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Set 18

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PSR 121 – Newsletter P.Nv2+4 – Syngas e Biochar

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Nuovi cogeneratori a syngas: produrre energia elettrica dal legno anche con impianti di piccola taglia

Questi nuovi sistemi nascono dall’esigenza di sfruttare biomasse legnose in impianti di produzione di energia elettrica di piccola taglia (da poche decine di kWel fino a 1 MWel di potenza installata). Tra le tecnologie che si stanno affacciando sul mercato la gassificazione è senza dubbio tra le più interessanti.

Attraverso la gassificazione la biomassa solida viene trasformata in un gas combustibile con basso potere calorifico, il syngas, che può alimentare un cogeneratore per la produzione di energia elettrica e termica.

In un impianto di gassificazione la biomassa viene pretrattata per ridurre l’umidità (fino al 10-12%) ed ottenere pezzature idonee (spesso si utilizza il cippato, ovvero scaglie di legno di pochi centimetri). Poi viene inviata al gassificatore dove, grazie a reazioni termochimiche che avvengono ad alta temperatura in ambiente povero di ossigeno si produce il syngas; in pratica la materia organica passa dallo stato solido a gassoso mantenendo il suo potenziale energetico. Il syngas è una miscela di composizione variabile di monossido di carbonio (CO), anidride carbonica (CO2), idrogeno (H2) e metano (CH4); esso contiene però anche polveri, tars (catrami volatili) e char (residuo solido carbonioso) che devono essere rimosse prima del suo utilizzo (il residuo raccolto nella pulizia deve essere smaltito).

Il gas pulito è inviato ad un motore a combustione interna (o ad una microturbina a gas) che aziona un generatore. Oltre alla corrente elettrica si ha un notevole quantitativo di calore disponibile in uscita dal motore, di solito la potenza termica è il doppio di quella elettrica.

SyngasDue sono i principali problemi per cui questi impianti non ancora raggiunto la piena maturità tecnologica e commerciale: il costo (e l’affidabilità) del sistema di pulizia del syngas e la variabilità della composizione del gas dovuta alla disomogeneità della biomassa.

Tali aspetti possono essere efficacemente risolti con costi accettabili in impianti di grossa taglia ma condizionano di fatto l’affidabilità della maggior parte delle soluzioni di piccola taglia. Nonostante tali criticità, l’interesse per questi impianti, sostenuto ed alimentato dagli incentivi statali, è molto forte ed esistono molte aziende che propongono soluzioni commerciali che possono vantare ormai numerose referenze ed applicazioni ed un numero notevole di ore di esercizio. Non va dimenticato però che tali impianti richiedono molte attenzioni sia in fase di esercizio che di manutenzione ordinaria e straordinaria.

Cogeneratori a syngas sono applicabili in ambito agricolo, forestale e della trasformazione del legno in casi in cui il costo della biomassa è sostanzialmente nullo. Lo sfruttamento diretto del calore (serre, edifici o processi di trasformazione) o la vendita è un’altra condizione fondamentale per la buona riuscita dell’investimento.

Altro fattore importante sono gli incentivi statali erogati nelle varie forme e soggetti a variazioni nel medio periodo; occorre quindi valutare bene al momento della costruzione dell’impianto quali sono le norme vigenti anche in termini di emissioni e possibili utilizzi dei materiali di scarto.

 

Biochar: materie prime, processi e caratteristiche del prodotto

Il biochar è un materiale solido ottenuto dalla conversione termochimica di biomassa e la principale tecnologia con cui viene prodotto è la pirolisi lenta o carbonizzazione. In questo processo la biomassa viene riscaldata in assenza o in limitata presenza di ossigeno; il materiale non brucia, ma si decompone, dando luogo al biochar oltre che a gas combustibili e al cosiddetto olio di pirolisi, una sostanza catramosa. La produzione di biochar tramite pirolisi lenta rappresenta una valida alternativa alla produzione decentralizzata di energia da biomasse poiché: è indipendente dagli incentivi, ha un costo di investimento accettabile anche per le piccole aziende, l’impianto può essere operato anche da personale non altamente qualificato e permette di produrre biochar in modo sostenibile, usando materie prime locali e limitate emissioni.

Molti fattori determinano le caratteristiche del biochar, primi fra tutti le condizioni del processo produttivo e il tipo di biomassa usata. In generale, rispetto alla biomassa di partenza, il biochar ha un maggior contenuto di carbonio e una minore presenza di ossigeno e idrogeno; ha un’elevata stabilità sia chimica che biologica ed una porosità altamente sviluppata. Non esiste un biochar con specifiche univoche, esse saranno differenti a seconda del tipo di utilizzo. Il biochar può essere usato come combustibile, come elemento filtrante, come precursore per la produzione di carboni attivi e come agente riducente.

BiocharAltre applicazioni riguardano la mangimistica, la farmaceutica e l’agricoltura. I vantaggi dello spargimento di biochar in campo riguardano l’incremento della fertilità del suolo tramite il miglioramento delle sue proprietà fisiche, chimiche e biologiche, quali: struttura meccanica, densità e tessitura, porosità ed areazione, ritenzione idrica, aumento del pH nei suoli acidi, capacità di scambio cationica ed anionica, apporto di nutrienti e diminuzione della lisciviazione degli stessi, maggior efficienza del ciclo dell’azoto, apporto di carbonio di recalcitrante, habitat ideale per lo sviluppo di microrganismi. Il biochar, soprattutto se integrato nel processo di compostaggio, può rappresentare uno dei principali agenti della lotta alla crescente desertificazione. Il cosiddetto Com-Bi, infatti, se immesso in un suolo arido, ne va a sopperire sia la mancanza di carbonio inorganico (contributo del carbonio recalcitrante del biochar) sia quella di carbonio organico labile (contributo del carbonio nel compost), innescando effetti sinergici e virtuosi, incrementando la resistenza e la resilienza del suolo.

Una particolare sinergia dell’utilizzo del biochar in campo agronomico consiste nella sua integrazione con gli impianti di produzione di biogas. L’utilizzo del biochar in agricoltura presenta, potenzialmente, anche un altro vantaggio: quello di dar luogo, se correttamente gestito, ad un’economia carbon negative tramite lo stoccaggio di carbonio nel suolo a lungo termine, contrastando i cambiamenti climatici.

 

a cura di Prof. Ing. David Chiaramonti / Ing. Adriano Spadi

Livio Olivero

Livio Olivero

Direttore di CampusLab. Mi occupo dei rapporti con i partner e del coordinamento del nostro Team di lavoro, con cui elaboro nuove idee e proposte per nuovi progetti.
Livio Olivero

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