintesi,infatti, i vegetali sono in grado di con-vertire l’energia radiante in energiachimica, stoccandola sotto forma dimolecole complesse, a elevato conte-nuto energetico come carboidrati,lignina, proteine e lipidi. In questomodo vengono fissate complessiva-

Le biomasse e la conversione energetica

mente circa 2·1011 tonnellate di carbo-nio all’anno, con un contenuto energe-tico equivalente a 70 miliardi di tonnel-late di petrolio, circa 10 volte l’attualefabbisogno energetico mondiale. Pertale motivo la biomassa è consideratauna risorsa rinnovabile e inesauribile,se opportunamente utilizzata, ovverose il ritmo di impiego della stessa nonsupera la capacità di rigenerazionedelle formazioni vegetali. In realtà lebiomasse non sono illimitate quantita-tivamente, ma per ogni tipologia utiliz-zata la disponibilità dipende dallasuperficie ad essa destinata, nonchédalle condizioni climatiche e ambien-tali le quali tendono a limitare in ogniregione le specie che vi possono cre-scere in modo conveniente ed econo-mico. L’utilizzo a fini energetici dellebiomasse può essere vantaggiosoquando queste si presentano concen-trate nello spazio e disponibili con suf-ficiente continuità nell’arco dell’anno,al contrario invece, un’eccessivadispersione sul territorio o una troppoconcentrata stagionalità dei raccoltirendono più difficili e onerose le ope-razioni di raccolta, trasporto e stoccag-gio. Le biomasse impiegate a fini ener-getici sono disponibili in varie formeche vengono tipicamente suddivise infunzione del comparto di provenienza.

zionali tronchetti di legno. Quest’ultimi, inparticolare, rappresentano l’assortimentopiù utilizzato negli ambienti rurali o mon-tani, dove la raccolta della legna e il suostoccaggio in ciocchi di opportune dimen-sioni è un’attività che sopravvive alleattrattive offerte dalle sempre più moder-ne tecnologie per il riscaldamento resi-denziale.L’aspetto che rende forse più interessan-te lo sfruttamento energetico delle bio-masse forestali è sicuramente l’ampiadisponibilità di questa fonte a livellonazionale, basti ricordare infatti che ben il32% del territorio italiano è coperto daboschi e foreste. Tuttavia però non man-cano elementi di criticità legati soprattut-to all’attività di reperimento di questarisorsa che richiede ad esempio una via-bilità forestale sufficientemente sviluppa-ta e fruibile dai comuni mezzi di raccoltae trasporto. L’assenza in molti casi dellenecessarie infrastrutture, come ad esem-pio nelle aree montane dove si sviluppa-no formazioni boschive in zone acciden-tate e a pendenza elevata, pone difficol-tà logistiche non indifferenti che si tradu-cono inevitabilmente in un aggravio deicosti di raccolta.

[1.2] Comparto agricolo

Questo comparto fornisce un’ampiagamma di materiali che possono trovarefacilmente impiego a fini energetici; adesso fanno riferimento sia i residui delleattività agricole a scopo alimentare altri-menti non utilizzabili (paglie di cereali,stocchi, sarmenti di vite, ramaglie di pota-tura, ecc.), che le colture energetichededicate. Si tratta in quest’ultimo caso dibiomasse coltivate specificatamente per

[1.1] Comparto forestale e agroforestale

Si fa in questo caso riferimento ai residui,perlopiù di tipo legnoso, delle operazio-ni selvicolturali o delle attività agroforesta-li. La biomassa legnosa che si ricava daquesto comparto per poter essere desti-nata a fini energetici deve possedererequisiti specifici in termini di densità,composizione chimica e tenore di umidi-tà. Questi fattori infatti, variabili in funzio-ne della specie, dell’età e delle condizio-ni stagionali, incidono in maniera rilevan-te sul potere calorifico del legno e quin-di sono determinanti nell’efficienza e nellaqualità dei processi di combustione a cuii prodotti del comparto forestale vengo-no quasi esclusivamente destinati. Nellatabella 1.1 si riassumono le principalicaratteristiche chimico fisiche della bio-massa legnosa.La biomassa legnosa viene generalmenteimmessa sul mercato in pezzature moltodiverse sia per forma che per grado diumidità, quelle più comuni, nonostante ilsempre maggiore interesse verso prodot-ti densificati come pellets e bricchetti,rimangono comunque il cippato e i tradi-


Composizione

Cellulosa 50% della ss

Emicellulosa 10-30% della ss

Lignina 20-30% della ssCaratteristiche fisiche ed energetiche

Umidità 25-60% sul t.q.

Densità di massa 800-1.120 kg/m3

p.c.i. (considerando un’umidità del 12-15%) 3.600-3.800 kcal/kg

Tabella 1.1 – Principali caratteristiche della biomassa legnosa

Fonte: AREA Science Park

sto quantitativo di materiale che è possi-bile eventualmente asportare per desti-narlo alla produzione di energia. Unsecondo fattore di criticità nei riguardi diun impiego intensivo dei residui agricoli afini energetici è sicuramente quello lega-to alle quantità disponibili per unità disuperficie; queste in genere sono relativa-mente modeste e spesso non giustifica-no la raccolta, l’asportazione e il traspor-to della biomassa alla centrale termica.Per quanto attiene infine alla composizio-ne chimica dei residui agricoli va eviden-ziato che un alto contenuto in cenere puòcomportare complicazioni in fase di impie-go della biomassa: in linea generale infat-ti, la presenza di ceneri determina unincremento nella formazione di scorie edepositi, con conseguente danno per ibruciatori, nonché un aumento delle emis-sioni di particolato in atmosfera. Le prin-cipali caratteristiche dei sottoprodottiagricoli sono riassunte in tabella 1.2.Come è possibile notare si hanno sostan-zialmente due differenti categorie di resi-dui agricoli: quelli di natura erbacea equelli di natura arborea. Tra i primi il pro-dotto più comune è sicuramente la pagliaderivante dalla coltivazione dei cerealiautunno vernini; questa, nonostante lecriticità mostrate in precedenza, risultaessere in realtà un buon combustibile,grazie soprattutto al bassissimo tenore diumidità, al p.c.i. paragonabile con quel-lo del legno e alla possibilità di compri-merla in rotoballe o presse di forma rego-lare, facilmente alimentabili in caldaia.Alla seconda categoria fanno inveceparte tutte le porzioni legnose che con leperiodiche operazioni di potatura vengo-no asportate dagli impianti arborei. Allostato attuale però non esistono sistemiautomatici di raccolta (se non alcuni pro-totipi messi a punto per i sarmenti della

lo sfruttamento energetico o per la realiz-zazione di combustibili; queste possonoessere sia terrestri, di natura lignocellulo-sica, alcoligena o oleaginosa; oppure pos-sono essere biomasse acquatiche, e inquesto caso tipicamente si parla di algheo microalghe. Per quanto riguarda i residui colturali c’èda dire che, sebbene rappresentino unafonte energetica facilmente accessibile,ad essi si possono ricondurre alcune criti-cità legate soprattutto al loro sfruttamen-to e in particolare agli impieghi alternati-vi ai quali possono essere destinati, allaloro bassa produttività per unità di super-ficie e alla loro composizione chimica. Unprimo aspetto da non sottovalutare quin-di è che attraverso l’impiego energeticodi alcuni residui colturali (tipicamente deri-vati del mais), che normalmente vengonointerrati nello stesso campo in cui si sonoraccolti, si sottrae a questi siti produttivi unprezioso apporto di sostanze organicheindispensabili per migliorare la struttura emantenere la fertilità dei terreni. Sebbenel’interramento di tale materiale sia unapratica valida in linea generale, non lo èin senso assoluto: l’interramento dellapaglia, ad esempio, nonostante a voltevenga comunque eseguito, può alterarel’equilibrio del terreno a causa dell’eleva-to rapporto tra carbonio e azoto (rappor-to C/N) che rende successivamentenecessario l’arricchimento del terreno concomposti azotati di origine chimica. Ladestinazione dei residui agricoli a finienergetici deve quindi essere valutata divolta in volta, ricordando che essa, in lineagenerale, non è consigliabile quandocomporta dei risvolti negativi a livelloagronomico; un’approfondita conoscenzadelle caratteristiche chimico–fisiche delterreno si rivela dunque sempre necessa-ria al fine di definire correttamente il giu-

15 Le biomasse e la conversione energetica

ne combinata di energia termica ed elet-trica in impianti di cogenerazione. Alcunifattori devono però essere attentamentevalutati prima di scegliere la specie chemaggiormente si adatta a subire un pro-cesso di combustione. In linea generalesi può dire che le biomasse erbaceepoliennali sono caratterizzate da costi diproduzione decisamente inferiori rispet-to alle biomasse provenienti da colturelegnose; questo aspetto però non com-pensa una serie di ostacoli che di fattolimitano decisamente l’utilizzo delleperenni erbacee nella produzione di calo-re ed elettricità. Tra i principali inconve-nienti si riscontra ad esempio la minorefficienza durante la combustione, secomparata con l’utilizzo di biomassalegnosa, ma anche il minor peso specifi-co, il minor potere calorifico per unità dipeso e il maggiore contenuto di ceneri edi altri composti indesiderati in quantocorrosivi, quali potassio, fosforo, zolfo,azoto e cloro. Particolare attenzione deve essere invecerivolta alle specie arboree dedicate, come

vite e le frasche dell’olivo), pertanto perquesta categoria di materiali la filiera ètutta da costruire, anche nei casi in cui lavicinanza oggettiva degli impianti rende-rebbe questa fonte di approvvigionamen-to davvero competitiva. Come preceden-temente ricordato il comparto agricolofornisce, oltre a residui colturali di variogenere, anche un’altra tipologia di bio-massa la quale, prodotta con coltivazionispecificatamente destinate all’impiegoenergetico, può avere natura lignocellu-losica, oleaginosa o alcoligena. Le colture lignocellulosiche comprendo-no specie erbacee caratterizzate da unciclo di vita annuale (canapa, sorgo,kenaf), specie erbacee poliennali (cannacomune, miscanto, panico) e specielegnose (ginestra, pioppo, salice). Le bio-masse lignocellulosiche da colture dedi-cate, esattamente come le biomasse diorigine forestale e i residui agricoli, pos-sono trovare impiego come combustibilinei moderni impianti di riscaldamento,autonomi o centralizzati, mentre più rara-mente vengono utilizzate per la produzio-


Sottoprodotto Umidità alla Produzione Rapporto Ceneri p.c.i.raccoltà (%) media (t/ha) C/N (% in peso) (kcal/kg ss)

Paglia frumento tenero 14-20 3-6 120-130 7-10 4.100-4.200

Paglia frumento duro 14-20 3-5 110-130 7-10 4.100-4.200

Paglia altri cereali autunno-vernini

14-20 3-5,5 60-65 5-10 3.300-3.400

Paglia riso 20-30 3-5 60-65 10-15 3.700-3.800

Stocchi mais 40-60 4.5-6 40-60 5-7 4.000-4.300

Tutoli e brattee di mais 30-55 1,5-2,5 70-80 2-3 4.000-4.300

Sarmenti vite 45-55 3-4 60-70 2-5 4.300-4.400

Frasche di olivo 50-55 1-2,5 30-40 5-7 4.400-4.500

Residui fruttiferi 35-45 2-3 47-55 10-12 4.300-4.400

Tabella 1.2 – Principali caratteristiche dei sottoprodotti agricoli

Fonte: ITABIA – Italian Biomass Association

come materia prima per ricavarne, attra-verso specifici processi biochimici, com-bustibili alternativi quali biodiesel e bioe-tanolo, da utilizzare nei motori a combu-stione interna in alternativa ai tradiziona-li derivati del petrolio. Tra le colture olea-ginose vanno annoverate molte specie,diffuse su scala mondiale, sia di naturaarborea, come la palma da cocco, sia dinatura erbacea, come il girasole, la colzao la soia. Tra le colture alcoligene ritenu-te tipicamente idonee alle condizionipedoclimatiche italiane si ricordano inve-ce: la barbabietola da zucchero e il sorgozuccherino per quanto riguarda le speciesaccarifere, ovvero quelle costituite dazuccheri semplici (in primis saccarosio eglucosio), il frumento e il mais per quan-to riguarda le specie amilacee, cioè quel-le caratterizzate da zuccheri in formacomplessa (amido). La coltura energetica ideale deve avere unridotto fabbisogno di apporti chimici enutrizionali, bassi livelli umidità alla raccol-ta, soprattutto nel caso di specie lignocel-lulosiche, e in generale un’ottima efficien-za nell’utilizzazione della radiazione sola-re. La resa potenziale, infatti, è sicuramen-te uno dei parametri più importanti daprendere in considerazione nella sceltadella miglior tipologia di coltura daimpiantare, scelta che comunque nondeve trascurare l’aspetto riguardanteanche la qualità del prodotto. Le coltureenergetiche sono potenzialmente impian-tabili sia nei terreni “set–aside” cioè messia riposo forzato perché eccedentari perquel che riguarda le produzioni alimenta-ri, sia nei terreni marginali ovvero non piùutilizzati da almeno un decennio, permotivi perlopiù di natura ambientale,sociale, economica e strutturale, la cuidisponibilità risulta oggi in costanteaumento a causa soprattutto della riduzio-

il pioppo, la ginestra, il salice, la robina el’eucalipto, coltivate come ceduo a brevis-simo turno (Short Rotation Forestry – SRF)e, data la loro elevata velocità di accresci-mento, tagliate ogni 1–3 anni. In genera-le la densità di impianto è molto elevata(8.000–12.000 piante/ha), così come lameccanizzazione che copre di fatto tuttele fasi colturali: dall’impianto delle talee,alla raccolta che viene effettuata con fal-cia–trincia–caricatrici di ultima realizzazio-ne che permettono di ottenere circa 30ton/ora di biomassa. Il prodotto principa-le è costituito da cippato di legno frescoche può avere varie destinazioni d’uso tracui soprattutto l’industria della carta, delpannello truciolare e, ovviamente, del-l’energia. Un altro vantaggio della SRF èpoi quello di non richiedere particolariattenzioni sotto il profilo dell’assistenzanutrizionale e fitosanitaria; basta infattisolamente apportare al terreno non più di4–6 kg di elementi nutrienti (N–P–K) pertonnellata di s.s. asportata così da mante-nere un adeguato livello di fertilità e unbuon livello di produzione annua (variabi-le mediamente da 11 ton s.s./ha, con ilturno annuale, a 22 ton s.s./ha con il turnotriennale).Le colture oleaginose e alcoligene inve-ce, a differenza delle biomasse finora cita-te, non sono impiegate direttamentecome biocombustibile, ma adoperate


Figura 1.1Un impianto

di short rotationforestry

al momento della raccolta

sottoprodotto fisiologico degli animali:quindi feci e urine. Le deiezioni zootecni-che presentano una composizione estre-mamente variabile non solo in funzionedell’origine (bovina, suina, avicola, ecc.),ma anche in funzione delle modalità diallevamento e di gestione dello stesso; èbene qui ricordare ad esempio che ilquantitativo di acqua e quindi, all’oppo-sto, il contenuto in sostanza secca, gioca-no un ruolo determinante già nella scel-ta del sistema di trattamento più idoneo.In figura 1.2 viene illustrata la classifica-zione delle deiezioni zootecniche sullabase del contenuto percentuale insostanza secca; è possibile già anticiparecome la porzione che ricade nella defini-zione di liquame (suino, bovino) sia quel-la che meglio si presta allo sfruttamentoenergetico mediante il processo di dige-stione anaerobica che verrà successiva-mente descritto.

[1.4] Comparto industriale

Rientrano in questo comparto sia i residuiprovenienti dalle industrie per la lavorazio-ne del legno e della carta, che quelli deri-vati dalle industrie agroalimetari. Quandosi fa riferimento all’industria del legno siindividuano generalmente tre tipologie discarti di lavorazione:� scarti di legno vergine, costituiti da resi-

dui di legno naturale di varia pezzatura(segatura, trucioli, cippato, ecc.) prove-nienti da segherie, carpenterie e fale-gnamerie;

� scarti di legno trattato, costituiti da resi-dui con presenza di colle e/o prodottivernicianti provenienti tipicamente daindustrie, come i mobilifici, dove si pro-ducono pannelli a base di legno;

ne delle attività agricole. Quest’ultimacondizione, insieme alle continue ricerchevolte ad aumentare i livelli di produttivitàe a migliorare le tecnologie di meccanicaagraria per la raccolta, lo stoccaggio e iltrasporto all’industria di trasformazione,rendono sempre più diffusa la convinzio-ne che la bioenergia derivata da coltureenergetiche assumerà nei prossimi anniun ruolo sempre più rilevante. Ciò per-metterà di valorizzare pienamente le risor-se naturali e le potenzialità produttive delnostro sistema agricolo e forestale, ecostituirà un passo importante per l’affer-mazione di un nuovo ruolo dell’agricoltu-ra, produttrice non solo di alimenti, ma diuna vasta gamma di materie prime perl’industria e l’energia, nel quadro piùgenerale di un migliorato rapporto fra leattività produttive, la tecnologia e l’am-biente.

[1.3] Comparto zootecnico

Fanno parte di questo settore le biomas-se che vanno sotto il nome di deiezionizootecniche con le quali si intende comu-nemente l’insieme dei prodotti di scarto(o reflui) di un allevamento, risultato dellamiscela di feci, urine, acqua, lettiera, pelie residui alimentari. Quando invece siparla di deiezioni tal quali o propriamen-te dette, ci si riferisce tipicamente al solo


Suddivisione delle deiezioni zootecniche sulla base del contenuto percentuale di sostanza seccaFig. 1.2

Tra i residui dell’industria agroalimenta-re si ricordano il siero, proveniente dalsettore lattiero caseario, gli scarti dimacellazione della carne o di lavorazio-ne del pesce, gli effluenti derivanti dallafase di trattamento del melasso nell’indu-stria saccarifera, nonché tutti i residui, adalto contenuto organico, che si produco-no nelle industrie di lavorazione dibevande come succhi di frutta, birra edistillati.

[1.5]Comparto dei rifiuti

Si considerano in questo caso sia i residuidelle operazioni di manutenzione delverde pubblico, tipicamente di naturalignocellulosica, che la frazione umida dirifiuti solidi urbani. Il recupero di questomateriale a scopo energetico permette dicambiare completamente la prospettivada cui considerare l’annosa questionedello smaltimento e della gestione deirifiuti; questi infatti, nell’ottica di uno sfrut-tamento energetico, non vengono piùguardati come scarti di cui doversi libera-re nel modo più indolore possibile, macome un bene, come una ricchezza dasfruttare opportunamente. Gli scarti vege-tali, nonostante presentino caratteristichefortemente disomogenee che variano infunzione della percentuale di frazioneerbacea o legnosa presente, possono tro-vare utilmente impiego, dopo condiziona-mento, in impianti per la produzione dicalore e/o elettricità mediante combustio-ne. La frazione organica dei rifiuti solidiurbani, a maggiore contenuto di umidità,può essere invece utilizzata nella produ-zione di biogas, sfruttando i processi difermentazione in condizioni di anaerobio-si (digestione anaerobica).

� scarti di legno impregnato, costituiti daresidui legnosi impregnati con preser-vanti a base di sali che vengono ingenere utilizzati nella produzione dimanufatti particolari, quali pali telefoni-ci o traversine ferroviarie.

A scopo energetico, salvo nel caso diimpianti dotati di particolari sistemi dicontrollo delle emissioni e abbattimentodegli inquinanti, possono essere utilizza-ti come biocombustibili solo i residui e isottoprodotti legnosi non trattati chimi-camente o trattati con prodotti che perònon contengano sostanze tossiche comemetalli pesanti o composti alogenatiorganici. Ciò esclude di fatto l’impiegoenergetico degli scarti di legno impre-gnato, che in realtà rappresentano solouna piccola percentuale di tutti i residuilegnosi prodotti in ambito industriale. Gliscarti di legno vergine o trattato invece,perlopiù provenienti da segherie e mobi-lifici, hanno allo stato attuale un vastomercato che li vede impiegati soprattut-to nell’industria della carta e dei trucio-lati e in minore misura per fini energeti-ci o come materia prima per la produzio-ne di pellet. Una così vasta richiesta diresidui legnosi comporta non poche dif-ficoltà di approvvigionamento, il quale, inassenza di un sufficiente mercato interno,viene fatto spesso all’estero con un con-seguente aggravio in termini di costisostenuti. Si possono poi ricondurre alcomparto industriale tutti quei materialidi scarto provenienti dalle lavorazionidell’industria agroalimentare i quali, peril loro elevato carico organico e il loroalto tenore di umidità, si prestano parti-colarmente al recupero energeticomediante digestione anaerobica attra-verso la quale è possibile ottenere unaproduzione specifica di biogas compre-sa mediamente tra 0,25 e 0,35 m3/kg ss.


forme innovative di impresa quale puòessere l’energy farm o la semplice vendi-ta dei residui colturali come combustibi-le. In ambito agro – industriale, invece, ledifficoltà che si incontrano sono minori inquanto le biomasse in gioco (noccioli,sanse esauste, segatura, ecc.) per loronatura, si trovano già concentrate in sitiindustriali, costituendo un rifiuto da smal-tire onerosamente oppure un combusti-bile da valorizzare. Questa classe di bio-masse, a differenza di quelle di origineagricola, maggiormente dispersa sul ter-ritorio e a bassa intensità energetica, peraccessibilità e consistenza, è candidataad essere impiegata elettivamente per laproduzione di energia.Le piena diffusione delle biomasse comefonti alternative, richiede un’ottimizzazio-ne della filiera cioè della sequenza di ope-razioni e procedimenti che consentono diottenere energia partendo dalla materiaprima vegetale o animale. Il processo diottimizzazione dei diversi segmenti si rea-lizza in generale riducendo i costi e mas-simizzando i benefici finali; questi obbiet-tivi però possono essere raggiunti solo inseguito ad una attenta analisi territorialeche identifichi nello specifico le condizio-ni di approvvigionamento della materiaprima. È necessario verificare infatti lapiena disponibilità di biomassa sul territo-rio e qualora questa presenti il caratteredella stagionalità, è bene diversificare lefonti, servendosi di materiale boschivo, diresidui agroalimentari e dell’industria dellegno, di pellets o di colture dedicate. Lariduzione dei costi e quindi la possibilitàdi rendere la biomassa competitiva neiconfronti sia dei combustibili tradizionaliche verso utilizzi non energetici, si realiz-za attraverso interventi specifici su i diver-si segmenti di filiera. È bene meccanizzare le operazioni di rac-

[1.6]I vantaggi delle biomasse e le problematiche connesseal loro utilizzo

In molti paesi, tra cui purtroppo anchel’Italia, le biomasse che si producono dif-fusamente sul territorio e che non hannocome fine specifico lo sfruttamento ener-getico, sono viste più come rifiuti checome fonti rinnovabili, e non rientranopertanto in adeguati circuiti di raccolta.Gli agricoltori, gli allevatori e le industrieagroalimentari tendono generalmente adisfarsi dei sottoprodotti bruciandoli oabbandonandoli nell’ambiente, creandocosì un danno sia ambientale che econo-mico. La decomposizione incontrollatadelle biomasse porta infatti al rilascio inatmosfera di gas climalteranti come CO2

e CH4, che potrebbero invece essereopportunamente trattenuti, con la possi-bilità inoltre di utilizzare il metano a finienergetici. Analogamente la combustio-ne nei campi di sostanze vegetali deter-mina un rilevante quantitativo di emissio-ni inquinanti che potrebbero essere sen-sibilmente ridotte se i sottoprodotti agri-coli venissero bruciati in appositi impian-ti da cui sarebbe possibile ottenere, comeulteriore vantaggio, anche la produzionedi energia. La valorizzazione energeticadelle biomasse permette poi di sottrarreallo smaltimento in discarica decine dimilioni di tonnellate di residui ogni anno,garantendo di conseguenza anche inquesto caso risparmi non indifferenti. Imaggiori problemi nella sensibilizzazionead un utilizzo proficuo delle biomasse sihanno soprattutto per il contesto agrico-lo che in Italia è costituito perlopiù da pic-cole aziende, estese pochi ettari, e dauna proprietà non sufficientemente moti-vata ad associarsi per intraprendere


� La possibilità di stimolare la crescitadelle industrie operanti nel settore dellabioenergia.

A livello sociale� L’apertura del mercato dell’energia agli

operatori agricoli.� La creazione di opportunità occupazio-

nali in aree con elevato tasso di disoc-cupazione.

� La possibilità di contrastare fenomeni dispopolamento delle campagne edegrado di aree marginali.

A livello ambientale� La riduzione delle emissioni di sostan-

ze clima alteranti come ad esempio laCO2. L’utilizzazione delle biomasse perfini energetici, infatti, non contribuiscead aumentare il fenomeno dell’effettoserra in quanto la quantità di anidridecarbonica rilasciata durante la decom-posizione, sia che essa avvenga natural-mente, sia per effetto della conversio-ne energetica, è equivalente a quellaassorbita durante la crescita della bio-massa stessa; non vi è, quindi, alcuncontributo netto all’aumento del livellodi CO2 in atmosfera, a meno natural-mente della porzione prodotta dalleattività di raccolta e trasporto.

� La riduzione delle emissioni in atmo-sfera dei principali inquinanti di originefossile (SOX, CO, benzene) grazie all’im-piego, in alternativa ai prodotti petroli-feri, di biocombustibili derivanti dasostanze vegetali.

� La riforestazione dei terreni marginali,con un contributo al controllo dell’ero-sione e del dissesto idrogeologico dizone collinari o montane.

� La razionalizzazione delle cure colturaliboschive favorendo così la prevenzionedegli incendi.

colta, sminuzzare la materia prima peraumentarne la densità prima della fase ditrasporto e migliorare quest’ultima adesempio creando infrastrutture (strade,piste) per garantire così un più facileaccesso agli addetti, alle macchine e alleattrezzature.Interventi auspicabili sono poi quelli mira-ti alla ottimizzazione della fase di stoccag-gio da farsi in funzione della capacità del-l’impianto di conversione, delle caratteri-stiche e dei tempi di rifornimento dellamateria prima e sulla base del degrado acui va incontro col passare del tempo labiomassa immagazzinata. Infine appareevidente la necessità di aumentare l’effi-cienza energetica al fine di ridurre sia icosti di produzione che le emissioni; inquesto senso un ruolo da protagonista esvolto da i sistemi di cogenerazione even-tualmente integrati, la dove possibile, conreti di teleriscaldamento o teleraffresca-mento.Come già detto uno sviluppo armonicodell’intera filiera delle biomasse nel suocomplesso, consente positive ricadute sulterritorio con vantaggi a livello economi-co, sociale e ambientale. Tra questi siricorda:

A livello economico� La diversificazione dell’offerta energeti-

ca e quindi la riduzione dell’energiaimportata.

� La riconversione, diversificazione e inte-grazione delle fonti di reddito nel set-tore agricolo.

� La valorizzazione economica dei sotto-prodotti e dei residui organici, attual-mente in gran parte smaltiti in manieranon corretta.

� Il risparmio nei costi di depurazione esmaltimento per i residui prodotti daattività agroindustriali e industriali.


canza di informazione e consapevolezzasull’argomento, sia a livello di classe poli-tica, sia a livello di opinione pubblica. Èinnegabile comunque che, negli ultimianni, dopo la Conferenza di Kyoto, laConferenza Nazionale Energia e Am-biente, la pubblicazione del PNERB e delLibro Bianco per le Rinnovabili, questopanorama stia lentamente mutando eche, dunque, i tempi possano a breveessere maturi per un considerevole rilan-cio del settore bioenergetico.

[1.7]Le tecnologie di conversioneenergetica della biomassa

La conversione energetica delle biomasseviene attuata mediante due differenti tipo-logie di processi: processi biochimici eprocessi termochimici. I primi permettonodi ottenere energia grazie alle reazioni chi-miche prodotte da enzimi, funghi e micror-ganismi, che si formano nella sostanza trat-tata sotto particolari condizioni. Tali pro-cessi sono particolarmente adatti per tuttequelle biomasse che presentano un rap-porto C/N < 30 e un’umidità alla raccoltasuperiore al 30%; sono quindi sicuramen-te utilizzabili le colture acquatiche, alcunisottoprodotti colturali, i reflui zootecnicinonché la frazione organica dei rifiuti soli-di urbani (FORSU). I processi di conversio-ne termochimica sono basati, invece, sul-l’azione del calore il quale trasforma la bio-massa di partenza o direttamente in ener-gia termica, attraverso un comune proces-so di combustione, o in altri prodotti, soli-di, liquidi o gassosi, successivamenteimpiegabili sempre a scopi energetici. Neiprocessi termochimici sono utilizzabili lebiomasse di natura ligneo cellulosica incui il rapporto C/N abbia valori superiori

Nonostante tuttavia il crescente interessematurato nei confronti delle biomasse e ilpressoché unanime riconoscimento deivantaggi legati alla loro diffusione, nelcontesto economico italiano queste risor-se non hanno ancora pienamente rag-giunto una dimensione di mercato. Ciò èriconducibile ad una complessa serie difattori e barriere, che ne rallentano tutto-ra lo sviluppo. Tra queste vanno ricordatead esempio quelle di natura tecnologica:malgrado infatti la maggior parte delletecnologie siano state già ampiamentesviluppate, alcune di queste rimangono alivello pre–commerciale in quanto richie-dono ancora attività di studio e perfezio-namento. Tra i principali ostacoli alla dif-fusione delle bioenergie vi è poi il prezzodi mercato dei combustibili fossili che,nonostante i continui rincari, rimane tut-tavia sufficientemente basso da rendereancora poco competitiva qualsiasi altrafonte di energia. Tale mancanza di com-petitività è legata in realtà anche all’attua-le sistema dei prezzi, che non tiene contodelle esternalità e dei costi sociali connes-si allo sfruttamento delle risorse fossili(danni alla salute pubblica, degrado deimonumenti, cambiamento climatico,ecc.). Un’altra importante barriera di natu-ra economica è poi quella legata agliancora troppo alti costi iniziali di investi-mento per tali tecnologie che soffrono delloro carattere innovativo e dell’attualelimitata diffusione sul mercato. A tuttoquesto si aggiungono poi i consueti osta-coli di natura istituzionale e politica che,almeno fino al recente passato, hannoreso difficile l’avvio dell’iniziativa privatanel mercato dell’energia, nonché l’intera-zione tra settori diversi, come quello agri-colo e quello energetico. Come direttaconseguenza di tutto ciò, la diffusionedelle bioenergie ha sofferto della man-


solidate e già utilizzate su scala industria-le, come la combustione diretta, l’estrazio-ne di oli, la fermentazione alcolica e ladigestione anaerobica, sia le tecnologieancora in fase di sperimentazione come lagassificazione, la pirolisi e la digestioneaerobica, per le quali è necessario ancoracondurre attività di ricerca e sviluppo alfine di ridurre i costi e aumentare i rendi-menti di conversione.

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a 30 e il contenuto d’umidità non superi il30%. Le biomasse più adatte a subire que-sta tipologia di processi sono la legna etutti i suoi derivati (segatura, trucioli, ecc.),i più comuni sottoprodotti colturali di tipoligno–cellulosico (paglia di cereali, residuidi potatura della vite e dei fruttiferi, ecc.)e taluni scarti di lavorazione (lolla, pula,gusci, noccioli, ecc.). Nei capitoli successi-vi verranno descritte sia le tecnologie con-


Capitolo Due

25 La conversione biochimica

La conversione biochimica

[2.1] La digestione anaerobica

La digestione anaerobica è un processobiologico complesso per mezzo del qualedei microrganismi; operando in assenza diossigeno e all’interno di reattori a tempe-ratura costante, trasformano la sostanza

SOSTANZA ORGANICA COMPLESSA

PROTEINE

IDROLISI

FERMENTAZIONE(ACIDOGENESI)

FERMENTAZIONE(ACIDOGENESI)

METANOGENESI

BATTERI IDROLITICI

BATTERIFERMENTANTI

BATTERIACETOGENICI

BATTERIMETAGENICI

CARBOIDRATI

AMMINOACIDI ZUCCHERIACIDI GRASSI

ACIDIVOLATILI

ACETATO/IDROGENO

CH4 - CH2

LIPIDI

Fig. 2.1 Fasi del processo di digestione anaerobica


organica, contenuta sia nei vegetali chenei sottoprodotti di origine animale, inbiogas ovvero in una miscela costituitaprincipalmente da metano (50–70%) e ani-dride carbonica (20–30%). La concentra-zione di queste sostanze nel biogas, checontiene in realtà anche piccole percen-tuali di idrogeno, monossido di carbonio,idrocarburi saturi e tracce di acido solfidri-co e ammoniaca, dipende quasi esclusi-vamente dal tipo di sostanza organicadigerita e dalle condizioni nelle quali sirealizza la digestione. Come illustrato infigura 2.1, il processo di digestione anae-robica si realizza in tre fasi distinte nellequali lavorano in serie diversi ceppi bat-terici.La prima fase è quella idrolitica, essaavviene ad opera dei batteri idrolitici cheriducono i carboidrati, le proteine e i lipi-di contenuti nella sostanza organica dipartenza rispettivamente in monosaccari-di, amminoacidi e acidi grassi, ovvero incomposti organici più semplici. Succes-sivamente, nella fase di fermentazione, talisostanze vengono trasformate, in unprimo stadio, in acidi organici mediantereazioni di acidogenesi e quindi in aceta-to, anidride carbonica e idrogeno, attra-verso processi di acetogenesi. Per finire siha poi la fase metanigena, in cui i batterimetanigeni, appunto, convertono i pro-dotti precedentemente formatisi in meta-

in uno svariato numero di applicazioni. Èpossibile infatti impiegarlo nell’alimenta-zione di caldaie a gas per produrre calo-re, in motori a combustione interna (diderivazione navale e basso numero di giri)per produrre energia elettrica, in impian-ti turbogas o a ciclo combinato (di poten-za superiore ai 5 MWe), in sistemi di coge-nerazione come le microturbine o ancoranei motori diesel predisposti in configura-zione dual fuel. Generalmente poi unaparte del biogas prodotto (circa il 30%)viene bruciato, all’interno dello stessoimpianto, per mantenere in temperaturail reattore e consentire quindi lo svolgi-mento del processo di digestione. Unulteriore applicazione molto promettenteè quella che riguarda la produzione dibiometano ottenuto eseguendo sul bio-gas un processo di upgrading e compres-sione fino a 220 bar, il prodotto è puro al98% e può essere impiegato con succes-so come carburante nei normali veicoli ametano. Dall’attività di digestione anaero-bica si ottengono, oltre al biogas (utilizza-bile come visto per fini energetici), anchedue sottoprodotti: ovvero un liquido sur-natante da trattare prima dello scarico edei fanghi humificati e mineralizzati.Quest’ultimi contengono in forma mine-ralizzata, quindi non più degradabile,sostanze quali azoto, fosforo e potassio;inoltre essendo anche umificati sono pra-ticamente metastabili ovvero non putre-scibili, inodore e soggetti a una decom-posizione molto lenta; hanno quindi tuttele proprietà di un ottimo fertilizzante eproprio per questo sono utilizzabili in agri-coltura pur se nei limiti imposti dalla nor-mativa, in quanto il contenuto residuo diazoto nel digestato prodotto dagliimpianti a biogas deve essere conteggia-to nella redazione dei piani di concimazio-ne, al fine di evitare di superare la soglia

no (CH4) e anidride carbonica (CO2), cherappresentano, come detto, i principalicostituenti del biogas. Quest’ultimi batte-ri poi, oltre ad avere un tasso di crescitaparticolarmente lento, lavorano in manie-ra ottimale solo con pH compreso tra 7 e7,5; ciò di fatto rende la fase di conversio-ne/metanizzazione particolarmente deli-cata e difficile da realizzare tanto che essarappresenta indubbiamente lo step mag-giormente limitante per l’intero processodi conversione biochimica. Complessi-vamente dunque, attraverso il meccani-smo della digestione anaerobica, la com-ponente organica delle biomasse trattateviene degradata liberando, sotto formadi biogas, l’energia chimica in essa con-tenuta, in misura variabile generalmentedal 30 all’85%. Come è possibile intuire,l’esito del processo, quindi la produzionedi biogas, dipende dall’azione coordina-ta e sequenziale di tutti i gruppi microbi-ci coinvolti. A tale scopo è indispensabi-le che l’ambiente di reazione sia il risulta-to di un compromesso tra le esigenze deisingoli ceppi batterici, compromesso chepuò realizzarsi mediante uno stretto con-trollo dei principali parametri di processo,come ad esempio temperatura, pH,tempo di permanenza idraulico del sub-strato nel digestore, produzione e compo-sizione del biogas, acidità volatile e alca-linità.Il prodotto ottenuto da questa conversio-ne biochimica è dunque un gas combu-stibile ad elevato potere calorifico cheaddirittura supera quello del syngas (pro-prio per l’alta concentrazione di metano)e che raggiunge un valore medio di circa23 MJ/Nm3. Una volta estratto dal dige-store il biogas prodotto viene raccolto,essiccato, purificato da sostanze non desi-derate, compresso e immagazzinato peressere poi utilizzato come combustibile


di acqua per idrolisi enzimatica, puòraggiungere alte concentrazioni, inibireil processo di digestione e dare luogoa forti emissioni nella fase di stoccag-gio del digestato. Inoltre, frequente-mente la pollina contiene inerti chesedimentando possono causare proble-mi operativi e ridurre il volume utile deireattori.

� Colture non alimentari ad uso energe-tico: la coltivazione di piante specificheda avviare alla digestione anaerobicaper la produzione di biogas può esse-re, in Europa, una soluzione per ridurrela sovrapproduzione agricola, ma ancheuna valida alternativa per l’utilizzo diaree incolte e a riposo (set aside) o diaree irrigate con acque recuperate daidepuratori urbani. Nel corso degli ulti-mi anni molti studi sono stati effettuatisu mais, sorgo, foraggi (ma anche altrecolture hanno dimostrato di possedereun buon potenziale) per valutarne lecaratteristiche ai fini del loro utilizzoenergetico e per stabilirne la resa inbiogas. Le tecnologie impiantisticheattualmente in via di sviluppo sonoorientate all’utilizzo di tali sostanze, sialiquide che solide, come co–substratialle deiezioni animali al fine di ottimiz-zare la produzione di biogas e favorireil riciclo dei nutrienti.

� Scarti organici e acque reflue del-l’agro–industria: tipici sottoprodotti escarti agro–industriali sono ad esem-pio, il siero di latte, contenente protei-ne e zuccheri dall’industria casearia, e ireflui liquidi dall’industria che processasucchi di frutta o che distilla alcool. Diinteresse per la digestione anaerobicasono anche diversi scarti organici liqui-di e/o semisolidi dell’industria dellacarne (macellazione e lavorazione dellacarne), quali grassi, sangue, contenuto

di unità di azoto ad ettaro soprattuttonelle aree classificate come vulnerabilisecondo la direttiva europea sui nitrati..

Biomasse impiegabili nel processodi digestione anaerobicaCome precedentemente accennato, ladigestione anaerobica può essere appli-cata su sostanze organiche sia di naturavegetale che di natura animale, risultanoquindi impiegabili:� Liquame suino: questo tipo di effluen-

te zootecnico è caratterizzato da uncontenuto di sostanza secca o soliditotali (1–6%) e di sostanza organica osolidi volatili estremamente variabile acausa delle differenti tipologie di alle-vamento comunemente presenti sulterritorio.

� Liquame bovino: ad esso, nelle stalle,viene aggiunta spesso della paglia laquale determina un incremento nelcontenuto di solidi totali rispetto aquanto visto per il liquame suino(8–15%). L’effetto di diluizione dellasostanza organica è comunque minimorispetto a quello che si ha con le deie-zioni suine anche a causa del fatto chenormalmente le zone calpestate dalbestiame vengono pulite e risciacqua-te con basse quantità di acqua. Comenel caso dei suini, anche nelle deiezio-ni bovine il contenuto di solidi totalidipende fortemente dal sistema di alle-vamento degli animali.

� Deiezioni avicole (pollina): tra le variedeiezioni avicole, la pollina di gallineovaiole è quella che più si presta alladigestione anaerobica, perché l’alleva-mento in gabbie non prevede l’uso dilettiera. Le deiezioni asportate freschepresentano un contenuto in solidi tota-li del 18–20% e alto contenuto di azoto.L’ammoniaca, che si libera in presenza


genere tra il 25 e il 35% in peso. Lacomposizione media di questa frazionese derivante da raccolta differenziatasecco–umido non differisce in modosostanziale dall’organico raccoglibile dautenze selezionate, quali mercati all’in-grosso dell’ortofrutta e dei fiori, merca-ti ittici e rionali, esercizi commerciali digeneri alimentari, punti di ristoro (piz-zerie, ristoranti, ristorazione collettiva);per il quale la presenza di piccole quan-tità di plastica e vetro è in genere infe-riore al 5% sul totale. Queste frazioniorganiche presentano un elevato gradodi putrescibilità e umidità (> 65%) chele rende particolarmente adatte alladigestione anaerobica; tuttavia peròl’utilizzo di tale substrato non è consi-gliabile, a causa delle problematicheconnesse alle attuali normative italianedi riferimento, per la codigestione inimpianti di biogas aziendali per liqua-mi zootecnici. Utilizzando poi i rifiuti diorigine organica nel processo di dige-stione oltre ad avere un vantaggio ener-getico con la produzione di biogas, siottiene anche una sensibile riduzionedelle emissioni liquide e gassose pro-dotte durante la fase di decomposizio-ne in discarica.

Nella tabella 2.1 è riportata la resa indi-

stomacale, budella (vedi RegolamentoCE n. 1774/2002 “Norme sanitarie rela-tive ai sottoprodotti di origine animalenon destinati al consumo umano”). Taliresidui, ad esempio, possono essereaddizionati sempre come co–substratinella digestione di liquami zootecnicie/o fanghi di depurazione.

� Fanghi di depurazione: sono il residuodel processo di depurazione delleacque reflue urbane e industriali e sonocostituiti da biomassa batterica e dasostanza inerte, organica e inorganica.Il principale obiettivo che si pone ladigestione anaerobica dei fanghi didepurazione è quello di stabilizzare lasostanza organica presente, distrug-gendo gli eventuali microrganismi pato-geni, e rendendo così più facile lo smal-timento finale. In questo caso quindi, laproduzione di biogas assume in realtàun ruolo secondario e addirittura, acausa delle problematiche connessealle attuali normative italiane di riferi-mento, l’impiego dei fanghi di depura-zione, come cosubstrato in digestoriaziendali di liquami zootecnici è gene-ralmente sconsigliato.

� Frazioni organiche di rifiuti urbani: neirifiuti urbani domestici la percentuale difrazione organica umida è compresa in


Materiali m3 biogas/t SV

Deiezioni animali (suini, bovini, avicunicoli) 200 – 500

Residui colturali (paglia, colletti barbabietole, ecc.) 350 – 400

Scarti organici agroindustria (siero, scarti vegetali, lieviti, fanghi e reflui di distillerie, birrerie e cantine, ecc.) 400 – 800

Scarti organici macellazione (grassi, contenuto stomacale e intestinale, sangue, fanghi di flottazione, ecc.) 550 – 1.000

Fanghi di depurazione 250 – 350

Frazione organica rifiuti urbani 400 – 600

Colture energetiche (mais, sorgo zuccherino, erba, ecc.) 550 – 750

Tabella 2.1 – Resa indicativa in biogas per vari tipi di biomasse

Fonte: CRPA – Centro Ricerche Produzioni Animali

rame, nichel, cromo, zinco, piombopossono risultare dannosi se presenti inconcentrazioni superiori a 1 mg/l.

CodigestioneSulla base dell’esperienza maturata condifferenti tipologie di biomassa, è possi-bile affermare che le migliori prestazioninel processo di conversione si raggiungo-no comunque utilizzando porzioni diffe-renti di sostanza organica; proprio perquesto ad esempio la codigestione dieffluenti zootecnici con altri scarti organi-ci, al fine di aumentare la produzione dibiogas, è una pratica standard in Europaormai da diversi anni. L’interesse che spin-ge gli operatori del settore verso la codi-gestione si giustifica in quanto la venditadi una maggior quantità di biogas, unita-mente agli introiti ricevuti dai produttoridel rifiuto organico utilizzato comeco–substrato, permette di ottenere gua-dagni maggiori rispetto a quelli realizza-bili utilizzando una sola specie organica.La miscelazione di diversi prodotti, inoltre,consente di compensare eventuali fluttua-zioni stagionali nella disponibilità di bio-massa, si mantiene così più stabile ecostante il processo di conversione, evi-tando sovraccarichi o al contrario carichiinferiori alla capacità stessa del digesto-re. Diversi problemi tuttavia possononascere da un utilizzo non congruo dellevarie matrici; un’aggiunta incontrollata dioli e grassi, ad esempio, può determina-re un’eccessiva formazione di schiume,mentre rifiuti contenenti considerevoliquantità di inerti, quali sabbia, pietre eterra, possono favorire la formazione disedimenti nel digestore con conseguen-te riduzione del volume attivo o addirittu-ra blocco di valvole e tubazioni. Se poi adesempio si impiega come co–substratoun quantitativo eccessivo di deiezioni avi-

cativa in biogas (m3 per ton di solidi vola-tili) per le varie biomasse e scarti organi-ci destinabili al processo di digestione: ingenerale vale il principio secondo cuimaggiore è il contenuto in sostanza orga-nica del prodotto in digestione, maggio-re è il suo potenziale energetico in termi-ni di produzione di biogas. Oltre alla quantità di sostanza organicapresente è altrettanto importante consi-derare la qualità del materiale digerito inquanto tale aspetto può condizionare sen-sibilmente il rendimento in biogas e il con-tenuto in metano. I fattori di particolarerilievo sono:� La composizione del materiale: questa

condiziona la velocità di degradazione(degradabilità) del substrato; un liqua-me bovino, a maggior contenuto dimateriale cellulosico, presenta unavelocità di degradazione superiore aun liquame suino più ricco in grassiche, tra l’altro, sono la sostanza checonsente di ottenere maggiori rendi-menti di biogas.

� La presenza di elementi essenziali: ilcarbonio, l’azoto, il fosforo e lo zolfosono elementi essenziali alla crescitadei batteri responsabili del processodi fermentazione. È necessario per-tanto che questi elementi siano pre-senti nel digestato, ma nelle giusteproporzioni; si spiega così la necessi-tà di avere, per il processo di digestio-ne anaerobica una biomassa con rap-porto tra carbonio e azoto (C/N) nonsuperiore a 30.

� Presenza di elementi tossici: si trattaspesso micronutrienti quali sodio,potassio, calcio, magnesio, ammonio,zolfo che, se presenti in eccesso, pos-sono indurre tossicità e ostacolare oaddirittura bloccare il processo di dige-stione. Anche i metalli pesanti quali


Le tecnologie di digestione anaerobica applicabiliL’esperienza accumulata nel corso deglianni, grazie a numerosi studi e applicazio-ni, ha condotto allo sviluppo di differentitecnologie di digestione anaerobica, prin-cipalmente distinguibili in funzione deltenore di sostanza secca contenuta nelsubstrato alimentato al reattore. È possi-bile pertanto individuare due principalicategorie di processi:� processi di digestione ad umido (wet),

che si utilizzano quando il substrato indigestione ha un contenuto di sostan-za secca inferiore al 10%; tipico è l’uti-lizzo di questa tecnologia per il tratta-mento di liquami zootecnici;

� processi di digestione a secco (dry),che invece si applicano con substratiaventi un contenuto di sostanza seccasuperiore al 20%.

Si hanno in realtà anche dei processi asemisecco (semi–dry), molto menocomuni, che operano con substrati aven-ti un contenuto di parti solide intermedioai valori precedentemente visti (quinditra il 10% e il 20%). Il processo di dige-stione anaerobica può anche essere sud-diviso in:� processo monostadio, in cui le fasi di

idrolisi, fermentazione acida e metani-gena avvengono contemporaneamen-te in un unico reattore;

� processo bistadio, nel quale l’idrolisi ela fermentazione del substrato organi-co avvengono in un primo reattore,mentre la fase metanigena viene con-dotta separatamente in un secondodigestore.

Un’ulteriore distinzione tra le diverse tec-nologie può essere fatta poi consideran-do sia la tecnica di alimentazione, che puòessere in continuo o in discontinuo, che lamodalità con la quale la biomassa si

cole, a causa dell’elevata concentrazionedi ammoniaca che queste determinano, èpossibile che si arrivi addirittura alla mortedell’intera flora metanigena contenutaall’interno del reattore. Le matrici attual-mente più utilizzate nella codigestione dieffluenti zootecnici sono gli scarti organi-ci agroindustriali e le colture energetiche.Gli scarti organici da utilizzare comecosubstrati provengono dalle più svariatefonti e possiedono quindi forti differenzenella composizione chimica e nella bio-degradibilità. Alcune sostanze quali per-colati, acque reflue, fanghi, oli, grassi esiero sono facilmente degradabilimediante digestione anaerobica senzarichiedere particolari pretrattamenti, altreinvece, come gli scarti di macellazione, iresidui colturali e la frazione organica deirifiuti solidi urbani, richiedono vari step dipre–trattamento tra i quali anche lanecessità di effettuare una forte diluizio-ne con il substrato base (effluenti zootec-nici liquidi), al fine di limitare la formazio-ne di metaboliti inibitori del processo diconversione (si veda ad esempio l’ammo-niaca). Se poi si manda in codigestionela frazione organica dei rifiuti solidi urba-ni (FORSU) uno dei trattamenti innovati-vi di recente comparsa sul mercato èquello della pressatura–spremitura. Ilmateriale subisce in questo caso una verae propria spremitura (ad opera di unacoclea posta all’interno di un cilindroforato) attraverso la quale si separanodue frazioni: la frazione liquida, ottimaper l’invio a digestione anaerobica, e lafrazione solida che viene invece destina-ta al compostaggio. Nonostante il gran-de interesse però, il ricorso a questo trat-tamento specifico è ad oggi ancora limi-tato soprattutto a causa del numeroridotto in Italia di impianti a doppia lineaanaerobica–aerobica.


fili), sono caratterizzati da rendimenti varia-bili in funzione sia della stagione dell’annoche dei tempi di permanenza dei liquamiin vasca, che sono mediamente pari a 60giorni. Gli impianti dotati invece di sistemadi riscaldamento, con calore fornito dal-l’impiego del biogas, consentono di man-tenere un regime di mesofilia (35–37 °C)e di ottenere rendimenti più elevati e piùcostanti durante l’intero arco dell’anno.Facendo riferimento ad esempio ad unliquame suino, le produzioni annuali di bio-gas sono di circa 25 m3/100 kg di liquame,nei sistemi psicrofili, mentre si aggiranointorno a i 35 m3/100 kg negli impianti cheoperano in condizioni mesofile.Le coperture gasometriche hanno il com-pito di trattenere e di accumulare il bio-gas prodotto e possono essere principal-mente a cupola o galleggianti. Le coper-ture a cupola (brevetto ENEA–Agrisilos)sono costituite da due o tre strati sovrap-posti di membrane in tessuto poliestereche vengono fissati al bordo della vascaallo scopo di recuperare e immagazzina-re direttamente i grandi quantitativi di bio-gas sviluppati da digestori aventi ridottedimensioni planimetriche. Le due mem-brane più esterne costituiscano una verae propria camera d’aria che funge da ele-mento di spinta pneumatica sulla terzamembrana, la più interna, che racchiudeil biogas prodotto. Nonostante esistanopoi delle versioni con due sole membra-ne, una esterna e una di separazione, isistemi a tre strati di poliestere sono tut-tavia preferiti in quanto i teloni più inter-ni, a contatto tra loro, evitano la formazio-ne di miscele aria–gas. Quando si impie-gano coperture di questo tipo poi, lo sca-rico del biogas è generalmente realizzatocon valvole di sovrappressione, regolateda appositi sensori che rilevano lo stato diriempimento del digestore.

dispone all’interno del reattore; in que-st’ultimo caso infatti è possibile avere o unsubstrato completamente miscelato,oppure un substrato, in movimento lungol’asse longitudinale, che attraversa fasi diprocesso via via diverse (flusso a pistone).La digestione anaerobica può, inoltre,essere condotta a diverse condizioni ditemperatura: si hanno pertanto sia condi-zioni mesofile (con temperatura media diprocesso di circa 35 °C), che termofile(temperatura compresa tra 50 e 65 °C),le quali determinano in genere anche ladurata (tempo di residenza) del processodi conversione. Mediamente in mesofiliasi hanno tempi compresi nel range 15–40giorni, mentre in termofilia il tempo diresidenza è in genere inferiore ai 20 gior-ni (con i liquami zootecnici e i reflui agroin-dustriali). Con impiantistica di tipo sempli-ficato è possibile operare anche in psicro-filia (10–25 °C): i sistemi che lavorano inqueste condizioni vengono detti general-mente “a freddo” e i tempi di residenzache richiedono sono sempre superiori ai30 giorni, con massimi anche di 90. Letipologie impiantistiche attualmentedisponibili vanno da sistemi estremamen-te semplificati, applicati per lo più al trat-tamento di reflui zootecnici in scala azien-dale, a quelli molto sofisticati ad elevatocontenuto tecnologico, che si prestanomaggiormente alla conversione di tutte lealtre tipologie di biomasse.

Impianti semplificatiQuesta tipologia di impianto, che prevedesolamente una vasca di stoccaggio per laraccolta dei liquami ricoperta da unacopertura gasometrica, trova come dettograndi possibilità applicative nel settorezootecnico, grazie proprio alla sua sempli-cità costruttiva e gestionale. I sistemi piùsemplici, ovvero quelli “a freddo” (psicro-


variabile, anch’essi costituiti da due o tremembrane in poliestere.Gli impianti semplificati dunque, sebbeneoffrano, rispetto a quelli più avanzati, unanotevole facilità realizzativa, presentanotuttavia una serie di svantaggi che è beneprendere in considerazione quando si sce-glie il tipo di digestore da adottare. Unprimo aspetto molto importante è adesempio la mancanza di un sistema di agi-tazione del liquame; per tale motivo leporzioni solide del refluo, che possonoessere anche in notevole quantità, tendo-no nel tempo a solidificarsi in una crostarigida superficiale che può generare unaserie di problemi, primo fra tutti l’accumu-lo di biogas sotto di essa. Inoltre, l’assen-za di una miscelazione forzata determinauna disomogeneità nella concentrazionedella sostanza organica da trattare e neibatteri anaerobici, ma anche nella tempe-ratura e nel livello di pH all’interno dellavasca. Questo fa si che alcune zone deldigestore rimangano meno attive di altrenella degradazione della biomassa, con ilconseguente permanere di sostanze nontrattate anche in uscita dall’impianto chequindi garantirà, rispetto ai sistemi dota-ti di miscelazione, una minor resa in bio-gas. L’assenza poi di un trattamento pre-liminare di equalizzazione della biomassa,crea una forte dipendenza della resa deldigestore dalla qualità, dalla composizio-ne, dalla freschezza e dalle altre caratteri-stiche chimico fisiche del liquame entran-te; il che significa forte variabilità nei para-metri di ingresso e, di conseguenza, diquelli del biogas in uscita.

Impianti ad umido (wet)La biomassa, prima di essere caricata nelreattore anaerobico, subisce un tratta-mento finalizzato al raggiungimento delgiusto tenore di solidi totali (< 10%) e di

Le coperture galleggianti, sempre costitui-te da membrane in tessuto di fibre polie-steri, sono invece caratterizzate da unsistema di galleggiamento su liquamerealizzato con tubi flessibili e sfilabili inopera, che vengono riempiti di acqua.Questa tipologia di zavorra, tipicamenteutilizzata nella copertura di vasche di gran-di dimensioni, consente di mantenere aduna pressione di qualche centimetro dicolonna d’acqua il biogas prodotto dallafermentazione anaerobica di liquami diqualsiasi origine. Nei casi in cui vi è la necessità di una mag-giore capacità di accumulo di biogas, èpoi possibile ricorrere all’utilizzo di gaso-metri esterni, di forma sferica e volume


Copertura gasometrica galleggiante


Fig. 2.3

Impianto semplificato con copertura a cupola


Fig. 2.2

ne infatti è quella che, come dimostral’esperienza, garantisce per questi impian-ti il maggior livello di conversione. La pro-duzione di biogas dipende sensibilmenteanche dalla tipologia di biomassa tratta-ta; a causa delle caratteristiche fisichedisomogenee di quest’ultima infatti, risul-ta spesso estremamente difficile ottenereuna buona omogeneizzazione dell’ali-mentazione e la stratificazione di materia-li più e meno leggeri all’interno del dige-store è un’evenienza tutt’altro che infre-quente. Per limitare questi inconvenientisi realizza allora una rimozione periodicadegli strati più leggeri, dalla parte supe-riore del reattore, e di quelli più pesantidal fondo; tuttavia però con questa ope-razione non si riesce ad eliminare comple-tamene né il rischio di danni ai sistemimeccanici di miscelazione né la cosiddet-ta “corto–circuitazione” idraulica che con-siste nella fuoriuscita dal digestore dimateriale non completamente degradatoa cui corrisponde di fatto una minor pro-duzione di biogas. Nella figura 2.5 si rias-sume lo schema di un processo in conti-nuo monostadio ad umido, che rappre-senta oggi la tecnologia più diffusa.

Impianti a secco (dry)La digestione di tipo a secco è stata svi-luppata per consentire il trattamento dellabiomassa senza necessità di diluizioni,operando con tenori di sostanza seccasuperiori al 20%. È evidente che il mate-riale organico digerito in questo tipo disistema (perlopiù destinato alla frazioneorganica dei rifiuti urbani) è molto più con-centrato e viscoso di quello utilizzato negliimpianti ad umido, proprio per questo,pertanto, la tecnologia dei reattori e deisistemi di trasporto, pompaggio e misce-lazione deve essere completamente adat-tata alle caratteristiche di un’alimentazio-

un buon grado di omogeneizzazione; taletrattamento consiste principalmente inuna diluizione effettuata medianteaggiunta di acqua (ricircolata dal digesto-re stesso) e in una rimozione sia di even-tuali schiume che di eventuali plastiche,inerti e altri materiali grossolani potenzial-mente dannosi per la meccanica dell’im-pianto. L’alimentazione così ottenuta èintrodotta all’interno di un classico reatto-re completamente miscelato (CSTR –Completely Stirred Reactor) dove si rea-lizza in un solo stadio e a ciclo continuola conversione della biomassa in biogas.Questo reattore, realizzato a forma di silosin acciaio e cemento armato, lavora o incondizioni di mesofilia o di termofilia; essopertanto è munito di un sistema di riscal-damento a scambiatore di calore e di coi-bentazione perimetrale per limitare ledispersioni termiche. Al suo interno ilmateriale da digerire viene miscelatomediante agitatori meccanici a basso regi-me di rotazione (15–50 rpm), oppure, neicasi in cui il rischio di formazione di schiu-me è limitato, attraverso sistemi di tipoidraulico (gaslifter) che consistono nel ricir-colo dello stesso biogas compresso all’in-terno del reattore.Nei processi ad umido si opera general-mente con carichi organici compresi tra 2e 5 kg SV/m3 giorno, questa concentrazio-


Figura 2.4Impianto

centralizzato a doppio stadio,

Spilamberto(MO)

nica viene introdotto giornalmente dal-l’estremità superiore del reattore men-tre il materiale digerito viene contem-poraneamente rimosso dalla parte infe-riore. Quest’ultimo poi viene in partericiclato, reintroducendolo all’internodel digestore, e in parte sottoposto adulteriori trattamenti (ad es. disidratazio-ne) al fine di ottenere un prodotto utilesotto il profilo agronomico. Una parti-colarità del sistema Dranco è che all’in-terno del reattore la biomassa non èagitata da nessun sistema meccanico ela sola miscelazione che avviene è quel-la naturale che si origina dal movimen-to a pistone verso il basso del materia-le in digestione. Il contenuto di soliditotali dei substrati comunemente utiliz-zati varia nell’intervallo 20–40%, i tempidi ritenzione tra 15 e 30 giorni, la tem-peratura d’esercizio tra 50 e 58 °C ele rese in biogas dichiarate tra 100 e 200m3/t di substrato alimentato.

� Processo Kompogas. Questo sistema,sviluppato in Svizzera, utilizza ancorasubstrati ad alto tenore di solidi chevengono trattati, in regime termofilo,all’interno di un reattore cilindrico oriz-zontale dove, grazie ad un movimentoa pistone, la sostanza organica, intro-dotta giornalmente da una estremità,viene rimossa dopo circa venti giornidall’estremità opposta sotto forma dimateriale digerito. All’interno del reat-tore è presente un sistema di agitazio-ne che mescola la massa in modo inter-mittente, favorendo così la liberazionedel biogas formatosi e la risospensionedel materiale inerte grossolano depo-sitatosi sul fondo. L’esperienza accumu-lata con questa tecnologia ha dimostra-to che la massima efficienza di conver-sione si realizza con l’impiego di sub-strati aventi un tenore di solidi intorno

ne meno diluita. L’unico pretrattamentoche in questo caso viene normalmenterealizzato sulla biomassa, prima dell’in-gresso nel digestore, è una vagliaturagrossolana che consenta di rimuovere lefrazioni con dimensioni > 40 mm. Il fattodi limitare i pretrattamenti sul materialefresco rappresenta un indubbio vantaggioin quanto consente di contenere la perdi-ta di sostanza organica biodegradabileutile alla produzione di biogas. Il tipo direattore che comunemente viene utilizza-to in questi casi è il reattore cosiddettoplug–flow (a pistone) in cui il liquameviene fatto scorrere orizzontalmente daun’estremità all’altra. Questo sistema,dotato sempre di riscaldamento, agitato-ri e gasometro, viene però, per motivi dinatura tecnica ed economica, utilizzatoesclusivamente in scala ridotta con volu-mi massimi di 300–400 m3. La tecnica didigestione anaerobica a secco trova oggiapplicazione in diversi processi, tra questisi ricordano: � Processo Dranco. Questo sistema, svi-

luppato in Belgio, opera con substratiad alto tenore di solidi e in regime ditemperatura termofilo; la materia orga-


Layout di un impianto in continuo, monostadio, ad umido


Fig. 2.5

Oggi la tecnologia di digestione a seccosi trova ancora in fase pre–commerciale,è comunque possibile prevedere una suaampia diffusione nel prossimo futuro gra-zie soprattutto alla maggior velocità nellaproduzione del biogas (rispetto ai sistemiwet) e ai più alti rendimenti di conversio-ne rispetto ai sistemi wet.

Impianti a semi–secco (semi–dry)A metà strada tra i processi wet e dry sicollocano i sistemi semi–dry, in cui si lavo-ra con un contenuto di sostanza secca indigestione intorno al 12–18%. Questisistemi dal punto di vista tecnologico pre-sentano indiscutibili vantaggi tra i qualispicca ad esempio la semplicità delleapparecchiature di pompaggio e miscela-zione e la possibilità di trattare la frazioneorganica dei rifiuti urbani senza pretratta-menti particolarmente impegnativi. Il reat-tore maggiormente utilizzato rimane quel-lo completamente miscelato (CSTR), ope-rante in regime sia mesofilo che termofi-lo, all’interno del quale la miscelazionedel materiale viene effettuata principal-mente attraverso sistemi meccanici coa-diuvati talvolta anche da iniezioni di bio-gas. Il volume di questi reattori è normal-mente inferiore rispetto a quello dei dige-stori wet; tuttavia però, la necessità didiluire rifiuti aventi una concentrazione disostanza secca maggiore del 20–25%, puòcomportare un significativo aumento delledimensioni, oltre che naturalmente ad unincremento della produzione di acque diprocesso e quindi dei costi di esercizio peril mantenimento della temperatura otti-male.

Fattibilità e convenienza economicaLa valutazione sulla fattibilità e la conve-nienza economica di un impianto di dige-stione anaerobica richiede la piena cono-

al 25%; concentrazioni inferiori favori-scono infatti la precipitazione delle fra-zioni più pesanti, mentre con concen-trazioni maggiori viene generalmenteostacolato il flusso orizzontale del mate-riale all’interno del reattore. Anche inquesto caso poi il materiale digeritoviene in parte ricircolato e in parte disi-dratato e ulteriormente trattato per finiagronomici

� Processo Valorga. Si tratta di un sistemasviluppato in Francia nel quale, substra-ti ad alto contenuto di sostanza secca(25–35%) rimangono per circa 18–25giorni, all’interno di reattori di formacilindrica in cui il flusso di materiale è ditipo circolare e il mescolamento avvie-ne grazie all’introduzione in pressione ead intervalli di tempo prestabiliti di partedel biogas prodotto. Generalmente lamiscelazione viene effettuata in modosoddisfacente mediante ricircolo di solobiogas e non dell’effluente anche se,dato il posizionamento degli iniettori sulfondo del reattore, esiste la possibilitàche si verifichino problemi di intasamen-to degli stessi.


Riassunto delle più comuni tecnologie di digestione a seccoFig. 2.6


rifiuti solidi urbani soprattutto in codige-stione con deiezioni animali o altri scartiorganici industriali. Secondo fonti CRPAnel 2007, in Italia e particolarmente nelleregioni settentrionali, sono stati individua-ti 149 impianti di trattamento anaerobicodi liquami zootecnici, di cui 40 di tipo sem-plificato e 30 ancora in fase di costruzio-ne.In conclusione è possibile affermare chela digestione anaerobica è una tecnologiain continua evoluzione che presentabuone potenzialità sia dal punto di vistaenergetico–ambientale, che dal punto divista economico in quanto rappresentauna possibile fonte di reddito integrativoper settori zootecnico e agroalimentare. Idigestori anaerobici vengono realizzatiinfatti, non solo allo scopo di recuperareenergia rinnovabile, il biogas, ma ancheper controllare le emissioni maleodorantie per stabilizzare i reflui prima del loro uti-lizzo agronomico. Non va inoltre dimenti-cato che la digestione anaerobica,decomponendo in maniera controllataliquami e altri composti organici, contri-buisce in modo significativo anche allariduzione delle emissioni di metano inatmosfera che come noto, presentandoun elevato potenziale di riscaldamentoglobale, è uno dei maggiori responsabilidell’effetto serra. Oggi il settore zootec-nico rappresenta indubbiamente la prin-cipale forza motrice per lo sviluppo sularga scala di questa tecnologia che vedeanche in Italia una forte incentivazione; sivedano ad esempio il meccanismo deicertificati verdi per la produzione di ener-gia elettrica da fonti rinnovabili o anche ilreg. CE 1774/2002. Necessaria è comun-que una maggiore razionalizzazione e lasemplificazione delle procedure autorizza-tive, sia per la costruzione e la gestionedegli impianti sia per l’allacciamento alla

scenza di tutta una serie di aspetti di fon-damentale importanza. È sicuramenteindispensabile conoscere le caratteristi-che del prodotto da trattare nonché iquantitativi disponibili al fine di dimensio-nare in maniera opportuna i sistemi distoccaggio, garantendo contemporanea-mente regolarità nell’alimentazione etempi di giacenza non eccessivi della bio-massa i quali potrebbero causare un ele-vato impatto odorigeno dell’installazione.Gli elevati costi fissi e di manutenzionetrovano giustificazione solo se l’impiantogarantisce sufficienti ricavi o risparmi dal-l’utilizzo del biogas prodotto e dalla ven-dita della sostanza digerita ad esempiocome fertilizzante. I costi di investimentoper un impianto che produce biogas varia-no in funzione sia della tipologia di instal-lazione (wet, dry, semi–dry) che dei mate-riali avviati a digestione (liquami zootecni-ci, liquami zootecnici + colture energetichee/o scarti agroindustriali, ecc.); è quindidifficile definire in maniera univoca deicosti di investimento di riferimento.Indicativamente, comunque, per la mag-gior parte degli impianti, ad esclusione diquelli di tipo semplificato, che prevedonosolamente delle coperture in materialeplastico o delle vasche di stoccaggio nonriscaldate e prive di miscelatori, si puòdefinire un intervallo di costo di 250–700€ per metro cubo di digestore anaerobi-co oppure di 2.500–7.500 € per kW elet-trico installato in cogenerazione.Oggi questa tecnologia è molto diffusa inEuropa per la stabilizzazione dei fanghi didepurazione o per il trattamento delleacque reflue, si hanno anche numeroseistallazioni che operano su liquami zootec-nici, soprattutto in Austria, Germania,Danimarca, Svezia e Italia; mentre si regi-stra una progressiva diffusione anche peril trattamento della frazione organica dei


ri costi di gestione riconducibili princi-palmente all’energia spesa per realizza-re l’aerazione dei fanghi.

[2.2] Biocarburanti

Il BioetanoloIl Bioetanolo, conosciuto anche comealcool etilico, è un liquido limpido e inco-lore che può essere ottenuto, attraversoun processo di fermentazione alcolica,da qualsiasi materia prima contenentezuccheri o carboidrati con struttura piùcomplessa come amido, cellulosa e emi-cellulosa.Il bioetanolo, per le sue caratteristiche chi-mico–fisiche, si presenta come un carbu-rante particolarmente affine alla benzinaalla quale può essere miscelato o, in alcu-ni casi e mediante opportuni accorgimen-ti, sostituto interamente nell’alimentazionedegli autoveicoli. L’utilizzo del bioetanoloanidro (ovvero con residuo di acqua parial 5% del volume) in sostituzione alla ben-zina è già una realtà nei paesi del sudAmerica e in particolar modo in Brasile,dove i motori sono stati predisposti a que-sto uso già a partire dagli anni settanta inconcomitanza con la crisi energetica chefece emergere, in tutta la sua gravità, ilproblema della sicurezza degli approvvi-gionamenti petroliferi. Come detto, perpoter alimentare un veicolo con bioetano-lo puro, è necessario predisporre alcunemodifiche sui motori a benzina. Gli inter-venti che si rendono necessari in tale ipo-tesi di impiego riguardano principalmen-te la modifica del sistema di iniezione delmotore, che dovrà essere adattato ad uncomposto che presenta nella sua moleco-la un maggiore contenuto di ossigenorispetto alla normale benzina. Inoltre, poi-

rete elettrica nazionale, qualora si lavori incogenerazione.Da non confondere con la digestioneanaerobica è invece il processo di stabi-lizzazione biologica aerobica che consi-ste nella metabolizzazione delle sostan-ze organiche per opera di microorgani-smi, il cui sviluppo è condizionato dallapresenza di ossigeno. Questi battericonvertono sostanze complesse in altrepiù semplici, liberando CO2 e H2O e pro-ducendo un elevato riscaldamento delsubstrato che è in genere proporziona-le all’attività metabolica creata. Il caloreprodotto può essere così trasferitoall’esterno, mediante scambiatori a flui-do, e utilizzato come una vera e propriafonte di energia termica. In Europa è dif-fuso il processo di digestione aerobicatermofila autoriscaldata (AutoheatedTermophilic Aerobic Digestion) chenasce con l’obiettivo di realizzare il trat-tamento delle acque di scarico e la sta-bilizzazione biologica dei fanghi didepurazione. Quest’ultimi infatti subi-scono una riduzione di volume, cherende più semplice e meno oneroso iltrasporto e lo smaltimento finale, non-ché una riduzione del grado di putresci-bilità grazie ad un effetto stabilizzantesulle componenti organiche. Costrut-tivamente, un digestore aerobico ècostituito da una vasca, all’interno dellaquale viene insufflata dell’aria, e in cui ifanghi, alimentati in modo continuo odiscontinuo a seconda delle dimensionidell’impianto, permangono il temponecessario per la loro stabilizzazione.Nonostante i minori costi di impianto, iprocessi aerobici non sono comunquecosì diffusi come quelli anaerobici (negliStati Uniti e in Canada questa tecnolo-gia si è sviluppata solo recentemente), èquesto è dovuto soprattutto ai maggio-


è diffuso soprattutto negli Stati Uniti e inCanada. La miscela ad alta percentuale dietanolo più comune è la E85 in cui la con-centrazione di alcol etilico raggiungel’85%. Questa, per poter essere utilizzata,richiede comunque delle modifiche suimotori che non sono invece necessariequando si adottano miscele a bassa per-centuale, come ad esempio la E10 (10%di bioetanolo), il cui impiego comportaaddirittura un lieve incremento nelle pre-stazioni generali del veicolo. Attualmente dunque i propulsori debbo-no essere modificati quando il bioetano-lo in miscela supera il 10%; tuttavia recen-ti studi, condotti perlopiù in Europa enegli Usa, hanno in realtà evidenziato lapossibilità di evitare interventi sulla com-ponentistica del motore fino a miscelecon addirittura il 23,5% di alcol etilico. Icomposti a basso contenuto di bioetano-lo consentono in più un ulteriore vantag-gio: essi infatti non richiedono strutturededicate o reti di distribuzione specifiche(come accade invece per l’E85) chepotrebbero in qualche modo limitarnel’utilizzo, ma vanno semplicemente sosti-tuirsi alla benzina entrando nella stessalinea di distribuzione. Uno dei progressipiù significativi raggiunti di recente è losviluppo di veicoli “flex–fuel” (FFVs) chesono in grado di operare sia con misceledi benzina e bioetanolo, fino anche allaE85, che con la sola benzina. Ciò è resopossibile da un avanzato sistema di con-trollo che individua automaticamente lecaratteristiche del combustibile utilizzatoe regola di conseguenza, in modo auto-matico, i tempi di iniezione e rapporti dimiscelazione tra aria e carburante.Il bioetanolo viene impiegato anche nellaproduzione di ETBE (Etil Ter Butil Etere)ossia di un composto antidetonante adalto numero di ottani ottenuto appunto

ché i combustibili a base di alcool posso-no erodere alcuni elastomeri e accelerarela corrosione di alcuni metalli, spesso sirende necessaria anche la sostituzione pre-ventiva di determinati componenti, parti-colarmente suscettibili al deterioramento. Una delle caratteristiche del bioetanolopoi è che questo presenta, rispetto allabenzina, una minore densità energetica (involume), ciò pertanto si riflette inevitabil-mente in un maggior consumo di combu-stibile per chilometro che può superareanche del 50% quello normalmente rea-lizzato. Per ovviare al problema dellabassa densità energetica, un altro accor-gimento che usualmente si prende quan-do si converte un veicolo a benzina al fun-zionamento con bioetanolo è quello diaumentare il volume del serbatoio, al finedi compensare così la ridotta autonomia. Tra i maggiori inconvenienti che si hannonell’impiego del bioetanolo puro non vadimenticata poi la difficoltà di avviamen-to che i veicoli incontrano durante la sta-gione fredda, quando a causa delle bassetemperature questo biocombustibiletende ad evaporare con maggiore difficol-tà. Per ovviare a questo problema emigliorare quindi l’accensione dei moto-ri, il bioetanolo in forma anidra, ossia privodi acqua, può essere unito a percentualipiù o meno elevate di benzina creandocosì miscele di diverso tipo il cui impiego


Figura 2.7Veicolo

Flex–Fuel rifornito con E85

bili con elevato potere emulsionante (5%).In queste percentuali l’aggiunta di alcoletilico non richiede alcun tipo di modifi-che ai motori i quali, tra l’altro, hannodimostrato una riduzione nelle emissionidi particolato. Interessanti prospettive di impiego delbioetanolo si hanno anche con i processidi steam reforming catalitico in cui glialcoli vengono convertiti, per trattamen-to con vapore acqueo, in un gas costitui-to da H2, CO, CO2, CH4 e H2O che puòessere utilizzato in diverse applicazioni e,se particolarmente ricco in idrogeno,anche per l’alimentazione delle celle acombustibile. Si tratta però di una tecno-logia relativamente recente; infatti, nono-stante la ricerca in questo settore si starapidamente sviluppando, non esistonoancora impianti a livello commerciale. Iprincipali studi riguardano la selezione delcatalizzatore più idoneo, e la ricerca dellecondizioni operative ottimali (temperatu-ra, velocità spaziale dell’etanolo, contenu-to d’acqua, pressione), allo scopo di otte-nere la migliore selettività verso l’idroge-no e il contenimento dell’energia richie-sta per la reazione.

La produzione del bioetanoloIl bioetanolo può essere attualmente pro-dotto sia dai carboidrati semplici comeglucosio, saccarosio e mannosio, che daipolisaccaridi a catena lunga ovveroamido, cellulosa ed emicellulosa. Le mate-rie prime da impiegare nel processo difermentazione possono derivare, pertan-to, dalle colture dedicate alcoligene, sianoesse saccarifere (barbabietola da zucche-ro, canna da zucchero, sorgo zuccherino)o amidacee (frumento tenero e granotur-co), nonché dai residui lignocellulosici. Ilricorso alle colture dedicate per la produ-zione del bioetanolo si presta, tuttavia, ad

dalla combinazione di etanolo (47%) e iso-butene (53%).L’ETBE può essere utilizzato nella benzinacome additivo ossigenato in sostituzionedel benzene e dell’MTBE (Metil Ter ButilEtere), entrambi composti che presenta-no criticità per la salute umana e per l’am-biente: il benzene infatti è un prodottocon effetti cancerogeni mentre l’MTBEpresenta un’alta capacità inquinantesoprattutto a carico delle acque sotterra-nee. Rispetto ad essi, l’ETBE presenta unminore impatto sull’ambiente e sulla salu-te umana; inoltre ha il vantaggio di pre-sentare migliori capacità antidetonanti: seinfatti viene usato in miscela con la ben-zina al 15%, a questa viene conferito unnumero di ottani pari a 110, valore piùelevato rispetto al 95/98 che invece è tipi-co degli antidetonanti tradizionali.Meno comune poi, ma tecnicamente pos-sibile, è l’utilizzo del bioetanolo in misce-la con il gasolio (o biodiesel) nei veicolidiesel heavy–duty. Tale composto, cono-sciuto come E–diesel, viene creato all’in-terno del motore stesso atomizzando eimmettendo nel condotto di aspirazionedell’aria una piccola percentuale di etano-lo che poi verrà, all’interno del cilindro,miscelato e combusto con il diesel tradi-zionale. Prove condotte in Europa hannoavuto un discreto successo utilizzandomiscele composte da gasolio tradiziona-le (80%), bioetanolo (15%) e additivi solu-


Reazione di formazione dell’ETBEFig. 2.8

Fonte: ITABIA – Italian Biomass Association

CH3 CH3

C=CH2 + CH3 – CH2 – OH CH3 – C – O – CH2 – CH3

CH3 CH3

Isobutene Etanolo ETBE

residui lignocellulosici; quest’ultimi, natu-ralmente, rappresentano l’alternativa eco-nomicamente più interessante dato chenon richiedono, a differenza delle colturededicate, lavorazioni specifiche che inci-dono in modo sostanziale sul costo diacquisto finale della materia prima.La filiera produttiva è articolata in tre sezio-ni ciascuna delle quali è caratterizzata daun livello di maturità differente e da solu-zioni tecnologiche peculiari. La primasezione che si prende in considerazione èquella saccarifera; questa ovviamente èfinalizzata alla conversione energeticadegli zuccheri ottenuti principalmente dacolture come la barbabietola da zucchero,la canna da zucchero o il sorgo zuccheri-no. Allo stato attuale questo comparto ètecnologicamente maturo tuttavia però, acausa della concorrenza esercitata dellafiliera alimentare, esso non si è ancora pie-namente sviluppato a livello commerciale. Da un punto di vista tecnologico poi, lafiliera energetica ricalca in linea generalequella alimentare; essa infatti prevede unprocesso produttivo distinto in tre fasi:estrazione degli zuccheri dai tessuti vege-tali, mediante delle operazioni di frantu-mazione e setacciatura più volte ripetute,fermentazione alcolica dei glucidi e infinedistillazione dell’etanolo. La fermentazio-ne alcolica è un processo micro–aerofilocondotto generalmente mediante l’utiliz-zo del lievito di birra (Saccharomyces cere-visiae); questo, unito all’impasto prece-dentemente preparato attraverso l’ope-razione di sminuzzamento della sostanzavegetale, favorisce la fermentazione deglizuccheri che vengono quindi trasformatiin alcol e anidride carbonica. Questa ope-razione viene attuata utilizzando partico-lari bioreattori all’interno dei quali vengo-no ricreate le condizioni ideali per favori-re il metabolismo anaerobico del lievito;

alcune osservazioni. Uno studio, condot-to dall’ENEA in collaborazione con l’Uni-versità degli Studi dell’Aquila, infatti, hamesso in evidenza che per poter rimpiaz-zare interamente i combustibili fossili,attualmente utilizzati in Italia, con bioeta-nolo, sarebbe necessario destinare allecolture alcoligene 60.000–70.000 km2 diterreno agricolo, pari al 40% della SAU(Superficie Agricola Utilizzata) e al 20%dell’intero territorio nazionale. Apparedunque evidente che un impiego intensi-vo di queste biomasse, a soddisfacimen-to dell’intero fabbisogno di combustibilinel settore dei trasporti, è assolutamenteimproponibile anche in ragione della con-correnza esercitata dal settore alimentare.Assume pertanto un’importanza crescen-te la possibilità di valorizzare in terminienergetici i residui produttivi come adesempio gli scarti della produzione orto-frutticola, che possono essere convertiti inbioetanolo mediante le stesse tecnologieimpiegate per le colture dedicate sacca-rifere e amilacee. Un ruolo di notevolerilievo può essere poi svolto anche dai


Figura 2.9Sorgo zuccherino

rie prime ricche di amido, tipicamentegrano o mais. In questo caso è necessa-rio trattare l’amido attraverso una reazio-ne di idrolisi, per rendere fermentescibileil glucosio in esso contenuto. A questoscopo le cariossidi (grani) di frumento e dimais vengono triturate e disidratate pro-ducendo così una pasta d’amido cheviene successivamente gelificata median-te l’utilizzo di vapore diretto alla tempe-ratura di 175 °C e alla pressione di 2 atm(≈2x105 Pa). L’idrolisi è generalmente con-dotta utilizzando un enzima, denominatoamilasi, che ha la proprietà di liberare lemolecole di glucosio contenute inizial-mente nelle catene di amido. Questo trat-tamento è condotto a una temperaturainferiore a 60 °C, e la resa in zuccheri fer-mentescibili è circa dell’80%. Conclusa lafase di idrolisi il processo di produzionedel bioetanolo si completa, così comeaccade per la sezione saccarifera, con lefasi di fermentazione e distillazione. Lasezione amidacea, che riveste un ruolo diprimo piano soprattutto nel mercato sta-tunitense, da luogo inoltre ad un sottopro-dotto costituito dai residui ricchi in olio,proteine e fibre, noti come DDGS(Distillers Dried Grains with Soluble), chesono destinati perlopiù alla preparazionedei mangimi zootecnici.Il bioetanolo può essere infine prodottoutilizzando anche materie prime ricche dicellulosa ed emicellulosa come ad esem-pio paglia, stocchi di mais o residui legno-si provenienti dal comparto agricolo, fore-stale o industriale. L’impiego di questimateriali, più diffusi ed economici, prefi-gura una valida possibilità di sviluppodella filiera del bioetanolo soprattutto neiclimi temperati dove le sole colture zuc-cherine o amidacee non riescono a garan-tire da sole alti livelli di produttività, comeavviene invece nelle zone della fascia tro-

quindi basse concentrazioni di ossigeno,temperature comprese tra i 5 e i 25 °Ce un intervallo di pH variabile tra 4,8 e 5,0.La separazione dell’etanolo dalla frazioneliquida prodotta con il processo di fer-mentazione avviene per distillazione, ossiasfruttando le diverse temperature di ebol-lizione dei componenti presenti nellamiscela precedentemente ottenuta; al ter-mine della distillazione si ricava etanolo inconcentrazione pari al 95% in peso con uncontenuto residuo in acqua del 5%. Se ilbioetanolo deve essere miscelato allacomune benzina, è necessaria come notouna profonda disidratazione che può rea-lizzarsi utilizzando sia setacci molecolari,sia membrane di separazione in materia-le selettivo idrofilo la cui efficacia peròpresenta ancora ampi margini di miglio-ramento. Questa tecnica di separazioneprevede che la miscela, a valle della fer-mentazione, sia portata in fase vaporeprima di essere filtrata dalle membrane;quello che si ottiene è etanolo con un resi-duo di acqua pari al 3%. Più efficace, seb-bene ciò comporti un significativo incre-mento nei costi di produzione, è invece ilprocesso di distillazione frazionata.Questo è di fatto un vero e proprio pro-cesso di distillazione in cui però alla misce-la di partenza, derivante dalla fase di fer-mentazione alcolica, si aggiunge del ben-zene che permette di estrarre etanolo conun residuo di acqua non superiore all’1%in peso. La sezione saccarifera, che si è finqui descritta e a cui è possibile attribuirela quasi totalità del bioetanolo prodotto,assume particolare rilievo soprattutto inBrasile dove molte automobili funzionanocon etanolo ottenuto da canna da zuc-chero utilizzato sia sotto forma di alcolpuro che miscelato alla benzina. Si ha poi la sezione amidacea in cui ilbioetanolo è ottenuto a partire da mate-


re soltanto in scala di laboratorio, sonostati già realizzati con l’obbiettivo di per-fezionare, da un punto di vista tecnologi-co, i diversi punti della filiera. Dei princi-pali componenti della biomassa lignocel-lulosica (cellulosa, emicellulosa e lignina),soltanto la cellulosa e l’emicellulosa sonocostituite da zuccheri fermentescibili, per-tanto solo queste possono essere utiliz-zate per la produzione dell’etanolo. Unodei punti critici che caratterizza perciòquesta sezione della filiera è la separazio-ne fisica della cellulosa e dell’emicellulo-sa dalla lignina. Questo obiettivo puòessere perseguito mediante trattamentichimico–fisici (il più studiato utilizza ilvapore saturo ad alta pressione ed èdenominato steam explosion), chimici(con acidi) o meccanici (con sistemi dipresse). Una volta liberate dalla lignina, lacellulosa e l’emicellulosa vengono quin-di sottoposte ad un processo di idrolisiche potrà realizzarsi o per via chimica,attraverso l’impiego di acidi, o per viaenzimatica. L’idrolisi acida può essere condotta secon-do due diverse modalità, o in un’unicafase utilizzando un acido concentrato,oppure in due stadi separati attraversol’impiego di un acido diluito. Nel primocaso al materiale cellulosico viene aggiun-to, in rapporto 1,25:1 e alla temperaturadi 50 °C, acido solforico concentrato (al70–77%); questo dopo aver decristallizza-to la struttura vegetale, viene diluitomediante l’aggiunta di acqua che attiva lavera e propria fase di idrolisi. Quella chesi forma è una sostanza colloidale cheviene poi sottoposta a pressatura per divi-dere la componente “acido/zuccheri” dalresiduo solido. Infine, mediante un pro-cesso di distillazione, si andranno a sepa-rare, dalla porzione acida, gli zuccheri(xilosio e glucosio) che potranno così

picale. La produttività media europeainfatti, che dipende ovviamente dalla col-tura utilizzata, è attualmente stimata intor-no ai 2.790 litri per ettaro in virtù di unaresa media in semi di circa 7 tonnellateper ettaro e di una capacità estrattiva di400 litri per tonnellata. Tale valore è net-tamente inferiore rispetto a quello realiz-zabile nei paesi a clima tropicale come ilBrasile ad esempio in cui la canna da zuc-chero ha una resa media di 69 tonnellateper ettaro; che significa, considerando unrapporto di conversione in etanolo di 90litri per tonnellata, 6.200 litri di biocom-bustibile prodotti per ogni ettaro di ter-reno impiegato. Alti tassi di produttivitàsi hanno anche in India dove si raggiun-gono circa 5.300 litri per ettaro. Cifre ditale portata riferite ai paesi sopraccitatiportano a serie riflessioni in materia diconvenienza energetica dell’importazionedi bioetanolo per il mercato europeo: seinfatti il bioetanolo da canna da zucche-ro dovesse diventare una commoditymondiale, appare scontato che regionicome il Sud America, l’India, il Sud–estAsiatico e l’Africa diventeranno i maggio-ri esportatori. Risulta quindi fondamenta-le ottimizzare la conversione di biomassealtamente produttive alle nostre latitudi-ni: sebbene attualmente non vi sia a livel-lo mondiale una produzione industriale dietanolo di origine cellulosica, la possibi-lità di valorizzare, attraverso questa via, iresidui lignocellulosici sta suscitandomolto interesse soprattutto in considera-zione dei modesti costi che è necessariosostenere per il reperimento della mate-ria prima. La volontà dunque di puntarealla sezione cellulosica per la produzionedi bioetanolo appare evidente; nonostan-te infatti siano necessari ancora notevoliinvestimenti soprattutto nel settore dellaricerca, molteplici impianti pilota, seppu-


gravando significativamente sulla sua eco-nomicità, ne limita a pieno lo sviluppo. Pertale motivo sono in corso di ottimizzazio-ne alcune soluzioni impiantistiche che ten-dono a semplificare questo processo pro-duttivo; tra le principali, in riferimento allascissione di tipo enzimatica, si ricordano:� Impianti SHF (Separated Hydrolysis and

Fermentation). Sono previsti quattroreattori per i quattro stadi del proces-so produttivo: produzione dell’enzimacellulasi, idrolisi enzimatica della cellu-losa e dell’emicellulosa, fermentazionedegli zuccheri a sei atomi di carbonio,fermentazione degli zuccheri a cinqueatomi di carbonio.

� Impianti SSF (Simultaneous Saccharifi-cation and Fermentation). Sono previ-sti tre reattori ed è introdotta una certasimultaneità tra gli stadi del processo:un reattore è utilizzato per la produzio-ne delle cellulasi, uno per l’idrolisi enzi-matica della cellulosa e dell’emicellulo-sa e per la contemporanea fermenta-zione degli zuccheri a sei atomi di car-bonio, e infine uno per la fermentazio-ne degli zuccheri a cinque atomi di car-bonio.

� Impianti SSCF (Simultaneous Saccharifi-cation and Co–Fermentation). È incre-mentato il grado di simultaneità e sonoprevisti due reattori: uno per la produzio-ne delle cellulasi, l’altro per l’idrolisi enzi-matica della cellulosa e dell’emicellulosae per la fermentazione degli zuccheri.

� Impianti DCM (Direct MicrobialConversion). L’intero processo produtti-vo è realizzato in un unico reattore ed ècaratterizzato da una completa simulta-neità tra la produzione delle cellulasi,l’idrolisi della cellulosa e dell’emicellulo-sa e la fermentazione degli zuccheri.

In merito alla produzione del bioetanolouna delle questioni più controverse è valu-

essere convertiti in bioetanolo medianteil consueto processo di fermentazionealcolica. Come detto poi, l’idrolisi acidapuò compiersi anche impiegando unacido diluito. In questo caso però la con-versione della biomassa vegetale in zuc-cheri si realizza in due stadi distinti. Ilprimo è diretto all’attacco dell’emicellulo-sa che risulta più facilmente idrolizzabile;in esso si opera con acido solforico in con-centrazione dello 0,7% e a una tempera-tura di 190 °C per circa 3 minuti. Con ilsecondo stadio si realizza invece l’idrolisidella cellulosa (più resistente), la qualeviene ridotta in glucosio impiegando,sempre per tre minuti, H2SO4 alla concen-trazione dello 0,4% e a una temperaturadi 215 °C. In alternativa all’idrolisi acida è possibileattuare l’idrolisi enzimatica: in essa, la scis-sione delle catene di cellulosa ed emicel-lulosa avviene utilizzando particolari enzi-mi detti cellulasi, scoperti inizialmente nelmicrorganismo Trichoderma reesei, mapoi individuati anche in altri gruppi micro-bici tra cui alcuni batteri anaerobici, alcu-ni attinomiceti e alcuni funghi. L’idrolisienzimatica rappresenta la soluzione tec-nologica più recente ed è oggi preferibi-le rispetto a quella di tipo chimico. Ingenerale dunque dal processo di idrolisiattuato su biomasse cellulosiche si otten-gono sia zuccheri tipo C6 (a sei atomi dicarbonio), come il glucosio, che risultanofacilmente fermentescibili, sia zuccheritipo C5 (a cinque atomi di carbonio) cheinvece sono fermentati ad etanolo conmaggiore difficoltà. I primi si sviluppanosia dall’idrolisi della cellulosa che dell’emi-cellulosa, i secondi solo dalla scissone diquest’ultima. La sezione cellulosica per laproduzione del bioetanolo, sebbene siaquella più promettente, soffre ancora oggidi una certa complessità tecnologica che,



La steam explosion (SE) è un trattamento idrotermico innovativo, a basso impattoambientale, mediante il quale è possibile ottenere una vasta gamma di prodotti, utiliz-zando come materia prima le biomasse vegetali (colture energetiche, RSU, residui agri-coli e forestali). Queste, attraverso l’impiego di vapore saturo ad alta pressione (15–30kg/cm2), vengono riscaldate rapidamente all’interno di appositi reattori, nei quali si rea-lizza la separazione delle tre frazioni che comunemente compongono i substrati vege-tali, ovvero emicellulosa, cellulosa e lignina. In questo modo si garantisce un’utilizza-zione totale delle biomasse ottenendo sia prodotti direttamente commerciabili (pasta dacarta, pannelli in fibra, mangimi, ecc.), che composti utilizzabili in molteplici settori(autotrazione, industrie tessili, dolciarie e della chimica di base). L’emicellulosa ad esem-pio, essendo un polimero costituito da zuccheri con 5 o 6 atomi di carbonio, può esse-re usata per produrre dolcificanti (xylitolo) o solventi; la cellulosa, polimero del gluco-sio, è invece impiegata come materia prima nella preparazione della carta, delle fibretessili o come substrato fermentabile per la produzione di alcool (anche etanolo) e infi-ne dalla lignina, composto aromatico, si può ottenere sia energia termica che svariatibio–polimeri come gli asfalti o le fibre di carbonio. Nel processo di steam explosion il materiale organico viene tenuto alla temperatura

La steam explosion

tare l’effettiva convenienza energetica diquesto processo di conversione ovverostabilire se l’energia contenuta nel com-bustibile finale sia realmente maggiorerispetto a quella richiesta per la trasforma-zione della materia prima. Un recente stu-dio condotto negli USA ha evidenziatocome, considerando una coltivazione digrano e un impianto di produzione di eta-nolo di efficienza media, l’energia totaleutilizzata per far crescere il grano e trasfor-marlo in un litro di etanolo e altri prodot-ti ammonti a circa 22,6 MJ. Considerandopoi che l’etanolo contiene 23,5 MJ perlitro e che l’energia immagazzinata neglialtri co–prodotti è pari a circa 7,7 MJ, èpossibile ritenere che nel complesso i pro-dotti del processo di conversione conten-gono 31,2 MJ di energia, con un guada-gno per litro di etanolo ottenuto pari dun-que 8,6 MJ. Tale valore può raggiungereanche i 16,2 MJ per litro, considerandoprocessi di produzione e trasformazionead alta efficienza, o addirittura assumerevalori negativi nel caso in cui il grano siacoltivato con bassa efficienza, con spreco

di acqua per l’irrigazione o cattivo sfrutta-mento del terreno e trattato poi in impian-ti non cogenerativi o privi di processi effi-cienti in termini energetici. È dunque dif-ficile fare una stima univocamente validasul bilancio energetico del processo diproduzione del bioetanolo, questa infattidipende da fattori estremamente variabi-li come: tipo di coltura adottata, condizio-ni pedoclimatiche del luogo e caratteristi-che dell’impianto di conversione. Appare comunque chiaro che se il merca-to dell’etanolo subirà un’espansione, lecolture cellulosiche, più che quelle amida-cee e zuccherine, diventeranno probabil-mente la fonte primaria per la produzio-ne di questo biocombustibile. Le colturecellulosiche, quali gli alberi a crescita rapi-da, rappresentano infatti la filiera più inte-ressante, in quanto usano relativamentepoco fertilizzante, e necessitano di menoenergia per la raccolta rispetto alle coltu-re annuali, consentendo quindi, di rag-giungere rapporti di conversione moltopiù alti di quelli ottenibili sfruttando bio-masse zuccherine e cerealicole.


desiderata (180–230 °C) per un breveperiodo (1–10 minuti) nel corso delquale l'emicellulosa viene idrolizza-ta e resa solubile. Alla fine di questointervallo di tempo, la pressioneviene rapidamente riportata al valo-re atmosferico ottenendo così unadecompressione esplosiva che sfibraulteriormente la biomassa liberandogli elementi costituenti. I settori chebeneficiano di questo pretrattamen-to sono:� Produzione di bioetanolo da scar-ti lignocellulosici.� Industria cartaria. Lo sfibramen-to delle matrici lignocellulosiche e larottura dei legami chimici tra cellu-

losa, emicellulosa e lignina che avvengono durante il processo di steam explosion,costituiscono un requisito indispensabile nei processi cartari. Negli Usa questa tecni-ca viene già applicata su scala semi–industriale in alcuni impianti produttivi di pastada carta dove l’effetto positivo del trattamento è stato riscontrato per matrici di tipoerbaceo (paglia, mischantus, Kenaf) o legnoso (pioppo, pino, eucalipto).

� Industria dei pannelli. Con materiali provenienti dal processo di steam explosion sono staticostruiti pannelli di tipo “truciolato” con buone caratteristiche meccaniche; tra le matriciutilizzate anche la lolla di riso, che risulta difficilmente utilizzabile in altre circostanze.

� Industria dei materiali compositi. Le fibre di alcuni vegetali (lino, paglia), sottopostea trattamento di steam explosion e quindi opportunamente trattate, sono state utiliz-zate nella preparazione di materiali compositi dalla caratteristiche molto interessanti.

� Industria dei mangimi. La rottura dei legami intermolecolari per mezzo della SEaumenta la digeribilità, da parte del bestiame, dei vegetali ad alto contenuto di ligni-na; in questo ambito pertanto mangimi a base di legno e paglia sono già stati svi-luppati e brevettati.

� Produzione di substrati per processi biotecnologici. I materiali derivanti dalla steamexplosion possono essere anche utilizzati in processi biotecnologici come fonte di car-bonio per la crescita dei microrganismi o come substrati di processi fermentativi; par-ticolarmente studiata, in quest’ultimo caso, è la produzione di bioetanolo da biomas-se lignocellulosiche trattate.

� Produzione di zuccheri. Alcuni tipi di zuccheri presenti nelle piante sono particolar-mente interessanti per l'industria dolciaria. Lo xilosio, per esempio, può dare il sapo-re dolce agli alimenti senza procurare carie dentaria perchè non è metabolizzabiledai batteri. Questo zucchero si trova in gran quantità nella emicellulosa e può esse-re estratto semplicemente con acqua calda dopo il trattamento di steam explosion.

� Produzione di composti aromatici. La lignina presente nei vegetali è un polimero com-plesso del propilbenzene, è cioè costituita da molecole aromatiche fortemente legatetra loro a formare un solido reticolo tridimensionale che da rigidità alle piante. Iltrattamento di steam explosion riesce a rompere tale reticolo e i costituenti della ligni-na possono essere recuperati con una semplice estrazione con soda calda. La ligni-na così recuperata costituisce una fonte di sostanze aromatiche utilizzabile nell'in-dustria chimica per la produzione di polimeri, asfalti e altre sostanze complesse.

Nel centro ricerche ENEA di Trisaia è stato realizzato un impianto pilota di steam explo-sion (STELE – STeam Explosion LEgno) che è uno dei più importanti al mondo e vi sipossono trattare fino a 300 kg/h di sostanza vegetale a ciclo continuo.

Rappresentazione schematica di unreattore per la steam explosionFig. 2.10

caratteristiche su citate, ma soprattutto latendenza del bio–olio alla polimerizza-zione, determinano non pochi inconve-nienti al funzionamento dei motori, traquesti si ricordano: la possibilità di averedei depositi sugli iniettori, l’usura dellepareti metalliche, la produzione di eleva-ta fumosità e l’aumento del consumo dicarburante rispetto all’alimentazione connormale gasolio. Per ovviare a questi pro-blemi sono in fase di studio, in partico-lare per i motori diesel di grosse dimen-sioni come quelli navali, sistemi di ali-mentazione in grado di compensare glieffetti indotti dall’alta viscosità e dalbasso numero di cetano, che per gli olivegetali varia in genere tra 33 e 43. Piùdiffusi, specialmente nel contesto dellemacchine agricole, sono invece i motoriadattati con “sistema a due serbatoi”ovvero a doppia alimentazione,PVO/gasolio. Queste macchine, graziealla presenza di un’apposita centralinaelettronica, sono alimentate a gasolionelle fasi di avviamento e arresto mentre,durante il funzionamento a regime e incondizioni ottimali, sono fatte lavorareesclusivamente con olio combustibile.Per superare tutte queste difficoltà e uti-lizzare un prodotto derivato da biomas-se anche nei comuni motori diesel perautotrazione, è possibile fare riferimentoad un derivato dell’olio vegetale puro,ovvero al biodiesel. Questo biocombusti-bile in realtà può essere ottenuto, oltreche da PVO, anche da grassi di animalio grassi di cucina riciclati attuando, incondizioni di bassa temperatura e pres-sione, un processo di transesterificazio-ne. Ricordando che gli oli vegetali sonocostituiti prevalentemente da trigliceridi(acidi grassi + glicerina) e acidi grassiliberi, è possibile affermare che con lareazione di esterificazione la componen-

Il BiodieselUn’ulteriore possibilità di sfruttamentoenergetico della biomassa per la produ-zione di biocombustibili è rappresentatadall’estrazione di oli vegetali da pianteoleaginose quali palma, soia, girasole ocolza. Tali oli, ottenuti da un processo dispremitura a freddo dei semi con succes-siva filtrazione, sono, a tutti gli effetti esenza ulteriori fasi di raffinazione, deicombustibili e, come tali, possono trova-re un impiego nel settore energetico(principalmente per il riscaldamento)analogamente a quanto avviene per icombustibili liquidi di origine fossile.Seppur caratterizzato da un elevato pote-re calorifico, in media paria a 37,5 MJ/kg,l’olio vegetale puro (PVO) presentarispetto al comune gasolio una viscositàfino a 20 volte maggiore, un punto diinfiammabilità nettamente più elevato euna maggiore instabilità termica. Questo pregiudica di fatto l’utilizzo delPVO come combustibile per l’autotrazio-ne, a meno naturalmente di non attuareimportanti modifiche nella progettazionedei motori, che però allo stato attualenon sono giustificate da reali vantaggitecnologici, economici o ambientali. Le


Figura 2.11Olio Vegetale Puro – PVO

trova una giustificazione in ragione del-l’ampliamento dei possibili scenari diimpiego per questo biocombustibile. Ilbiodiesel infatti può essere utilizzato sianell’alimentazione di caldaie e gruppielettrogeni, sia, come detto, in sostituzio-ne del gasolio, per l’autotrazione deimezzi dotati di motori diesel.Quest’ultima possibilità appare oggi par-ticolarmente interessante, non solo per-ché è già teoricamente possibile alimen-tare i veicoli attualmente in commerciocon una miscela di gasolio e biodiesel,ma anche perché è in vigore, in ambitosia comunitario che nazionale, una poli-tica di forte incentivazione, promozionee defiscalizzazione di questo biocarbu-rante. In ambito motoristico è dunque possibi-le impiegare questo prodotto sia puro,sia in miscela con il normale diesel. Nelprimo caso è necessario apportare dellesemplici modifiche sulla componentisti-ca del motore, in particolar modo sul cir-cuito d’iniezione e sui condotti e le guar-nizioni in gomma che devono esseresostituite con altri materiali più compati-bili come rame, acciaio al carbonio, otto-ne, gomme fluorurate o polietilene.Queste correzioni, che vanno sicuramen-te eseguite sui veicoli più vecchi, nor-malmente non sono invece necessariesui motori di recente concezione. Se uti-lizzato poi in miscela con il gasolio, finoad una concentrazione del 20% (B20), ilbiodiesel è impiegabile in tutti i mezzitrasporto dotati di motore diesel, di qua-lunque età e senza la necessità di nessunaccorgimento tecnico. Recentementealcuni studi, condotti in Austria e inGermania, hanno tra l’altro evidenziatoche la concentrazione limite per evitareinterventi sul motore può addirittura rag-giungere il 30%. L’aggiunta di biodiesel

te alcolica di origine (glicerolo) vieneconvertita in un estere e ciò permette diridurre la viscosità del PVO, che è comedetto più alta di quella dei carburanti diorigine fossile. Per poter essere impiega-to, senza particolari problemi, in sostitu-zione al comune gasolio, è dunquenecessario che il biodiesel possieda spe-cifiche caratteristiche variabili a secondache venga usato come carburante per latrazione o come combustibile nel riscal-damento. Nel primo caso si fa riferimen-to alla norma UNI 10946 (EN 14214),mentre nel secondo vale la UNI 10947(EN 14213). Il confronto tra le principalicaratteristiche di biodiesel, PVO e dieseldi origine fossile è riportato in tabella2.2.Per effetto del processo di raffinazionechimica, la produzione di biodiesel richie-de ovviamente un maggior investimentodi capitali rispetto a quelli necessari peravviare la filiera di utilizzo diretto degli olivegetali, investimento che comunque


Figura 2.12Trattore John Deere modifica-to con sistema a due serbatoi

e centralina elettronica checontrolla in continuo l’alimen-tazione olio vegetale/gasolio

(Sistema Landtechnik GRAML)

atm, dove 1 atm ≈105 Pa). Un altro aspet-to molto importante ai fini dell’utilizzopoi è che questo biocombustibile puòconsiderarsi un prodotto estremamentesicuro sia da maneggiare che da traspor-tare; esso non è infatti soggetto al feno-meno dell’autocombustione ed è per-tanto stoccabile negli stessi serbatoi deldiesel e distribuibile impiegando le infra-strutture e le reti di distribuzione già esi-stenti. Tra gli inconvenienti si ricordainvece che questo prodotto tende a soli-dificare nelle giornate fredde proprio pereffetto della sua elevata viscosità; pertale motivo si possono presentare diffi-coltà nella fase di pescaggio dal serba-toio o durante gli avviamenti a freddo delmotori, difficoltà che comunque posso-no essere facilmente risolte utilizzandoriscaldatori, agitatori o additivi fluidifi-canti.In funzione delle possibili applicazioni ein generale per quanto detto fin ora, ilbiodiesel si propone dunque come un’al-ternativa molto interessante ai tradiziona-li prodotti petroliferi. A frenare in manie-ra sensibile la sua diffusione però contri-buisce in modo significativo il prezzofinale su cui gravano ancora elevati costidi produzione (perlopiù dovuti all’estra-zione dell’olio), di stoccaggio dellesostanze vegetali e di distribuzione. Tuttoquesto rende quindi il biodiesel allo stato

al comune gasolio dunque, può teorica-mente avvenire in qualunque proporzio-ne grazie alla perfetta miscibilità tra que-sti due prodotti; nonostante questo peròspesso si raccomanda di non usare quan-titativi troppo elevati di questo biocom-bustibile nei motori in quanto i livelli dimissioni di NOX, certificati dalle casecostruttrici, potrebbero essere superati.Oltre ad un incremento nelle emissioni diossidi di azoto, la maggior presenza diossigeno è causa anche del ridotto pote-re calorifico inferiore che il biodiesel harispetto al gasolio di origine petrolifera.Questa riduzione del contenuto energe-tico, in parte compensata dalla maggiordensità, si manifesta principalmente conun lieve aumento dei consumi e con unariduzione delle prestazioni del motoredell’8–15%. Il biodiesel si può poi adope-rare, puro o in miscela, negli impianti diriscaldamento per l’alimentazione deibruciatori a gasolio. Anche in questocaso sono necessari alcuni interventi cor-rettivi sul generatore di calore: questiriguardano soprattutto la regolazionedegli ugelli di polverizzazione, il control-lo del rapporto tra aria e carburante (ènecessaria una minore quantità di ariaimmessa sulla fiamma primaria, nel casodi bruciatori multistadio) e la taraturadella pompa volumetrica (pressione dimandata leggermente superiore, 1–1,5


Unità Diesel Biodiesel EN 14214 Olio di girasole Olio di colza

Potere calorifico MJ/kg 42,7 37,2 37,7 37,6

Densità a 15 °C kg/l 0,83 0,86-0,9 0,92 0,91

Contenuto energetico (volumetrico) MJ/l 35,2 32,7 34,8 34,2

Viscosità a 40 °C mm2/s 2-4,5 3,5-5 31,4 36

Punto di infiammabilità °C > 55 ≥ 120 253 > 220

Tabella 2.2 – Confronto tra le principali caratteristiche di biodiesel, PVO e diesel di origine fossile

Fonte: AIEL – Associazione Italiana Energie Agroforestali

vegetale. Ciò avviene in step successiviche prevedono (figura 2.13): la puliziadei semi, la macinazione degli stessi consuccessivo riscaldamento e condiziona-mento, l’estrazione dell’olio per via mec-canica o chimica e infine la sua purifica-zione per depurazione o per raffinazione. La pulizia dei semi, ricavati dalle coltureoleaginose, viene attuata generalmentetramite elettrovagli e magneti, che elimi-nano gli eventuali materiali grossolaniderivanti dalle fasi di raccolta; a questaoperazione segue poi il processo dimacinazione con cui si realizza la fuoriu-scita degli oli dalle cellule. Per favoriretutto ciò, quindi la lisi delle cellule, la dif-fusione della materia grassa dai semi ela separazione dalle componenti di natu-ra proteica, il prodotto della macinazio-ne subisce una fase di riscaldamento, cheviene condotta ad una temperatura di80–90 °C e ad un’umidità compresa trail 7 e il 10%. Si ha quindi l’estrazione degli oli dai semimacinati, questa può essere realizzataper via meccanica o per via chimica. Lascelta tecnologica è dettata principal-mente dal contenuto in materia grassa:per contenuti superiori al 20% in peso èpreferita l’estrazione meccanica, cherichiede dei costi d’investimento minori;per contenuti in materia grassa inferiorial 20% in peso generalmente si propen-de per l’estrazione di tipo chimica.L’estrazione meccanica si avvale di pres-se a vite o di presse idrauliche che pos-sono avere diverse dimensioni e diversecapacità operative a seconda che sianoimpiegate in piccole realtà aziendali, incentri di macinazione specifici, magari avocazione cooperativa, o in veri e propriimpianti industriali.Come co–prodotto della spremiturameccanica a freddo dei semi si ha un

attuale non conveniente rispetto al gaso-lio convenzionale perlomeno fino a quan-do non si considera l’esenzione dal paga-mento delle accise.

La produzione del biodieselCome già anticipato le materie prime uti-lizzate per la produzione del biodieselpossono essere sia oli ottenuti da coltu-re come colza, girasole o soia, sia olirecuperati da usi alimentari medianteopportuni sistemi di raccolta differenzia-ta e successiva rigenerazione. Tali mate-rie prime possono essere utilizzate diret-tamente come combustibili oppure pos-sono essere sottoposte alla reazione ditransesterificazione per l’ottenimento delbiodiesel. Nonostante il recupero ener-getico degli oli alimentari esausti possarappresentare una soluzione particolar-mente interessante, anche in ragione delvalore aggiunto di questa filiera, che con-corre alla riduzione della produzione dirifiuti e all’alleggerimento del caricoinquinante in ingresso negli impianti didepurazione delle acque reflue civili, allostato attuale sono però le colture dedi-cate ad incidere più significativamentesulla produzione di biodiesel. È, quindi,in direzione della conversione alle coltu-re energetiche dei terreni a riposo oppu-re dei terreni destinati attualmente adaltri seminativi che sono rivolte le princi-pali decisioni di politica agricola comu-nitaria. Le coltivazioni tipiche in Europasono quelle del girasole (Francia,Spagna, Italia) e della colza (Germania,Francia, Gran Bretagna e Danimarca)mentre negli Stati Uniti e nei paesi delsud America (Brasile, Argentina) è diffu-sa principalmente la soia. La prima operazione da effettuare perprodurre biodiesel è dunque quella diestrarre dalla pianta oleaginosa l’olio


è condotto il processo di estrazione chi-mica; fissando un rapporto seme–solven-te pari a 1:18, una temperatura dell’am-biente di reazione di 50 °C e tempi dicontatto pari a due ore per la colza eun’ora per il girasole, è possibile ottene-re un ottima efficienza con un residuo dimateria grassa non estratta pari solamen-te all’1%. La modalità di contatto traseme e solvente è scelta in base alla gra-nulometria ottenuta nel corso della maci-nazione: per granulometrie fini, prossi-me a farine, è preferita l’immersione, pergranulometrie più grossolane è adottatainvece la percolazione in controcorrenteper gravità. Va ricordato infine che l’ope-razione di estrazione chimica può esserecondotta sia in continuo, come avvienenegli impianti che trattano almeno250–500 t/giorno di semi, che in discon-tinuo (batch). Le due soluzioni estrattivedescritte fin ora possono in realtà esse-re integrate anche in un unico processonel quale, sostenendo un più elevatocosto di investimento, è possibile ottene-re delle rese molto più elevate, addirit-tura prossime al 100% (si riesce cioè adestrarre dai semi tutta la materia grassain essi contenuta). Adottando quest’ulti-mo sistema, la materia prima macinataviene inizialmente sottoposta a una spre-mitura meccanica parziale, che lascia unresiduo di materia grassa del 20–24%, epoi ad una estrazione chimica che ridu-ce praticamente a zero tale rimanenza. Al

panello proteico utilizzabile nel settorezootecnico per l’alimentazione delbestiame. Nella tabella 2.3 viene ripor-tata la composizione media del panel-lo di girasole il cui prezzo sul mercatoè di circa 100–120 €/t. Esso costituisceperciò una risorsa che gioca un ruolomolto importante soprattutto nell’ambi-to dell’analisi costi–benefici, la qualepermette di valutare la reale convenien-za economica della filiera produttiva delbiodiesel.L’estrazione chimica prevede invece l’im-piego di solventi organici; quelli mag-giormente utilizzati sono: il tricloroetile-ne, l’esano, il solfuro di carbonio, il pro-pano, l’etano, il pentano e i fluidi super-critici, ossia gas (ad esempio CO2 e SO2)liquefatti a pressioni elevate e a tempe-rature basse. Generalmente la resa in oliovegetale dipende dalle condizioni in cui


Operazioni da condurre per l’estrazione dell’olio vegetale da semi oleaginosiFig. 2.13

Figura 2.14 - Presse perl’estrazione di olio vegetale da

50 e da 300 kg/h

to, risiede soprattutto nella minore acidi-tà di quest’ultimo; si tratta di una carat-teristica molto apprezzata ed è proprioper questo che il processo di raffinazio-ne è quello che viene maggiormenteadottato nella pratica. Comprendendoinfine nell’operazione di estrazione anchela fase di purificazione si può ritenereche la resa complessiva in olio vegetaleè pari a circa il 34,4% in peso.Come già precedentemente accennato,per valorizzare energeticamente il PVO,la strada maggiormente seguita è quel-la di convertirlo chimicamente in biodie-sel attraverso un processo noto con ilnome di transesterificazione, in cui i gras-si contenuti nell’olio vegetale reagisco-no, in presenza di un catalizzatore, conun alcol, generalmente metanolo (ma sipuò in alternativa usare anche l’etanolo),per formare estere metilico (biodieselappunto) e, come prodotto secondario,glicerina grezza. Tale processo ha comeprincipale risultato quello di ridurre laviscosità degli oli di partenza rendendo-li compatibili con alcuni usi energetici ein particolare con l’uso del biodieselcome carburante per l’autotrazione.Industrialmente esistono fondamental-mente due modalità per realizzare latransesterificazione: utilizzare come cata-lizzatore una base (NaOH o KOH), oppu-re realizzare una catalisi acida. In gene-rale il metodo più utilizzato è il primo,questo infatti, oltre a garantire una mag-giore efficienza di conversione, parimediamente al 98%, risulta anche econo-micamente più vantaggioso, dato chesono richieste temperature e pressionioperative più basse. Si procede allora aduna breve descrizione del processo diesterificazione in ambiente basico che,come è possibile vedere dalla figura2.15, si sviluppa in step successivi.

termine della fase estrattiva la quantità diolio vegetale grezzo ottenuta è media-mente pari al 37% in peso del quantita-tivo di semi oleaginosi avviati al proces-so di estrazione. Le caratteristiche quali-tative del prodotto così ottenuto nonsono però ancora compatibili con l’even-tuale conversione chimica in biodiesel,che necessita invece di una preventivaoperazione di purificazione dell’olio grez-zo estratto. Tale operazione può esserecondotta secondo due diverse modalitàche si differenziano per il livello qualita-tivo conseguito, più elevato se si attuauna raffinazione, meno se invece si optaper una depurazione. Quest’ultima èdiretta alla rimozione delle impurità (cere,resine, pigmenti e mucillagini) presentinell’olio grezzo ed è condotta con acidosolforico, con soluzioni acquose di salioppure mediante la percolazione attra-verso delle terre adsorbenti. La raffinazio-ne permette di rimuovere le impuritàoperando invece con soluzioni saline,con acido fosforico oppure con acidocitrico; essa inoltre riduce l’acidità deglioli mediante neutralizzazione fisica (a unatemperatura di 240–260 °C e in condi-zioni di sottovuoto, 1 mbar) o chimica(operando con sodio idrossido a unatemperatura di 60–80 °C e a pressioneatmosferica). La principale differenza,dunque, tra olio depurato e olio raffina-


Umidità 6-8%

Grasso 15-23%

Proteine 19-23%

Ceneri 5-6%

Fibra grezza 25-28%

Estratti inazotati 16-18%

Tabella 2.3 – Composizione del panello di girasole

Fonte: AIEL – Associazione Italiana Energie Agroforestali

to dei suoi svariati utilizzi e quindi del suoelevato valore economico. La glicerinaottenibile, che è circa il 10% in peso del-l’estere prodotto, ha infatti oltre 800diversi impieghi specialmente nell’indu-stria farmaceutica e cosmetica. Una voltacompletata l’operazione di transesterifi-cazione i due prodotti subiscono: un pro-cesso di purificazione, per l’eliminazionedei residui catalitici, una distillazione sot-tovuoto (stripping) per la rimozione delmetanolo, che viene poi accumulato peril riutilizzo, e infine una neutralizzazionedai saponi formatisi nel reattore dai qualiè possibile ottenere dei sali eventual-mente impiegabili come fertilizzanti. Seil processo base per la produzione di bio-diesel è quello appena descritto, le solu-zioni impiantistiche per la sua realizzazio-ne possono essere differenti, a secondadelle condizioni imposte nell’ambientedi reazione. La scelta tecnologica scatu-risce principalmente dalla valutazionedelle quantità da trattare, della periodi-cità con cui le materie prime sono dispo-nibili nel bacino afferente e della qualitàdegli oli in ingresso nell’impianto.Le principali tecnologie, che si distinguo-no soprattutto per la temperatura e lapressione di processo, sono le seguenti:� Impianto a temperatura ambiente. Il

processo è svolto a 20 °C, a pressio-ne atmosferica e tramite la catalisi daparte dell’idrossido di potassio o del-l’idrossido di sodio. È indicato per iltrattamento in batch, con produzionidi biodiesel fino a 3.000 t/anno. Iltempo di reazione è di 8 ore.

� Impianto a temperatura medio–alta.La reazione è condotta a 70 °C, a pres-sione atmosferica e ancora tramitecatalisi con KOH o NaOH. Questosistema è indicato per il trattamento incontinuo e in batch, con produzioni

Inizialmente si crea una miscela tra ilcatalizzatore e il metanolo, con una ecce-denza di quest’ultimo per assicurare latotale conversione dei trigliceridi in este-re; tale miscela è quindi introdotta all’in-terno di un reattore chiuso dove si troval’olio vegetale e qui viene lasciata per untempo variabile da una a otto ore nellequali avviene prima la conversione degliacidi grassi liberi e successivamente larottura delle molecole di trigliceridi.Quando la reazione di transesterificazio-ne ha avuto luogo i prodotti sono neu-tralizzati mediante l’aggiunta di acidi.All’interno del reattore si hanno adessodue fasi distinte e facilmente separabili:nella parte alta si accumula l’estere meti-lico, indicato anche con la sigla FAME(Fatty Acid Methil Esters), mentre nellaparte basse si deposita, essendo piùpesante, la glicerina. Quest’ultima, checostituisce il principale sottoprodottoricavabile dalla sintesi del biodiesel, haun notevole valore aggiunto per l’impian-to di esterificazione soprattutto per effet-


Conversione del PVO in BiodieselFig. 2.15

denti ed è pertanto giustificata soloper produzioni di biodiesel superiorialle 25.000 t/anno, sia in continuo, siain batch. A differenza di quanto vistofin ora la conversione viene condot-ta in catalisi acida attraverso l’impie-go di acido solforico che consente iltrattamento di oli vegetali ad eleva-ta acidità.

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fino a 25.000 t/anno. Il tempo di rea-zione è di circa 1 ora.

� Impianto ad alta temperatura e pres-sione. La transesterificazione è inquesto caso eseguita a 200 °C e allapressione di 50 MPa. Questa soluzio-ne impiantistica presenta dei costi diinstallazione e di gestione ben piùelevati rispetto alle tipologie prece-


Capitolo Tre

55 La conversione termochimica55 La conversione biochimica

[3.1] L’essiccazione della biomassa

Prima di essere impiegata in un qualun-que processo termochimico di conversio-ne energetica, la biomassa subisce gene-ralmente un’operazione di essiccazionecon la quale si cerca di abbassarne il livel-lo di umidità. Per realizzare ciò esistonofondamentalmente tre diversi modi dioperare che possono anche essere adot-tati in successione al fine di ottimizzare icosti e i consumi energetici:� Essiccazione naturale della materia

prima. La biomassa legnosa, compostadai tronchi e dalle ramaglie raccolte inbosco, può essere lasciata ad essicca-re direttamente in loco sia in forma talquale sia previa riduzione in tronchetti.Il grado di umidità finale dipendeessenzialmente dalla durata della fasedi stagionatura e può variare dal 40 al55% dopo la prima stagione, fino adarrivare a valori compresi tra 18–25%dopo due stagioni. Anche sostanzecome ad esempio il grano vengonotipicamente lasciate nei campi ed espo-ste agli agenti climatici così da ridurrein maniera significativa il contenutoalcalino e il cloro che possono portareproblemi di corrosione durante la fasedi conversione. Per quanto concerneinvece le colture erbacee perennanti,

queste subiscono un fisiologico parzia-le decadimento del contenuto d’acquanei mesi tardo invernali e al terminedella stagione vegetativa, quindi, se sieffettua la raccolta sfruttando questacondizione stagionale favorevole si hala possibilità di ottenere della biomas-sa già sostanzialmente secca che nonrichiede ulteriori particolari trattamenti.Per quanto riguarda infine le coltureerbacee annuali, l’impiego di macchinefalcia–condizionatrici consente, attra-verso la rottura e lo schiacciamentodegli steli, di creare già nelle operazio-ni di raccolta un’efficace disidratazionenaturale che garantisce un’umidità fina-le della balla compresa tra il 35% e il40%.

� Essiccazione naturale della materialavorata. Questo processo si applicasoprattutto al cippato, in particolarmodo a quello proveniente dalle ShortRotation Forestry, caratterizzato da uncontenuto di umidità elevato. Nono-stante i chips possano essere stoccati alcoperto, durante i mesi invernali, lostoccaggio estivo realizzato all’aperto ècomunque da preferire, soprattuttoperché più economico considerando labassa densità del materiale e le ampiesuperfici necessarie per l’essiccamen-to. L’altezza del cumulo di chips nondeve essere in ogni caso superiore ai

La conversione termochimica

essere sfruttata per generare internamen-te al reattore l’energia termica richiesta,proprio mediante la parziale combustio-ne della sostanza organica. Questa, comenoto, è costituita generalmente da unamiscela di emicellulosa, cellulosa, ligninae altre sostanze organiche presenti inquantità minori che tendono a subire ilprocesso di pirolisi in diversa misura e tra-mite differenti meccanismi. In questoambito nonostante alcune ricerche sianostate condotte relativamente ai singolicomponenti, la maggior parte degli studie delle sperimentazioni finora effettuateha riguardato solamente la biomassa nellasua interezza, e ciò a causa soprattuttodegli alti costi necessari per la separazio-ne dei costituenti elementari. È comun-que possibile affermare che il grado didecomposizione raggiunto da ciascuno diquesti componenti dipende essenzial-mente da alcuni parametri caratteristicicome: temperatura di reazione, velocità diriscaldamento della biomassa, tempo diresidenza all’interno del reattore, dimen-sione e forma fisica del materiale da trat-tare nonché eventuale presenza di cata-lizzatori. Questi fattori unitamente allacomposizione specifica della sostanzaorganica influenzano in definitiva la resadei diversi prodotti di pirolisi che si distin-guono in:� una frazione gassosa a basso–medio

potere calorifico contenente CO, CO2,idrocarburi (CH4, C2H4, C3H6), H2O, H2;

� una frazione liquida oleosa contenentecatrame, acqua e composti organici abasso peso molecolare come aldeidi,acidi, chetoni, alcoli;

� un prodotto solido costituito da residuia più alto peso molecolare come por-zioni carboniose, ceneri, inerti e speciemetalliche.

La temperatura gioca sicuramente un

7–8 metri a causa del naturale riscalda-mento delle parti interne della massa(sopra i 60 °C) che può innescare feno-meni di autocombustione. Il processodi essiccamento si accompagna allanaturale decomposizione biologicadella biomassa con una conseguenteperdita di peso del materiale.

� Essiccazione forzata della materia lavo-rata. L’utilizzo di questa tipologia diessiccamento consiste nell’esposizionedella biomassa a sorgenti di calore (tipi-camente aria calda) e comporta gene-ralmente un notevole consumo d’ener-gia, che di fatto riduce l’efficienza ener-getica complessiva dell’impianto di con-versione e aumenta i costi di utilizzazio-ne. Questo sistema dovrebbe esserepertanto adottato solo in particolari casi:quando ad esempio l’essiccazione natu-rale non è sufficiente ad ottenere il livel-lo di umidità voluto, oppure quandol’energia termica è ottenuta impiegan-do calore residuo derivante da altri pro-cessi di lavorazione.

[3.2] Pirolisi e tecnologie applicabili

La pirolisi è un processo di decomposizio-ne termochimica della biomassa ottenu-to mediante l’applicazione di calore atemperature comprese tra 400 e 800 °C,in completa assenza di elementi ossidan-ti, o al più impiegando una ridottissimaquantità di ossigeno (parziale gassifica-zione). Sebbene il calore necessario a tale pro-cesso sia quasi sempre prodotto esterna-mente e fornito in maniera indiretta allabiomassa da trattare, la presenza di unaridotta quantità di agenti ossidanti può


diversi prodotti ottenibili, metta in eviden-za come in realtà il processo di pirolisipossa avvenire secondo diverse modalità;le più comuni sono: pirolisi lenta, pirolisiconvenzionale, pirolisi veloce e pirolisiultraveloce.

Pirolisi lentaSi tratta di un processo caratterizzato datemperature di reazione particolarmentebasse che tipicamente sono comprese trai 300 e i 500 °C. Le velocità di riscaldamen-to del combustibile sono anch’esse parti-colarmente limitate, mentre i tempi di per-manenza in assenza di ossigeno sonomolto lunghi e possono variare dai 5 ai 30minuti. Questo particolare tipo di pirolisiviene generalmente impiegato per pro-durre elevate quantità di solidi carboniz-zati (char) che possono raggiungere ancheil 35% in peso della biomassa inizialmen-te introdotta nel reattore. La parti liquidee gassose, che in genere costituisconorispettivamente il 30 e il 35% della mate-ria organica iniziale, sono in questo casoconsiderati come dei co–prodotti da uti-lizzare ad esempio nell’industria chimica,o come combustibili per la generazionedell’energia termica necessaria allo svol-gimento dello stesso processo di pirolisi.Una tipica applicazione di questa metodo-logia di conversione è ad esempio la car-bonizzazione della biomassa legnosa,conosciuta sin dai tempi più antichi, emediante la quale si procede al recuperodella sola frazione solida, che prende ilnome di carbone vegetale, minimizzandocontestualmente le altre componenti.

Pirolisi convenzionaleLa pirolisi convenzionale viene realizzataadoperando velocità di riscaldamentodella biomassa moderate, pari a circa 20°C/s, temperature di reazione inferiori ai

ruolo determinante nel definire le propor-zioni tra le varie frazioni; all’aumentare diquesta infatti si ha in generale un incre-mento della fase gassosa per effettosoprattutto delle reazioni di devolatilizza-zione che tendono a prendere il soprav-vento rispetto a quelle di charring (carbo-nizzazione), maggiormente presenti aibassi regimi termici. Ciò fa si che si realiz-zi una rapida diminuzione del residuo soli-do nel quale tra l’altro, per effetto dellealte temperature, si riducono le porzionicatramose a vantaggio soprattutto di car-bonio fisso e ceneri. La parte liquida inve-ce, che è quella energeticamente più inte-ressante, presenta un massimo di produ-zione a circa 500 °C e comunque quandoi tempi di raffreddamento sono compresitra 0,5 e 2 secondi. In queste condizioni ivapori di tar, che cominciano a liberarsidalle particelle di biomassa per tempera-ture superiori ai 200 °C, vengono fatti con-densare prima che subiscano dei feno-meni di cracking (favoriti proprio da tem-perature e tempi di residenza elevati) cheporterebbero alla formazione di un mag-gior quantitativo di prodotti gassosi: mag-giore è la permanenza della sostanzaorganica all’interno reattore minore sarà laresa in frazione liquida mentre superiorerisulterà, a seconda del regime termicoadottato, la resa in specie gassose o char(solidi carbonizzati). In conseguenza aquanto detto finora, una elevata velocitàdi riscaldamento della biomassa, indicati-vamente compresa tra 10 e 200 °C/s, nonpuò che aumentare la produzione dellafase liquida a scapito naturalmente deglialtri composti.

Le tecnologie di pirolisi applicabiliLa possibilità che si ha di modificare,come visto, i principali parametri operati-vi al fine di regolare le proporzioni tra i

57 La conversione termochimica

rire lo sviluppo di frazioni carbonizzate.Per realizzare questa condizione, come sivedrà, o si utilizzano particelle di biomas-sa di dimensioni ridotte, come si fa adesempio nei reattori a letto fluido, oppu-re si cerca di riscaldare rapidamente lasuperficie esterna della sostanza organicaa contatto con la sorgente di calore, comeinvece accade nella pirolisi ablativa. Latecnica della fast pirolisi è quella prevalen-temente adottata in virtù proprio dell’ele-vato quantitativo di sostanza liquida otte-nibile che viene comunemente definita“bio–oil” o “bio–crude–oil”.L’olio di pirolisi, che viene ottenuto sotto-ponendo i vapori formatisi all’interno delreattore ad un rapido raffreddamento(quenching) per contatto con liquidi aduna più bassa temperatura, si presentageneralmente di colore marrone scuro econ una composizione che è fondamen-talmente la stessa della biomassa da cuideriva. Esso può esse considerato comeuna micro emulsione dove la fase conti-nua, costituita da una soluzione acquosadi prodotti derivanti dalla decomposizio-ne della cellulosa, stabilizza la fase discon-tinua che è invece formata da macromo-lecole di lignina. Il bio–olio è dunque una miscela com-plessa di idrocarburi ossigenati con unapercentuale considerevole di acqua deri-vante sia dall’umidità originaria, che dalcracking delle sostanze chimiche costi-tuenti la biomassa. La percentuale tipicaè generalmente compresa tra il 15 e il30% in peso e dipende dal materiale dialimentazione nonché dalle modalità diproduzione e di raccolta. Per avere valorimedi (≈ 22%) si consiglia di adoperaredella sostanza organica già essiccata econ una umidità residua non superiore al10% poiché, sia questa che l’acqua di rea-zione (circa il 12% se si utilizza materiale

600 °C e tempi di residenza variabili da 10secondi a 10 minuti. Adottando questecondizioni operative quello che si ottienesono quantità pressoché comparabilidelle tre frazioni, ovvero di char, gas eliquido. Si tratta tuttavia di una tecnologianon particolarmente diffusa a causasoprattutto dell’elevato numero di pro-dotti difficilmente trattabili e commercia-lizzabili, della più bassa efficienza nellaproduzione di gas e liquido e dei proble-mi connessi alla trasmissione di calore alreattore.

Pirolisi veloce (fast pirolisi)Come già accennato operando con tem-perature di circa 500 °C e tempi di con-tatto relativamente brevi, tipicamenteinferiori a 2 secondi, si riesce a massimiz-zare la resa della frazione liquida che puòin questo caso raggiungere anche l’80%in peso della sostanza organica introdot-ta nel reattore. Ciò e quello che vienefatto in un processo di pirolisi veloce in cuil’obbiettivo è portare rapidamente le par-ticelle di biomassa alla temperatura otti-male, minimizzando contemporaneamen-te la loro esposizione ai regimi termiciintermedi per i quali si andrebbe a favo-


Figura 3.1Bio–Olio

no all’interno del reattore vengono ripuli-ti, mediante l’impiego di sistemi a ciclonee con non poche difficoltà, da ceneri e fra-zioni carbonizzate. Il char recuperato, secaratterizzato da un baso contenuto diceneri, possiede un potere calorifico infe-riore relativamente alto e pari a circa 30GJ/t; per tale motivo esso può essere uti-lizzato come combustibile sia nello stes-so processo di pirolisi, che eventualmen-te per realizzare il solo essiccamento dellabiomassa in ingresso. L’operazione di puli-zia è dunque assolutamente necessariasoprattutto considerando il fatto che unelevato contenuto di solidi sospesi e/oparticolato di grosse dimensioni pregiudi-ca la possibilità di utilizzare il bio–olio inmaniera efficace. Il char infatti, oltre a cata-lizzare le reazioni di cracking secondario,se contenuto nel liquido condensato con-tribuisce ad accelerare in esso processi dipolimerizzazione con conseguenti proble-mi di instabilità e incremento del livello diviscosità. L’olio pirolitico non può poiessere miscelato con nessun combustibi-le convenzionale derivato dal petrolio equesto pone non pochi problemi di stoc-caggio tra l’altro accentuati dalla necessi-tà, per evitare fenomeni di degrado, dievitare contatti con luce, ossigeno edesposizioni a temperature superiori ai 50°C. Buoni risultati in questo senso si sonoottenuti conservando questo prodottoall’interno di cilindri di acciaio e plasticache hanno permesso, anche dopo diver-si anni, un utilizzo sicuro e senza fenome-ni di deterioramento. Rimane tuttaviafisiologica la tendenza ad un gradualeaumento della viscosità nel tempo che, incasi di estreme variazioni della tempera-tura, potrebbe condurre anche ad unaseparazione di fase con formazione di resi-duo solido. Per aumentare la qualità deglioli pirolitici su di essi vengono eseguiti dei

secco), finiscono nel prodotto liquido e sepresenti in percentuali superiori al 35–40%possono generare in esso instabilità eseparazioni di fase. Confrontando la com-posizione del bio–olio con quella di unnormale olio combustibile (tabella 3.1) sievidenzia, oltre ad una maggiore percen-tuale di ossigeno, anche l’assai più eleva-to quantitativo di acqua che determinaun ridotto potere calorifico superiore (paria circa la metà di quello dei normali oliminerali) e un basso livello di pH favoritodal notevole contenuto di acidi volatilicome acido acetico e formico.L’acqua, la cui presenza comporta comeaspetto positivo la riduzione della viscosi-tà, risulta però difficile da eliminare soprat-tutto a causa dei cambiamenti chimi-co–fisici che si manifestano nel bio–olioquando questo viene fatto evaporare odistillare a temperature superiori ai 100°C. Per tale motivo, spesso, si preferisceutilizzare questo combustibile tal quale,come prodotto di bassa qualità destinatoad esempio all’alimentazione delle calda-ie. Prima di essere condensati in formaliquida i vapori di pirolisi che si sviluppa-


Bio-olio da pirolisi (1) Olio combustibile (2)

Acqua (%) 15-30 <0,05 - 1,5

Densità (kg/m3) 1,20 0,950 - 0,980

Carbonio (%) 56,4 86 - 87

Idrogeno (%) 6,2 10,5 - 11,5

Ossigeno (%) 37,3 1 - 2

Azoto (%) 0,1 0,2 - 0,4

Zolfo (%) - 0,3 - 4

Ceneri (%) 0,1 <0,05 - 0,20

Potere calorifico superiore (MJ/kg) 16-19 42,5 - 43,5

Tabella 3.1 – Confronto tra la composizione chimica del bio–crude e quella dell’olio combustibile di origine fossile

(1) Dati di letteratura(2) Database SSC – (Stazione Sperimentale per i Combustibili)

di sviluppo; pertanto l’applicazione diret-ta del bio–olio o di suoi derivati in ambi-to motoristico, in sostituzione dei prodot-ti di origine petrolifera, appare oggi nonparticolarmente immediata. La stessa cosavale anche per la gassificazione, median-te ossigeno, dell’olio pirolitico in gas sin-tetico da cui si potrebbe addirittura rica-vare attraverso un processo di reformngcatalitico, idrogeno da utilizzare nell’ali-mentazione di celle a combustibile.Attualmente però la strada più facilmen-te percorribile e quella che vede ilbio–crude–oil impiegato ad esempio nellecaldaie per la produzione di calore o incampo industriale per il riscaldamento deiforni di cottura di cemento e calce in sosti-tuzione del tradizionale olio combustibiledi origine fossile. Per quanto riguardainvece la produzione di energia elettricac’è da dire che al momento uno dei mag-giori problemi è quello legato alla quali-tà dei prodotti di pirolisi, che non ha anco-ra raggiunto un livello sufficientementeadeguato con riferimento alle applicazio-ni, sia con turbine a gas che con motoridiesel. Comunque, in prospettiva futura econ riferimento alle taglie degli impianti,i cicli combinati ad olio pirolitico appaio-no i più promettenti, soprattutto in appli-cazioni di grande taglia, mentre motori aciclo diesel, utilizzanti prodotti di pirolisi,sembrano più adatti ad impianti di picco-la potenzialità. Per quanto riguarda poi la frazione solidae gassosa c’è da dire che queste, nella fastpirolisi, rappresentano di fatto dei sotto-prodotti il cui quantitativo alla fine delprocesso di conversione non supera quasimai il 12–13% in peso della biomassa ori-ginaria. Dato che carbone e gas general-mente contengono rispettivamente il 25%e il 5% dell’energia contenuta nei mate-riali di alimentazione e che per realizzare

processi di upgrading con i quali si cercaessenzialmente di ridurre il contenuto diossigeno, il peso molecolare, la viscositàe contemporaneamente aumentare la sta-bilità in funzione della temperatura, lamiscibilità con i combustibili fossili e l’im-miscibilità con l’acqua. A tal uopo le tec-niche principali sono:� zeolite cracking, con la quale, attraver-

so l’utilizzo di catalizzatori selettivi (zeo-liti), si convertono i composti ossigena-ti provenienti dalla biomassa in un pro-dotto ricco di composti organici alchi-lati con punto di ebollizione nel campotipico della benzina;

� hydrotreating, in cui l’olio di pirolisi con-densato viene fatto reagire con idroge-no per rimuovere l’ossigeno e renderlomeno volatile. Si tratta di fatto di una tec-nica basata sul tipico processo utilizzatonelle raffinerie e include: idrogenazionedeossigenazione e raffinazione; i prodot-ti ottenuti con questa tecnica sono idro-carburi nel campo delle benzine.

Questi processi, seppur tecnicamentepossibili, sono allo stato attuale estrema-mente costosi e tra l’altro ancora in fase


Layout di un processo di pirolisi veloceFig. 3.2

processi di pirolisi, quella più prometten-te, numerosi aspetti hanno ancora carat-tere prettamente empirico e richiedonopertanto studi e sperimentazioni mirateprincipalmente miglioramento della qua-lità del prodotto finale. Dal punto di vistatecnologico infatti, si sono fin ora realiz-zati solamente impianti pilota o dimostra-tivi e lo stato di avanzamento della tecno-logia può ritenersi ancora ad un livellopre–commerciale. Problemi di natura tec-nica si riscontrano ad esempio nella fasedi trasferimento del calore alla biomassae nella modalità con cui eseguire il quen-ching (spegnimento) rapido per bloccareal reazione allo stadio voluto. Oggi poiricerca e sviluppo mirano anche al miglio-ramento dell’affidabilità e delle prestazio-ni degli impianti, alla riduzione di costi (alfine di rendere il bio–olio economicamen-te competitivo con l’olio combustibile tra-dizionale) e alla possibilità di integrale latecnologia della pirolisi con sistemi dicogenerazione. Studi devono essere con-dotti inoltre sul bio–olio al fine di limitar-ne l’acidità, che tende ad aumentare allealte temperature per le quali si attiva unvero e proprio processo di invecchiamen-to con reazioni di polimerizzazione e for-mazione di acidi organici che abbassanoil pH a valori compresi tra 2 e 4. Negli USAinfine si stanno conducendo delle ricerchenel tentativo di utilizzare gli oli pirolitici inapplicazioni alternative e non energeti-che. Se opportunamente separati infatti,i preziosi componenti contenuti nelbio–olio (vedasi i fenoli) possono essereimpiegati anche per la preparazione dichemicals come ad esempio nylon, disin-fettanti, nonché adesivi e resine destinatialla produzione di legno compensato.

Pirolisi ultra veloce (flash pirolisi)Viene condotta a temperature superiori ai

la decomposizione pirolitica è necessariocirca il 15% dell’energia contenuta nellasostanza organica, appare evidente chesolo il carbone può essere impiegato perprodurre il calore necessario al funziona-mento del reattore. In alternativa il charrecuperato dal fondo del ciclone, puòessere, in configurazioni impiantistiche piùavanzate, gassificato e trasformato in ungas con un più basso potere calorifico.Questo potrà comunque essere bruciatocon maggiore efficacia e in maniera piùpulita evitando tra l’altro la potenziale for-mazione di scorie che invece tende a veri-ficarsi con la combustione diretta del car-bone. Per quanto riguarda infine la partenon condensabile, ovvero la frazione gas-sosa, essa, che è costituita principalmen-te da una miscela di CO, CO2, CH4 e H2,viene generalmente utilizzata per essicca-re la biomassa, per fluidizzare il letto delreattore o ancora come combustibileall’interno di motori a gas.In conclusione si può ritenere che, tra lediverse tecnologie, la pirolisi veloce è sicu-ramente quella prevalentemente adotta-ta soprattutto in virtù del fatto che comeprodotto si ottiene un combustibile liqui-do che risulta più facilmente stoccabile etrasportabile (con risparmi anche in termi-ni economici) rispetto alla materia primada cui deriva. Questa in teoria può esse-re di qualunque tipo purché risponda arequisiti specifici soprattutto in termini diumidità. Per questo motivo oltre a diver-se tipologie di legnami, è stata testatal’idoneità all’impiego in un processo dipirolisi veloce di circa 100 specie differen-ti di biomassa tra cui: colture energetichecome il miscanto e il sorgo, scarti foresta-li come le cortecce degli alberi e residuidell’attività agricola come paglia, noccio-li d’oliva e gusci di noce. Nonostantecomunque la tipologia fast sia, tra tutti i



Per quanto detto fin ora il reattore rappresenta l’elemento chiave in un processo di piro-lisi nonostante di fatto esso costituisca solamente il 10 o al più il 15% del costo del-l’intero impianto di conversione. Su questo dispositivo si sono nel corso degli anni foca-lizzate numerose ricerche e progetti di sviluppo mirati principalmente al miglioramen-to sia dei sistemi di controllo che della qualità del combustibile liquido ottenuto. Direattori ne esistono per la verità numerose tipologie e attualmente più di 150 compa-gnie nel mondo stanno introducendo sul mercato diverse tecniche innovative di piro-lisi, tra cui le più importanti e utilizzate sfruttano:� Letti fluidi bollenti (BFB),� Letti fluidi circolanti (CFB),� Letti fluidi trascinati (EFB),� Forni ablativi,� Forni a cono rotante,� Forni a letto mobile sottovuoto.Questi sistemi si differenziano principalmente per: la quantità di calore richiesta persostenere il processo di pirolisi, la necessità o meno di utilizzare del gas come agenteveicolante, la pressione operativa (vuoto o atmosferica) e la dimensione elementare dellasostanza organica in ingresso. Per quanto riguarda i reattori a letto fluido (BFB, CFB,EFB), questi sono fondamentalmente analoghi a quelli impiegati nei processi di gassi-ficazione, pertanto una loro descrizione verrà data successivamente. Adesso ci si sof-ferma invece sulle altre tipologie che sono state studiate appositamente per realizzarela conversione pirolitica. Tra queste ad esempio vi sono i sistemi ablativi in cui la bio-massa viene pressata con forza sulla parete calda del reattore per mezzo o della forzacentrifuga, come accade nel brevetto NREL, o di una azione meccanica come invece siverifica nella soluzione messa appunto dall’Aston University. Per realizzare la conver-sione e favorire la formazione di bio–olio si deve inoltre avere un elevata velocità rela-tiva tra le particelle e la parete del reattore la cui temperatura superficiale deve comun-que mantenersi al di sotto dei 600 °C. Così facendo il fronte di pirolisi si propaga attra-verso la sostanza organica a partire dalla zona di contatto dove, in seguito a questecondizioni, si forma uno strato di olio che evaporando viene quindi raccolto per con-

Reattori

Rappresentazione schematica del processo di pirolisiablativa secondo la metodologia

studiata dall’Aston University

Fig. 3.3

Rappresentazione schematica di un reattore

a cono rotanteFig. 3.4


densazione similmente a quanto accade con tutti gli altri sistemi di pirolisi. A differen-za dunque dei reattori a letto fluido, per riscaldare rapidamente le particelle, non è neces-sario ridurre al minimo le loro dimensioni, ma è sufficiente agire sul grado di pressio-ne, sulla velocità relativa con la parete e sulla temperatura di quest’ultima. Questa tec-nologia non pone pertanto, almeno in teoria, nessun limite sulle dimensioni della bio-massa utilizzabile, essa inoltre non richiede la presenza di gas fluidizzanti e di conse-guenza le installazioni sono piccole e potenzialmente più economiche. Un’altra possibilità è rappresentata dai forni a cono rotante. In essi si introducono, nellaparte bassa, delle particelle di biomassa miste a materiale inerte, tipicamente sabbia, cheper effetto della rotazione sono spinte verso l’alto con un percorso a spirale mentre riman-gono contemporaneamente in contatto con le pareti calde del reattore (600 °C) che ruotaa circa 900 giri al minuto. Sulla superficie si formano così vapori e aerosol che vengo-no poi raccolti e processati come negli altri sistemi. Dalla sommità del cono si estrag-gono inoltre sia la sabbia che le frazioni carbonizzate, quest’ultime sono quindi inviatein un reattore secondario a letto fluido bollente dove, per mezzo di un gas fluidizzante,sono bruciate in modo da riscaldare il materiale inerte che viene poi ricircolato all’in-terno del forno. Nonostante sia necessaria una certa quantità di gas veicolante (comun-que inferiore a quella richiesta nei reattori a letto fluido) per alimentare il combustoredel char e trasportare le particelle di sabbia, questi sistemi risultano abbastanza compat-ti e in grado di produrre una frazione liquida pari a circa il 60% in peso della biomas-sa iniziale.Per concludere si dà un breve descrizione anche dei reattori a letto mobile sottovuoto.In questi sistemi la biomassa, caricata dall’altro, per effetto della gravità e della rotazio-ne di elementi raschianti, si muove attraverso diversi piani di pirolisi in cui la tempera-tura aumenta progressivamente passando da 200 a circa 400 °C. I vapori ottenuti dalladecomposizione della sostanza organica sono quindi rimossi rapidamente tramite l’au-silio di una pompa a vuoto che mantiene all’interno del reattore una pressione di circa15 kPa. La frazione liquida, creata ancora una volta all’interno di un condensatore, variageneralmente dal 35 al 50% in peso della biomassa introdotta, pertanto il quantitativodi char prodotto con questa soluzione tecnologica è sicuramente maggiore rispetto a quel-

lo ricavato con altri sistemi. Pertale motivo e per gli elevati tempidi residenza, le applicazioni conletto mobile sottovuoto non pos-sono considerarsi come dei veri epropri processi di fast pirolisi mapiuttosto sono da ritenere inter-medie tra questi e i sistemi dipirolisi convenzionale. I princi-pali vantaggi sono l’assenza digas fluidizzante e la possibilità ditrattare particelle di biomassaanche di grosse dimensioni, tra gliinconvenienti, invece, c’è dasegnalare la particolare comples-sità tecnologica di questi reatto-ri, che risulta ulteriormenteaccentuata dalla necessità dilavorare praticamente in condi-zioni di vuoto.

Rappresentazione schematica di un reattore a letto mobile sottovuoto

Fig. 3.5

toprodotti poi, si hanno anche compostiorganici in soluzione acquosa sui quali èpossibile attivare un processo di digestio-ne anaerobica per la produzione di bio-gas. Il bio–greggio è un liquido organicoviscoso di colore nero costituito da unamiscela di diversi idrocarburi, ha un pote-re calorifico inferiore di circa 30–36 MJ/kge quantitativo di ossigeno relativamentebasso che lo rende più stabile rispettoall’olio pirolitico. Dal bio–greggio si pos-sono separare diverse frazioni: quelle piùpesanti sono utilizzabili in co–combustio-ne con il carbone negli impianti di poten-za o per la preparazione di chemicals,quelle più leggere possono invece esse-re raffinate per produrre un combustibilecon qualità simili a quelle del diesel sfrut-tando ad esempio un processo di idrode-ossigenazione con il quale si rimuove l’os-sigeno e lo si sostituisce con l’idrogeno.Questa tecnologia però, pur essendo suf-ficientemente nota nella raffinazione dicombustibili fossili, richiede ancora, per iltrattamento del bio–greggio, una attentafase di ricerca e sviluppo mirata soprattut-to alla determinazione delle migliori con-dizioni operative. La stessa cosa vale delresto per il processo HTU nel suo com-plesso, in questo caso infatti sono da risol-vere numerose problematiche riguardan-ti perlopiù il trattamento dei reflui organi-ci, le procedure di alimentazione riscalda-mento e conversione della biomassa, non-ché le modalità di pulizia del prodottofinale.

[3.4] La gassificazione

La gassificazione è una tecnologia di con-versione termochimica per mezzo dellaquale legno, biomasse lignocellulosiche

650 °C e con tempi di contatto inferiori alsecondo, quindi ancora più brevi rispettoalla metodologia precedente. A questecondizioni dalla sostanza organica si ottie-ne perlopiù materiale gassoso costituitoprincipalmente da una miscela di monos-sido di carbonio e idrogeno con piccolepercentuali di anidride carbonica. Inseguito ad un rapido raffreddamento èpoi possibile anche in questo caso ricava-re una frazione liquida che presenta però,rispetto al bio–olio prodotto con la piro-lisi veloce, un variazione di composizionepiù ristretta.

[3.3] Il processo HTU (Hydro Thermal Upgrading)

È un processo nel quale la biomassa vienedecomposta in acqua per produrre unliquido simile all’olio greggio dettobio–greggio. Uno dei principali vantaggidi questa tecnologia è che possono esse-re utilizzate diverse tipologie di prodotti,inclusi i residui agricoli o la parte organi-ca dei rifiuti solidi urbani. Il primo stepconsiste nel trattare la biomassa conacqua ad una temperatura di 200–250 °Ce ad una pressione di circa 30 bar; si passaquindi alla fase di riscaldamento subitoseguita dalla sezione in cui avviene, in untempo compreso tra i 5 e i 10 minuti, laconversione vera e propria ad una pres-sione di 120–180 bar e ad una tempera-tura di 300–350 °C. Oltre al bio–greggio,che rappresenta comunque il principaleprodotto di reazione (50%), dall’HTU siottiene anche una frazione gassosa (30%)costituita essenzialmente da CO2

(70–90%) e in minor misura anche da H2

(20–30%) e da piccoli quantitativi di meta-no e monossido di carbonio. Come sot-


bonizzata (char) e le ceneri (non vaporiz-zabili) entrano quindi in contatto con ilmezzo di gassificazione che può esserearia, ossigeno, vapore o una miscela diquesti tre elementi. Da questa parzialeossidazione si sviluppa dunque il calorenecessario a mantenere attivo l’intero pro-cesso di conversione; calore che viene poiassorbito dalle reazioni endotermiche diriduzione dalle quali si formano i costi-tuenti del gas di sintesi. Quando avvienein questa modalità, ovvero con il calorenecessario prodotto all’interno del gassi-ficatore, la gassificazione si dice diretta, seinvece l’energia termica è generata ester-namente al reattore, la gassificazione sidice indiretta o pirolitica. In quest’ultimo caso si utilizza comemezzo di gassificazione il vapore e quel-lo che si ottiene è un gas di sintesi amedio potere calorifico inferiore (circa 10MJ/Nm3). Il contenuto energetico del syn-gas è però estremamente variabile; essopuò arrivare infatti anche a 14 MJ/Nm3, sesi adopera ossigeno puro, o addiritturaridursi fino a circa 4 MJ/Nm3 quando siadoperano i comuni gassificatori ad aria.In funzione del mezzo adottato comun-que, non solo cambiano le caratteristicheenergetiche del syngas prodotto, ma simodificano anche le concentrazioni deglielementi costituenti che sono principal-mente monossido di carbonio, idrogeno,anidride carbonica e metano. A questi sisommano poi anche: azoto, specialmen-te nella gassificazione ad aria, vapore epiccole tracce di idrocarburi come etileneed etano. In tabella sono riassunte le per-centuali volumetriche dei principali com-ponenti del gas di gasogeno distinte infunzione del tipo di gassificazione effet-tuata; i valori riportati sono comunqueindicativi dato che essi dipendono anchedalle caratteristiche specifiche del reatto-

coltivate, residui agricoli o rifiuti solidiurbani sono trasformati in un gas combu-stibile, noto come syngas o gas di gaso-geno, a basso contenuto energetico, mamolto più versatile da utilizzare rispettoalle materie prime da cui deriva. Il proces-so di gassificazione consiste di fatto inuna ossidazione incompleta che si realiz-za ad una temperatura variabile tra800–1.000 °C e ad una pressione chedipende dal tipo di tecnologia impiega-ta. Indipendentemente comunque dallemodalità con cui avviene questa conver-sione termochimica, una volta introdottaall’interno del reattore, la biomassa subi-sce le seguenti quattro fasi: essiccazione,pirolisi, ossidazione (parziale) e riduzione. Inizialmente si ha la fase di essiccazioneche determina, per temperature superio-ri ai 100 °C, l’eliminazione per evaporazio-ne del contenuto d’acqua residuo presen-te nella biomassa (5–35%); questa subiscequindi una decomposizione pirolitica inassenza di ossigeno che produce, finchéla temperatura all’interno del gassificato-re è intorno ai 600 °C, la vaporizzazionedei componenti più volatili della sostanzaorganica con formazione di gas di pirolisi(syngas a basso potere calorifico variabi-le tra 3,5 e 9 MJ/Nm3) e char. La parte car-


Rappresentazione schematica di un processo di gassificazioneFig. 3.6

quello che si ottiene è dunque un com-bustibile estremamente versatile; essopuò essere infatti impiegato per la produ-zione di calore, in normali caldaie, perl’alimentazione di motori a combustioneinterna (ciclo otto e ciclo diesel) o per lagenerazione di energia elettrica in impian-ti turbogas. Quest’ultima applicazione, inparticolare, giustifica a pieno l’operazionedi pulizia condotta precedentemente: perevitare danni alle turbine è infatti di fon-damentale importanza avere nei gas com-busti un limitato quantitativo residuo diparticelle solide, metalli alcalini nonché ditar, i quali, addirittura, devono essereassenti o presenti solo sotto forma divapori. Se impiegato come combustibilenelle turbine a gas, inoltre, è bene che ilsyngas abbia anche un adeguato poterecalorifico inferiore, pari ad almeno 8–10MJ/Nm3, valore che di fatto esclude daquesto tipo di applicazione il gas svilup-pato tramite processi ad aria, che comedetto presenta un contenuto energeticosensibilmente più basso. Un’ulterioreapplicazione poi è quella che vede il gasdi gasogeno impiegato come combusti-bile nei forni per la produzione di cemen-to o di laterizi o in generale per l’alimen-tazione di impianti energetici esistenti suiquali viene eseguito tipicamente un inter-vento di retrofitting. Interessante è anchela possibilità di eseguire sui prodotti dellagassificazione un’operazione di steamreforming con la quale, utilizzando vaporeacqueo ad alta temperatura (820–870 °C)e un catalizzatore normalmente a base dinichel, si riesce a convertire il metano e glialtri idrocarburi presenti nel syngas in unamiscela di idrogeno e monossido di car-bonio impiegabile ad esempio per l’ali-mentazione di celle a combustibile a car-bonati fusi (MCFC). Molto promettenti,nonostante le difficoltà di gestione, sono

re utilizzato e dal tipo di biomassa conver-tita.Non va dimenticato poi che il prodottodella gassificazione contiene anche molteimpurità come ad esempio ceneri, catra-mi, ma anche acidi solforati, HCN, HCl,ammoniaca e metalli pesanti, che rendo-no pertanto indispensabile la presenza diuna fase di depurazione a valle del pro-cesso di conversione prima che il gas disintesi sia impiegato a fini energetici. Lapulizia del syngas, specialmente dai resi-dui bituminosi (tar) e dalle polveri, vieneperlopiù condotta utilizzando sia metodia bassa temperatura, come ad esempio ilwater scrubbing, che metodi ad alta tem-peratura (hot–gas cleanup) basati princi-palmente sull’uso di filtri ceramici. Tali tec-nologie, pur rappresentando un aggravioeconomico non indifferente sull’interoprocesso di conversione, consentonocomunque di ridurre sensibilmente il cari-co inquinante posseduto dal syngas chequindi, qualora dovesse essere bruciato,darebbe luogo ad un livello di emissionidi diversi ordini di grandezza inferiorerispetto a quello prodotto dalla biomassadi partenza utilizzata tal quale. A conclusione delle fase di gascleaning


Aria Ossigeno Vapore

CO 12 -15 30 - 37 32 - 41

H2 9 - 10 30 - 34 24 - 26

CH4 2 - 4 4 - 6 12.4

C2H4 0,2 - 1 0,7 2,5

CO2 14 - 17 25 - 29 17 - 19

N2 56 - 59 2 - 5 2,5

PCI (MJ/Nm3) 4 - 5 10 12 -13

Resa gas (Nm3/kg legno secco) 2 - 3 1,3 - 1,5 -

Tabella 3.2 – Percentuali volumetriche di principali componenti del syngas sud-divise in relazione al tipo di gassificazione effettuata

potere antidetonante, ridotto livello diemissioni) e gli stessi difetti (difficoltà diaccensione a freddo e necessità di inter-venire con modifiche sui motori se impie-gato puro o comunque miscelato allabenzina in percentuali maggiori al 15%). Inprospettiva futura un’altra interessanteapplicazione del syngas ricavato da bio-massa potrebbe essere la produzione didimetilestere, un composto che attual-mente è utilizzato esclusivamente nell’in-dustria cosmetica o come propellentespray, ma che per le sue proprietà, estre-mamente simili a quelle del diesel, si can-dida ad esserne un valido sostituto. Ilbio–DME infatti, a parte una più bassadensità energetica rispetto al gasolio e lanecessità di stoccarlo in pressione (perchéalla temperatura ambiente si trova in fasegassosa), garantisce, se impiegato nell’ali-mentazione degli autoveicoli, notevolivantaggi tra cui: una minor produzione diNOX, assenza di fuliggine allo scarico,minor rumore, mancanza di problemi nellefasi di avviamento a freddo e ridotti effet-ti corrosivi sulle componenti del motore.Simile al gasolio di origine fossile, soprat-tutto in relazione al suo contenuto ener-getico, alla sua densità e alla sua viscosi-tà, è anche il Fisher–Tropsch diesel. Que-sto prodotto, ottenuto impiegando nelreattore di sintesi catalizzatori di ferro o dicobalto, presenta addirittura delle carat-teristiche migliori rispetto al diesel tradi-zionale. È infatti possibile realizzare unacombustione più pulita con ridotte emis-sioni di particolato, NOX e assenza di ossi-di di zolfo; esso è poi dotato di un più altonumero di cetano e ciò si traduce di con-seguenza in una migliore accendibilità chesignifica per il motore maggiori prestazio-ni e maggiore rendimento. A differenzapoi del DME il Fisher–Tropsch diesel sipresenta liquido nelle condizioni ambien-

poi le celle ad ossidi di zolfo (SOFC) lequali, essendo prive di catalizzatori datele alte temperature operative, possonoessere alimentate direttamente con il gasdi sintesi prodotto dalla gassificazionedella biomassa senza la necessità di alcunprocesso di reforming. Sebbene siano possibili, come visto finora, numerose applicazioni, l’utilizzazionedel gas di gasogeno, quale vettore ener-getico, crea non poche difficoltà nelle fasidi immagazzinamento e trasporto soprat-tutto a causa del suo basso contenutoenergetico per unità di volume. Tali incon-venienti tuttavia possono essere superati,trasformando il syngas in una serie di bio-combustibili liquidi come ad esempiometanolo, DME e Fisher–Tropsch diesel.Per poter procedere a questa conversio-ne però il gas di sintesi deve subire, dopola fase di steam reforming, anche una rea-zione di shift che serve ad incrementare laconcentrazione di idrogeno nella miscelaprecedentemente formata e a fissare ilgiusto rapporto tra H2 e CO, che sarà dif-ferente in funzione del tipo di biocombu-stibile desiderato. La sintesi di questi pro-dotti, favorita dall’impiego di specificicatalizzatori, viene condotta all’interno diappositi reattori; i composti liquidi che quisi sviluppano subiscono poi processi dipurificazione e distillazione che ne miglio-rano le qualità e ne rendono possibilel’utilizzo in sostituzione dei tradizionaliderivati petroliferi. Come detto uno deibiocombustibile è l’alcool metilico ometanolo (CH3OH), che può essere age-volmente utilizzato per l’azionamento deimotori a combustione interna in sostitu-zione alla tradizionale benzina. Questoprodotto, caratterizzato da un poterecalorifico inferiore dell’ordine di 21 MJ/kg,ha caratteristiche molto simili all’etanolotanto che presenta gli stessi pregi (alto


L’elevato livello di impurità e sostanzenocive (polveri, catrami e metalli pesan-ti) presenti in questo prodotto rendonoperò non trascurabile il problema dellamessa in sicurezza degli impianti di con-versione i quali posso subire, se nonopportunamente protetti, significativifenomeni di corrosione. Il processi digassificazione richiedono poi una carat-terizzazione della biomassa estremamen-te precisa in termini di qualità, pezzatu-ra e contenuto di umidità: ciò comportacosti di preparazione del combustibilenon indifferenti che contribuiscono a ral-lentare il lancio di questa tecnologia suscala industriale che rimane invece allostato attuale solo in fase dimostrativa.Interessanti sono anche le prospettive diimpiego del pellet come alimentazione,mentre si stanno conducendo ricerchesu metodi per gassificare altri combusti-bili a base di biomassa come ad esem-pio la frazione organica dei rifiuti solidiurbani. Per accelerare il processo di dif-fusione dei sistemi di gassificazione,ricerca e sviluppo operano oggi nel ten-tativo di migliorare la flessibilità di que-sti impianti rispetto alle caratteristichedel materiale di alimentazione, alloscopo di ridurre così i costi di gestione.Si cerca inoltre di perfezionare i tratta-menti per la riduzione delle impurità, distudiare accorgimenti tecnici per attuarela cogenerazione e aumentare in gene-rale l’affidabilità dell’intero processo diconversione. Si passano ora in rassegnale diverse tecnologie di gassificazioneche si differenziano principalmente per ilmodo con cui la biomassa viene messaa contatto con l’agente gassificante; èpertanto possibile distinguere due prin-cipali classi di reattori: a letto fisso(updraft e downdraft) e a letto fluido. Il75% dei gassificatori esistenti in commer-

te e questo rappresenta un indubbio van-taggio soprattutto per quanto riguarda lostoccaggio; esso è inoltre completamen-te miscelabile con il gasolio tradizionale,pertanto può essere impiegato, senza lanecessità di modifiche, sia negli attualimotori diesel che nelle infrastrutture enelle reti di distribuzione già esistenti.Nonostante tutto ciò però, questo pro-dotto così come gli altri biocombustibiliderivati dal gas di sintesi, presenta costidi produzione troppo alti rispetto ai tradi-zionali derivati petroliferi e pertanto la suadiffusione su scala commerciale appareoggi ancora lontana. Il syngas, di cui si è parlato finora, rappre-senta dunque l’obbiettivo principale di unprocesso di gassificazione; bruciare infat-ti un combustibile gassoso anziché bio-massa allo stato solido, è assolutamenteconveniente anche se con questa conver-sione termochimica si perde parte del-l’energia posseduta dalla materia organi-ca originaria. La combustione di un gas,rispetto a quella di una sostanza solida, èinfatti più facile da regolare e controllare,non porta alla formazione di ceneri e per-mette il raggiungimento di temperaturepiù elevate dato il ridotto eccesso d’ariautilizzato e la presenza di preriscaldamen-ti più completi ed efficienti. Oltre al gasdi sintesi, come sottoprodotti del proces-so di gassificazione si hanno degli scartisolidi costituiti principalmente da cenere,che può essere dispersa nel terreno senzaconseguenze ambientali, e carbonellache, avendo un p.c.i. di circa 23 MJ/kg,può essere riutilizzata nello stesso impian-to o rivenduta come combustibile. Per quanto detto fin ora la gassificazio-ne è dunque una tecnologia termochimi-ca particolarmente interessante soprat-tutto alla luce dei possibili impieghi a cuipuò essere destinato il gas di sintesi.


metria uniforme e con un basso contenu-to di particelle fini, così da evitare intasa-menti del letto e garantire un sufficiente“spazio vuoto” per il passaggio dei gasattraverso la griglia. A seconda della dire-zione assunta dal flusso d’aria all’internodel reattore, i gassificatori a letto fisso sipossono ulteriormente dividere in gassifi-catori downdraft, updraft e crossflow.

Gassificatori updraft o controcorrenteIn questo tipo di gassificatore, costituitoda un cilindro in acciaio rivestito interna-mente con materiale refrattario, la bio-massa viene introdotta dall’alto mentrel’aria, ovvero l’agente gassificante, éimmessa alla base del reattore al di sottodella griglia di sostegno. Immediatamenteal di sopra di quest’ultima, la biomassacarbonizzata, cioè la porzione solida rima-nente dopo il rilascio delle sostanze vola-tili, subisce un processo di ossidazioneparziale in cui si raggiungono, comedetto, temperature anche superiori ai1.000 °C. Questa fase da luogo sia alla for-mazione di ceneri, che precipitano attra-verso la griglia e si depositano sul fondo,sia alla produzione di gas caldi che ten-dono a spostarsi verso l’alto trasferendocosì il calore nella zona dove si realizza ilprocesso di riduzione con la formazionedei principali costituenti del syngas.Salendo ancora all’interno del gassificato-re è possibile individuare poi la sezionepirolitica, dove vengono rilasciati i compo-nenti volatili, e quella in cui la biomassaviene disidratata per effetto dell’energiatermica fornita dal gas di sintesi che vieneraffreddato fino a 200–300 °C prima diuscire dalla parte alta del reattore.I vantaggi principali di questo tipo di gas-sificatore sono:� la semplicità costruttiva e di funziona-

mento,

cio sono downdraft, il 20% sono a lettofluido (BFB e CFB), il 2,5% sono updrafte il 2,5% di altri tipi.

Gassificatori a letto fissoQuesti rappresentano la tecnologia piùantica e collaudata per eseguire il proces-so di gassificazione, essi sono costituiti tipi-camente da una griglia posta nella partebassa che sostiene la biomassa e consen-te contemporaneamente il passaggio del-l’aria e lo scarico delle ceneri. Tali reattorisono caratterizzati da temperature di eser-cizio indicativamente comprese tra gli 800e i 1.400 °C, basse velocità di reazione etaglie generalmente inferiori ai 10 MW. Labiomassa può avere una pezzatura ancheabbastanza grossolana (sono ad esempioimpiegabili potature di alberi, pellet ostocchi di mais); purché in fase di alimen-tazione si abbia comunque una granulo-


Schema semplificato di un gassificatore updraft

Fig. 3.7

realtà è meno rilevante quando il syngasè impiegato nell’alimentazione di normalicaldaie; in questo caso infatti l’elevata con-centrazione di catrami e idrocarburi puòaddirittura rappresentare un vantaggiodato l’incremento che subisce, per la loropresenza, il potere calorifico inferiore delcombustibile. In tutti gli altri casi di utiliz-zo, specialmente quando si ha a che farecon turbine, è sempre necessario esegui-re un processo di pulizia particolarmentespinto che come detto viene attuatomediante cicloni, scrubbers o filtri a mani-che in acciaio sinterizzato. Nei gassificato-ri updraft, a causa del minor rischio di inta-samento della griglia, i requisiti per la gra-nulometria della biomassa di alimentazio-ne sono meno severi che nelle altre tipo-logie a letto fisso; i reattori in controcor-rente sono poi già presenti in commerciocon taglie che vanno generalmente da 1a 10 MW e portate massime di circa 4 t/hdi materia organica gassificata.

Gassificatori downdraft o equicorrenteA differenza di quanto visto precedente-mente, nei gassificatori downdraft la cor-rente del gas di sintesi è discendente equindi concorde con quella del combusti-bile solido che viene caricato ancora unavolta dall’alto. Questi reattori sono gene-ralmente caratterizzati da una strizioneche prende il nome di gola in corrispon-denza della quale si realizza la fase di ossi-dazione: lo scopo è quello di creare unazona compatta a elevata temperaturadove far passare i gas di pirolisi e realiz-zare così il cracking dei tar. L’aria necessaria a realizzare il processo digassificazione, che si ricorda essere indifetto rispetto a quella stechiometrica,viene introdotta ad alta temperatura incorrispondenza proprio della sezione di

� l’elevata capacità di combustione dellaporzione carbonizzata, il cui residuofinale nelle ceneri è minimo,

� l’ottimo scambio termico interno tra lecorrenti opposte di biomassa e di syn-gas che comporta basse temperature diuscita dello stesso e quindi un’alta effi-cienza termica.

Il difetto maggiore è invece quello connes-so all’elevato contenuto di ceneri sinteriz-zate e soprattutto di catrame all’internodel gas prodotto. I tar in particolare, chesi formano principalmente durante la fasedi pirolisi, sono la causa di molti probleminegli impianti alimentati con gas di gaso-geno, in quanto essi tendono a conden-sare facilmente provocando così frequen-ti intasamenti. Questo inconveniente in


Schema semplificato di un gassificatore downdraft

Fig. 3.8

Fonte: CAEMA s.r.l.

rimanere in sospensione. Altri difetti sono:la maggiore probabilità di intasamentilegati proprio alla presenza della gola, ciòpertanto impone requisiti più severi circala granulometria della biomassa che deveessere compresa tra 1 e 30 cm;la minore efficienza dell’essiccazione inter-na che comporta la necessità di adopera-re biomassa con un ridotto tenore di umi-dità (inferiore al 20%);la temperatura relativamente alta del gasin uscita (900–1.000 °C) che si traduce inuna minore efficienza termica.Grazie al basso contenuto di tar nel gasdi sintesi, questi gassificatori si prestanobene ad essere combinati con turbine agas o motori a combustione internasoprattutto per la produzione in piccolascala di energia elettrica. Le taglie sonovariabili da 10 kW a 1 MW, mentre allostato attuale la portata massima per que-sto tipo di sistemi è dell’ordine di 500kg/h di biomassa secca.

Gassificatori crossdraftIn questa tipologia di gassificatori l’ariaviene introdotta trasversalmente rispettoalla direzione assunta dalla biomassa checome al solito si muove all’interno delreattore dall’alto verso il basso. In prossi-mità del punto in cui viene immessol’agente ossidante si forma una zona adelevata temperatura dove si concentranole reazioni di ossidazione e riduzione dellasostanza organica. Il calore che qui si svi-luppa favorisce poi nella parte sovrastan-te l’attivazione dei processi di pirolisi e diessiccazione, mentre come al solito leceneri si accumulano nella parte bassadella colonna di gassificazione. Una voltaprodotto, il syngas viene estratto dal latoopposto rispetto punto di ingesso delflusso d’aria, ma allo stesso livello; la suatemperatura in uscita è di circa 800–900 °C

gola attraverso un tubo centrale di ali-mentazione o mediante ugelli posiziona-ti sulle pareti. Nella zona di riduzione, chesi colloca adesso tra la strizione e la gri-glia di sostegno della biomassa, avvienecome sempre la formazione del syngas.Questo, grazie proprio alla particolareforma ad imbuto del reattore, presentadunque un ridotto contenuto di catramiche è possibile stimare addirittura in 1/3di quelli presenti nei gas derivanti da gas-sificatori updraft. La stessa cosa non sipuò dire invece per quel che riguarda lapercentuale di particolato che risulta inquesto caso molto più alta. Ciò è dovutoal fatto che il gas di gasogeno, essendoestratto alla base del reattore, passa attra-verso la griglia di sostegno così come leceneri e le polveri che quindi tendono a


Schema semplificato di un gassificatore crossdraft

Fig. 3.9

contenuti nella cenere. Quando pertantosi è in presenza di biomasse ad alto con-tenuto di cenere è bene sostituire questoagente fluidificante con allumina o com-posti metallici come ad esempio sabbiacromitica. Nelle applicazioni in cui ènecessario invece l’uso di catalizzatori,quando cioè si deve favorire il processo digassificazione o si intende modificare lacomposizione finale del gas di sintesi, imateriali inerti precedentemente menzio-nati possono essere sostituiti proprio dal-l’agente catalitico. Le temperature di eser-cizio, uniformi su tutto il reattore, sonomediamente pari a 800–900 °C, mentre letaglie sono sempre superiori a 1 MW. Ilsyngas ottenuto da questa categoria digassificatori contiene comunque un signi-ficativo quantitativo di tar (superiorerispetto a quello presente nel gasogenosviluppato dai gassificatori downdraft)nonché di particelle solide (char, cenere,sabbia) e pertanto le operazioni di puliziasono ancora una volta necessarie. Conquesti sistemi poi è possibile operareanche in maniera pressurizzata, il vantag-gio è quello di aumentare la capacità pro-duttiva, e ridurre, o eliminare del tutto, lacompressione a monte della turbina; que-sto nel caso in cui ovviamente il syngasvenga utilizzato per alimentare un impian-to turbogas. Operando ad alta pressionepoi diminuisce anche la tendenza a sinte-rizzare della cenere e si ha la possibilità diavere, rispetto ai gassificatori atmosferici,dimensioni più contenute dei reattori. Sequesti sono i principali aspetti positivi, nonmancano tuttavia gli inconvenienti comead esempio: � la difficoltà nell’alimentazione della bio-

massa nel reattore;� i costi di investimento maggiori rispet-

to a quelli sostenuti per i gassificatoriatmosferici, bilanciati comunque da

pertanto, come già visto nel caso del gas-sificatore di tipo downdraft, i rendimentienergetici globali di conversione risultanopiuttosto bassi. Per tale motivo e per ladifficoltà di convertire gli idrocarburi com-plessi, che tendono a rimanere nel gassotto forma di tar, questa tecnologia diconversione è di fatto poco considerata.

Gassificatori a letto fluidoI gassificatori a letto fluido, ampiamenteutilizzati in passato per la gassificazionedel carbone, sono diventati recentemen-te oggetto di studio, sviluppo e commer-cializzazione anche per quanto concernela conversione della biomassa. Per lettofluido si intende in generale una sospen-sione di particelle solide in una correnteascendente di gas, questa, raggiunta unadeterminata velocità, fa si che il letto,composto da fase solida e da fase gasso-sa, si comporti come un vero e proprio li-quido. Applicata alla gassificazione, la tec-nologia del letto fluido garantisce un’ot-tima miscelazione tra l’agente gassifican-te e la biomassa che viene immessa dal-l’altro con una pezzatura generalmenteinferiore ai 20 mm. Questo modo di ope-rare fa si che, rispetto ai sistemi a lettofisso, si abbia una più uniforme distribu-zione di temperatura nella zona di gassi-ficazione, un aumento della velocità direazione e una maggiore resa complessi-va in syngas. All’interno del reattore puòessere poi presente anche del materialeinerte fluidizzante (sabbia silicea, allumina,ossidi refrattari), che ha il compito dimigliorare la diffusione del calore tra levarie particelle di sostanza organica. Tra imaggiori problemi di questa tecnologiaperò bisogna ricordare la tendenza, pereffetto delle alte temperature, alla sinte-rizzazione della sabbia silicea che tendepoi a reagire con i metalli alcalini (Na e K)


fasi. Le temperature operative, che vengo-no regolate tramite il semplice controllodel rapporto aria/biomassa, sono com-prese tipicamente tra i 700 e i 900 °C e ciòpermette di ottenere un syngas con unbasso contenuto di catrami, che general-mente non supera i 3 g/Nm3. Differente èinvece i discorso relativo alle ceneri.Queste, oltre ad essere presenti nel gasdi sintesi in quantità abbastanza rilevanti(superiori rispetto ai gassificatori a lettofisso), tendono, se la temperatura internaè troppo alta, a raggiungere la condizio-ne di fusione, creando così un pericolosointasamento del reattore. Per tale motivosi preferisce utilizzare come combustibilibiomasse che presentano un elevatopunto di fusione delle ceneri (> 1.000 °C);risultano quindi idonee quelle di naturalegnosa, mentre sono sconsigliabili i pro-dotti erbacei che porterebbero, per evita-re questo problema, a limitare la tempe-ratura di esercizio del reattore. Il regimetermico, che si cerca comunque di man-tenere limitato per scongiurare il fenome-no della sinterizzazione, può considerarsi,grazie anche alla presenza di materialeinerte in sospensione nella colonna ascen-dente di gas, praticamente costante sututto il letto fluido. Questa caratteristica,unitamente al buon grado di agitazionepresente all’interno del reattore, fa si chela velocità di reazione sia particolarmenteelevata con conseguenti tempi di residen-za della biomassa nel gassificatore estre-mamente brevi. I reattori BFB, nei quali èpossibile introdurre anche opportuniagenti catalitici per favorire il cracking deitar o modificare la composizione finaledel syngas prodotto, sono generalmentealimentabili con diverse tipologie di bio-massa anche di diverse dimensioni granu-lometriche. A questa estrema flessibilità intermini di pezzatura e composizione della

rendimenti più elevati (la convenienzaeconomica si ha a partire da potenze di30–50 MWe);

� i dispositivi di pulizia a caldo del gas,che sono costosi e ancora in fase di svi-luppo.

Allo stato attuale comunque l’utilizzo piùefficace dei reattori PFB (pressurized fluidbed), per taglie superiori ai 100 MW, èquello connesso alla predisposizione diimpianti IGCC (Integrated Gassifier Com-bined Cycle) dove la produzione di ener-gia elettrica può raggiungere rendimentianche del 35–40%.

Gassificatori a letto fluido bollente(BFB – Bubbling Fluidized Bed)In questi sistemi (figura 3.10), l’altezza delletto, ovvero la regione nella quale il flus-so ascendente di gas mantiene in sospen-sione la fase solida, è tipicamente com-presa tra 1 e 2 metri; queste ridotte di-mensioni si giustificano con il fatto chel’agente gassificante (aria, ossigeno ovapore) viene immesso, alla base del reat-tore, ad una velocità non particolarmenteelevata e comunque mai superiore ai 2m/s. All’interno di questa zona fluidizzata,che si colloca nella parte bassa del gassi-ficatore subito sopra la griglia, la biomas-sa, introdotta lateralmente, viene piroliz-zata a formare componenti gassose eparti carbonizzate che sono al loro voltaconvertite in syngas mediante processi dicracking. Nel letto fluido si formano quin-di delle vere e proprie bolle di gas che,una volta raggiunta la superficie, si libera-no andandosi ad accumulare nella partealta del reattore dove è presente una zonacostituita unicamente da fase gassosa. Laformazione di queste bolle, poi, crea nelletto una sorta di ebollizione che ha l’ef-fetto di migliorare ulteriormente l’agitazio-ne interna e la miscelazione tra le varie


reattore che pertanto è affiancato, nellaparte sommitale, da un ciclone che sepa-ra dal gas tali componenti le quali, al lorovolta, vengono reintrodotte, tramite unapposito condotto, alla base del gassifica-tore: da qui appunto il nome di letto cir-colante. Il combustibile viene inserito nellaparte inferiore del corpo del gassificatore,ad una certa distanza al di sopra della gri-glia di distribuzione dell’aria. Una voltaall’interno le particelle di biomassa comin-ciano a disidratarsi per poi subire in modoabbastanza rapido il processo di pirolisi.Da questo come noto si sviluppa sia unacomponente gassosa, che si muove versola parte superiore del reattore, che una fra-zione carbonizzata che in parte rimaneall’interno del letto e in parte viene trasci-nata dai gas e dagli altri elementi circolan-ti verso il filtro a ciclone. Dopo la separa-zione i char trattenuti vengono come vistorimandati nel gassificatore dove, permezzo dell’aria (o dell’ossigeno) insufflata,avviene la loro parziale ossidazione e lasuccessiva riduzione con formazione deiprincipali componenti del syngas. Nellacolonna principale del reattore si possonoallora distinguere, a partire dal basso, trezone differenti:� fase densa, caratterizzata da una eleva-

ta densità e dalla formazione di bolle digas che tendono a salire in superficie;

� fase intermedia, dove il flusso delle par-ticelle solide si manifesta creando dellenuvole a diversa densità in cui si crea unfenomeno di instabilità analogo a quel-lo della formazione delle bolle;

� fase diluita, in cui la miscelazione delsolido nel gas è ormai omogenea e ladensità risulta essere minore.

In questa tipologia di gassificatori non esi-ste dunque, come accade nei sistemi BFB,il pelo libero del letto fluido o una zonacostituita dalla sola fase gassosa; questa

carica, si aggiungono la facilità di accen-sione e spegnimento del reattore e la suaelevata capacità volumetrica (10–15 t/h dibiomassa secca); di contro va invecesegnalata la presenza di carboni nelleceneri e l’alta temperatura del gas prodot-to, sintomi entrambi di una efficienza diconversione non particolarmente elevata.

Gassificatori a letto fluido circolante(CFB – Circulating Fluidized Bed)In questi impianti il reattore si sviluppasoprattutto in altezza arrivando sino a 8metri; il diametro invece, a differenza deisistemi a letto fluido, risulta abbastanzalimitato mentre molto più elevata è la velo-cità di fluidizzazione che supera i 4 m/s.Tutto ciò fa si che le particelle solide (chared eventualmente materiale inerte) venga-no trascinate in sospensione fino addirit-tura ad uscire dalla colonna principale del


Schema semplificato di un gassificatore BFB

Fig. 3.10

quanto riguarda le ceneri poi, queste, conun simile regime termico, tendono a rag-giungere lo stato liquido e ciò di fattoconsente di realizzare una loro più facilerimozione. Appare evidente dunque chequesta categoria di gassificatori è partico-larmente indicata proprio per il trattamen-to delle biomasse, fermo restando co-munque che a causa dei sofisticati dispo-sitivi di controllo, molto onerosi dal puntodi vista economico, l’utilizzo di questa tec-nologia si giustifica solamente in impian-ti di grande scala. Tipicamente l’agenteossidante impiegato è ossigeno puro ovapore acqueo surriscaldato.

Gassificatori dual bed per gassificazione piroliticaCome già accennato precedentemente,quando si parla di gassificazione piroliti-ca si ha a che fare con una tecnologia incui la biomassa, anziché subire un pro-cesso di ossidazione parziale, viene con-vertita in syngas attuando su di essa ope-razione di riscaldamento indiretto. L’im-pianto, in questo caso, è costituito da duereattori a letto fluido: un gassificatore CFBe un combustore (BFB o CFB). Nel gassi-ficatore il calore necessario per la decom-posizione della biomassa viene ceduto dalmateriale inerte (sabbia silicea), che èopportunamente riscaldato nel combu-store e continuamente ricircolato all’inter-no dell’impianto, mentre la fluidizzazioneviene realizzata mediante l’impiego divapore. Il gas di sintesi prodotto poi,quando esce dal gassificatore, trascinacon se le particelle di sabbia e char; que-ste vengono allora separate da un ciclo-ne e quindi portate al combustore, doveil char viene bruciato e la sabbia riscalda-ta. Quest’ultima una volta assorbita l’ener-gia termica è trasportata dai gas combu-sti all’interno di un secondo ciclone che la

infatti, per tutta l’altezza del reattore, risul-ta miscelata alla componente solida chetende ad addensarsi maggiormente neglistrati bassi solamente per effetto dellagravita. I gassificatori a letto fluido circo-lante, specialmente quelli atmosferici,sono adatti ad una grande varietà di bio-masse; le portate di alimentazione sonomaggiori alle 15 t/h, mentre le taglievanno dai pochi MWt fino a circa 100 MWt

e in futuro si prevede la possibilità di rea-lizzare sistemi CFB con potenze anchemaggiori.

Gassificatori a letto trascinato(Entrained bed)La caratteristica principale di questi siste-mi è quella di avere temperature operati-ve molto alte, superiori anche ai 1.200 °C,che permettono di ottenere un syngascon contenuto di tar pressoché nullo. Per


Schema semplificato di un gassificatore CFB

Fig. 3.11

nologico, nonostante i continui perfezio-namenti appartati, è senza ombra di dub-bio il processo di combustione diretta.Chimicamente esso di fatto consiste inuna reazione esotermica di ossidazionenel corso della quale l’energia chimicacontenuta nel combustibile viene liberatasotto forma di calore. Una vota introdot-ta all’interno della camera di combustio-ne, la trasformazione della sostanza orga-nica di partenza avviene, secondo glischemi classici, in quattro fasi distinte,ovvero riscaldamento ed essiccazione,pirolisi, gassificazione e infine combustio-ne. A caratterizzare questi diversi momen-ti, come già ricordato, contribuisconoessenzialmente la temperatura raggiuntadalla biomassa e il quantitativo di ariacomburente immesso nel combustore cheviene generalmente distinto in due frazio-ni: aria primaria e aria secondaria.Facendo riferimento a delle condizioni diregime, nelle quali il processo di combu-stione si sostiene autonomamente, laprima fase che si verifica, ogni qual voltasi introduce in caldaia della nuova sostan-za organica, è la perdita da parte di que-st’ultima dell’acqua in essa contenuta pereffetto di una disidratazione che tende amanifestarsi fino a circa 200 °C. Con l’au-mentare della temperatura, dalla biomas-sa cominciano a liberarsi alcune sostanzevolatili (gas di pirolisi) le quali, grazie allapresenza dell’aria primaria, vengono inparte bruciate ricavando così il calorenecessario sia per la fase di pirolisi appe-na descritta, che per la successiva gassifi-cazione del char e dei composti catramo-si precedentemente formati. I gas in talmodo sviluppati, costituiti essenzialmen-te da idrocarburi, CO, CH4 e H2, vengo-no poi miscelati alla frazione secondaria diaria comburente e quindi successivamen-te bruciati, realizzando così la fase di com-

separa dagli esausti e la prepara per esse-re nuovamente introdotta nel gassificato-re. Come è possibile intuire la complessi-tà di questo processo rende pertanto dif-ficile sia la realizzazione di impianti digrandi dimensioni che il mantenimento dibassi costi di investimento. Il vantaggioprincipale risiede allora nell’utilizzo divapore come mezzo di fluidizzazione chepermette di produrre un gas a mediopotere calorifico (grazie all’elevato conte-nuto di metano) senza ricorrere all’impie-go di costoso ossigeno. Gli inconvenien-ti invece sono: bassa conversione del car-bonio in tar, in quanto parte del char vieneutilizzato nella combustione, e elevatocontenuto di catrami nel syngas, checomunque possono essere limitatiaggiungendo opportuni catalizzatori abase di dolomite o nichel.Dopo aver passato in rassegna le princi-pali tecnologie di gassificazione oggidisponibili, si può ritenere che il sistemapiù interessante nelle applicazioni di largascala è quello a letto fluido circolante,mentre per le piccole istallazioni, la tipo-logia downdraft è quella che riscuote ilmaggior successo. I gassificatori dunque,che nel passato hanno ricoperto un ruoloimportantissimo soprattutto nella conver-sione del carbone, stanno oggi vivendouna seconda giovinezza legata proprioalla possibilità di sfruttare energeticamen-te le biomasse che tra l’altro stanno for-nendo un forte contributo allo sviluppo inchiave moderna di questa tecnologia.

[3.5] La combustione

Tra i vari processi di conversione termo-chimica delle biomasse fin ora analizzati,quello più maturo da un punto di vista tec-


tiscono in generale una buona penetrazio-ne del comburente tra le porzioni di com-bustibile le quali, al fine di aumentare lasuperficie di contatto, vengono general-mente mescolate mediante fluidizzazioneo movimentazione del letto. Si può rite-nere in generale che il processo di com-bustione venga attuato con buoni rendi-menti se si utilizzano sostanze ricche diglucidi strutturati (cioè cellulosa e lignina)e con bassi contenuti di acqua (inferiori al35%). Forti tenori di umidità comportanoinfatti alcuni inconvenienti come la dimi-nuzione del potere calorifico e della tem-peratura nel combustore, nonché l’abbas-samento del rendimento d’impianto el’aumento del rischio di fenomeni di con-densazione al camino. I prodotti tipica-mente utilizzabili sono allora: legname intutte le sue forme (compresi i residuilegnosi di potatura di piante da frutto edi piante forestali), paglie di cereali, scar-ti delle industrie agrarie e residui derivan-ti dalla raccolta di legumi secchi, di pian-te oleaginose (ricino, catramo, ecc.) o dipiante da fibra tessile (cotone, canapa,ecc.). Come noto, durante il processo di com-bustione, questi prodotti vengono com-pletamente bruciati generando CO2, H2O,piccole quantità di SO2 e naturalmenteceneri il cui quantitativo dipende dal tipodi biomassa utilizzata. La percentuale tipi-ca è nelle paglia compresa tra lo 0,3 e lo0,6%, mentre nelle sostanze legnose que-sta varia generalmente tra il 4 e il 7%.Ognuna di queste diverse tipologie dibiomassa influenza poi sia la scelta deltipo di caldaia, specialmente per quantoriguarda i dispositivi di alimentazione eregolazione, che il costo di produzionedell’energia (in termini sia economici cheenergetici) generalmente variabile in rela-zione alle spese sostenute per la costru-

bustione vera e propria che conclude ilprocesso di conversione termochimicadella biomassa. Quanto detto fin ora viene sempre realiz-zato adottando un quantitativo di aria che,rispetto a quella teoricamente necessaria(quantità stechiometrica), può essere dauna volta e mezza a due volte superiore.Tale eccesso di comburente ha comeobiettivo quello di rendere l’ossidazione,che generalmente si verifica a temperatu-re comprese tra 1.000 e 1.500 °C, il piùpossibile completa, evitando la presenzadi residui incombusti e lasciando tra i pro-dotti finali solamente ceneri finissime lacui presenza si giustifica a causa delle pic-cole quantità minerali (potassio, calcio osilicio) generalmente contenute nel mate-riale di partenza. Bisogna fare attenzionecomunque a non eccedere nel quantita-tivo di aria in quanto, valori troppo eleva-ti porterebbero ad eccessive dispersioni dicalore nei fumi con conseguente calo del-l’efficienza globale del processo. Gli altriparametri caratteristici, che influenzano lacompletezza della combustione, sono poi:la temperatura di reazione, la pezzatura el’omogeneizzazione del combustibile. Perquanto riguarda la temperatura, se da unlato valori sufficiente alti garantiscono unbuon grado di ossidazione della sostanzaorganica con ridotta produzione di incom-busti, dall’altro un eccessivo regime termi-co tende a favorire lo sviluppo di compo-sti inquinanti come ad esempio gli ossididi azoto. Appare chiaro dunque che per andareincontro a queste opposte esigenze, rag-giungendo così le migliori prestazioni, ènecessario affidarsi a sistemi apposita-mente controllati ed efficienti come sonooggi le moderne caldaie. Un altro para-metro determinante è poi la pezzaturadella biomassa: dimensioni piccole garan-


alcune decine di kW fino a qualche MW,che la produzione di energia elettrica (tipi-camente in cogenerazione) per la qualevengono invece allestite istallazioni conpotenze più elevate.

Impianti per la produzione di elettricità Si tratta di impianti che, ad eccezione delsistema di combustione, si presentanoidentici alle comuni centrali termoelettri-che; il calore sviluppato viene infatti impie-gato per produrre vapore surriscaldatoche va poi ad espandersi all’interno di unatradizionale turbina generando così ener-gia elettrica con un rendimento variabiledal 20 al 25%. Le taglie sono generalmen-te funzione sia della tipologia di combu-store adottato che ovviamente delladisponibilità di sostanza organica in locoe vanno da qualche MWe a valori anchedi 50 MWe. Nonostante siano teoricamen-te possibili installazioni di potenza anchemaggiore, allo stato attuale si preferisceperò non superare questi limiti soprattut-to per ragioni di carattere organizzativo egestionale della filiera di approvvigiona-mento del legname o di altri tipi di bio-masse. I sistemi di combustione più comu-ni sono fondamentalmente suddivisibili in3 differenti categorie: a letto fisso a lettofluido e a polvere di biomassa.

Combustori a letto fisso Questi rappresentano indubbiamente letipologia impiantistica più diffusa nei pro-cessi di combustione in quanto godono dinotevoli vantaggi in termini di semplicità,economicità e affidabilità di funzionamen-to. Essi generalmente possono essere ali-mentati con biomasse di diversa natura econ diverso tenore di umidità, presentan-do rendimenti accettabili (70–80%) nono-stante gli elevati eccessi d’aria richiesti. Il

zione dell’impianto, per la raccolta e il tra-sporto della materia prima nonché per itipi di pretrattamenti da essa subiti.Quest’ultimi, effettuati per migliorare lamaneggevolezza, l’immagazzinamento eper limitare i costi di trasporto e la neces-sità di ricorrere a impianti di combustioneeccessivamente costosi, comprendonotipicamente la riduzione delle dimensio-ni, il compattamento, l’essiccazione e illavaggio. Nonostante poi queste opera-zioni, soprattutto quando avvengono conconsumo di energia, determinano spessoun incremento nel costo del kWh prodot-to da biomassa, la loro presenza è comun-que indispensabile al fine di migliorarel’efficienza degli impianti, ridurre le emis-sioni e sfruttare prodotti che altrimentiverrebbero considerati inadeguati. Una volta attuato il processo di combu-stione, il calore sviluppato viene trasferi-to, mediante appositi scambiatori, a deifluidi di processo (acqua, aria, olio diater-mico, ecc.) successivamente utilizzati nellevarie applicazioni. Generalmente talescambio termico viene realizzato sempreall’interno delle caldaie tranne che nei casiin cui si bruciano sostanze con elevatocarico di ceneri, per le quali si preferisceinvece condurre queste fasi (combustionee scambio termico) in due ambienti sepa-rati così da realizzarne un miglior control-lo. La quantità di energia termica ricava-bile è in linea generale una funzione deltipo di biomassa utilizzata, della quantitàdi ceneri e del contenuto di umidità per-tanto, se si fa riferimento al potere calori-fico inferiore, essa normalmente oscilla tra10,5 e 19 MJ/kg. Le applicazioni possibilidi questo processo di conversione termo-chimica, come si vedrà successivamente,riguardano sia la produzione di energiatermica, realizzata in ambito civile e indu-striale con impianti di potenza variabile da


invece sconsigliabile l’impiego congiuntodi legno e biomasse erbacee (ad esempiopaglia di cereali) in quanto queste potreb-bero causare problemi per effetto del lorodifferente comportamento in fase di com-bustione, del loro basso contenuto in umi-dità, e della bassa temperatura di fusionedelle loro ceneri. Per massimizzare l’effi-cienza di conversione di questi sistemi ènecessario ottimizzare la geometria e idispositivi di controllo della griglia al finedi garantire una distribuzione omogeneasia del combustibile, la cui pezzatura nondeve essere troppo piccola, che dell’ariaprimaria tipicamente introdotta dal basso.Avere infatti una distribuzione dell’agen-te ossidante non regolare o comunquenon conforme alle necessità può determi-nare deformazioni della griglia, un più altocontenuto di ceneri disperse o in genera-le lo svolgimento di un processo di com-bustione non completo. Per tale motivo isistemi a griglia hanno subito nel corsodegli anni continui perfezionamenti comel’introduzione di sempre più sofisticatidispositivi di movimentazione, l’adozionedi sensori ad infrarossi per il controllo del-l’altezza delle braci o l’utilizzo di portated’aria differenti a seconda dello stato diavanzamento del processo di conversio-ne. Oltre al comburente introdotto dasotto la griglia, che assume normalmentequantità stechiometriche, per favorire ilcompletamento della combustione si fauso della così detta aria secondaria cheviene invece insufflata al di sopra del lettodi materiale organico. A seconda poi delladirezione assunta dalla fiamma rispetto alpercorso fatto dallo biomassa si possonoavere (figura 3.12):� Sistemi con flusso in equicorrente

(fiamma nella stessa direzione del com-bustibile) che vengono invece impie-gati quando si è in presenza di combu-

comburente è suddiviso in due frazioni:l’aria primaria, che insufflata attraverso ilcombustibile favorisce le fasi di pirolisi egassificazione, e l’aria secondaria, cheiniettata nella zona sovrastante il lettodetermina la completa ossidazione deigas precedentemente formati. Si può rea-lizzare anche la cosìddetta combustione astadi in cui le fasi precedenti sono condot-te in due camere separate; nella primaavvengono i processi pirolitici e di gassi-ficazione, mentre nella seconda si comple-ta la conversione termochimica e realizzail trasferimento dell’energia al fluido.Quando si sceglie questa soluzione ènecessario limitare, anche a scapito di unmixing aria/gas combusti non ottimale, laturbolenza nella camera primaria al fine diavere un letto di braci che si mantenga ilpiù possibile stabile. La turbolenza vieneinvece ricercata nella camera secondariadove spesso si creano appositamente deivortici per migliorare il contatto tra bio-massa e agente ossidante. I combustori aletto fisso comprendono essenzialmente:i forni a griglia e gli underfeed stokers.

Forni a grigliaL’elemento determinante di un forno diquesto tipo è ovviamente la griglia, allaquale è affidato il compito di sostenere efar avanzare all’interno dello camera dicombustione la sostanza organica favo-rendone così l’essiccamento e la sua com-pleta combustione. Questi sistemi vengo-no alimentati generalmente con biomas-se solide, eterogenee sia nella forma chenella composizione ed eventualmentecaratterizzate anche da un elevato conte-nuto di umidità e di ceneri. Si possonopertanto utilizzare combustibili costituitidalla miscela di specie legnose diversetalvolta miste anche a residui agroindu-striali come vinacce, graspi o potature. È


fenomeno della sinterizzazione delleceneri sulle pareti, garantendo così unaumento della vita media del refrattario.

� Sistemi con flusso in controcorrente(fiamma in direzione opposta rispetto alcombustibile) tipicamente adoperatiquando si hanno combustibili a bassopotere calorifico come corteccia umida,chips di legno o segatura. In questocaso i gas caldi passano sulla biomas-sa fresca e umida con la quale si realiz-za uno scambio termico convettivo che,aggiungendosi a quello di natura ra-diante (comunque dominante), favori-sce sia il processo di essiccamento chel’allontanamento del vapore dal letto.Per evitare poi incombusti all’internodel boiler, che porterebbero tra l’altroad un incremento del livello di emissio-ni, è necessario assicurare un buonmixing tra i gas combusti e l’aria secon-daria introdotta.

La griglia è costituita da un insieme di ele-menti detti “barrotti” realizzati in una spe-ciale lega di acciaio al nichel–cromo ingrado di sopportare, grazie anche al siste-ma di raffreddamento ad acqua, tempera-ture di esercizio fino anche a 1.100 °C. Laforma di questi barrotti, nonché i mecca-nismi adottati per il loro movimento e isistemi di avanzamento della biomassacaratterizzano le diverse tipologie di com-bustori che possono essere: “travellinggrate”, “a griglia fissa”, “a griglia mobile”(inclinata o orizzontale), “a griglia vibran-te”, “cigar burners” e “a griglia rotante”(alimentata dal basso o a cono). In lineagenerale i forni a griglia, che arrivano apotenze di circa 20 MWe, sono considera-ti tipicamente come sistemi tutto somma-to semplici, economici, affidabili e dotatidi una buona versatilità di funzionamentodata la loro capacità di operare, tramite ilcontrollo dell’aria primaria, anche al 25%

stibili secchi (residui di legno e paglia)oppure in impianti che usano aria com-burente preriscaldata. Con questa me-todologia si aumenta il tempo di resi-denza dei gas combusti sul letto e per-tanto si favorisce la riduzione delleemissioni di NOX grazie proprio al pro-lungato contatto dei gas con il combu-stibile carbonizzato. Questo può peròfavorire il trasporto delle ceneri volatilifuori dalla camera di combustione edunque una attenta progettazione deiflussi d’aria nel forno si rende semprenecessaria per evitare questo tipo diinconveniente.

� Sistemi con flusso incrociato (il gas fuo-riesce al centro della fornace) che difatto rappresentano una via di mezzo trale precedenti metodologie e sono tipi-camente utilizzati in impianti con came-ra di combustione secondaria verticale.Il controllo della temperatura è general-mente effettuato o tramite il ricircolodei gas combusti, dopo che questi sonostati ripuliti dalle fly ash, oppuremediante il raffreddamento con acquadelle pareti della camera di combustio-ne. Mentre la prima soluzione assicurain linea di massima un miglior grado diregolazione, con la seconda, invece, siriesce ad evitare più efficacemente il


Direzioni tipicamente assunte dai flussi d’aria all’interno di un combustore a griglia

Fig. 3.12

Nei combustori travelling grate (figure3.13–3.15) la sostanza organica da sotto-porre al processo di combustione vienedisposta su una griglia trascinata da unmeccanismo a rulli, simile a quello usatonell’azionamento delle scale mobili, il cuimovimento è realizzato tramite dispositi-vi meccanici o idraulici.Una particolarità di questi sistemi è la pos-sibilità di regolare la velocità di avanza-mento della griglia (e quindi i tempi diresidenza) secondo le esigenze richiestedal tipo di biomassa utilizzata al fine direalizzarne naturalmente la completacombustione. Sfruttando poi questo mo-vimento a cingolo si riesce a realizzare siaun facile smaltimento della cenere, cheviene riversata in modo automatico all’in-

del carico. Si tratta dunque di una tecno-logia che può considerarsi oggi sufficien-temente matura nonostante i continuimiglioramenti apportati, tra cui l’impiegodi nuovi materiali, l’ottimizzazione dellagriglia o i perfezionamenti fluidodinamici.Se in passato infatti si lavorava con un ele-vato eccesso d’aria in modo da mantene-re la temperatura dei fumi sotto i 700 °C,oggi, grazie ai progressi compiuti, si ten-dono a raggiungere anche i 1.200–1.300°C. Questo può essere realizzato se sieffettua un opportuno pretrattamentodella biomassa, al fine di aumentarne ilp.c.i., se si riduce l’inclinazione e la lun-ghezza della griglia, se si adotta un effica-ce sistema di raffreddamento e se si limi-ta l’eccesso d’aria utilizzato.


Figura 3.13Sistema travelling grate

Particolare della griglia e del meccanismo a rulli

Fig. 3.14Rappresentazione schematica di un combustore travelling grate

Fig. 3.15

più semplice tipologia di combustori uti-lizzabili per le applicazioni di valorizzazio-ne energetica delle biomasse, essi tra l’al-tro sono i primi ad essere stati adottatipresso gli impianti di incenerimento deirifiuti solidi urbani. La caratteristica pecu-liare è la presenza di un unico piano gri-gliato fortemente inclinato dove la sostan-za organica, che viene introdotta dall’al-to, mano a mano che perde consistenzaper effetto della combustione avanza finoa cadere in un apposito bacino di raccol-ta delle scorie collocato nella parte bassa.La griglia, oltre alla funzione di sostegnodella biomassa permette poi sia il pas-saggio dell’aria primaria attraverso il lettoche la fuoriuscita delle ceneri più fini.Oggi per la verità questa soluzione trovaun ridottissimo impiego (limitato tra l’al-tro agli impianti di piccola potenza), acausa soprattutto delle difficoltà che siincontrano durante le fasi di trasporto edistribuzione del combustibile all’internodella camera di combustione.I combustori a griglia mobile (movinggrate furnaces, figura 3.16), nonostante ilcosto elevato, risultano essere oggi quel-li maggiormente utilizzati tra tutti i siste-mi a letto fisso grazie soprattutto alla loroestrema versatilità di funzionamento. Traquesti la tipologia più diffusa è sicuramen-te quella con griglia inclinata nella qualela pendenza è generalmente compresatra il 15 e il 35%. Su di essa, una volta river-sato il combustibile mediante dispositivi avite o semplici tramogge, è possibiledistinguere più zone in ciascuna dellequali si localizza una fase specifica del pro-cesso di conversione termochimica checome noto prevede: essiccazione, piroli-si/gassificazione e infine combustione.Queste griglie sono costituite da file dibarrotti mobili alternate con file di barrot-ti fissi; i primi, azionati da attuatori elettri-

terno di una apposita cavità, sia un’effica-ce raffreddamento della griglia che avvie-ne, quando questa non è rivolta verso lacamera di combustione, utilizzando il flus-so di aria primaria proveniente dal basso.Per quanto riguarda poi il sistema di l’ali-mentazione del combustibile, questo puòessere o a vite (screw conveyor) od aspruzzo (spreader–stoker). Quest’ultimoin particolare è molto apprezzato soprat-tutto quando si utilizzano biomasse nonomogenee le quali, essendo introdotteda un’altezza variabile da 1 a 4 metri soprail piano della griglia, permettono di evita-re disuniformità nello spessore e nellacomposizione del letto di sostanza orga-nica. Tra i principali vantaggi si hanno: lapossibilità di condurre in modo uniformeil processo di combustione, ridotte emis-sioni di particolato e facilità nelle opera-zioni di manutenzione. Rispetto a sistemia griglia mobile, che verranno descrittisuccessivamente, la tecnologia travellinggrate presenta però alcuni inconvenientitra cui: tempi di combustione più lunghie un maggior fabbisogno di aria primaria. I sistemi a griglia fissa rappresentano la


Rappresentazione schematica di un combustore a griglia mobile inclinata

Fig. 3.16

no maggiormente gli underfeed stokersche, come si vedrà successivamente, rap-presentano la soluzione più economica. Aseconda delle modalità con cui si realizzail raffreddamento i combustori a grigliamobile si distinguono in:� air–cooled moving grate furnaces, nei

quali si utilizza l’aria primaria per raffred-dare la griglia (adatta per cortecciaumida, segatura, chips di legno);

� water–cooled moving grate furnaces, incui invece si fa uso di acqua (adatta percombustibili secchi, con bassa tempe-ratura di fusione delle ceneri).

Per quanto detto fin ora dunque i forni agriglia mobile inclinata presentano parec-chi aspetti positivi tra cui: la possibilità diutilizzare combustibili molto diversi in ter-mini di umidità e pezzatura, la possibilitàrimescolarli in modo assolutamente effica-ce, la facilità di rimozione delle ceneri,che grazie al movimento non si accumu-lano sulla griglia e quindi non portano afenomeni di sinterizzazione e bloccaggio,e infine l’opportunità di avere alte effi-cienze di conversione visto l’effetto irrag-giante prodotto dalla volta. Non manca-no tuttavia gli inconvenienti connessiall’impiego di questi sistemi che risultano,data la struttura estremamente comples-sa e la presenza di elementi ingombranti,ancora particolarmente costosi. A diffe-renza poi dei forni travelling grate la rego-lazione della velocità di movimento dellagriglia risulta più complicata inoltre, sequesta è troppo alta, si rischia di avere: oun’elevata concentrazione di materialeincombusto nelle ceneri o una disunifor-mità nel letto di materiale organico conconseguente riduzione dell’efficienza dicombustione. Un ulteriore svantaggio èpoi rappresentato dall’elevata inerzia ter-mica di questi sistemi che, per effetto delgrande quantitativo di biomassa trattata e

ci o idraulici, si sovrappongono ai secon-di con un movimento avanti–indietro alter-nato la cui corsa ha frequenza e lunghez-za regolabili. Quest’ultimo aspetto rap-presenta di fatto un grande punto di forzadi questa tecnologia: regolando infatti lavelocità della griglia, la quantità di com-bustibile introdotto e l’aria fornita è pos-sibile bruciare una grande varietà di bio-masse con caratteristiche anche estrema-mente diverse.Generalmente poi le griglie a movimentoalternato sono suddivise in tre o quattrosezioni che si alternano lasciando tra loroun piccolo salto con lo scopo di incre-mentare ulteriormente il mescolamentodella sostanza organica. Ogni singolasezione viene inoltre interessata dallainsufflazione dell’aria comburente e hauna propria tramoggia per la raccoltadelle ceneri. In alternativa a quelle appe-na descritte si hanno poi le griglie a movi-mento alternato con spinta inversa, cosìdefinite in quanto presentano un movi-mento dal basso verso l’alto oppostorispetto a quello della biomassa impiega-ta che invece tende a scendere per effet-to della gravità. Indipendentementecomunque dalle modalità di movimenta-zione della griglia, questa tipologia dicombustori sono spesso dotati di unavolta di materiale ceramico che consentedi riflettere in modo particolarmente effi-cace il calore sviluppato nel letto, favoren-do così l’essiccamento e la conseguenteaccensione della sostanza organica anchequando questa presenta un elevato teno-re di umidità. Le griglie mobili inclinateinfatti sono popolari nel nord Europa eprincipalmente in Scandinavia proprio perla loro capacità di convertire biomassaanche non essiccata; quando invece si haa che fare con un combustibile a ridottocontenuto di umidità ad esse si preferisco-


bustibile sulla griglia per effetto della gra-vità a cui fa seguito una più omogeneadistribuzione della biomassa nel letto, lamancanza di punti caldi e quindi di feno-meni di sinterizzazione delle ceneri e infi-ne la possibilità di avere combustori didimensioni più contenute che è necessa-rio però precaricare all’avvio evitando cosìche le particelle di combustibile cadanotra le barre della griglia prima di esserestate completamente bruciate.Il sistema a griglia vibrante (figura 3.18),utilizzato particolarmente negli Stati Unitiper bruciare soprattutto residui legnosi, ècaratterizzato da un griglia composta dauna parete inclinata di tubi che viene posi-zionata sopra delle molle. La biomassa,introdotta tramite spruzzatori, sistemi avite o idraulici, durante la fase di combu-stione è soggetta a della vibrazioni inter-mittenti generate da due o più motorieccentrici (vibro–drive) che facilitano ilprocesso di mescolamento. Queste oscil-lazioni ad intervalli brevi evitano la forma-zione, in camera di combustione, di sco-rie di grosse dimensioni ed è per talemotivo che questa tipologia di forni vieneprincipalmente utilizzata là dove si ha unasostanza organica che presenta problemidi sinterizzazione e formazione di grandiquantitativi di residui e agglomerati (siveda ad esempio la paglia o taluni scartilegnosi). I maggiori inconvenienti riguar-dano: l’elevata emissione di ceneri volati-li per effetto delle vibrazioni della grigliae l’alta concentrazione di monossido dicarbonio nei gas combusti, indice que-st’ultimo di una combustione non comple-ta che si spiega soprattutto a causa distur-bi periodici indotti dalle oscillazioni sulletto di materiale combustibile. I cigar burners (figura 3.19) sono stati svi-luppati in Danimarca specificatamente perrispondere alle esigenze del settore agri-

dell’eventuale presenza di superfici inmateriale ceramico, hanno di fatto unalimitata capacità di rispondere rapidamen-te ai cambiamenti di carico richiesti.Meno utilizzata è invece la soluzione congriglia a barre completamente orizzonta-li (figura 3.17) nonostante questa presen-ti alcuni vantaggi rispetto alla tecnologiaprecedente. Tra questi si ricordano: l’as-senza di movimenti involontari del com-


Rappresentazione schematica di un combustore a griglia mobile orizzontale

Fig. 3.17

Rappresentazione schematica di un combustore a griglia vibrante

Fig. 3.18

vapori alcalini che possono portare, senon opportunamente contenuti, alla for-mazione di depositi o alla corrosione dellestrutture di scambio termico. Infine siricorda che è bene evitare sistemi di ali-mentazione semi–continui con introduzio-ne in camera di combustione di balle inte-re ad intervalli regolari di tempo, in quan-to in questo caso si tendono ad avere pic-chi nelle emissioni di monossido di carbo-nio durante il funzionamento del forno.I forni a griglie rotanti alimentate dalbasso (underfeed rotating grates, figura3.20) sono una nuova tipologia di forni diorigine finlandese caratterizzati dalla pre-senza di una griglia a forma di cono, nellaquale l’alternanza di sezioni che ruotanoin senso orario e antiorario determina ilmescolamento della biomassa e il suoavanzamento verso la zona di raccoltadelle ceneri. L’aria primaria viene insuffla-ta dal basso nella camera di combustioneprimaria (subito sopra la griglia) favoren-do così lo sviluppo di gas combustibiliche vengono quindi bruciati in una secon-da camera che può essere verticale o oriz-zontale. La prima tipologia, adatta allaproduzione sia di acqua calda che divapore, è utilizzata in impianti con poten-ze tra 1 e 10 MWt, la seconda invece siritrova tipicamente in installazioni più pic-cole, tra 1 e 4 MWt, utilizzate solamentela produzione di acqua calda. Il combusti-bile viene introdotto dal basso tramitedispositivi a vite (similmente a quanto sivedrà per i forni underfeed stokers) per-tanto la sua pezzatura deve mantenersiinferiore ai 50 mm. Anche questi sistemihanno la peculiarità di accettare biomas-se ad alto contenuto di umidità come cor-tecce, segatura o chips di legno appenatagliati, ma addirittura possono bruciarepersino prodotti legnosi misti a fanghi diorigine biologica.

colo; essi infatti consentono la combustio-ne diretta di grosse balle di paglia ecereali le quali vengono introdotte inmaniera continua per mezzo di un siste-ma a pistone idraulico. Già all’interno deltunnel di alimentazione comincia a realiz-zarsi il processo di gassificazione della bio-massa che, una volta raggiunta la cameradi combustione, si presenta di fatto quasitotalmente carbonizzata. A questo punto,in seguito all’introduzione dell’aria com-burente, si ha la vera e propria fase diossidazione del carbone prodotto da cuisi liberano ceneri e incombusti che, depo-sitandosi sulla griglia, vengono successi-vamente scaricati nella parte bassa delcombustore. Estremamente importante inquesti impianti è poi il controllo della tem-peratura che, in condizioni di funziona-mento normale, non dovrebbe mai supe-rare i 900 °C considerando proprio il bassopunto di fusione che hanno le ceneri pro-dotte da biomasse come paglia e cerea-li. I sistemi di raffreddamento comune-mente utilizzati prevedono allora l’utilizzodi acqua o il ricircolo degli stessi gas com-busti. Tra i principali inconvenienti sisegnala soprattutto l’altra concentrazio-ne, nei gas combusti, di ceneri volatili e


Rappresentazione schematica di un cigar burnerFig. 3.19

verso una lenta rotazione attorno ad unasse inclinato rispetto all’orizzontale, nefacilita il mescolamento. La biomassa, cheviene caricata con continuità dall’alto, siaccumula dunque all’interno della grigliaconica che in questa configurazione sicomporta come una sorta contenitore.Come visto anche per gli altri sistemi l’arianecessaria per realizzare il processo dicombustione viene suddivisa in due frazio-ni: quella primaria viene insufflata attraver-so la griglia, solamente nella parte coper-ta dal combustibile, mentre quella secon-daria è iniettata tangenzialmente e ad ele-vata velocità nella sezione cilindrica delforno. Tra gli aspetti più interessanti diquesta tipologia di combustori vi è sicu-ramente la possibilità di operare con uneccesso d’aria intorno a circa il 20–30%che rappresenta, per la tecnologia a lettofisso, un valore particolarmente basso eche di fatto dimostra la capacità di rag-giungere elevati rendimenti di combustio-ne. Altre caratteristiche positive sono poiil basso quantitativo di prodotti volatilipresenti nei gas combusti (per effetto delflusso rotazionale indotto dall’aria secon-daria) e la possibilità di trattare biomassacon caratteristiche estremamente variabi-li in termini di dimensioni, contenuto diumidità e temperatura di fusione delleceneri. Come inconveniente spicca inve-ce la necessità di disporre di un bruciato-re ausiliario per realizzare l’avvio del fornoil quale tra l’altro deve periodicamentefermarsi affinché possa essere effettuata larimozione dei grossi agglomerati di cene-re che man mano vanno accumulandosi alcentro della griglia.

Underfeed stokersOltre ai forni a griglia, di cui si è dataun’ampia descrizione delle principali solu-zioni tecnologiche attualmente presenti

I forni a cono rotante (figura 3.21) sonouna particolare tipologia di combustori,messi a punto in Germania, nei quali unagriglia a forma di cono capovolto accogliela sostanza organica da bruciare e, attra-


Rappresentazione schematica di un forno a griglia rotante alimentata dal basso

Fig. 3.20

Rappresentazione schematica di un forno a cono rotante

Fig. 3.21

della seconda frazione di comburente.Considerato il meccanismo di alimentazio-ne, le biomasse utilizzabili (chips, pellet,segatura) è bene che abbiano un bassocontenuto di cenere e una pezzaturageneralmente inferiore ai 50 mm così dascongiurare pericoli di intasamenti e bloc-chi. Gli underfeed stokers, che sono gene-ralmente integrati alla caldaia, possono,per alcune applicazioni, essere costruitianche separatamente e adattati a diversetipologie di impianti. Il vantaggio princi-pale che si può riscontrare nell’utilizzo diquesti sistemi risiede indubbiamente nellapossibilità di lavorare in maniera ottimaleai carichi parziali vista la facilità di gestio-ne e controllo del dispositivo di alimenta-zione del combustibile. Un inconvenientenon ancora risolto è invece quello che simanifesta per effetto della presenza dicenere sinterizzata: questa tende infatti aricoprire la parte superiore del letto disostanza organica e qualora tale stratovenga lacerato dalla biomassa o dal pas-saggio dell’aria primaria, il processo dicombustione tende a diventare rapida-mente instabile.

Combustori a letto fluidoSi tratta di sistemi basati sulla stessa tec-nologia già vista nell’abito dei processi dipirolisi e gassificazione. Questi combusto-ri sono infatti costituiti essenzialmente dauna camera cilindrica verticale (riser), all’in-terno della quale il combustibile da bio-masse brucia in un letto di materiale iner-te (normalmente costituito da sabbia)mantenuto in sospensione per mezzo diun flusso d’aria comburente introdotto dalbasso. In alternativa la sabbia può essereanche sostituita con sostanze come calca-re o dolomite che hanno la capacità diabbattere gli inquinanti acidi, eventual-mente presenti nella materia organica

sul mercato, nella famiglia dei combusto-ri a letto fisso si possono inserire anche icosì detti underfeed stokers. Questi rap-presentano indubbiamente la tecnologiapiù economica e affidabile per le applica-zioni di taglia medio–piccola (< 6 MW)soprattutto quando si ha a che fare consostanza organiche caratterizzate da unbasso tenore di umidità. La peculiarità cheli distingue è la modalità con cui la bio-massa viene introdotta all’interno delsistema. Il dispositivo di alimentazioneprevede infatti la presenza di una cocleache conduce il combustibile alla base diuna cavità a forma piramidale dalla quale,per effetto della spinta indotta dalla vite,questo risale fino a fuoriuscire nella primacamera di combustione propagandosinelle varie direzioni. In questa zona vieneintrodotta, come di consueto, solamentel’aria primaria la quale, passando attraver-so il combustibile, ha il compito di attiva-re il processo di ossidazione che verrà poicompletato nella parte alta della cameradi combustione in seguito all’immissione


Rappresentazione schematica di un underfeed stoker

Fig. 3.22

avanzamento del fronte di fiamma. Grazieall’ottimo miscelamento poi, la flessibilitàdi questi sistemi nell’utilizzo di miscele didiversi combustibili o di combustibili condiverso potere calorifico è sicuramenteelevata. Più attenzione bisogna inveceprestare alle dimensioni della biomassautilizzata e alle impurità in essa contenu-te: nella maggior parte dei casi sono infat-ti necessari dei pretrattamenti per attua-re la pulizia della sostanza organica e perridurre la sua pezzatura a misure omoge-nee e idonee per la fluidizzazione delletto. Nonostante però i progressi compiuti daun punto di vista tecnologico, i combusto-ri a letto fluido manifestano ancora alcu-ne problematiche di utilizzo. Tra queste adesempio si segnala l’elevato contenuto dipolveri nei gas, che rende quasi semprenecessaria la presenza di precipitatori e disistemi di pulizia del boiler, in grado dilimitare i fenomeni di agglomerazione diceneri basso fondenti e quindi scongiura-re il pericolo di defluidificazione. Al fine difacilitare lo scarico delle parti incombustesono allora stati messi a punto reattori aletto fluido rotante nei quali, grazie aduna differenzazione nella velocità di ali-mentazione dell’aria lungo la piastra infe-riore di distribuzione, si creano moti rota-tori che favoriscono l’allontanamentodelle scorie. Un altro inconveniente è poila perdita frequente, con le ceneri e i fumi,di una parte del materiale inerte costi-tuente il letto fluido che deve pertantoessere periodicamente reintegrato. Atrisvantaggi sono: il mal funzionamento aicarichi parziale e gli elevati tempi di avvioche possono raggiungere anche le 15 ore,utilizzando bruciatori ad olio o a gas.Come noto in questo ambito si distinguo-no due diverse tipologie di combustori:quelli a letto fluido bollente (BFB –

trattata, ed evitare la fusione delle cenerinelle condizioni operative del combusto-re. La predisposizione di un letto fluidopermette in generale di avere un maggio-re controllo del processo di combustionegrazie soprattutto alla più equilibrata euniforme distribuzione del calore chequindi consente, a parità di efficienza, diavere una minore temperatura di eserci-zio rispetto ai tradizionali impianti al lettofisso. Questa, che normalmente oscilla tragli 800 e i 900 °C in relazione anche al tipodi biomassa bruciata, deve comunquemantenersi relativamente bassa (solita-mente 100–200 °C al di sotto di quelladelle caldaie a letto fisso) per evitare feno-meni di sinterizzazione delle ceneri. Perrealizzare il raffreddamento controllato diquesti sistemi si utilizzano allora: scambia-tori di calore interni, dispositivi per il ricir-colo dei gas combusti o iniezioni di acqua.L’elevato grado di miscelamento raggiun-to tra i tre principali attori del processo,ovvero combustibile, comburente e iner-te, consente poi di ottenere un’efficacetrasmissione del calore che viene realizza-ta sostanzialmente per convezione e soloin modo trascurabile per irraggiamento. Queste sono dunque condizioni ottimaliper raggiungere una completa combu-stione con una bassa richiesta di aria ineccesso; che tra l’altro, non superandogeneralmente il 40%, permette inoltre diminimizzare sia le emissioni di NOX che ilvolume di gas effluente attraverso lacanna fumaria. Il riscaldamento del com-bustibile avviene quasi sempre rapida-mente con un’ossidazione piena in tutti ipunti del reattore; e questo soprattuttograzie alla turbolenza e alla miscelazionetrasversale con le quali si riduce al mini-mo la formazione, all’interno della calda-ia, delle cosiddette zone fredde che pos-sono costituire un ostacolo al regolare


Bubbling Fluidised Bed) e quelli al lettoricircolante (CFC – Circulating FluisisedBed). Trattandosi di due tecnologie giàdescritte nel contesto dei processi di gas-sificazione, qui si da solo un breve cennodelle principali peculiarità. I combustoriBFB sono caratterizzati da un letto fluidiz-zato costituito da granelli di sabbia siliceadi circa 1 mm, che tende a mantenersinella parte inferiore dell’impianto pereffetto delle basse velocità di fluidizzazio-ne (1–2,5 m/s). A differenza dei BFB a car-bone, il combustibile, che deve presenta-re dimensioni inferiori agli 80 mm, non èintrodotto “sopra” il letto, ma “dentro” illetto stesso e questo a causa della mag-giore reattività posseduta dalla biomassarispetto al carbone. I combustori CFCsono invece caratterizzati da una maggio-re velocità di fluidizzazione (5–10 m/s) checonsente, rispetto alla tipologia prece-dente, di aumentare il mescolamento tra-sversale della sostanza organica nel reat-tore, producendo così una migliore turbo-lenza, un più efficace scambio termico euna più uniforme distribuzione di tempe-ratura nel letto. La conclusione è dunqueuna combustione più stabile ed efficienteche viene condotta su una biomassa conminori dimensioni medie rispetto ai siste-mi BFB (0,1–40 mm), e con un minorevolume di gas combusti. La pezzatura piùpiccola del combustibile pone però alcu-ni inconvenienti tra cui: costi di pretratta-mento maggiori e difficoltà nella fase dialimentazione, visti l’elevata velocità difluidificazione e la bassa densità di taliprodotti. Maggiori sono in generale anchei costi di istallazione, per effetto soprattut-to delle dimensioni e della presenza dicicloni che hanno il compito di separare ilmateriale inerte (sabbia con granulometriavariabile da 0,2–0,4 mm) dal flusso di gasin uscita. Nonostante ciò però i combusto-


Combustore a letto fluido bollente – BFBFig. 3.23

Fonte: AKER KVAERNER

Combustore a letto fluido ricircolante – CFBFig. 3.24

Fonte: AKER KVAERNER

bustione del materiale carbonizzato siverificano rapidamente e in maniera quasicontemporanea. Appare dunque chiara lanecessità di utilizzare efficaci sistemi dicontrollo del caricamento che possanogarantire, vista la situazione, una rapidasostituzione della sostanza organicaimpiegata. Considerando poi l’elevato grado dimiscelamento raggiungibile, questi com-bustori richiedono spesso limitati eccessidi aria (tipicamente forniti con la frazionesecondaria) e questo contribuisce adavere alte efficienze di conversione non-ché basse emissioni di ossidi di azoto. Lafornace, che è generalmente soggetta adelevati livelli di temperatura dovuti all’al-ta densità energetica della biomassa,viene tipicamente raffreddata con sistemiad acqua. Questo però spesso non bastaad evitare il rapido deterioramento delmateriale isolante che comunque tende adanneggiarsi sia causa dell’elevato stresstermico, che per effetto dell’azione corro-siva esercitata dalle particelle di biomas-sa in moto vorticoso. Un’altra particolari-tà è poi la presenza di un bruciatore ausi-liario che realizza la fase di start–up del-l’impianto: tramite questo dispositivo cioèsi provvede ad accendere la carica all’in-terno della camera di combustione finchéla temperatura di quest’ultima non rag-giunge valori tali da consentire il funzio-namento autonomo del forno.

CriticitàDopo aver analizzato i principali sistemi dicombustione si può in definitiva ritenereche tali tecnologie sono oggi sufficiente-mente mature per garantire buone effi-cienze di conversione e nello stessotempo una gestione ottimale delle cene-ri e delle emissioni inquinanti prodotte.Nonostante comunque l’elevato grado di

ri a letto fluido ricircolante, la cui taglia vageneralmente dai 30 agli 80 MW, soffro-no comunque un più elevato carico disabbia nei fumi che sfugge in parte alseparatore e che quindi deve essere rein-tegrato con una maggior frequenzarispetto ai BFB.In conclusione si può ritenere che le cal-daie a letto fluido, nonostante rappresen-tino una tecnologia indubbiamente sofi-sticata e dispendiosa, stanno oggi rice-vendo sempre maggiori consensi pereffetto soprattutto dei numerosi vantaggiche sono in grado di garantire. Si trattatuttavia di sistemi che trovano spazio per-lopiù in applicazioni di grande taglia (> 30MWe) mentre negli impianti più piccolirimangono ancora economicamente piùvantaggiosi i tradizionali combustori aletto fisso.

Combustori a polvere di biomassaQuesti sistemi vengono utilizzati per lacombustione di biomasse polverulenti eleggere come ad esempio lolla di riso,segatura, polvere di legno o paglia tritu-rata nelle quali le dimensioni delle singo-le particelle non supera i 20 mm e il teno-re di umidità si mantiene al di sotto del20%. Tali combustibili, le cui qualità devo-no essere estremamente omogenee, ven-gono iniettati pneumaticamente all’inter-no del forno in miscela con la corrente diaria primaria che li trasporta e li mantienein sospensione. Il flusso, che viene immes-so tangenzialmente, produce all’internodella camera di combustione cilindrica unmoto vorticoso rotazionale che può, inalcune applicazioni, esser favorito anchedal ricircolo dei gas combusti provenien-ti dal camino. Per effetto di queste condi-zioni, ma soprattutto per le ridotte dimen-sioni delle particelle di combustibile, i pro-cessi di gassificazione e successiva com-


pesantemente svantaggiati dall’aggraviodelle tasse, il valore della biomassa diven-ta più che mai rilevante, e non solo da unpunto di vista sociale e ambientale. Laproduzione di energia termica può realiz-zarsi mediante l’impiego di tre diversetipologie di generatori di calore che si dif-ferenziano in funzione della forma com-merciale assunta dalla biomassa lignocel-lulosica che, come detto, è quella più ido-nea a subire un processo di combustionediretta. Si hanno allora:� caldaie per la combustione di legna in

ciocchi,� caldaie a cippato,� caldaie a pellet.In tutti e tre i casi il recupero del caloreavviene in maniera indiretta per mezzo diun fluido vettore (ad esempio acqua).Questa operazione, oltre a rendere dispo-nibile l’energia termica sviluppata in fasedi combustione, risulta assolutamentenecessaria per raffreddare i fumi in uscitadal combustore (si può arrivare anche a1.200 °C) su i quali andranno a realizzarsii processi di pulizia e abbattimento delleemissioni. Questi dispositivi inoltre vengo-no generalmente dimensionati per lacopertura del “base load” in quanto unloro funzionamento intermittente ne ridu-ce sensibilmente l’efficienza. Per raggiun-gere questa condizione si utilizzano gene-ralmente degli accumulatori termici (ser-batoi d’acqua che fungono da volano)che, venendo collegati direttamente allamandata della caldaia, permettono a que-st’ultima di funzionare in maniera continuae regolare indipendentemente dalle esi-genze dell’utenza. Un’altra possibilità poiè quella di ripartire la potenza su piùdispositivi, utilizzando un tradizionalecombustore a gas o a gasolio per segui-re gli eventuali picchi nella richiesta. A queste tre diverse tecnologie, che si

avanzamento industriale, alcune condizio-ni rimangono determinanti per favorirne lapiena diffusione di questi impianti; ènecessario ad esempio garantire l’approv-vigionamento della biomassa a lungo ter-mine e a prezzi contenuti insieme natural-mente a limitati costi capitali e buoni rica-vi dalla vendita dell’elettricità. La realizza-zione di impianti per la produzione dienergia elettrica dalla combustione di bio-masse, infatti, è tanto più economicamen-te conveniente quanto maggiore è ladisponibilità di questa risorsa in grandiquantità, localizzate geograficamente euniformemente distribuite nel tempo.Queste condizioni si rendono necessariea causa della bassa densità energeticadella sostanza vegetale rispetto ai comu-ni combustibili di origine fossile; bastipensare infatti che per produrre 1 kWh dienergia elettrica sono mediamente neces-sari 1 kg materiale legnoso contro sola-mente gli 0,3 kg di gasolio. Ricerca e svi-luppo in questo campo sono principal-mente impegnate sia nel tentativo dimigliorare la flessibilità verso l’impiego dibiomassa diversificata, che nell’individua-zione delle migliori modalità per favorirecon più efficacia le applicazioni cogene-rative.

Impianti per la produzione di energia termica La produzione di calore per mezzo di unarisorsa come la biomassa può considerar-si assolutamente efficace sia nel settoreprettamente domestico e civile, per ilriscaldamento degli ambienti o per la pro-duzione di acqua calda sanitaria, che inqualunque altro contesto in cui si presen-ti un’utenza termica a bassa temperatura(serre, piscine, ecc.). In questi casi, infatti,essendo i combustibili sostituiti general-mente metano o gasolio, che risultano


ne. Questa tecnologia è oggi in fase didiffusione anche nei generatori di caloredi piccole dimensioni e consente, nonsolo la riduzione dei gas tossici immessinell’ambiente, ma anche un aumento delrendimento termico del sistema con con-seguente risparmio economico ed ener-getico. Proprio da un punto di vista economico sipuò affermare che allo stato attuale,essendo gli impianti di riscaldamento abiomassa caratterizzati da alti costi d’inve-stimento e bassi costi di esercizio, le istal-lazioni di maggiore potenza, seppur tec-nologicamente più complesse, sonogeneralmente più convenienti rispetto aquelle di taglia minore. Risulta assoluta-mente efficace allora l’integrazione diquesti sistemi in reti di teleriscaldamentoin cui, piccoli combustori, più o meno effi-cienti e bisognosi di singoli rifornimenti,vengono sostituiti con grosse caldaie abiomassa ad elevate prestazioni e con-trollate da tecnici esperti 24 ore su 24.Molti di questi impianti sono attualmentedislocati nei comuni delle valli alpine,dove per motivi climatici la richiesta dienergia termica si protrae per lunghiperiodi all’anno e dove inoltre si può fareaffidamento su notevoli quantità di mate-riale legnoso di origine prevalentementelocale. Negli ultimi tempi l’offerta di tecnologiedi combustione ambientalmente compa-tibili ha raggiunto livelli di efficienza, affi-dabilità e comfort del tutto simili a quellidegli impianti tradizionali a gas o gasolio.Basti pensare che una moderna stufa ocaldaia alimentata a biomassa arriva adavere rese prossime al 90% limitandoenormemente, rispetto ai vecchi caminet-ti e stufe, gli sprechi di biocombustibile eottimizzando il controllo sulle emissioni. Atale aspetto va poi associata la progressi-

configurano come impianti di riscalda-mento centralizzato, in realtà è possibileaggiungere anche una serie di sistemi diriscaldamento ausiliario, come stufe divario tipo e caminetti, che garantisconoun apporto di calore complementaremagari in quei locali più utilizzati dellacasa, creando nel contempo una piacevo-le atmosfera. La stufa a legna in partico-lare, ampiamente utilizzata in passato, hanegli ultimi anni riacquistato un sempremaggiore interesse quale dispositivo perla produzione di calore. Durante la stagio-ne invernale infatti, essa può rappresen-tare un’ottima soluzione per l’integrazio-ne del riscaldamento centralizzato, innal-zando la temperatura nei locali più utiliz-zati e lasciando appunto all’impianto cen-tralizzato solamente la fornitura del “cari-co base”. Le stufe devono presentare unacostruzione a camera stagna, per evitareche eventuali spifferi d’aria causino unacombustione non controllata della bio-massa in esse contenuta. La sostanzaorganica è generalmente costituita da uncerto numero di ceppi i quali, sorretti dauna griglia, tendono a bruciare contem-poraneamente grazie all’aria fornita siadal basso (tramite la griglia), che attraver-so un’apposita apertura posta al di sopradel focolare. Questa soluzione ha comeobbiettivo quello di ricreare, anche in talisistemi, il meccanismo della combustionea stadi. Uno dei maggiori inconvenientidelle stufe a legna è infatti l’elevata pro-duzione di CO che si verifica per effettodel raffreddamento indotto nel letto dicombustibile, ogni qual volta si introducedella nuova biomassa. Appare chiaro dun-que che il modo migliore per controllarela produzione di questo pericoloso inqui-nante è quello di attuare la postcombu-stione dei fumi mediante l’introduzione diaria secondaria in camera di combustio-


ze, comprese le conifere o legni leggericome il pioppo; tuttavia i risultati miglio-ri, in termini soprattutto di durata dellacombustione, si ottengono con essenzeforti come robinia, faggio o quercia.Questa tipologia di caldaie hanno poten-za limitata e trovano un impiego ottimalenel riscaldamento di case isolate com-prendenti uno o pochi appartamenti. Tra i principali vantaggi spiccano perlopiùquelli di natura economica: i costi di inve-stimento sono contenuti così come i costidi gestione grazie soprattutto al bassoprezzo della legna da ardere rispetto adaltre tipologie di biomassa. Trattandosipoi di una tecnologia ampiamente col-laudata essa risulta anche particolarmen-te sicura e in grado di garantire buoni ren-dimenti energetici, i quali possono rag-giungere anche il 60–70%. Rappresentaindubbiamente uno svantaggio invece lanecessità di eseguire, mediamente ogni1–3 giorni a seconda delle condizioni difunzionamento, la carica manuale dellalegna all’interno della camera di combu-stione; questo determina un minor confortdi utilizzo da parte dell’utente che devepreoccuparsi di preparare periodicamen-te il combustibile il quale, tra l’altro, richie-dendo molto spazio per lo stoccaggio,esclude di fatto l’impiego di questa tec-nologia in molte realtà urbane. Attualmente la tipologia di caldaie più dif-fusa per legna in ciocchi è quella a fiam-ma inversa in cui la camera di combustio-ne è situata sotto il vano in cui viene cari-cata la legna. Queste caldaie sono gene-ralmente provviste di sistemi per la circo-lazione forzata dell’aria: in alcuni modelli(ad aria soffiata), la ventola, posta sul latoanteriore della caldaia, spinge l’aria all’in-terno facendola fluire attraverso il combu-stibile; in altri invece (detti ad aria aspira-ta) la ventola, situata posteriormente sulla

va evoluzione nel settore dei biocombu-stibili solidi che, oltre alla legna da arde-re in ciocchi, offre legno sminuzzato (cip-pato) o macinato e pressato (pellet e bri-quettes) più comodi da movimentare estoccare. In definitiva questo mercato dinicchia per la produzione di energia ter-mica da biomassa sta oggi mostrando uncostante incremento, e le cause non silimitano alla sola convenienza economica,ma riguardano anche una sempre più dif-fusa sensibilità della gente verso l’uso difonti energetiche rinnovabili.

Caldaie per la combustione di legna in ciocchiSi tratta di sistemi che utilizzano legna daardere in ciocchi o tronchetti aventi pez-zature variabili dai 50 ai 500 mm e tenoridi umidità preferibilmente inferiori al 25%al fine di ridurre la fumosità e la formazio-ne di condensati corrosivi. Possono esse-re utilizzate praticamente tutte le essen-


Caldaia a fiamma inversaFig. 3.25

ad un processo di essiccazione che pre-cede la combustione vera e propria.

Caldaie a cippato Le caldaie a cippato utilizzano come com-bustibile del legno vergine (privo cioè disostanze inquinanti come ad esempio ver-nici) che, attraverso una operazione mec-canica di sminuzzamento (comunementedetta cippatura), viene ridotto in piccolipezzi della dimensione di qualche centi-metro che possono così essere facilmen-te, introdotti in maniera automatica, all’in-terno del generatore di calore. A differen-za quindi dei sistemi per la combustionedi legna in ciocchi, gli impianti a cippatosono totalmente automatizzati e inoltrenon hanno limiti dimensionali, potendoraggiungere potenze anche di diversi MWtermici. Ciò quindi li rende particolarmen-te indicati per il riscaldamento di edifici didimensioni medie o grandi quali alber-ghi, scuole, condomini, ospedali, centricommerciali o più unità abitative collega-te insieme da reti di teleriscaldamento.Come gia anticipato, essendo il caricamen-to dei chips in caldaia realizzato in modoautomatico, è necessario che nelle vicinan-ze del generatore termico sia predispostauna vasca (comunemente detta anche silo)per lo stoccaggio del combustibile. Talevasca deve essere di fatto una vera e pro-pria struttura adeguata al volume di com-bustibile da contenere; nel caso di impian-ti caratterizzati da piccole potenze, essapuò essere realizzata anche con sistemi pre-fabbricati in ferro o calcestruzzo che vengo-no tipicamente disposti in posizione adia-cente al locale caldaia e in modo da con-sentire ai mezzi di trasporto del cippatol’accessibilità e i necessari spazi di manovra.Il silo va dimensionato tenendo contodella potenza e del rendimento della cal-daia, delle caratteristiche del combustibi-

bocca di uscita dei fumi, aspira i gas com-busti creando di fatto una depressionenella camera di combustione che consen-te il richiamo dell’aria comburente dal-l’esterno. Il principio di funzionamento deisistemi a fiamma inversa si basa sulla sud-divisione dell’aria in due flussi distinti. Unprimo flusso, detto di aria primaria, vieneintrodotto in caldaia immediatamentesopra la griglia sulla quale è disposta lalegna, consentendo così l’avvio del pro-cesso di combustione. Questa porzione dicomburente, inferiore a quella necessariaper il completamento del processo di ossi-dazione, in realtà non fa altro che innesca-re un processo di gassificazione della bio-massa legnosa, con conseguente sviluppodi un gas combustibile che, trascinato inbasso attraverso la griglia, viene bruciatonella camera sottostante, grazie alla pre-senza di un flusso di aria secondaria.Con questo meccanismo a “fiamma inver-sa” dunque, la legna non prende total-mente fuoco nel vano di carico, ma bru-cia solo in prossimità della griglia; questodetermina una migliore erogazione dellapotenza e una combustione più control-lata, a tutto vantaggio quindi di una mag-giore efficienza termica e di un minorquantitativo di emissioni inquinanti. Imodelli più avanzati si avvalgono poi siste-mi di regolazione a microprocessore che,sfruttando il segnale di una appositasonda lambda, ottimizzano costantemen-te la quantità di aria comburente introdot-ta, garantendo così alla caldaia di rag-giungere rendimenti, in condizioni dipotenza nominale, anche superiori al 90%.Grazie a queste condizioni di alta efficien-za si riduce sensibilmente anche il consu-mo di biomassa che tra l’altro, in caldaiea fuoco inferiore ben concepite, può esserimpiegata anche con alti tassi di umiditàessendo poi soggetta nel vano di carico



Come detto il combustibile adoperato è sotto forma di scaglie (chips) che vengono pro-dotte generalmente utilizzando legname di qualità medio bassa, come i residui dellepotature boschive, agricole e urbane (ramaglie, cimali), o i sottoprodotti e gli scarti pro-venienti dalle industrie di lavorazione del legno. L’operazione di cippatura è effettuatacon delle macchine dette appunto cippatrici, presenti sul mercato in diversi modelli, edistinguibili in funzione del sistema di taglio che può essere o a disco o a tamburo. Iltaglio a disco è generalmente realizzato nelle macchine di piccola potenza, che hannouna capacità di lavoro di qualche tonnellata l’ora e che vengono portate da trattoriagricoli; i sistemi a tamburo sono invece installati in versioni molto più pesanti e poten-ti, quasi sempre automotrici e in grado di lavorare legname con dimetri fino a 30 cm.L’operazione di sminuzzatura, attuata quasi sempre nel sito di raccolta, presenta sia aspet-ti positivi che negativi. Tra i principali vantaggi vi è senz’altro la possibilità di ottimizzare l’impiego della bio-massa legnosa disponibile, in quanto si può cippare anche quel materiale che non potreb-be essere trasformato in alcun assortimento convenzionale perché piccolo o difettoso.In pratica quindi la sminuzzatura consente di recuperare un 15–20% di biomassa chealtrimenti sarebbe abbandonata in bosco come residuo; cippare anche questo materia-le non solo aumenta la resa a ettaro, ma risolve lo spinoso problema dei residui di uti-lizzazione, che le misure di prevenzione degli incendi boschivi impongono tra l’altrodi asportare o eliminare. Un altro aspetto sicuramente positivo legato all’operazione dicippatura è che, grazie ad essa, è possibile ridurre sensibilmente il volume apparentedegli scarti forestali, facilitandone così la movimentazione e il trasporto: una tonnel-lata di cippato fresco infatti occupa circa tre metri cubi, contro i dieci necessari percontenere la stessa quantità di ramaglia non lavorata. Ovviamente ciò vale solo per ilmateriale minuto in quanto il volume occupato dal cippato è comunque superiore, quasidoppio, all’ingombro di un peso equivalente di legname tondo; la logica conclusionequindi è che conviene sminuzzare ramaglia, scarti e piante di piccole dimensioni, men-tre è meglio ridurre in ciocchi le piante medio–grosse, soprattutto se la distanza di tra-sporto è elevata. A questi aspetti positivi si contrappongono però alcuni svantaggi; uno tra tutti ad esem-pio è quello legato alla notevole richiesta di potenza delle attuali cippatrici, inconve-niente che si ripercuote inevitabilmente sia sul costo della macchina che sul consumodi combustibile da parte di quest’ultima. Nonostante questo però il mercato del cippatooffre prezzi di acquisto non particolarmente elevati che tuttavia però non sono riuscitia sviluppare sufficientemente questa risorsa e a renderla una vera alternativa ai combu-stibili tradizionali. Tra i problemi relativi all’utilizzo del cippato spicca poi quello lega-to alla sua scarsa conservabilità particolarmente accentuata per tenori di umidità supe-riori al 35–40%. Il legno umido infatti è un substrato eccellente per la crescita di varimicrorganismi xylofagi, funghi e batteri da cui la pianta normalmente si protegge gra-zie alla presenza della corteccia; in seguito alla sminuzzatura però viene prodottaun’enorme quantità di legno non protetto, e pertanto, moltiplicandosi la superficie ricet-tiva all’attacco dei microrganismi, si innesca un processo di rapido deterioramento cheè bene tenere sotto controllo evitando ad esempio al cippato lunghi periodi di stoccag-gio. Generalmente l’attacco microbiologico inizia gia poche ore dopo che il legno è statocippato e può andare avanti per diverse settimane, fino a che la temperatura generatadalla respirazione microbica non diventa talmente elevata da inibire l’ulteriore prolife-razione dei microrganismi che ne sono la causa. Una delle conseguenze di questo pro-cesso di deterioramento è innanzitutto la perdita di una notevole quantità di sostanza

Cippato


secca che, venendo divorata dai microrganismi, non è più disponibile per la produzio-ne di energia. Con uno stoccaggio prolungato in condizioni sfavorevoli si può arrivareinfatti a riduzioni di massa superiori anche al 20% con evidente danno economico peril proprietario dell’impianto. Per meglio rendersi conto dell’importanza del problema bastipensare che, essendo il valore del cippato funzione del calore prodotto, perdere un 20%del potere calorifico sul materiale consegnato in deposito significa innalzarne di fatto ilsuo costo di un quinto. Altri inconvenienti conseguenti all’attacco microbico sono poi:l’enorme sviluppo di spore, che possono indurre reazioni allergiche nei soggetti sensibi-li rendendo così il deposito del cippato un ambiente di lavoro particolarmente insalu-bre, nonché il rischio di autocombustione a cui può andare incontro la catasta di chipsper effetto delle alte temperature dovute all’azione dei microrganismi. Quest’ultimo pro-blema, abbastanza raro in realtà negli impianti di riscaldamento per uso civile, tende averificarsi quasi esclusivamente nei depositi di grosse dimensioni, contenenti diversemigliaia di tonnellate di materiale legnoso, e nei quali lo stoccaggio si prolunga oltre i6–10 mesi. A parità di condizioni (umidità e pezzatura) tutte le specie sono attaccate inmodo più o meno grave: pioppo e salice sono quelle più vulnerabili, mentre in genera-le le conifere hanno una maggiore resistenza grazie soprattutto alla resina che garanti-sce loro una limitata protezione.A seconda delle caratteristiche possedute dalla massa legnosa che viene sottoposta alprocesso di cippatura, è possibile distinguere tre tipologie di cippato:� cippato bianco, che deriva dalla sminuzzatura di solo legno, ovvero di fusti o tron-

chetti preventivamente scortecciati;� cippato marrone, che contiene anche porzioni di corteccia le quali, frantumandosi in

particelle di piccole dimensioni, riempiono parte degli interstizi tra i cips creando cosìun aggregato più compatto e a maggior massa volumica rispetto alla categoria pre-cedente; questa tipologia di cippato è quella più frequente, sia nella produzione fore-stale sia in quella industriale;

� cippato verde, che, essendo ottenuto dalla riduzione in cips di piante intere o di por-zioni di chioma, contiene anche fogliame e soprattutto aghi i quali conferiscono all’am-masso una maggiore umidità che può creare fenomeni indesiderati di compattamen-to all’interno delle strutture di stoccaggio.

La geometria e la dimensione dei chips, che dipendono dal tipo di cippatrice impiegatae da parametri operativi quali velocità di rotazione dell’organo di taglio o velocità diavanzamento del pezzo di legno, vengono definite in funzione del tipo di caldaia uti-lizzata ma soprattutto, in funzione del suo sistema di alimentazione che ha il compitodi introdurre in camera di combustione il cippatto proveniente dal sito di stoccaggio.Questi chips presentano tipicamente una lunghezza compresa tra i 15 e i 50 mm, unalarghezza pari a circa la metà della lunghezza e uno spessore variabile da un quinto aun decimo della lunghezza; pertanto una dimensione tipica è ad esempio 40 x 20 x 3mm. La granulometria del cippato e ancor più la sua omogeneità (ottenuta con la cali-bratura tramite vagli) sono parametri estremamente importanti ai fini dell’impiego negliimpianti di riscaldamento ad alimentazione automatica, in quanto particelle disomoge-nee in dimensioni e forma possono causare inconvenienti nel funzionamento e blocchidel sistema di alimentazione della caldaia. Un altro parametro da tenere in considera-zione è il tenore di umidità: attualmente infatti le tecnologie disponibili per la combu-stione del cippato accettano solamente biomassa con un’umidità massima del 50%; deilimiti si hanno anche per quanto riguarda il materiale legnoso di partenza, il cui livel-lo di umidità deve essere compreso tra il 25% e il 50% dato che valori al di sotto o aldi sopra di queste soglie possono causare problemi al funzionamento della cippatrice.

dei costi di investimento. Sul fondo delsilo viene posizionato l’estrattore del cip-pato, che preleva il combustibile e lo con-voglia nel canale della coclea di traspor-to la quale, almeno nelle piccole e medieapplicazioni, rappresenta il sistema piùcomune di alimentazione della caldaia. Nei piccoli impianti, per potenze fino a300–500 kW, e capienze fino a circa 100m3, come estrattore viene generalmenteusato un sistema a braccio rotante, cherichiede tipicamente una sezione del silocircolare o quadrata. Per impianti di mag-giore potenza invece vengono usatiestrattori a fondo mobile, costituiti da unao più rastrelliere parallele ad azionamen-to idraulico che, con un lento movimentoavanti e indietro spingono il cippato nelcanale della coclea. In linea generale trail sistema a rastrelli a pavimento e i brac-ci rotanti è da preferire quest’ultimo, perla sua maggiore flessibilità di movimenta-zione del cippato, per il suo minor costo,la minore potenza elettrica impegnata ela minore rumorosità.A seconda delle tipologie costruttive, lecaldaie si possono dividere in varie cate-gorie, tuttavia il primo e più significativocriterio per classificarle resta la definizio-ne della tipologia di camera di combustio-ne adottata: a griglia fissa, con alimenta-zione inferiore, o a griglia mobile. Laprima tipologia è particolarmente indica-ta per la conversione termica del cippatodi piccole dimensioni, con basso tenore diumidità e contenuto di ceneri inferiore al2%, la seconda invece consente di brucia-re pezzature più grosse, ad alto contenu-to di ceneri (fino al 10%) e umidità anchedel 50%. La possibilità di avere un impian-to meno esigente in fatto di umidità epezzatura del combustibile potrebbeindurre a pensare che il sistema con came-ra di combustione a griglia mobile sia

le, dell’autonomia richiesta e dell’organiz-zazione che presiede agli approvvigiona-menti. Per quanto riguarda quest’ultimoaspetto infatti va ricordato che, tanto piùsicuri sono i rifornimenti, tanto minori pos-sono essere i volumi di scorta per garan-tire la continuità di funzionamento del-l’impianto a cippato; avere infatti un faci-le accesso a questo tipo di combustibilepermette di utilizzare dei silos di ridottedimensioni con conseguente riduzione


Figura 3.26 Silo per lo stoccaggio

del cippato

Figura 3.27Coclea di trasporto del cippato

dispendiosi apparati di monitoraggio, ren-dono di fatto questa tecnologia più adat-ta alle installazioni più grosse, con poten-ze anche superiori al MW.Nelle caldaie a griglia mobile, il movimen-to della griglia può essere sia traslatorioalternato che rotatorio, con quest’ultimotipo è possibile migliorare la combustionee quindi il rendimento nominale utile delgeneratore di calore che risulta in questocaso particolarmente indicato per ogni tipodi biomassa e per potenze oltre i 2.000 kW.Le caldaie che oggi si trovano in commer-cio, aventi una potenza tipicamente com-presa tra i 30 e i 3.000 kW, permettono diraggiungere rendimenti nominali anchedel 70–80%, a seconda del tipo di cippa-to utilizzato, del suo tenore di umidità equindi del potere calorifico inferiore(mediamente pari a circa 10 MJ/kg). I siste-mi più avanzati sono dotati di un micropro-cessore che, in base alla richiesta di ener-gia dell’utenza e alla temperatura e con-

quello più flessibile e quindi universal-mente adottabile; in realtà però il suomaggior costo e i maggiori problemi diregolazione ai bassi carichi, che si mani-festano specie in assenza di altrettanto


Estrattore di cippato a fondo mobileFig. 3.28

Esempio di caldaia a cippato ad alimentazione inferioreFig. 3.29

le pause di funzionamento, permettendocosì la riaccensione immediata al riavviodell’impianto. Dispositivi indispensabiliinvece negli impianti a cippato sono quel-li di sicurezza destinati ad impedire even-tuali ritorni di fiamma dalla caldaia al silodi stoccaggio. Tra i più comuni vi sonosicuramente le serrande tagliafiamma chegarantiscono l’interruzione del flusso delflusso di combustibile; non mancano poianche le valvole di sicurezza termica lequali, collegate alla rete idrica, immettonoin caso di emergenza acqua nel canaledella coclea impedendo così il propagar-si del ritorno di fiamma.

Caldaie a pelletSi tratta di sistemi aventi caratteristichemolto simili alle caldaie a cippato; a diffe-renza di queste ultime però, viene brucia-to un prodotto densificato, normalmentedi forma cilindrica detto pellet che, per lasua alta densità energetica e facilità dimovimentazione, rappresenta il combu-stibile vegetale più indicato per impiantidi riscaldamento automatici di tutte ledimensioni.

centrazione di ossigeno dei fumi, regola incontinuo il flusso del cippato e la potenzaerogata, mantenendo così la combustioneottimale anche con combustibili diversi.L’accensione del cippato può avvenire siamanualmente, sia automaticamente permezzo di dispositivi sia elettrici che a com-bustibile liquido. In alcuni modelli esistepoi la funzione di mantenimento braci checonsente alla caldaia di mantenere unapiccola quantità di brace accesa durante


Esempio di caldaia a cippato con griglia a movimento traslatorio alternato

Fig. 3.30

Schema di una centrale termica a cippatoFig. 3.31


Il pellet di legno nasce nel 1973 in Idaho negli Stati Uniti, quando, a seguito della crisipetrolifera, un ingegnere mise a punto questo nuovo tipo di combustibile legnoso. Ideatoinizialmente per l’impiego industriale, ben presto venne immesso sul mercato delle cal-daie domestiche, diventando oggi, anche in Europa, una validissima alternativa a pro-dotti come il gasolio il GPL e persino il gas naturale. Il pellet deriva da un processoindustriale attraverso il quale la segatura, i trucioli o le scaglie di legno vergine (ovve-ro non trattato con colle o vernici) polverizzate appartenenti a diverse specie vengonotrasformate, per mezzo di idonee macchine pellettizzatrici, in piccoli cilindri di diame-tro variabile tra 6 e 12 mm e lunghezza oscillante tra 12 e 18 mm.In maniera schematizzata il processo di fabbricazione del pellet viene suddiviso nelleseguenti fasi: essiccazione, triturazione, pellettizzazione, raffreddamento, separazione eimmagazzinamento–insaccamento. In alcuni casi poi, quando la tipologia di biomassalo richiede, a monte dell’essiccazione si rendono necessarie altre due importanti fasi: lamacinazione di sgrossatura e la deferrizzazione. In figura 3.33 è riportato lo schema ablocchi di un impianto industriale per la produzione di pellet.La macinazione di sgrossatura è un’operazione che viene eseguita, sulla tutta quellabiomassa che si presenta, prima della fase di essiccazione, in forma grossolana; in que-sto caso infatti i tronchetti di legno o le ramaglie, subiscono, mediante l’ausilio di unrotore a coltelli, una vera e propria riduzione volumetrica in scaglie. Prima dell’intro-duzione nel macinatoio poi, il materiale grezzo viene solitamente separato, tramite l’azio-ne di appositi magneti, da eventuali elementi ferrosi (deferrizzazione) che, se introdot-ti nella trafila di produzione, potrebbero causare ingenti danni. Con le tecnologie oggipiù diffuse, il materiale legnoso di partenza inoltre non può essere utilizzato per la pro-duzione di pellet se presenta un contenuto di umidità superiore in media al 12%: èquindi necessario, dopo la macinazione primaria, eseguire un’essiccazione attraversol’esposizione ad aria calda, vapore e acqua. In questo modo si raggiunge il grado diumidità desiderato e viene data possibilità alla lignina, contenuta nella materia prima,di svolgere nella successiva fase di pressatura il ruolo di legante tra le diverse particel-le di legno. Le tecnologie per l’essiccamento della biomassa maggiormente utilizzate prevedono per

Pellet

Figura 3.32 – Pellet di legno


lo più l’utilizzo di essiccatoi rotativi, in equicorrente o in controcorrente e con riscal-damento che può essere diretto o indiretto. Negli essiccatoi a riscaldamento diretto ilmateriale umido entra direttamente in contatto con un gas caldo che può essere costi-tuito o da prodotti di combustione (essiccazione a fumi diretti) o semplicemente da ariariscaldata (essiccazione ad aria calda). Nei sistemi a riscaldamento indiretto invece, ilmateriale grezzo non entra in contatto con nessuna sostanza, ma anzi rimane all’inter-no del tamburo rotativo che, montato su una cassa rivestita con mattoni refrattari, vieneriscaldato esternamente. Una volta essiccato il materiale grezzo (trucioli, segatura o i chips precedentemente lavo-rati) viene poi sottoposto ad un processo di triturazione con riduzione in piccoli gra-nuli di dimensioni omogenee (circa 3 mm) che consentono sia l’alimentazione a flus-so continuo della pellettizzatrice, che la possibilità, eventualmente, di miscelare diffe-renti specie legnose e scarti di lavorazione. Questa fase viene spesso realizzata impie-gando mulini a martello. Il materiale così triturato viene quindi avviato alla sezione dicondizionamento, dove viene preparato per entrare nella trafila della pellettizzatrice.Una pratica comune in questo caso è quella di utilizzare del vapore acqueo secco per

ammorbidire le fibre legnose edeffettuare una parziale gelatiniz-zazione della biomassa, in mododa ottenere un pellet più compat-to e, al contempo, una maggiorlubrificazione alla trafila nellafase di pellettizzazione. Nono-stante poi per la produzione diquesto combustibile non siarichiesto l’utilizzo di leganti, cheaddirittura sono vietati da diver-se normative, durante la fase dicondizionamento è comunquepossibile miscelare al materialelegnoso alcune sostanze naturalicome ad esempio amido, melassa,oli vegetali o sulfonato di ligni-na, che permettono di migliorarela consistenza finale dei cilindret-ti densificati.Il materiale così trattato passaquindi all’interno della pellettizza-trice; questa macchina, che agisceper compressione, ha quali ele-menti principali degli stampi per-forati (comuni a tutti i processi diestrusione) cilindrici o piani, dettianche matrici, attraverso i cui forila biomassa condizionata vienespinta ad elevata pressione (finoa 200 atmosfere, ≈ 200 · 105 Pa)mediante idonei sistemi a rulli.

Schema a blocchi di un impianto di pellettizzazione

Fig. 3.33



Queste condizioni pressorie inducono nella massa legnosa temperature prossime ai90 °C le quali, a loro volta, favoriscono la fluidificazione della lignina che esce dallestrutture cellulari e, polimerizzando, compatta i diversi granuli garantendo così la per-fetta coesione del cilindretto densificato. L’estruso, che fuoriesce dai fori delle matri-ci, si presenta come un materiale compresso e bachelizzato in superficie; esso vienequindi tagliato, da apposite lame, alla lunghezza voluta e ridotto nei tradizionali cilin-dretti dai quali deriva appunto il nome di pellet.Terminato così il processo di pellettizzazione vero e proprio, che presenta una produt-tività variabile da 800 a 4.000 kg/h, si ha la fase di raffreddamento del combustibileche viene generalmente condotta in appositi impianti di ventilazione. Questa operazio-ne riveste un ruolo particolarmente importante in quanto, oltre a ridurre la temperatu-ra del pellet e l’umidità sprigionatasi con la pressatura, si realizza anche un rapido indu-rimento del prodotto che contribuisce a preservarne nel tempo le caratteristiche quali-tative. Nella sezione di separazione è infine eliminato il combustibile non integro cheviene reimmesso nel sistema di estrusione, al fine di evitare successivi problemi di inta-samento causati da un eccesso di polveri nei contenitori per lo stoccaggio. In alterna-tiva ai tradizionali silos il pellet può essere anche conservato all’interno di appositi sac-chi che vengono riempiti da una macchina pesatrice/insaccatrice automatica collocatain coda alla linea di produzione. Ad oggi il mercato del pellet è a esclusivo appannaggio della biomassa legnosa, in par-ticolare di quella proveniente dai comparti di prima e seconda lavorazione del legno;diversi però sono anche gli studi rivolti a sviluppare la filiera del pellet da colture erba-cee o da una miscela di queste con biomasse legnose. La diversa qualità della biomas-sa di partenza, soprattutto in termini di potere calorifico e contenuto in ceneri, porte-rà però inevitabilmente a un prodotto densificato con caratteristiche differenti da quel-le del pellet di legno, caratteristiche che ne modificheranno di conseguenza anche ladestinazione d’uso ma non la tecnologia e la filiera di produzione che invece rimar-ranno invariate a prescindere dal tipo di biomassa utilizzata.In Europa è la Svezia il più grande produttore e utilizzatore di questa tipologia di pro-dotto, che è comunque diffuso in molti altri paesi europei. In Italia l'utilizzo del pelletnon è particolarmente esteso anche se negli ultimi anni si sta registrando un trend dicrescita decisamente positivo. Oggi la produzione italiana è stimata intorno alle 500tonnellate annue, valore comunque non comparabile a quello di paesi come la Svezia,dove si superano le 500.000 tonnellate, la Danimarca (≈ 150.000 ton) o l’Austria (≈35.000 ton). Per non deludere nel nostro paese le aspettative di un mercato sempre piùin espansione è necessario garantire standard opportuni sia sulla qualità del pellet(dimensione, umidità, densità, contenuto delle ceneri, potere calorifico, ecc), che sugliapparati utilizzatori; introducendo allo scopo specifiche norme tecniche. Il Comitato Termotecnico Italiano (CTI), anticipando il legislatore nella definizione diuna specifica normativa di regolamentazione, ha fornito una raccomandazione (R 04/5)proprio sulla caratterizzazione del pellet a fini energetici. Questo documento si ponecome obbiettivo sia il miglioramento delle condizioni di commercio di questo prodot-to, da realizzarsi attraverso l’intensificazione del confronto tra tutti gli attori del siste-ma pellet (costruttori di impianti di pellettizzazione, produttori di pellet, costruttori diimpianti di combustione, commercianti e utenti finali), sia la definizione di riferimen-ti tecnici utili al legislatore per facilitare l’implementazione della normativa in mate-ria. Il CTI fornisce una caratterizzazione del pellet mediante l’individuazione di 4 cate-gorie distinte, definite in funzione della materia prima d’origine e delle caratteristiche

niente è stato messo a punto un secondotipo di caldaia, a caricamento dal basso;in questo caso, il funzionamento è com-pletamente automatizzato e tutti i para-metri di esercizio, come quantità di ariacomburente e flusso di combustibile,sono controllati e regolati elettronicamen-te per mezzo di un microprocessore. Talicaratteristiche di semplicità d’uso e diautomazione conferiscono agli impianti diriscaldamento a pellet un elevato livello diaffidabilità e rendimenti istantanei di com-bustione superiori anche al 90%. Nonmancano poi altri significativi vantaggi. In primo luogo va ricordato il minor inve-stimento iniziale rispetto all’istallazione diun impianto a cippato; una caldaia a pel-let infatti ha mediamente un costo varia-bile tra 2.200 e 4.500 ? e pertanto essa sipresta particolarmente all’impiego inutenze domestiche anche di bassa poten-za (inferiore ai 10 kW). In generale il costodi una caldaia con serbatoio di stoccag-gio a capacità settimanale si può ritenereparagonabile a quello di un comuneimpianto a gasolio, se invece si desiderauna riserva stagionale ovviamente si vaincontro ad un investimento maggiore; inentrambi i casi comunque il livello di com-fort garantito dai sistemi a pellet è di fattoidentico a quello del gasolio o di altricombustibili fossili. Per quanto riguardapoi l’asportazione delle ceneri, questageneralmente deve essere fatta una voltaogni due o tre mesi; nel pellet di buonaqualità, infatti, il contenuto in ceneri è paricirca allo 0,5% del volume totale, ovveroper ogni metro cubo di combustibile bru-ciato si producono meno di 3 kg di cene-re; quantitativo particolarmente basso einferiore a quello di altri prodotti legnosi.Oltre ai vantaggi gestionali illustrati, visono anche significativi vantaggi economi-ci che fanno prevedere un crescente inte-

Come per gli impianti a cippato, ancheper quelli a pellet è necessario predispor-re in prossimità della caldaia un conteni-tore per lo stoccaggio; questo, a causadell’alta densità energetica del combusti-bile che dovrà contenere, presentadimensioni paragonabili a quelle deicomuni serbatoi per gasolio. Nei silos ilcombustibile a pellet è introdotto utiliz-zando i sistemi di pompaggio delle auto-botti adibite al trasporto; tali sistemi pre-sentano tubazioni di distribuzione lungheanche trenta metri e un dispositivo che,per evitare la diffusione di polveri nell’am-biente durante la fase di scarico, preleval’aria durante il pompaggio e la fa ricirco-lare. Similmente agli impianti a cippato, iltrasporto del pellet dal serbatoio alla cal-daia si realizza quasi sempre utilizzando unsistema a due coclee: una prima, detta diestrazione, preleva il combustibile dal siloe lo invia al canale di alimentazione, quiinterviene poi una seconda coclea checonduce il pellet direttamente all’internodella camera di combustione. Ciò avvie-ne di regola quando il silo di stoccaggioè adiacente al locale caldaia, se invece ildeposito è più lontano (fino a dieci metrie oltre), il trasporto può essere effettuatocon coclee flessibili o con sistemi pneu-matici. Le caldaie per la combustione del pelletsono classificabili sostanzialmente in duecategorie, che si differenziano per il tipodi alimentazione. Quelle alimentate dal-l’alto sono state le prime a essere intro-dotte, esse consentono di ottenere rendi-menti di combustione molto elevati, masono particolarmente sensibili a un conte-nuto in ceneri nel combustibile superioreall’1% il quale può determinare un’ostru-zione delle prese d’aria del generatore dicalore per semplice agglomerazione ovetrificazione. Per ovviare a tale inconve-


fisiche e chimiche del prodotto finito. La raccomandazione, nelle categorie B e C, con-templa anche l’uso di biomassa derivante da colture e residui erbacei, nonché agroin-dustriali; non è invece previsto l’utilizzo, come materia prima, degli scarti dell’industriaagroalimentare che invece sono considerati in ambito europeo dalle direttive n. 2000/76e n. 2001/80 CEN/TC 335. Rispetto alle biomasse non densificate, come la segatura, il cippato, le ramaglie, ecc.,il pellet presenta notevoli vantaggi che gli permettono di essere molto più apprezza-to sul mercato, rispetto al materiale di partenza. Tra i più importanti ricordiamo iseguenti:� elevata densità apparente (bulk density); questo fattore, che può variare tra i 650 e i

780 kg/m3, dipende dalla forma e dalle dimensioni del materiale, dall’umidità e dallaporosità. Il pellet presenta mediamente una densità 7 volte superiore alla segatura e3 volte superiore al cippato, e ciò ne ottimizza il trasporto e lo stoccaggio;

� basso contenuto in umidità; le normative austriaca e svedese prescrivono un limitemassimo del 10% da calcolarsi sul secco; tale valore è stato preso come riferimentoanche dal Comitato Termotecnico Italiano (Raccomandazione CTI R04/05) sulla qua-lità del pellet; il basso contenuto idrico migliora il rendimento della combustione econtribuisce a ridurre i costi di trasporto; un ulteriore vantaggio si ha nello stoccag-gio del combustibile che non rischia di incorrere in fenomeni fermentativi con la for-mazione di muffe e batteri;

� alto potere calorifico per unità di peso; il potere calorifico del pellet è determinatodalla composizione e dalla struttura della biomassa impiegata per la sua fabbricazio-ne. Il pellet di legno ha un p.c.i. di circa 4.000 kcal/kg, valore energetico particolar-mente elevato nel campo dei biocombustibili;

� omogeneità del materiale sia dal punto di vista delle caratteristiche fisiche che qua-litative; granulometria ridotta e omogeneità di forma garantiscono una estrema faci-lità nella movimentazione del prodotto che avviene generealmente mediante coclee,nastri trasportatori o sistemi pneumatici di aspirazione; si ha quindi la possibilità diutilizzo in caldaie automatizzate con tutti i vantaggi che ne conseguono in terminidi regolazione, dosatura e alimentazione continua del combustibile; il grande inte-resse nei confronti del pellet, forse, risiede proprio nel fatto che esso si comporta,nella movimentazione, similmente ai fluidi; ciò permette un elevato grado di auto-mazione degli apparecchi e degli impianti di combustione, al punto che nelle moda-lità di impiego essi si avvicinano agli impianti alimentati con olio combustibile, kero-sene o GPL; questo combustibile gode poi di una elevata regolarità nella sua com-posizione e ciò permette di avere una migliore regolazione del processo combustio-ne e un miglior controllo delle emissioni. Inoltre il vantaggio di avere un prodottostandardizzato, quale si vuol far diventare il pellet facendo rispettare precise normequalitative e riportando le informazioni sulle caratteristiche chimico–fisiche in eti-chetta, riduce di fatto il rischio di incorrere in materiale di scarsa qualità dotato adesempio di eccessiva umidità, di una pezzatura disomogenea o di un alto contenutodi impurità e di ceneri.

Un ulteriore aspetto qualificante è rappresentato dal ridotto quantitativo di ceneri pro-dotto durante il processo di combustione; in relazione proprio al contenuto in ceneri,i combustibili a pellet sono differenziabili in tre classi: classe “premium” con produ-zione di ceneri inferiore al 1%, classe “standard” con livelli compresi tra l’1 e il 2% eclasse “industriale”, non utilizzata di fatto nelle comuni caldaie commerciali, e aventeun contenuto in ceneri pari o addirittura superiori al 3%.


I briquettes sono un’altra forma densifcata di biocombustibile ottenuta dalla pressatu-ra di residui legnosi più grossolani rispetto a quelli utilizzati nella produzione del pel-let, essi si presentano generalmente o come dei tronchetti cilindrici, aventi una lun-ghezza di 30 cm e un diametro di 7–8 cm, o come elementi di forma parallelepipedapiù facili da utilizzare e da stoccare. La densificazione della biomassa in bricchetti, presenta gli stessi vantaggi e svantag-gi della trasformazione in pellet, in seguito al processo di bricchettatura si ottiene infat-ti: un miglioramento delle caratteristiche fisiche del materiale di partenza (densità, omo-geneità, ecc.), una riduzione dei volumi, una riduzione dei costi di stoccaggio e tra-sporto e un miglioramento del comportamento durante la combustione. Al contempoperò l’operazione di bricchettatura, al pari della pellettizzazione, necessita di un pre-ventivo condizionamento del materiale legnoso di partenza che deve essere essiccatofino a raggiungere valori di umidità intorno all’8–10%, così da produrre bricchetti conumidità del 6–8%, i quali mostrano buona resistenza, non si fessurano e garantisco-no un processo di produzione ad alta efficienza. Successivamente è necessaria ancheuna fase di triturazione della biomassa, sino ad ottenere una granulometria di 6–8mm, che possa così garantire il migliore grado di compattazione del materiale e lemigliori rese produttive. In linea generale quindi i pretrattamenti necessari per eseguire una corretta bricchet-tatura sono molto simili a quelli attuati nell’ambito della pellettizzazione, sebbenecomunque le tecnologie impiegate siano relativamente più semplici. Definita la gra-nulometria e il contenuto d’acqua ottimale il materiale grezzo viene quindi convoglia-to alla bricchettatrice mediante un sistema di alimentazione costituito da un tubo man-tenuto in depressione o da un nastro trasportatore. A seconda della pressione appli-cata i sistemi di bricchettatura si distinguono in sistemi a bassa, media e alta pressio-ne. Mentre i primi due prevedono la miscelazione delle biomasse con una sostanzalegante, quelli ad alta pressione vengono applicati alla biomassa tal quale in quantole forze di coesione tra le particelle, quindi l’effetto legante, si sviluppano in seguitoalle elevate pressioni esercitate. Tra i sistemi ad alta pressione, le tecnologie più uti-lizzate sono: la bricchettatura a vite e la bricchettatura a pistone (meccanica e oleo-dinamica). Nel primo caso, la biomassa viene estrusa in continuo per effetto della rota-zione di una o più viti senza fine all’interno di una camera tronco conica, dove l’ef-

fetto combinato di pressione e temperatura(la camera viene riscaldata durante il pro-cesso) garantisce l’adesione tra le particelle.La parziale carbonizzazione della superficieesterna del bricchetto poi, dovuta alla ele-vata temperatura, e la presenza di un forocentrale, tipico delle estrusioni realizzatecon sistemi a vite, garantiscono una facileaccensione di questo combustibile all’inter-no delle caldaie nonché un’efficace proces-so di combustione. Con la bricchettatura apistone meccanico, invece, la compattazio-ne della biomassa viene condotta per mezzodi un pistone alternativo mosso da un moto-

Un’altra forma densificata: i briquettes

Figura 3.34 – Briquettes


re elettrico attraverso un manovellismo. I bricchetti prodotti in questo caso hannomediamente un diametro di 60 mm. Infine si ha anche la bricchettatura oleodinami-ca: essa prevede un sistema a due pistoni che comprimono il materiale in direzioniortogonali e che vengono azionati dall’olio mantenuto in pressione all’interno di uncircuito chiuso. Quest’ultimo sistema è quello in realtà maggiormente utilizzato in quan-to consente sia di trattare biomasse con elevati livelli di umidità, che di realizzare unmigliore controllo sulla pressione di bricchettatura. In commercio esistono diverse solu-zioni tecnologiche a circuito oleodinamico che vanno da una produzione di 30–50kg/h a circa 1.000–1.200 kg/h. I bricchetti realizzati presentano un diametro variabi-le da 50 a 90 mm e lunghezze da 50 a 300 mm.Eseguita come detto la bricchettatura si hanno quindi: la fase di taglio, solo per i siste-mi a vite dove il materiale esce in continuo (in quelli a pistone vengono invece pro-dotti blocchetti di lunghezza predefinita), la fase di raffreddamento, anche in questocaso solo dopo la bricchettatura a vite in cui si realizza un riscaldamento (nel caso dibricchettatrice a pistone il bricchetto subisce infatti solo un lieve aumento della tem-peratura), e infine il confezionamento e lo stoccaggio finale dei bricchetti. Nella tabel-la vengono presentate alcune caratteristiche di biomasse bricchettabili e il grado diidoneità alla bricchettatura.

Caratteristica Presa a pistone Presa a vite

Umidità ottimale della biomassa (%) 10-15 8-9

Usura delle parti meccaniche - bassa elevata

Prodotto bricchettato in blocchetti in continuo

Consumo medio di energia (kWh/t) 50 60

Peso specifico bricchetto (kg/m3) 1.00-1.200 1.000-1.400

Comportamento a combustione del bricchetto medio molto buono

Carbonizzazione esterna assente presente

Omogeneità del bricchetto scarsa buona

Tabella 3.3 – Confronto tra la pressa a vite e quella a pistone


Biomassa Granulometria Umidità Ceneri Idoneità

Segatura fine <10 1,3 ottima

Paglia irregolare 10-15 1,5 ottima

Cippato irregolare 10-20 - buona

Pula di riso fine 10 22,4 buona

Gusci di noce grossolana <10 6,0 ottima

Cotone irregolare 10-15 4,6 buona

Gusci di caffè regolare 10 4,3 ottima

Tabella 3.4 – Principali tipologie di biomasse bricchettabili


I bricchetti possono essere utilizzati in sostituzione della legna da ardere e del carbo-ne adeguando opportunamente alcuni parametri operativi del generatore termico,come ad esempio la distribuzione dell’aria primaria e secondaria. Rispetto a questi duecombustibili, infatti, i bricchetti richiedono una maggior quantità di aria secondaria euna minore quantità di aria primaria. I bricchetti sono poi considerati in generale uncombustibile “migliore” rispetto alla comune legna non compattata, ciò è dovuto alfatto che essi presentano una maggiore capacità termica, ossia trattengono il caloreper un maggior periodo di tempo, e questo gli consente di mantenere, all’interno dellacaldaia, una temperatura particolarmente elevata che facilita e velocizza l’intero pro-cesso di combustione. Le applicazioni più frequenti di questo tipo di combustibile sonosia di carattere domestico che industriale.

sto comparto, alla luce anche dei continuirincari energetici, vi sono significativi mar-gini per proporre un combustibile alterna-tivo a prezzi più vantaggiosi. Per contro, vi sono però alcuni inconve-nienti derivanti dall’utilizzo di queste cal-daie: esse sono abbastanza rumorose e,superando mediamente i 45 decibel,vanno collocate in vani isolati spessoappositamente predisposti. Inoltre, poi-ché la coesione dei cilindretti di legno èottenuta esclusivamente per pressionemeccanica, questi ultimi sono particolar-mente sensibili alle variazioni di umidità,ne deriva pertanto che i serbatoi di accu-mulo, se separati dalla caldaia, devonoessere perfettamente isolati, in modo damantenere quanto più costante l’umiditàrelativa dell’ambiente e impedire infiltra-zioni d’acqua. Come accade per le calda-ie a cippato poi, è necessario porre moltaattenzione al problema del ritorno di fiam-ma dal bruciatore verso il serbatoio: ilsistema di sicurezza più diffuso consistenell’interporre un tratto di caduta liberadel pellet tra la coclea di trasporto e la cal-daia, tratto costituito generalmente da untubo flessibile in cui si inseriscono serran-de tagliafiamma o valvole stellari. Infine èbene ricordare che è molto importanteporre attenzione anche all’omogeneità e

resse per questo tipo combustibile soprat-tutto da parte di un’utenza medio picco-la come quella del settore civile. Questainfatti acquista l’energia (derivante dal-l’uso di combustibili fossili) ai massimiprezzi di mercato e quindi proprio in que-


Esempio di caldaia a pelletFig. 3.35

non è ancora ben affermato in relazionealla scarsa conoscenza da parte del pub-blico e alla necessità di costruire un’ade-guata filiera di tale combustibile, chegarantisca il consumatore finale circa lacontinuità dell’approvvigionamento e lostandard qualitativo del materiale.

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alla qualità del combustibile utilizzato pernon compromettere il buon funzionamen-to e il rendimento della caldaia. In defini-tiva, le caldaie a pellet sono una tecnolo-gia ormai matura che offre i vantaggisocio–economici propri dei combustibililegnosi alternativi. Il mercato italiano però


Capitolo Quattro

109 Aspetti ambientali

no dell’effetto serra in quanto il lorosfruttamento energetico non comportaun incremento della concentrazioneatmosferica di anidride carbonica.Questa infatti, dopo essere stata rila-sciata in fase di combustione, viene,durante la crescita delle piante e permezzo del processo di fotosintesi cloro-filliana, nuovamente riassorbita e fissa-ta nei tessuti vegetali sia degli apparatiepigei (tronchi, steli, foglie, ecc.), che diquelli ipogei (apparati radicali annuali operennanti, ecc.). Il ciclo della CO2 perla biomassa può dunque ritenersi chiu-so, ma alla condizione che il ritmo diimpiego di questa risorsa non superi lacapacità di ricrescita della stessa.Va comunque precisato che, se si con-sidera l’intero ciclo di vita dei combusti-bili da biomassa, indipendentemente daquale sia il comparto di provenienza, ilbilancio della CO2 non potrà più consi-derarsi nullo dato che in generale le fasidi produzione, di lavorazione e di tra-sporto, richiedendo un consumo dimaterie prime ed energia, produrrannoinevitabilmente degli impatti negativisull’ambiente. Analizzando le diversetipologie di biomassa, si può ritenereche, durante le fasi di produzione dellamateria prima vegetale, il maggior livel-lo di inquinamento si raggiunge nell’am-

Come più volte ricordato nel corso diquesta trattazione, l’impiego di biomas-se a fini energetici produce indiscussibenefici di carattere ambientale, bene-fici che comunemente si manifestanoogni qual volta si attua la sostituzione difonti di natura fossile con fonti rinnova-bili. In generale infatti, oltre a determi-nare una riduzione nell’utilizzo di risor-se che per loro natura sono esauribili, losfruttamento energetico delle biomasse,o di qualunque altra fonte rinnovabile,contribuisce anche a limitare in manie-ra sensibile le emissioni di gas serra,nonché in generale quelle di tutti i com-posti, come SOX, NOX, polveri, che nor-malmente si sviluppano nei processi dicombustione dei prodotti petroliferi. Pertale motivo il ricorso alle biomasse èstata indicata come una delle possibilistrategie per la mitigazione dei cambia-menti climatici in atto e, più in genera-le, per la riduzione degli impattiambientali connessi all’impiego dellefonti energetiche di origine fossile.

[4.1] Il bilancio delle emissioni

Le biomasse sono fonti che vengonoconsiderate neutrali rispetto al fenome-

Aspetti ambientali

zioni di taglio, allestimento (sramatura,depezzatura, scortecciatura, ecc.), con-centramento (trasporto della biomassalungo vie attrezzate fino al punto di rac-colta per il trasferimento fuori foresta)ed esbosco.Se si prende in considerazione anzichéla fase di produzione della materiaprima quella relativa alla trasformazio-ne di quest’ultima in prodotti diretta-mente utilizzabili per le diverse applica-zioni energetiche, allora i maggiori con-sumi di energia, e quindi le maggioriemissioni in atmosfera, si registranoperlopiù durante le operazioni di essic-cazione della biomassa realizzate adesempio per la produzione di pellet ebricchetti. In questo caso il consumoenergetico e la quantità di emissionidipendono ovviamente dal grado diumidità della sostanza vegetale iningresso, dalle tecnologie adottate edella fonte energetica impiegata perl’essiccazione. Relativamente a quest’ul-timo aspetto è possibile infatti sostene-

bito della filiera delle colture dedicate,subito seguita da quelle dei residui fore-stali, agricoli e industriali.Nel primo caso, quello cioè relativo allacoltivazione di specie vegetali per usienergetici, le principali fonti di emissio-ne sono determinate perlopiù dall’utiliz-zo di mezzi agricoli (macchine per lalavorazione del terreno, ecc.) e dal-l’eventuale impiego in modo sistemati-co di prodotti come fertilizzanti e diser-banti. Questi strumenti di fatto rendonola coltivazione di biomassa energeticaparticolarmente impattante dal punto divisto ambientale, soprattutto facendoriferimento alla emissioni atmosferiche,che comunque possono essere sensibil-mente ridotte adottando pratiche agri-cole poco invasive e scegliendo le spe-cie vegetali più adatte alle condizionipedoclimatiche locali.Per quanto concerne invece la filieradelle biomasse forestali i principali fat-tori di emissione sono rappresentatidalle macchine impiegate nelle opera-


Figura 4.1Rappresentazione schematica

del ciclo della biomassa

combustibili di origine fossile e consen-tire sensibili riduzioni sul quantitativo diemissioni inquinanti. Di seguito si ripor-tano i dati più significativi per quei bio-combustibili (bioetanolo, biodiesel, bio-gas) che, presentando allo stato attualedelle tecnologie di produzione ormaimature, sono già disponibili a livellocommerciale. L’utilizzo del bioetanolo in autotrazione,puro o in miscela con la benzina, per-mette di ottenere sia la riduzione delleemissioni in atmosfera generate dal traf-fico veicolare, che in generale anche unaumento della loro qualità. Tutto ciòtrova giustificazione nella struttura chi-mica del bioetanolo che, rispetto allabenzina, presenta un maggior quantita-tivo di ossigeno molecolare con unaconcentrazione in peso superiore dicirca il 35% rispetto a quella del tradi-zionale derivato petrolifero. La maggiorpresenza di ossigeno, infatti, favorisce inlinea generale il completamento delprocesso di combustione, con evidentiriflessi sia sulla quantità dei prodottiincombusti, che tendono sensibilmentea ridursi, che sulla durata media deimotori. Se dunque i prodotti di parziale ossida-zione (in particolare monossido di car-bonio e idrocarburi incombusti), sonopresenti allo scarico in misura tantominore quanto maggiore è la percen-tuale di bioetanolo in miscela con labenzina, ciò non è valido in assolutoper tutti gli altri composti inquinanticome ad esempio gli ossidi di azoto(NOX) e l’acetaldeide, che inveceaumentano all’aumentare della presen-za di ossigeno nel carburante. Perquanto riguarda l’acetaldeide, nono-stante si possa raggiungere un incre-

re che l’impatto sarà massimo nell’ipo-tesi di utilizzare energia elettrica e mini-mo nel caso in cui ci si serva dei residuidi lavorazione delle biomasse stesse odi cascami termici di qualunque natura.Un altro settore da non trascurare, inrelazione alle problematiche ambienta-li, è poi quello dei biocarburanti in cuii processi produttivi sono anche in que-sto caso particolarmente complessi eenergivori.Non va dimenticato infine che una fasecomune a tutte le filiere che può pre-sentare un impatto anche molto rile-vante sull’ambiente è quella del tra-sporto della biomassa: la densità diquest’ultima infatti, nonché le modalitàdi trasporto, le capacità di carico e ladistanza tra il luogo di produzione e ilsito di trasformazione e/o combustioneincidono sulla percorrenza media deimezzi, sul numero di viaggi e quindi,indirettamente, sulla quantità di emis-sioni rilasciate in atmosfera. Da qui lanecessità di sostenere lo sviluppo difiliere locali in grado di produrre, tra-sformare e consumare la biomassa inambiti territoriali quanto più possibilecircoscritti.

[4.2] Confronto tra le emissioni inquinanti dei principali combustibili di origine vegetale e fossile

Nel corso della trattazione si è visto cheuna delle possibili modalità per realizza-re lo sfruttamento energetico delle bio-masse è quella di mettere a punto deiproocessi di produzione di biocombusti-bili, o “biofuel”, in grado di sostituirsi ai


in sostituzione dei normali antidetonan-ti in percentuale pari al 15%.Analogamente a quanto riportato fino-ra per il bioetanolo, anche il biodieselpuò contribuire a ridurre il livello diemissioni prodotte dai veicoli a moto-re, soprattutto là dove la loro presen-za richiede maggiore attenzione: ovve-ro in ambito urbano. Per effetto di unpiù elevato contenuto di ossigeno (11%in peso) rispetto a quello del normalegasolio, il biodiesel è infatti soggettoa una migliore e più completa combu-stione la quale determina, di conse-guenza, una riduzione delle emissionidi monossido di carbonio, di idrocarbu-ri incombusti e di particolato. Come unqualunque altro prodotto derivato dabiomasse poi, anche questo biocombu-stibile non contribuisce di per sé adincrementare il fenomeno dell’effettoserra e proprio in merito a questo si èstimato che per ogni kg di gasoliosostituito si evita una emissione di CO2

in atmosfera pari a circa 2,5 kg. Il bio-diesel inoltre ha il vantaggio di essereun prodotto non tossico e complessiva-mente biodegradabile dato che, sedisperso nell’ambiente, si dissolve nel-l’arco di pochi giorni. Questo, che rap-presenta sicuramente un beneficio dalpunto di vista ecologico, può peròdiventare un inconveniente dal puntodi vista dello stoccaggio, dato che ele-vata biodegradabilità significa ancheminore stabilità chimica. Un altroindubbio vantaggio ottenuto sostituen-do il comune gasolio con del biodieselsi ha per il fatto che quest’ultimo, noncontenendo composti solforati, rendepraticamente nulle le emissioni di ossi-di di zolfo, che invece sono presenti,anche se in minima quantità, nei pro-


Bioetanolo in miscela ETBE in percentualeal 5,5% al 15%

Inquinante Variazione Variazione

Monossido di carbonio -10% -3%

Composti organici volatili -5% -7%

Ozono nr -20%

Benzene -25% -28%

Butadiene -11% -14%

Formaldide +2% +29%

Acetaldeide +67% +21%

Tabella 4.1 – Variazioni percentuali di alcune emissioni inquinanti nell’uso delbioetanolo o dell’ETBE rispetto alla benzina

Fonte: Energia Dalle Biomasse, AREA Science Park

nr = dato non riportato

mento della sua concentrazione fino al400% in miscele di bioetanolo al 35%con la benzina, la sua presenza comeinquinante è tuttavia tollerata poichétale composto è caratterizzato da unpotere cancerogeno da 10 a 60 volteinferiore rispetto a quello dei principa-li inquinati, quali ad esempio il benze-ne, che si originano dalla combustionedei prodotti di natura fossile.Relativamente alle emissioni di ossididi azoto invece si ritiene che questepossano essere sensibilmente ridotte,già entro i prossimi 15 anni, introducen-do miglioramenti nei sistemi di abbat-timento catalitico.Infine va ricordato che benefici di carat-tere ambientale, dovuti all’utilizzo delbioetanolo si possono attenere anchedall’impiego di questo prodotto comeadditivo antidetonante nella benzina(ETBE), in sostituzione al benzene oall’MTBE. A titolo di esempio, in tabel-la 4.1 sono esposte le variazioni per-centuali nelle emissioni atmosferichenell’ipotesi di utilizzare il bioetanolo inmiscela al 5,5% con la benzina e l’ETBE

aldeidico dall’odore fortemente irritan-te noto con il nome di acroleina. Intabella 4.2 sono sintetizzati i valori rela-tivi alle variazioni dei principali gasinquinanti nella combustione del bio-diesel, puro o in miscela, rispetto algasolio.Un minore impatto ambientale rispet-to ai tradizionali prodotti di origine fos-sile si ottiene anche utilizzando per finienergetici il biogas derivante dai pro-cessi di digestione anaerobica; il con-fronto, per quanto riguarda le emissio-ni, con i principali combustibili fossili èriportato in tabella 4.3.

[4.3] Altri benefici ambientali

È importante sottolineare che l’impiegoa fini energetici della biomasse general-mente si accompagna a ulteriori bene-fici ambientali connessi principalmentealle realizzazione di filiere produttiveche estendono i loro effetti positivi siasui comparti di provenienza della mate-ria prima che sulle componenti ambien-tali ad essi correlate. Per rendersi contodi ciò basti pensare ad esempio a quan-to già detto per le biomasse da coltu-re dedicate; queste favoriscono da unlato lo sviluppo del comparto agricolo,rinforzando l’economia delle zone rura-li, e dall’altro la presenza di beneficiambientali che si manifestano principal-mente su i suoli o sulle falde acquifere.In relazione ad essi, un aspetto moltoimportante è quello legato alla possibi-lità di ridurre il loro livello di inquina-mento grazie soprattutto al fatto che lebiomasse energetiche, a differenza diquelle alimentari, richiedono per la loro

dotti di origine fossile. Contrastantisono poi i dati relativi agli idrocarburi:se da un lato infatti si riducono le emis-sioni di idrocarburi monociclici aroma-tici (dal 20 all’80%), di idrocarburi poli-ciclici aromatici (fino al 98%) e di ace-taldeide (tra il 20 e il 40%), dall’altroaumentano quelle relative agli idrocar-buri a catena corta, con un incrementopercentuale compreso tra il 10 e il 20%.Essendo poi il biodiesel un compostoossigenato, così come accade per ilbioetanolo, aumentano anche in que-sto caso le emissioni di ossidi di azotoin percentuali variabili tra il 5 e il 23%che comunque saranno verosimilmen-te ridotte nei prossimi anni attuandomiglioramenti nelle prestazioni deicatalizzatori. Infine è bene non trascu-rare, quando si utilizza biodiesel comecombustibile nei motori, il problemacausato dalla presenza di un composto


RiduzioneInquinante Biodiesel al 100% Biodiesel al 20%

Monossido di carbonio -42,3% -12,6%

Particolato -55,4% -18,0%

Idrocarburi incombusti -56,3% -11,0%

Tabella 4.2 – Variazione percentuale di alcune emissioni atmosferiche rispetto algasolio

Fonte: US Department of Energy – DOE

SO2 NOx Polveri [kg/TJ] [kg/TJ] [kg/TJ]

Oli minerali 140 90 20

Gas 3 90 2

Carbone minerale 300 150 20

Biogas 3 50 3

Tabella 4.3 – Confronto tra le principali emissioni del biogas rispetto ai principalicombustibili fossili

Fonte: US Department of Energy – DOE

Ci sono poi i prodotti della digestioneanaerobica; il loro sfruttamento rappre-senta un’opportunità di rilievo non soloperché orientata all’ottenimento di unafonte energetica rinnovabile (il biogas)ma, più in generale, perché volta agarantire la corretta gestione agrono-mica dei liquami zootecnici. È sufficien-te pensare che l’impatto ambientale,generato dallo spandimento dei refluiprovenienti dagli allevamenti zootecni-ci intensivi, negli anni si è accentuatoin relazione alla maggiore concentra-zione degli allevamenti e al modificatouso del suolo. Il processo di digestio-ne anaerobica favorisce invece la stabi-lizzazione dei liquami grazie alla mine-ralizzazione della sostanza organica,alla riduzione della carica patogena,alla riduzione delle sostanze fitotossi-che nonché all’abbattimento degliodori. Inoltre, da un punto di vista piùin generale, questa trasformazione bio-chimica, determina un miglioramentodelle proprietà fertilizzanti del materia-le digerito grazie alla riduzione del rap-porto C/N e alla maggior presenza diazoto ammoniacale prontamente di-sponibile per la nutrizione delle pian-te. La sostituzione dei liquami tal qualicon fanghi umificati prodotti in dige-stione anaerobica per la concimazionedei terreni ne migliora la fertilità non-ché la stabilità; inoltre il processo anae-robico riduce, rispetto ai sistemi di tipoaerobico convenzionali, la superficie disuolo sfruttata per il trattamento e l’eli-minazione dei reflui. Oltre a tutto ciò lacaptazione del biogas e la sua utilizza-zione a fini energetici consente di ridur-re le emissioni in atmosfera di metano(CH4) che, come noto, ha un’incidenzasull’effetto serra 21 volte superiore a

crescita un apporto minore di fertiliz-zanti e diserbanti ovvero di prodotti chi-mici che comunque producono unimpatto e quindi un danno a livelloambientale. Lo sviluppo di colture dedi-cate in territori privi di vegetazione,oltre a favorire un generale migliora-mento della qualità paesaggistica, con-tribuisce poi, per effetto delle azioni dicopertura e di trattenimento del terre-no da parte degli apparati radicali,anche alla conservazione del suolo ealla riduzione dei fenomeni di erosionesuperficiale prodotti tipicamente dagliagenti atmosferici. Per quanto riguarda poi la biomassaforestale, si è già detto che per attuareun proficuo sfruttamento energetico diquesta risorsa è necessario predisporreun apposito piano di gestione delbosco che sia in grado di garantirecomunque le principali funzioni di que-sto ecosistema; tra cui ad esempioquella di regolazione del regime idricodel terreno sottostante per la preven-zione dei rischi idrogeologici. Le ope-razioni di esbosco, quali il diradamen-to delle fustaie o il taglio delle forma-zione boschive a ceduo, attuate nel-l’ambito di un programma che prevedelo sfruttamento energetico del legna-me, possono inoltre contribuire allariduzione del rischio di eventi dannosiper l’ecosistema forestale quali adesempio gli incendi boschivi o le infe-stazioni di insetti. Gli interventi selvicol-turali devono però essere regolati dapiani di assestamento forestali, redattida tecnici competenti, con lo scopo diottenere una produzione legnosa rego-lare e continua del tempo, senza com-promettere l’evoluzione e rinnovazionedel bosco.


in oltre il 50%, rispetto alle emissioniche si originano da una gestione con-venzionale dei liquami (stoccaggiosenza copertura e spandimento agro-nomico).

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quello dell’anidride carbonica: premes-so che vengano minimizzate le perditein metano nella fase di stoccaggio (ades. dotando di copertura la vasca diaccumulo), la riduzione è stata stimata


Capitolo Cinque

117 Aspetti economici

Aspetti economici

ti dall’obbligo di ritiro dalla produzione,obbligo che l’Unione Europea impone alfine di regolamentare il mercato e ridurrele eccedenze di prodotti destinati al con-sumo umano o animale. Con il Regola-mento n. 1973/2004 (articoli dal 143 al 169)è stata poi data ai produttori agricoli lapossibilità di utilizzare le superfici ritiratedalla produzione alimentare per scopi nonalimentari, ovvero per la produzione adesempio di materie prime da utilizzarsinella comunità e quindi anche per la col-tivazione di biomasse destinate ad usienergetici. In generale vige l’obbligo dellastipula di un contratto tra agricoltore eprimo trasformatore della materia prima,obbligo che naturalmente viene superatose l’agricoltore, all’interno della propriaazienda agricola, utilizza le produzionicome combustibili oppure le trasforma inbiocarburanti o in biogas. L’obbligo inol-tre non sussiste quando i terreni ritiratisono destinati alla coltivazione di speciecontenute in un elenco fornito in allega-to al Regolamento in cui rientrano adesempio le SRF e il miscanto. I regolamen-ti europei fissano poi un aiuto nella misu-ra di 45 € per ettaro, per una superficiemassima garantita a livello comunitario di2.000.000 di ettari, in favore dei produtto-ri di colture energetiche, ovvero di prodot-ti destinati alla trasformazione in biocarbu-ranti o di biomasse per la produzione di

[5.1] Gli incentivi alla produzionedi biomasse energetiche da colture dedicate

Un primo importante provvedimentovolto a sostenere la produzione di bio-masse a fini energetici è stato il Dlgs 30aprile 1998, n. 173 che, insieme al succes-sivo decreto attuativo del MIPAF (n. 401dell’11 novembre 1999), ha istituito unregime di aiuti in favore della produzionee della utilizzazione di fonti energeticherinnovabili nel settore agricolo. Attraversoquesto intervento legislativo, infatti, si ècercato di indurre le aziende di trasforma-zione e di commercializzazione dei pro-dotti agricoli ad investire nelle colturededicate e più in generale in tutti queisistemi idonei a ridurre i costi energeticidi produzione, l’inquinamento e l’impat-to ambientale. Una svolta significativa nel sostegno dellebiomasse energetiche si è avuta però conla riforma della Politica Agricola Comu-nitaria (PAC) che, attraverso il Regola-mento 1782/2003/CE del 29 settembre2003, ha introdotto varie forme di incen-tivazione in favore delle colture dedicate.Ai sensi dell’art. 55 del Regolamento, adesempio, è stabilito che i terreni destina-ti a colture non alimentati, quindi anchecolture energetiche dedicate, siano esen-

ne del PNERB ovvero del programmanazionale energia rinnovabile da bio-massa promosso dal ministero delle poli-tiche agricole e forestali il 24 giugno1998 e avente come obbiettivi la riduzio-ne dell’uso di fonti fossili con la produ-zione di 8–10 Mtep di energia da bio-masse agroforestali e zootecniche entroil 2012. In questo contesto è stato inserito ancheun programma nazionale di valorizzazio-ne delle biomasse agricole e forestali(PNVBAF) che, precedendo di qualchemese il progetto PROBIO, ne anticipavain qualche modo i contenuti fissando gliobiettivi di sviluppo delle filiere agroe-nergetiche per l’ottenimento di biocom-bustibili solidi destinati ad usi elettrici etermici e di biocombustibili per l’autotra-zione e il riscaldamento.Il programma PROBIO, approvato condelibera CIPE il 15 febbraio 2000, pone-va come obbiettivo prioritario l’incenti-vazione di attività dimostrative, divulga-tive e progetti regionali a forte caratte-re territoriale che avessero come ogget-to la promozione delle filiere bioenerge-tiche e in particolare lo stimolo del set-tore dei biocombustibili. Il programmache ha tentato di coinvolgere in partico-lare le amministrazioni locali, ma anchegli imprenditori agricoli e industriali, eraarticolato su due livelli. A livello centra-le, le azioni venivano coordinate dalMIPAF con il contributo di un gruppo disupporto tecnico–scientifico e delleregioni, che operavano invece su baseterritoriale nella gestione dei progettidimostrativi proposti. Numerose regionihanno usufruito dei fondi PROBIO, traqueste si ricordano: la Basilicata, l’EmiliaRomagna, la Lombardia, il Piemonte, laToscana, l’Umbria, la Valle D’Aosta e ilVeneto.

energia elettrica e termica. Il premio èconcesso soltanto per le superfici la cuiproduzione è oggetto di un contratto sti-pulato tra l’agricoltore e l’industria di tra-sformazione, ad eccezione del caso in cuila trasformazione sia effettuata dall’agri-coltore stesso all’interno dell’azienda. Inambito nazionale queste direttive sonostate recepite con il decreto ministeriale15 marzo 2005 che ha subito di recentedelle modificazioni con il decreto 2 gen-naio 2008.Nel 2007 è stata superata la soglia di 2milioni di ettari beneficiari dell’aiuto. LaCommissione europea ha stabilito un limi-te massimo dello stanziamento disponibi-le per questa misura di aiuto pari a 90milioni di € e ha previsto che al supera-mento della soglia la superficie per laquale ciascun agricoltore può richiederel’aiuto è ridotta proporzionalmente, appli-cando un coefficiente tale da garantireche non sia superato lo stanziamentodisponibile. Poiché la superficie nel 2007ha raggiunto i 2,8 milioni di ettari è statoapplicato un coefficiente di riduzione paria 0,703. Tradotto operativamente, gli agri-coltori riceveranno un aiuto di 45 € perettaro per poco più del 70% della super-ficie per cui hanno richiesto l’aiuto.

[5.2] Gli incentivi ai biocarburanti

Un primo significativo stimolo al merca-to dei biocombustibili si era avuto conla legge 2 dicembre 1998, n. 428 la qualeha autorizzato, a partire dal 1999 e pertre anni, la spesa di circa 2,58 milioni di€ da parte del MIPAF per la realizzazio-ne di un “Programma Nazionale Bio-combustibili” (PROBIO). Esso rappresen-tava in realtà uno strumento di attuazio-


3, in particolare, fissava degli obbiettivistrategici, secondo i quali gli stati mem-bri dovevano provvedere affinché siavesse, entro il 31 dicembre 2010, lasostituzione del 5,75% dei carburanti diorigine fossile, consumati nel settore deitrasporti, con biocarburanti di origineagricola. Il Dlgs 30 maggio 2005 n. 128ha recepito tale direttiva adeguando cosìla legislazione italiana sui biocarburantialle indicazioni fornite da Bruxelles.In materia di defiscalizzazione, la Direttiva2003/96/CE del Consiglio del 27 ottobre2003 ha ristrutturato, mediante l’abroga-zione della Direttiva 92/81/CE, il quadrocomunitario sulla tassazione dei prodot-ti energetici e dell’elettricità, modifican-do in particolare il panorama relativo alleaccise sugli oli minerali e applicando ali-quote ridotte sulle miscele contenentibiocombustibili.Sul fronte della detassazione dei biocar-buranti, e in particolar modo del biodie-sel, l’Italia si dimostra particolarmenteimpegnata; tanto che già con la finanzia-ria 2001 (legge 388/200), viene imposto,nell’ambito di un programma triennale(dal 1 luglio 2001 al 30 giugno 2004), uncontingente annuo esente da accisa paria 300.000 tonnellate. Tale quantità vieneridotta con la finanziaria 2005 (legge 30dicembre 2004 n. 311) a 200.000 tonnel-late, con lo scopo di favorire anche lo svi-luppo del bioetanolo per cui vengonostanziati 219 milioni di € in previsione diattuare, anche su questo biocarburante,una riduzione dell’accisa. Il contingenteannuo di biodiesel esente viene ritocca-to poi dalla finanziaria 2006 che lo portaa 220.000 tonnellate e infine anche dallafinanziaria 2007 (legge 27 dicembre 2006n. 296) che fissa, per il triennio 2007–2010e per 250.000 tonnellate, un’aliquota diaccisa agevolata pari al 20% di quella

Sempre nell’ambito del progetto PRO-BIO, si sono poi attivate numerose lineedi ricerca sulle bioenergie, tra queste siricordano ad esempio il progetto“Prisco” e il progetto “Tisen”. Con ilprimo si sono condotti studi voltiall’identificazione di colture alternativeda fibra e cellulosa, da energia, da oliindustriali, da amido e biopolimeri non-ché di quelle destinate ad usi diversi.Con il secondo invece si è cercato diottimizzare la produzione e la sostenibi-lità di specie erbacee annuali, di valuta-re e costituire nuovo materiale geneticoe di identificare itinerari colturali soste-nibili per la produzione e la trasformazio-ne industriale. Uno degli aspetti di maggiore debolez-za e criticità nell’utilizzo dei biocarbu-ranti risiede, come visto nel corso dellatrattazione, negli ancora troppo alti costidi produzione, soprattutto per quantoconcerne le voci relative al reperimentodella materia prima. Per sopperire a que-sto inconveniente il legislatore europeoha promosso delle iniziative per incenti-vare sia la conversione agricola in dire-zione delle colture energetiche, sia ladefiscalizzazione dei prodotti energeticidi origine vegetale quindi bioetanolo,ETBE e biodiesel.In ambito comunitario una prima lineaguida sulle politiche di sviluppo dei bio-combustibili era stata già data nel 1997con la stesura del libro bianco sulle fontienergetiche rinnovabili in cui la primapriorità individuata riguardava proprio lariduzione dei costi di produzione e dellivello di tassazione. Nel 2003 l’Europaha dato un ulteriore forte impulso allosviluppo dei biocombustibili attraversola direttiva 2003/30/CE sulla “promozio-ne dell’uso dei biocarburanti o di altricarburanti rinnovabili nei trasporti”. L’art.


sul consumo di biocarburanti che, entroil 2020, non dovrà essere inferiore al 10%rispetto ai consumi complessivi di benzi-na e gasolio per autotrazione.Tale direttiva a seguito delle problemati-che food e non food e della effettivaattuabilità a livello nazionale ed Europeo,si sta rinegoziando e si prevede un impe-gno alla copertura soprattutto con biocar-buranti di seconda e terza generazione.

[5.3]Gli incentivi alla produzionedi energia elettrica

La principale forma di incentivazione del-l’energia elettrica prodotta da fonti rinno-vabili, quindi anche da biomassa, è quel-la dei certificati verdi introdotti con ildecreto Bersani (Dlgs 16 marzo 1999, n.79), il quale, tra l’altro, ha ridisegnato ilquadro istituzionale e normativo del set-tore elettrico italiano attuandone la libe-ralizzazione del mercato. Il DecretoBersani, che ha subito nel corso degli anninumerose modificazioni, ha sancito l’ob-bligo per tutti i produttori e gli importa-tori di energia elettrica da fonti fossili (cheintroducono in rete più di 100 GWhe/annodi energia), di immettere nel sistema elet-trico nazionale una quota pari al 2% dienergia prodotta a mezzo di fonti rinno-vabili, biomassa compresa. Per risponde-re agli obiettivi fissati dall’unione europeacon la direttiva 2001/77/CE (raggiungereentro il 2010 una quota di energia elettri-ca da fonti rinnovabili pari al 22% del con-sumo interno lordo), tale obbligo è statonegli anni incrementato; prima dello0,35% ogni anno dal 2004 al 2006 attraver-so il Dlgs 29 dicembre 2003, n. 387 (cheha recepito la direttiva), poi dello 0,75%annuo per il periodo 2007–2012 così come

prevista per il normale gasolio. Acciseridotte sono applicate anche a bioetano-lo, ETBE e ad altri additivi e riformulatida biomasse con un limite di spesa pub-blica comunque non superiore a 73M€/anno. Il biodiesel immesso sul mer-cato nazionale viene quasi completa-mente utilizzato nel settore dei trasportiper ottenere miscele al 5% con gasoliodi origine fossile; allo stato attuale il con-tingente esente viene ripartito tra i diver-si impianti di produzione in relazione allarispettiva capacità produttiva e alla quan-tità venduta negli anni precedenti. Lapolitica di defiscalizzazione attuata inquesti anni dall’Italia costituisce sicura-mente un ottimo strumento per incre-mentarne la competitività nei confrontidei prodotti di origine petrolifera su cui,come noto, le tasse incidono in percen-tuali rilevanti, anche superiori al 50%, sulprezzo alla pompa. Tra gli ultimi interven-ti legislativi attuati in favore dello svilup-po dei biocarburanti si ricordano infine lafinanziaria 2008 (legge 24 dicembre 2007,n. 244) e il decreto–legge 1 ottobre 2007,n. 159 ad essa collegato. La prima ha ele-vato la quota minima di biocarburanti daimmettere sul mercato nel 2009, quotaposta pari al 3% del totale di benzina egasolio posto al consumo nell’anno sola-re precedente. Con il secondo provvedi-mento si è invece stabilito che gli impren-ditori agricoli che producono oli vegeta-li non modificati chimicamente e li impie-gano per autoconsumo, quale carburan-te, nel parco macchine aziendale, fino adun quantitativo annuo di 5 tonnellate, nonsono soggetti al regime di deposito fisca-le relativo alla produzione, trasformazio-ne e cessione dei prodotti soggetti adaccisa. Infine si ricorda il “pacchetto20–20–20” con il quale l’UE ha fissato pertutti gli stati membri una quota minima


vazione dei certificati verdi, per tutti gliimpianti IAFR autorizzati in data successi-va al 31 dicembre 2007, ha subito impor-tanti modifiche. In particolare, nell’ambitodelle biomasse, si è stabilito che a tutti gliimpianti alimentati con prodotti e sotto-prodotti agricoli, forestali e di natura zoo-tecnica, derivanti da filiere corte (cioè otte-nuti entro un raggio di 70 chilometri dal-l’impianto che li utilizza per produrre ener-gia elettrica) è riconosciuta per 15 anni l’in-centivazione indicata in tabella 5.1.Tuttavia al momento manca ancora il rela-tivo decreto attuativo a seguito di alcuneosservazioni fatte a livello comunitario pergarantire il regime di concorrenza.Per quanto riguarda invece le biomasse diorigine vegetale provenienti da filieralunga e per la parte biodegradabile deirifiuti industriali e urbani il decreto colle-gato alla finanziaria prevede comunqueun regime di sostegno, sempre delladurata di 15 anni, in cui però il fattoremoltiplicativo per l’assegnazione dei cer-tificati verdi è ridotto a 1,1 e la tariffa omni-comprensiva posta pari a 0,22 €/kWh. Talivalori, nonché quelli previsti per biomas-se da filiera corta, potranno essere aggior-nati ogni 3 anni con decreto del Ministrodello sviluppo economico di concerto conil Ministro delle politiche agricole alimen-tari e forestali. Sono ammessi agli incen-tivi anche ai cosiddetti impianti ibridi, cheutilizzano cioè sia biomassa sia altri tipi dicombustibili, in questo caso però l’incen-tivo verrà erogato solamente per la quotaparte di energia prodotta da fonte rinno-vabile. Attualmente è inoltre prevista lapossibilità di cumulare tali contributi conaltri incentivi pubblici di natura nazionale,regionale, locale o comunitaria in contocapitale o in conto interessi con capitaliz-zazione anticipata, purché non eccedentiil 40% del costo totale dell’investimento e

previsto dall’ultima legge finanziaria(legge 24 dicembre 2007, n. 244). I produt-tori/importatori di energia elettrica perpoter dunque adempiere a tali obblighihanno due possibilità: o immettere in reteelettricità effettivamente prodotta da fontirinnovabili, oppure acquistare da altri pro-duttori (titolari di impianti IAFR) titoli com-provanti l’avvenuta produzione di energia“pulita”. Questi titoli, chiamati certificativerdi, vengono rilasciati dal GSE e costi-tuiscono per il proprietario del impiantoalimentato a fonte rinnovabile una formadi incentivazione dato che essi possonoessere commercializzati in un appositomercato o venduti attraverso sempliciaccordi bilaterali tra operatori del settore. Con il decreto–legge 1 ottobre 2007, n.159 (poi convertito in legge) collegato allafinanziaria 2008, il meccanismo di incenti-


Impianti con potenza installata > 1MWe

A questi impianti vengono riconosciuti dei certificati verdi “agricoli” in nume-ro pari ai MWh prodotti moltiplicati per un coefficiente pari a 1,8. Il prezzodi riferimento di tali certificati sarà fissato a partire dal 2008 dalla differen-za tra il valore di 180 € per MWh e il valore medio annuo del prezzo di ces-sione dell’energia elettrica definito dall’Autorità per l’energia elettrica.L’incentivazione è riconosciuta per 15 anni.

Impianti con potenza installata ≤ 1MWe

A questi impianti è riconosciuta, a scelta del produttore, o la stessa tipologiadi incentivazione vista per le taglie superiori al Megawatt, oppure, in alter-nativa, una tariffa fissa omnicomprensiva pari a 0,30 €, che viene liquidatamensilmente, per ogni kWh prodotto e immesso in rete. Si da inoltre la pos-sibilità agli impianti di potenza fino ai 200 kWe di accedere al servizio discambio sul posto con modalità simili a quelle già previste dalla finanziaria2007 per i sistemi fotovoltaici attraverso l’incentivazione in “conto energia”.Un ulteriore agevolazione per gli impianti di piccola taglia (< 200 kWe) è rap-presentata dal fatto che questi, per poter accedere agli incentivi, non sonosoggetti ad autorizzazione, ma ad una semplice dichiarazione di inizio atti-vità (DIA), che permette di abbreviare sensibilmente i tempi burocratici.L’incentivazione è riconosciuta per 15 anni.

Tabella 5.1 – Incentivazione per impianti alimentati con prodotti e sottoprodottiagricoli, forestali e di natura zootecnica, derivanti da filiere corte

solo per gli impianti che entreranno infunzione entro il 31/12/2008. Per quanto detto fin ora si è quindi difronte ad un sistema incentivante che rap-presenta un’opportunità molto interessan-te sotto il profilo economico e che per-metterà di sviluppare un modello di filie-ra corta o filiera integrale, in cui sarannoproprio gli agricoltori che, oltre a produr-re le colture energetiche, le trasformeran-no in energia elettrica attraverso impiantigestiti direttamente da loro e senza l’in-termediazione dell’industria. Per unapiena applicazione delle ultime disposizio-ni di legge dovranno comunque essereemanati i necessari decreti attuativi indi-spensabili a chiarire maggiormente alcu-ni aspetti procedurali di estrema impor-tanza. Sarà infatti necessario ad esempioindicare le modalità con le quali gli ope-ratori sono tenuti a garantire la tracciabi-lità e la rintracciabilità della filiera, stabili-re i criteri per la destinazione delle bio-masse combustibili a scopi alimentari,industriali ed energetici, o ancora defini-re le modalità per assicurare la transizio-ne dal precedente sistema di incentivazio-ne ai nuovi meccanismi, con particolareriferimento al nuovo conto energia per gliimpianti inferiori al MW.La legge 24 dicembre 2007, n. 244 (finan-ziaria 2008) dà inoltre la possibilità diaccedere fino al 31 dicembre 2010, pro-rogando così di fatto il comma 344 dellafinanziaria 2007, alla detrazione fiscaleIRPEF del 55% prevista per le spesesostenute e documentate relative adinterventi di riqualificazione energeticadi edifici esistenti. In questo ambito èpossibili far rientrare anche la sostituzio-ne del generatore di calore con una cal-daia alimentata a biomassa che di fattorende pari a zero il fabbisogno di ener-gia primaria per la climatizzazione inver-


La realizzazione sul territorio di un impianto energetico richiede unaserie di autorizzazioni il cui rilascio, a causa del decentramento ammi-nistrativo, viene sempre più demandato alle amministrazioni locali.Per quanto riguarda gli impianti RES (alimentati con fonti rinnova-bili) di potenza inferiore ai 50 MWt si fa riferimento, relativamentea realizzazione, esercizio e emissioni in atmosfera, al Dlgs 387/03, seb-bene sia comunque necessario effettuare verifiche direttamente conle amministrazioni locali di competenza. Per questi impianti viene rila-sciata un’autorizzazione unica una volta presentata:� la modulistica predisposta dall’autorità locale competente;� il progetto definitivo con i relativi elaborati tecnici di supporto;� la relazione tecnica impiantistica ed emissioni;� la relazione antincendio ai vigili del fuoco.Se il combustibile utilizzato rientra poi nella normativa sui rifiuti, larichiesta di autorizzazione unica deve essere fatta ai sensi dell’art. 208del Dlgs 152/06 per quanto riguarda la realizzazione e l’esercizio del-l’impianto, nonché ai sensi dell’art. 269 dello stesso decreto per quan-to riguarda le emissioni in atmosfera.Gli impianti energetici di potenza superiore ai 50 MWt sono inveceassoggettati all’Autorizzazione Integrata Ambientale (AIA, proceduraIPPC) così come disposto dal Dlgs 59/2005. Questa comprende le auto-rizzazioni relative a realizzazione ed esercizio dell’impianto, emissio-ni in atmosfera e scarico delle acque, e tutti i pareri e nulla–osta inprecedenza necessari. La documentazione per l’AIA dovrà compren-dere i seguenti elaborati:� progetto definitivo con relazione tecnica, tavole e planimetrie;� studio di impatto ambientale,� modulistica e relazioni tecniche IPPC.Per quanto riguarda infine la procedura di VIA (Valutazione di ImpattoAmbientale), questa, condotta ai sensi del DPCM 377/88 e successi-ve integrazioni e/o modifiche, dovrà essere avviata:� per impianti energetici di capacità > 50 MWe;� per impianti energetici di capacità > 50 MWt che ricadono in aree

protette;� per impianti energetici di capacità > 50 MWt che pur non ricaden-

do in aree protette presentino, a giudizio della regione, particolaricaratteristiche di impatto secondo quanto riportato nell’all. IV, parteII del Dlgs 152/06.

La documentazione per la VIA dovrà comprendere i seguenti elabo-rati:� progetto definitivo con relazione tecnica, tavole e planimetrie;� relazioni tecniche specifiche, ove richieste (rumore, diffusione delle

emissioni, ecc.);� studio di impatto ambientale.

Autorizzazioni per impianti energetici

co abilitato; inoltre, ai sensi della norma-tiva vigente, è obbligatorio il rispetto deilimiti di emissione fissati dal Dlgs 3 apri-le 2006, n. 152. È inoltre previsto che perle forniture di componenti considerati“non significativi” per l’impianto, nonchéper le prestazioni di servizi (come instal-lazione o manutenzione), il proprietariopaghi un’aliquota IVA ridotta al 10%. Seil bene fornito è “significativo”, come adesempio la caldaia, allora l’IVA da appli-carsi va calcolata ai sensi dell’art. 7 dellalegge 488/99.

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nale. Per poter accedere allo sgraviofiscale è comunque necessario rispetta-re dei requisiti minimi di efficienza ener-getica, così come previsto dall’art. 6 delDM 20/7/2004. In particolare, per le cal-daie a biomassa di potenza inferiore ai300 kW, l’efficienza deve essere compa-tibile con la classe 3 della norma EN303–5; mentre per le caldaie di potenzasuperiore ai 300 kW si deve verificare unrendimento superiore all’82%. La rispon-denza a tali requisiti deve essere riporta-ta nell’asseverazione compilata dal tecni-


Capitolo Sei

125 La Sicilia e le biomasse

� al risparmio energetico e alla produzio-ne di energia da fonti rinnovabili inimpianti di capacità inferiore a 1 MW,

� alla realizzazione di nuovi impianti dipiantagioni arboree a ciclo breve (shortrotation), per la produzione di biomas-se a finalità energetica purché sosteni-bili dal punto di vista ambientale.

Gli aiuti finanziari vengono erogati in favo-re degli imprenditori agricoli singoli oassociati (in forma di cooperative, di socie-tà di persone o di società di capitali)dando priorità ai giovani o a coloro cheappartengono ad organizzazioni di pro-duttori riconosciute (OO.PP). Le impresedevono però:� possedere, al momento della presenta-

zione della domanda, un livello minimodi reddito che dipende essenzialmentedalla loro collocazione sul territorioregionale (suddiviso in 4 aree rurali),

� presentare un piano aziendale degliinvestimenti,

� soddisfare dei requisiti minimi in mate-ria di ambiente, igiene e benesseredegli animali.

Il contributo economico, che può essereerogato in conto capitale, in conto inte-ressi o in forma combinata, sarà:� per le zone montane, per le zone carat-

terizzate da svantaggi naturali o perquelle ricadenti nei territori “Natura2000” (zone ad alto valore naturale inse-

[6.1] Il Programma di Sviluppo Rurale

Un importante strumento di incentivazio-ne del settore agro–energetico siciliano èrappresentato dal Programma di SviluppoRurale (PSR) 2007–2013. Con esso si sonopianificati, per un periodo di sette anni, gliinterventi necessari a sostenere sia lo svi-luppo del settore agricolo, alimentare eforestale, che la conservazione e valoriz-zazione sostenibile dei territori rurali dellaregione. Il Programma si articola su quat-tro “Assi” e circa 30 “Misure”, ognunadelle quali definisce uno specifico ambi-to di intervento. Tra le varie priorità si ha,ad esempio, sia quella di aumentare laproduzione di biomassa, attraverso un raf-forzamento del comparto agricolo e fore-stale, che quella di ridurre le emissioni digas serra (in particolare metano e protos-sido di azoto), favorendo la diffusione dipratiche agronomiche e di allevamento abasso impatto ambientale e realizzandol’ampliamento della superficie boschivaregionale. Le misure che interessano il set-tore agro–energetico sono:

Misura 121: ammodernamento delle aziende agricoleIn essa si da sostegno alla realizzazione diinvestimenti mirati:

La Sicilia e le biomasse

nuti per la realizzazione del progetto dicooperazione. Il livello contributivo è parial 100% dell’importo complessivamenteammesso a finanziamento, nel quale pos-sono rientrare ad esempio le spese soste-nute per:� l’acquisto di beni e attrezzature stretta-

mente necessarie allo sviluppo di nuoviprodotti, processi e tecnologie,

� l’acquisto di brevetti, software, licenze,studi,

� consulenze specialistiche finalizzateall’acquisizione di know how,

� attività professionali realizzate dal per-sonale dipendente delle imprese bene-ficiarie, nel limite dei tempi specificata-mente dedicati alla realizzazione delprogetto,

� spese generali nei limiti del 10% dellespese ammissibili del progetto.

Misura 214/1C: adozione diavvicendamenti colturali per ilmiglioramento della struttura del suoloL’obbiettivo è quello di contribuire allariduzione dei fenomeni di erosione/dilava-mento e diminuzione della fertilità deisuoli che hanno interessato, in manierarilevante, soprattutto il comparto deicereali autunno–vernini coltivati in mono-successione. A tal fine la misura prevedeun aiuto economico per tutti gli impren-ditori agricoli, singoli o associati, proprie-tari di almeno 20 ha in aree a rischio didesertificazione o aree che presentano unrischio di erosione superiore a 2t/ha/anno. Tale aiuto viene concesso acoloro che attuino una rotazione coltura-le almeno triennale che preveda l’alter-nanza di: una coltura da rinnovo, una col-tura cerealicola e una miglioratrice (comeleguminose da granella o da foraggio)che abbia effetti positivi sulla fertilità com-plessiva del suolo e che contrasti il decli-

rite nel sistema regionale delle areeprotette), pari al 60% o al 50% del costodell’investimento ammissibile, a secon-da che questo sia realizzato da giovaniagricoltori o non;

� per le altre zone, pari al 50% del costodell’investimento ammissibile, se richie-sto da giovani, al 40% se richiesto daaltri agricoltori.

La dimensione finanziaria massima dell’in-vestimento complessivo per ciascunaazienda per il periodo 2007–2013 nonpotrà comunque eccedere 1.500.000 €,per gli investimenti riguardanti la fase pro-duttiva, e 2.500.000 € nel caso di investi-menti di filiera.

Misura 124: cooperazione per losviluppo di nuovi prodotti, processi etecnologie nei settori agricolo ealimentare, e in quello forestaleLa misura sostiene progetti di cooperazio-ne tra i produttori primari nei settori agri-colo e forestale e i soggetti, pubblici o pri-vati, operanti nel settore della ricerca edella sperimentazione pre–competitiva.Attraverso il coordinamento da partedell’Assessorato regionale dell’agricoltu-ra, si favorisce così:� il trasferimento applicativo e il collaudo

dei risultati della ricerca (ottenuti anchein ambito extraregionale) all’internodelle imprese, in modo da incentivarelo sviluppo dell’economia agro–foresta-le regionale e nello specifico la produ-zione di biomasse per energia rinnova-bile,

� l’introduzione, e la relativa diffusione, diazioni innovative riguardanti i processi,i prodotti e le tecnologie connesse conle varie fasi della filiera.

Il sostegno economico, erogato in contocapitale per un massimo di 1 milione di €,è finalizzato dunque a coprire i costi soste-


� piccoli impianti di produzione e stoc-caggio di bio–combustibili (biodiesel),

� impianti di co–generazione per la pro-duzione combinata di elettricità e calo-re,

� impianti ausiliari finalizzati alla realizza-zione delle tipologie previste ai puntiprecedenti.

Tali investimenti, condotti all’interno del-l’azienda agricola, devono comunque es-sere finalizzati alla realizzazione di impian-ti aventi potenza fino ad un massimo di 1MW e, una volta costruiti, dovranno esse-re mantenuti operativi per un periodo dialmeno 5 anni. Gli interventi devono poiessere corredati di un progetto definitivodi fattibilità, provvisto di tutte le autoriz-zazioni necessarie, e di un piano chedimostri che le operazioni di approvvigio-namento e trasporto della biomassa pre-sentino un bilancio ambientale vantaggio-so. Se il beneficiario non è in grado dicoprire autonomamente le fasi di produ-zione della sostanza organica, trasforma-zione e vendita del prodotto finale sirichiede allora la presentazione di un pro-getto di filiera che deve essere sottoscrit-to da tutti i partecipanti. Gli aiuti sarannoerogati sotto forma di contributi in contocapitale e/o in conto interessi, o in formacombinata, con un’intensità pari al 45%delle spese ammesse; inoltre gli impren-ditori agricoli che accedono a questaforma di incentivazione non potranno, pergli stessi interventi, usufruire degli aiutiprevisti nell’ambito della misura 121.

Misura 312: sostegno alla creazione e allo sviluppo di micro–impreseSi tratta di una misura per molti versi simi-le alle precedente con la quale si da soste-gno a tutte quelle iniziative rivolte allacreazione e al rafforzamento di microim-prese in settori extra–agricoli, che riman-

no della sostanza organica. Con questaforma di incentivazione si favorisce dun-que il minor impiego di fertilizzanti azota-ti (responsabili delle emissioni di protos-sido di azoto, pericoloso gas serra) e l’au-mento nella produzione di biomassa perusi energetici vista la necessità di preve-dere, in una possibile rotazione quinquen-nale, almeno due “colture proteaginosee/o colture no food”. Il sostegno, conces-so su base annua per l’avvicendamentodel seminativo, è pari a 100,00 €/ha e nonpotrà essere cumulato con gli incentiviprevisti dalla PAC (Regolamento CE1782/2003) per i seminativi o per le coltu-re energetiche.

Misura 311: diversificazione verso attività non agricoleQuesta misura si prefigge l’obbiettivo diconsolidare l’occupazione nelle aree rura-li sostenendo lo sviluppo di attività pro-duttive che possano integrare il normalereddito dell’imprenditore agricolo. Tra lepossibili forme di diversificazione vi è adesempio la produzione di energia da fontirinnovabili, con la quale è possibile ridur-re i costi di approvvigionamento energe-tico, e talvolta realizzare anche un aumen-to dei ricavi grazie alla vendita della fra-zione energetica eccedente i fabbisogniaziendali. Gli investimenti, connessi al set-tore delle biomasse, per i quali è previstoun aiuto economico riguardano la realiz-zazione di: � impianti di raccolta, cippatura, pellettiz-

zazione e stoccaggio di biomasseagro–forestali,

� centrali termiche con caldaie alimenta-te prevalentemente a cippato o a pel-let,

� impianti per la produzione di biogasdai quali ricavare energia termica e/oelettrica,


possono superare l’importo massimo di300.000 €.

Per investimenti più costosi, o per la rea-lizzazione di impianti di potenza superio-re a 1 MW, si fa riferimento invece all’as-se 2 del POR FESR 2007–2013 (Program-ma Operativo Regionale Fondo EuropeoSviluppo Regionale). Attraverso questostrumento la regione, tra i vari obiettivi,intende anche sostenere la realizzazionedi impianti alimentati da fonti rinnovabili,privilegiando in particolar modo gli inter-venti in grado di attivare filiere produttiveriguardanti le tecnologie energetiche,agroenergetiche e i biocarburanti. Il PORsi può dunque ritenere in sinergia sia conle azioni di incentivazione alla produzionedi colture energetiche no food, già previ-ste nell’ambito della PAC, che con le misu-re contenute nel programma di svilupporurale.

[6.2] Il progetto Fi.Sic.A

Un primo passo verso l’implementazio-ne di una filiera agro energetica in Siciliasi è compiuto nel 2006 con l’istituzione,da parte del dipartimento interventiinfrastrutturali dell’assessorato regiona-le agricoltura e foreste, del progettoFi.Sic.A. (Filiera Siciliana perl’Agroenergia). Obbiettivo del progettoè quello di identificare e valutare coltu-re energetiche agronomicamente edeconomicamente idonee ad entrare inrotazione con il grano duro evitando cosìl’abbandono dei terreni e garantendoun surplus di reddito agli agricoltori. Unaprima sperimentazione è stata avviatanell’annata agraria 2006/2007 in 28 dif-ferenti aziende agricole dislocate in sette

gano comunque fortemente collegate e/ointegrate al settore primario e al territorio.Tra le attività oggetto di finanziamento viè ad esempio la produzione e vendita dienergia da fonti rinnovabili che potrà, rela-tivamente al comparto delle biomasse,realizzarsi attraverso gli stessi interventivisti nella misura 311. Il livello contributi-vo riconosciuto, concesso ancora in contocapitale, in conto interessi, o in formacombinata, è pari al 75% del costo dell’in-vestimento, con un importo complessivomassimo erogabile ad una medesimaimpresa che non può superare i 200.000€ nell’arco di tre esercizi finanziari.

Misura 321: servizi essenziali per l’economia e la popolazione ruraleLa misura è volta a favorire lo sviluppo diservizi essenziali, per la popolazione e perle imprese, funzionali al miglioramentodella qualità della vita nelle aree rurali,così che si possa rallentare l’esodo dellapopolazione (in particolare di quella gio-vanile) e migliorare l’attrattività del terri-torio per la localizzazione di nuove azien-de. Tra le iniziative finanziabili vi è anchequella legata alla realizzazione in edificipubblici di piccole centrali termiche ali-mentate da biomasse agro–forestali diprovenienza locale. In questo ambito ipotenziali beneficiari del contributo eco-nomico possono essere: la regioneSiciliana (nella figura dell’assessorato del-l’agricoltura e delle foreste), enti localiterritoriali (in forma singola o associata) oenti pubblici e loro consorzi. Per le pic-cole e medie imprese, in forma singola eassociata, l’aiuto è erogato con un’inten-sità pari al 45% della spesa ammessa,mentre per i soggetti pubblici si può arri-vare fino al 100%. In ogni caso comunquei progetti, finanziati dal FEASR (FondoEuropeo Agricolo Sviluppo Rurale) non


stato l’assoluta idoneità alle applicazio-ni motoristiche da parte di questo pro-dotto che presenta addirittura caratteri-stiche mediamente migliori rispetto aquelle dei più comuni oli vegetali grez-zi (olio di girasole). In particolare si ha:� potere calorifico superiore alla media

(≈40 MJ/kg),� basso contenuto di fosforo, al di sotto

dei limiti imposti dalle specifiche dialcuni costruttori,

� valori di viscosità e contenuto diacqua nella media degli oli grezzi.

Interessanti sono anche le applicazionicui può essere destinato il panello pro-teico derivante dalla spremitura dei semiche trova impiego non solo come ferti-lizzante organico ma anche come bio-massa per fini energetici. Nonostanteinfatti un contenuto di ceneri medio alto(intorno al 7%), questo prodotto, grazieal basso tenore di umidità e alla porzio-ne residua di sostanza oleosa non estrat-ta, presenta un soddisfacente potere

delle nove province dell’isola. Su unasuperficie complessiva di 56 ha si sonoottenuti circa 650 quintali di BrassicaCarinata (varietà Sincron), una colturaoleaginosa a destinazione energetica,particolarmente apprezzata per la possi-bilità di ricavare dai suoi semi olio dadestinarsi alla produzione di biodiesel. Imotivi che hanno condotto alla scelta diquesta specie vegetale sono sostanzial-mente: � adattabilità alle condizioni pedoclima-

tiche siciliane e in particolare alleampie escursioni termiche (fino anchea 20 gradi),

� elevato contenuto di olio,� capacità di competere con le piante

infestanti,� buona resistenza alla deiscenza, � possibilità di utilizzare lo stesso parco

macchine impiegato nella coltivazionedel grano duro.

Le analisi condotte sul bio–olio estratto(resa media del 43%) hanno poi manife-


Figura 6.1 – Varie fasi della coltivazione della Brassica carinata

Brassica carinata al fine di aumentar-ne la resistenza al freddo, alla deiscen-za e quindi ottenere una maggioreresa,

� verificare gli effetti dell’avvicendamen-to Brassica carinata – grano duro,

� migliorare la valorizzazione dei sotto-prodotti.

L’obbiettivo finale in sostanza è quello dicreare una filiera corta, così che ogniagricoltore, attraverso i fondi del PSR,possa essere messo in condizione di col-tivare e nello stesso tempo convertireenergeticamente il proprio raccolto.

[6.3] Il potenziale da biomassa in Sicilia

Un elemento cruciale nel valutare la fatti-bilità di un impianto di produzione ener-getica da biomasse è quello di analizzarein dettaglio l’approvvigionamento di que-sta risorsa, sia nel caso in cui si intendaprodurre biomassa tramite colture dedica-te, sia quando il progetto da realizzare siabasato sull’uso di residui ottenibili dal set-tore agroforestale o da quello agroindu-striale. L’approvvigionamento deve infattiassicurare la quantità di biomassa neces-saria ad un costo compatibile con la remu-neratività della costruzione ed eserciziodell’impianto. Il costo della biomassadipende da molteplici fattori, tra i quali laquantità, la tipologia e la distanza traluogo di produzione/raccolta e impiegofinale. Questi elementi riguardano prima-riamente coloro che promuovono lacostruzione di un impianto di generazio-ne di energia, ma sono sicuramente diinteresse anche per l’amministrazionepubblica che è chiamata ad approvare eautorizzare l’opera valutando, in relazione

calorifico superiore che può raggiunge-re anche i 20 MJ/kg. C’è però da consi-derare anche la bassa temperatura difusione delle ceneri (prossima agli 800°C) che può creare problemi in fase dicombustione, favorendo la formazionedi agglomerati. Tale panello, opportu-namente miscelato con biomasse carat-terizzate da ceneri alto fondenti, è quin-di impiegabile in caldaie di medio–gran-di dimensioni nelle quali è più efficace ilcontrollo della temperatura di combu-stione. Altro sottoprodotto ottenuto dalla colti-vazione della Brassica carinata è lapaglia, che da un punto di vista energe-tico è paragonabile a del materialelignocellulosico con basso tenore di umi-dità (il p.c.i., che risulta paria a circa 13MJ/kg, è nella media) e alto contenutoin ceneri (temperatura di fusione moltobassa, ≈600 °C). L’applicazione più pro-mettente appare, come per il panello, lacombustione in caldaie medio–grandi,mentre non si è dimostrato finora inte-ressante l’impiego nella produzione dipellet commerciale, a meno di non con-siderare l’eventualità di miscelare lapaglia con residui vegetali (ad esempiotralci di vite) caratterizzati da ceneri altofondenti. Nonostante i buoni risultati fin qui rag-giunti, l’attività di ricerca è in pieno svol-gimento grazie anche al sempre maggio-re interesse mostrato in questo senso dalmondo agricolo e industriale che ha por-tato a stipulare, per l’annata agraria2007/2008, contratti di coltivazione percirca 600 ha in cui è garantito il ritiro del-l’intera produzione ad un prezzo di 26€/q. Gli studi sono in particolare mirati a:� affinare la tecnica colturale, quindi le

operazioni di semina, diserbo, ecc.,� attuare miglioramenti genetici sulla


cipali (ovvero frutta, cereali, legumi, ecc.),stimati annualmente dall’ISTAT, e i residuiad esse associati. L’analisi condotta per laregione Sicilia ha preso in considerazionele seguenti specie colturali:� erbacee: frumento tenero e duro, orzo

e avena, che danno come prodottoresiduale la paglia, (altre colture sonostate escluse in quanto poco significa-tive in termini di superfici investite e/ocaratterizzate da scarti difficilmenterecuperabili);

� arboree: vite da vino, olivo, agrumi,pesco, albicocco, melo, pero, mandor-lo e nocciolo dalle cui operazioni dipotatura è possibile ricavare biomassalegnosa (i criteri di inclusione e esclu-sione sono analoghi a quelli visti per lecolture erbacee).

A questa tipologia di biomassa si aggiun-ge poi quella di natura lignocellulosicaricavabile dal comparto forestale in segui-to a operazioni di manutenzione (taglio eraccolta) di boschi di conifere e di latifo-glie. In tabella 6.1 sono riportati i risulta-

alla reale disponibilità/potenzialità dellabiomassa in un dato territorio, gli eventua-li impatti legati alla logistica (movimenta-zione) di questa risorsa e la sostenibilità dilungo periodo dell’iniziativa. È quindi utiledisporre di informazioni circa il potenzia-le di biomassa producibile o disponibilein un dato ambito territoriale al fine dideterminare se e come uno o più impian-ti possano trovare biomassa sufficiente,per quantità e tipologia, al proprio funzio-namento in continuo. La tabella 6.1 riporta il quantitativo di bio-massa (residuale agricola e forestale) teo-ricamente producibile annualmente nellediverse province siciliane e utilizzabile perscopi energetici. La stima è stata effettua-ta applicando una metodologia statisticasviluppata dall’ENEA in collaborazionecon l’AIIA (Associazione ItalianaIngegneria Agraria). Tale procedura di cal-colo, ad esempio, per definire con ragio-nevole accuratezza le quantità di scartiagricoli su base provinciale fa riferimentoal rapporto esistente tra produzioni prin-


Province Paglie Potature Sarmenti Frasche Totale Legno Legno Totale Totale alberi di olivo Potature da conifere da latifoglie legno biomassa

da frutto forestale legnosaton s.s./anno ton s.s./anno ton s.s./anno ton s.s./anno ton s.s./anno ton s.s./anno ton s.s./anno ton s.s./anno ton s.s./anno

Trapani 128.720 306 128.508 26.250 155.064 2.153 6.301 8.453 163.517

Palermo 304.640 8.537 33.020 28.588 70.145 57.921 18.868 76.789 146.934

Messina 6.828 25.681 3.298 43.903 72.881 149.522 4.819 154.341 227.222

Agrigento 154.882 32.976 54.862 32.144 119.982 9.610 20.470 30.081 150.063

Caltanissetta 183.052 17.129 20.904 10.863 48.895 31.530 1.100 32.630 81.525

Enna 213.040 26.118 1.050 20.325 47.493 44.404 3.428 47.832 95.325

Catania 125.900 12.712 16.312 16.888 45.911 44.550 10.454 55.003 100.914

Ragusa 84.680 14.058 8.522 8.063 30.643 1.066 9.944 11.011 41.654

Siracusa 70.238 16.967 3.912 13.875 34.754 13.160 2.364 15.524 50.278

Totale 1.271.981 154.483 270.388 200.897 625.768 353.916 77.748 431.664 1.057.432

Tabella 6.1 – Produttività annua teorica di biomassa su base provinciale

grosso potenziale disponibile è quello deisottoprodotti delle colture agricole, cioèdi paglie di cereali e di potature (sarmen-ti di vite, frasche di olivo e potature diagrumi); mentre più limitata è la disponi-bilità di biomassa legnosa derivante dalcomparto forestale. È importante rimarcare che la stima soprariportata si riferisce alla producibilità mas-sima teorica, e tiene conto delle superfi-ci agricole coltivate e delle estensioniforestali nel 2006, con una produttivitàmassima che appare di poco superiorealle 2.300 kton/anno (paglie + totale bio-massa legnosa).Per effettuare una stima della disponibili-tà agli usi energetici è necessario sottrar-re alla producibilità teorica i quantitativi dipaglia, legna e residui agroindustriali chesono stati conferiti al mercato e riutilizza-ti in azienda. Una stima di questo gene-re, condotta nel 1990, aveva rilevato unquantitativo disponibile di 1.300 ktonannue.L’analisi del mercato siciliano delle bio-masse è attualmente in corso (il Ministerodello Sviluppo Economico ha finanziatol’indagine con un accordo di programmaCERSE affidato a ENEA); i risultati di que-sto studio permetteranno di stimare ilvalore aggiornato di disponibilità agli usienergetici.I dati a cui si perverrà restituiranno undato di potenziale netto al territorio, cioèla quantità di biomassa che, al netto deiriusi aziendali/locali, è potenzialmentedisponibile sul territorio, cioè presso lesingole aziende agricole e forestali e/opresso le strutture di trasformazione agro-industriale. Tale dato costituisce una prima informa-zione di natura quantitativa ed evidenziache entro determinati confini territoriali, inquesto caso le province, esistono quanti-

ti dell’analisi disaggregati per provincia; ivalori, espressi in tonnellate di sostanzasecca producibile annualmente, esprimo-no la disponibilità massima teorica di bio-massa per usi energetici, disponibilità chenella realtà operativa subisce l’influenza didiversi fattori tra cui: tecnica colturale,condizioni pedoclimatiche, tecniche diraccolta, aspetti fitopatologici, ecc..Come appare evidente, in Sicilia, il più


Disponibilità massima di paglie di cereali nelle diverse province siciliane

Fig. 6.2

Disponibilità massima di potature (sarmenti di vite, frasche di olivo e potature di agrumi) nelle diverse province siciliane

Fig. 6.3

tà significative di biomasse suscettibili diimpiego. Questo potenziale è comunqueteorico e sono necessarie altre elaborazio-ni per arrivare a definire il potenziale reale,cioè quella quantità di biomassa che nellecondizioni economiche, organizzative etecnologiche date può essere raggiunta,raccolta e concentrata per usi energetici.Per poter effettivamente ragionare in ter-mini di politiche e/o di azioni e trasforma-re tale potenziale in una reale opportuni-tà per il territorio, arrivando a ipotizzarequale tipologia di impianti, di quale tagliae dove realizzarli, è necessario conoscereper prima cosa la effettiva distribuzione ditali biomasse, nello spazio e nel tempo,cioè il loro livello di dispersione e la lorostagionalità e incrociare tali informazionicon il peso che assumono altri fattoriimmodificabili come la morfologia del ter-ritorio, l’ampiezza e la posizione delleaziende agricole e la disponibilità dellarete stradale. Gli strumenti di analisi spa-ziale dei moderni GIS consentono, quan-do siano disponibili dati adeguati, di arri-vare a definire il potenziale reale.Di seguito vengono infine riportate, atitolo di esempio, alcune mappe temati-che raffiguranti la disponibilità massimadelle suddette biomasse nel territoriosiciliano.

��


Disponibilità massima di legno forestale nelle diverse province siciliane

Fig. 6.4

Disponibilità massima complessiva di biomassa legnosa (potature + legno forestale) nelle diverse province siciliane

Fig. 6.5

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Edito dall’ENEA

Unità Comunicazione e Rapporti con il Pubblico

Lungotevere Thaon di Revel, 76 - Roma

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Edizione del volume a cura di Antonino Dattola

Finito di stampare nel mese di Ottobre 2008da Fabiano Group Srl – Canelli (AT)

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