Speciale 81
Biomassa: innovazione e tradizione
Alcuni contenuti di questo speciale:
Articolo
di Cudicio Maurizio – Libero Professionista www.proenco.it
Ultime tecnologie, normative e soluzioni impiantistiche per gli impianti a biomassa
La legislazione italiana vigente considera le biomasse fonti energetiche rinnovabili che contribuiscono al rispetto e al raggiungimento dei limiti fissati a livello internazionale per l’abbattimento dello sfruttamento di fonti non fossili, con conseguente beneficio in termini di riduzione delle emissione di agenti inquinanti in atmosfera.
Questo perché il tempo di sfruttamento della sostanza è paragonabile al tempo di rigenerazione della fonte stessa.
Il D.Lgs 28/2011 definisce la biomassa come la “frazione biodegradabile dei prodotti, rifiuti e residui di origine biologica provenienti dall'agricoltura (comprendente sostanze vegetali e animali), dalla silvicoltura e dalle industrie connesse, comprese la pesca e l'acquacoltura, gli sfalci e le potature provenienti dal verde pubblico e privato, nonché la parte biodegradabile dei rifiuti industriali e urbani”.
Tale definizione pertanto estende la semplice e ridotta convinzione che la biomassa sia esclusivamente costituita dal cippato o dal pellet.
Ma per meglio comprendere cosa e quali siano i prodotti che possano rientrare nell’accezione di biomassa, ci viene in aiuto il D.Lgs 152/2006 – Testo unico ambientale, nel quale all’Allegato X alla Parte V - Parte II, Sezione 4 si precisa che per biomassa si intendono i prodotti costituiti di materia vegetale derivanti da coltivazioni, selvicoltura, zootecnia e industria del legno, utilizzabili come combustibile per recuperarne il contenuto energetico. All’interno del Decreto pertanto vengono individuati i seguenti prodotti come identificabili come biomasse:
• Materiale vegetale prodotto da coltivazioni dedicate
• Materiale vegetale prodotto da trattamento esclusivamente meccanico, lavaggio con acqua o essiccazione di coltivazioni agricole non dedicate
• Materiale vegetale prodotto da interventi selvicolturali, da manutenzione forestale e da potatura;
• Materiale vegetale prodotto dalla lavorazione esclusivamente meccanica e dal trattamento con aria, vapore o acqua anche surriscaldata di legno vergine e costituito da cortecce, segatura, trucioli, chips, refili e tondelli di legno vergine, granulati e cascami di legno vergine, granulati e cascami di sughero vergine, tondelli, non contaminati da inquinanti
• Materiale vegetale prodotto dalla lavorazione esclusivamente meccanica di prodotti agricoli
• Sansa di oliva disoleata avente le caratteristiche riportate nella tabella seguente, ottenuta dal trattamento delle sanse vergini con n-esano per l'estrazione dell'olio di sansa destinato all'alimentazione umana, e da successivo trattamento termico, purche' i predetti trattamenti siano effettuati all'interno del medesimo impianto; tali requisiti, nel caso di impiego del prodotto al di fuori dell'impianto stesso di produzione, devono risultare da un sistema di identificazione conforme a quanto stabilito al punto 3
• Liquor nero ottenuto nelle cartiere dalle operazioni di lisciviazione del legno e sottoposto ad evaporazione al fine di incrementarne il residuo solido, purche' la produzione, il trattamento e la successiva combustione siano effettuate nella medesima cartiera e purche' l'utilizzo di tale prodotto costituisca una misura per la riduzione elle emissioni e per il risparmio energetico individuata nell'autorizzazione integrata ambientale.
La biomassa, pertanto, è un prodotto fortemente presente nel nostro territorio, e ovviamente le sue caratteristiche dipendono dal prodotto principale da cui si originano e la loro producibilità può variare in modo considerevole sia sulla base dell’area geografica territoriale, ma anche e soprattutto dagli indirizzi espressi dalla politica agricola comunitaria.
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La biomassa e la produzione di energia elettrica e di fluidi refrigerati
La biomassa è un prodotto che viene per lo più utilizzata in modo diretto per produrre acqua calda da utilizzare negli impianti di riscaldamento e nella produzione di acqua calda sanitaria, anche se è possibile e molto interessante sfruttare la combustione della biomassa per produrre energia elettrica, oltre che energia frigorifera da sfruttare nel periodo estivo. Questa soluzione si sta negli ultimi anni diffondendo soprattutto in presenza di impianti di medio-grandi dimensioni.
PRODUZIONE DI ENERGIA ELETTRICA
La produzione di energia elettrica avviene mediante ciclo di Rankine. Il ciclo di Rankine è un ciclo termodinamico che permette di trasformare il calore in lavoro. In questa applicazione il calore viene fornito appunto da un generatore di calore a biomassa, il quale riscalda il fluido che verrà utilizzato come motore per azionare una turbina da cui verrà prodotta energia elettrica.
Solitamente il fluido utilizzato è acqua o vapore ma, spesso, viene anche utilizzato anche l’olio diatermico, un derivato della distillazione del petrolio utilizzato che può essere più o meno viscoso a seconda della lavorazione che subisce, considerando che, maggiore è la sua viscosità, maggiore sarà il suo potenziale di conducibilità termica, misurato a parità di temperatura con un olio diatermico più fluido. Tale soluzione viene adottata quando si necessiti di temperature del fluido elevate a pressione atmosferica, aumentata ovviamente del battente statico dell’impianto. Gli olii utilizzati sono atossici e sono adatti per temperature fino a circa 300°C.
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Miscele di composti chimici sintetici sono utilizzate nei casi in cui siano necessarie temperature tra i 300 e i 400°C.
Molti olii diatermici hanno però i seguenti svantaggi:
• In determinate condizioni sono infiammabili
• I coefficienti di scambio termico sono inferiori rispetto a quelli dell'acqua o del vapore
• il fluido è notevolmente più costoso rispetto all'acqua
I fluidi diatermici devono garantire le seguenti caratteristiche:
• trasmettere facilmente il calore utilizzando portate di fluido relativamente piccole, il che, dal punto di vista termodinamico significa avere una densità abbastanza elevata, una buona conducibilità termica e un alto valore del calore specifico;
• buona resistenza all’ossidazione ed al cracking (rottura, per effetto della temperatura, delle molecole d'olio) per non alterarsi alle temperature alle quali deve operare;
• bassa tensione di vapore alle temperature d’esercizio in modo da consentirne l’impiego a pressioni non elevate per evitare lo sviluppo di vapori e il rischio di cavitazione o irregolarità di flusso;
• bassa viscosità in esercizio per limitare le perdite di carico;
• nessuna aggressività nei confronti dei materiali metallici e delle gomme;
• buone proprietà antischiuma e rilascio aria;
• elevata temperatura d’infiammabilità.
L’utilizzo di un generatore a biomassa in un ciclo Rankine, permette di aumentare il rendimento dell’impianto in modo considerevole soprattutto perché il processo di combustione permette di produrre energia elettrica, mentre il cascame termico derivante a valle del ciclo può ancora essere utilizzato per il riscaldamento degli ambienti o per produrre acqua calda sanitaria.
Questo perché il tempo di sfruttamento della sostanza è paragonabile al tempo di rigenerazione della fonte stessa.
Il D.Lgs 28/2011 definisce la biomassa come la “frazione biodegradabile dei prodotti, rifiuti e residui di origine biologica provenienti dall'agricoltura (comprendente sostanze vegetali e animali), dalla silvicoltura e dalle industrie connesse, comprese la pesca e l'acquacoltura, gli sfalci e le potature provenienti dal verde pubblico e privato, nonché la parte biodegradabile dei rifiuti industriali e urbani”.
Tale definizione pertanto estende la semplice e ridotta convinzione che la biomassa sia esclusivamente costituita dal cippato o dal pellet.
Ma per meglio comprendere cosa e quali siano i prodotti che possano rientrare nell’accezione di biomassa, ci viene in aiuto il D.Lgs 152/2006 – Testo unico ambientale, nel quale all’Allegato X alla Parte V - Parte II, Sezione 4 si precisa che per biomassa si intendono i prodotti costituiti di materia vegetale derivanti da coltivazioni, selvicoltura, zootecnia e industria del legno, utilizzabili come combustibile per recuperarne il contenuto energetico. All’interno del Decreto pertanto vengono individuati i seguenti prodotti come identificabili come biomasse:
• Materiale vegetale prodotto da coltivazioni dedicate
• Materiale vegetale prodotto da trattamento esclusivamente meccanico, lavaggio con acqua o essiccazione di coltivazioni agricole non dedicate
• Materiale vegetale prodotto da interventi selvicolturali, da manutenzione forestale e da potatura;
• Materiale vegetale prodotto dalla lavorazione esclusivamente meccanica e dal trattamento con aria, vapore o acqua anche surriscaldata di legno vergine e costituito da cortecce, segatura, trucioli, chips, refili e tondelli di legno vergine, granulati e cascami di legno vergine, granulati e cascami di sughero vergine, tondelli, non contaminati da inquinanti
• Materiale vegetale prodotto dalla lavorazione esclusivamente meccanica di prodotti agricoli
• Sansa di oliva disoleata avente le caratteristiche riportate nella tabella seguente, ottenuta dal trattamento delle sanse vergini con n-esano per l'estrazione dell'olio di sansa destinato all'alimentazione umana, e da successivo trattamento termico, purche' i predetti trattamenti siano effettuati all'interno del medesimo impianto; tali requisiti, nel caso di impiego del prodotto al di fuori dell'impianto stesso di produzione, devono risultare da un sistema di identificazione conforme a quanto stabilito al punto 3
• Liquor nero ottenuto nelle cartiere dalle operazioni di lisciviazione del legno e sottoposto ad evaporazione al fine di incrementarne il residuo solido, purche' la produzione, il trattamento e la successiva combustione siano effettuate nella medesima cartiera e purche' l'utilizzo di tale prodotto costituisca una misura per la riduzione elle emissioni e per il risparmio energetico individuata nell'autorizzazione integrata ambientale.
La biomassa, pertanto, è un prodotto fortemente presente nel nostro territorio, e ovviamente le sue caratteristiche dipendono dal prodotto principale da cui si originano e la loro producibilità può variare in modo considerevole sia sulla base dell’area geografica territoriale, ma anche e soprattutto dagli indirizzi espressi dalla politica agricola comunitaria.
La biomassa e la produzione di energia elettrica e di fluidi refrigerati
La biomassa è un prodotto che viene per lo più utilizzata in modo diretto per produrre acqua calda da utilizzare negli impianti di riscaldamento e nella produzione di acqua calda sanitaria, anche se è possibile e molto interessante sfruttare la combustione della biomassa per produrre energia elettrica, oltre che energia frigorifera da sfruttare nel periodo estivo. Questa soluzione si sta negli ultimi anni diffondendo soprattutto in presenza di impianti di medio-grandi dimensioni.
PRODUZIONE DI ENERGIA ELETTRICA
La produzione di energia elettrica avviene mediante ciclo di Rankine. Il ciclo di Rankine è un ciclo termodinamico che permette di trasformare il calore in lavoro. In questa applicazione il calore viene fornito appunto da un generatore di calore a biomassa, il quale riscalda il fluido che verrà utilizzato come motore per azionare una turbina da cui verrà prodotta energia elettrica.
Solitamente il fluido utilizzato è acqua o vapore ma, spesso, viene anche utilizzato anche l’olio diatermico, un derivato della distillazione del petrolio utilizzato che può essere più o meno viscoso a seconda della lavorazione che subisce, considerando che, maggiore è la sua viscosità, maggiore sarà il suo potenziale di conducibilità termica, misurato a parità di temperatura con un olio diatermico più fluido. Tale soluzione viene adottata quando si necessiti di temperature del fluido elevate a pressione atmosferica, aumentata ovviamente del battente statico dell’impianto. Gli olii utilizzati sono atossici e sono adatti per temperature fino a circa 300°C.
Miscele di composti chimici sintetici sono utilizzate nei casi in cui siano necessarie temperature tra i 300 e i 400°C.
Molti olii diatermici hanno però i seguenti svantaggi:
• In determinate condizioni sono infiammabili
• I coefficienti di scambio termico sono inferiori rispetto a quelli dell'acqua o del vapore
• il fluido è notevolmente più costoso rispetto all'acqua
I fluidi diatermici devono garantire le seguenti caratteristiche:
• trasmettere facilmente il calore utilizzando portate di fluido relativamente piccole, il che, dal punto di vista termodinamico significa avere una densità abbastanza elevata, una buona conducibilità termica e un alto valore del calore specifico;
• buona resistenza all’ossidazione ed al cracking (rottura, per effetto della temperatura, delle molecole d'olio) per non alterarsi alle temperature alle quali deve operare;
• bassa tensione di vapore alle temperature d’esercizio in modo da consentirne l’impiego a pressioni non elevate per evitare lo sviluppo di vapori e il rischio di cavitazione o irregolarità di flusso;
• bassa viscosità in esercizio per limitare le perdite di carico;
• nessuna aggressività nei confronti dei materiali metallici e delle gomme;
• buone proprietà antischiuma e rilascio aria;
• elevata temperatura d’infiammabilità.
L’utilizzo di un generatore a biomassa in un ciclo Rankine, permette di aumentare il rendimento dell’impianto in modo considerevole soprattutto perché il processo di combustione permette di produrre energia elettrica, mentre il cascame termico derivante a valle del ciclo può ancora essere utilizzato per il riscaldamento degli ambienti o per produrre acqua calda sanitaria.
