04/02/2012 16:34
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Per bio-energia si intende qualsiasi forma di energia ottenuta dalla biomassa ed utilizzata per la produzione di energia termica, energia elettrica o cogenerazione di entrambe. La biomassa rappresenta la più consistente tra le fonti di energia rinnovabile anche se esistono molteplici difficoltà di impiego dovute all’ampiezza e all’articolazione delle fasi che costituiscono le singole filiere. Fonte |
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Una immediata opportunità per l'utilizzo massiccio delle biomasse come fonte per ottenere energia elettrica è data dalla tecnologia della co-combustione (cofiring), fin dal 1990 molte verifiche sperimentali hanno dato esito positivo nella sostituzione di una porzione di carbone con biomassa da utilizzare nella stessa caldaia dell' impianto preesistente, ciò può essere fatto miscelando la biomassa con carbone prima che il combustibile venga introdotto nella caldaia o utilizzando alimentazioni separate per la biomassa e il carbone. Fonte: Anche il cofiring di gas naturale con biogas o syngas può dare buoni risultati di efficienza, anche quando applicato a sistemi medio-piccoli. . |
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E’ un processo di decomposizione termochimica di materiali organici, ottenuto fornendo calore, a temperature comprese tra 400 e 800°C, in forte carenza di ossigeno. I prodotti della pirolisi sono gassosi, liquidi e solidi, in proporzioni che dipendono dai metodi di pirolisi (pirolisi veloce, lenta, convenzionale) e dai parametri di reazione.
La produzione di bio-olio consente di avere un combustibile a più alto contenuto energetico se comparato con la biomassa di partenza e, una volta stabilizzato, stoccabile per lungo tempo a temperatura ambiente senza problemi di degradazione. Gli impianti di pirolisi sono da preferire ad impianti di incenerimento nei termovalorizzatori, in quanto, non essendoci combustione diretta si elimina le emissioni in atmosfera di nanoparticelle, recenti studi indicano quest'ultime come particolarmente insidiose per la salute pubblica. Fonte: Approfondimenti e costi di impianti di pirolisi
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Carbonizzazione del legno La carbonizzazione è, in sostanza, un processo di pirolisi. 1 1 |
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| La combustione è una reazione chimica in cui una sostanza (combustibile) si combina con l'ossigeno dell'aria (comburente) sviluppando calore. La combustione presuppone la contemporanea presenza in giuste proporzioni di tre elementi fondamentali: il combustibile, il comburente e la temperatura. In assenza anche di uno solo di questi fattori la combustione non ha luogo, mentre se le proporzioni non sono rispettate si parla di combustione incompleta. Dal punto di vista termodinamico, la combustione è un processo di conversione dell’energia chimica del combustibile in calore. L’energia termica recuperata viene utilizzata generalmente per riscaldamento o per processi produttivi industriali oppure per generare elettricità grazie a cicli a gas o a vapore. Però la combustione di biomassa associata a cicli a vapore Rankine non sempre consente di ottenere ottimi rendimenti di generazione elettrica. Valori tipici per impianti di potenza medio – grande (nel caso delle biomasse, ciò significa almeno dell’ordine dei 10 MW elettrici) si aggirano intorno al 25% come rendimento elettrico netto, mentre, sono nettamente inferiori in caso di impianti di piccola taglia. La combustione di combustibili poveri, inoltre, presenta alcune problematiche dovute, sostanzialmente, a bassi valori di PCI , scarsa applicazione di essiccamento e condizioni ottimali di stoccaggio al fine di diminuire il contenuto di umidità, basso punto di fusione delle ceneri (in funzione del tipo di biomassa considerata). Tali problematiche possono essere in parte o del tutto affrontate con sistemi di cippatura, bricchettatura o pellets, sistemi attualmente in fase di sviluppo e sperimentazione. |
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1 Il CO è un gas combustibile che, se opportunamente miscelato con aria a temperature elevate brucia. La post-combustione consiste proprio nel bruciare il monossido di carbonio presente nei fumi della combustione primaria. |
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La fiamma, lambendo le piastre in lega, resistentissima al calore,e con l'ausilio di immissione di aria ricca di ossigeno (ARIA SECONDARIA) da luogo al fenomeno di "pirolisi". Tale fenomeno brucia il monossido di carbonio (CO) e demolisce la maggior parte delle molecole dei fumi e delle ceneri, ottenendo così una bassa emissione di materiale inquinante, massimo rendimento e sufficiente margine di sicurezza. Fonte: www.fuocoelegna.it |
 La post-combustione. Bruciando l'ossido di carbonio riduce le emissioni inquinanti e contemporaneamente fornisce ulteriore calore |
| Processo di conversione del carbone e/o della biomassa in composti gassosi (ossido di carbonio, anidride carbonica, metano, idrogeno e miscele di essi come il syngas), eseguito per reazione con aria, ossigeno, vapore o loro miscele. Il gas prodotto può essere impiegato direttamente nell’industria chimica ed elettrica, o altrimenti convertito in idrocarburi liquidi o solidi tipo cere (Processo Fischer-Tropsch). |
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La gassificazione consiste nell'ossidazione incompleta di una sostanza in ambiente ad elevata temperatura (900/1000°C) per la produzione di un gas combustibile (detto gas di gasogeno o syngas).Il gas di gasogeno può essere trasformato in alcool metilico (CH3OH), che può essere agevolmente utilizzato per l'azionamento di motori e per la produzione di biodiesel. Le tecnologie di gassificazione della biomassa sono ritenute promettenti sia perché nell'immediato possono essere abbinate alle attuali tecnologie di produzione dell'energia elettrica, in particolare nelle centrali a gas a ciclo combinato e sia perché possono essere abbinate alle eventuali future centrali elettriche a fuel-cell, in particolare MCFC e SOFC, nelle quali gas composti da idrogeno e carbonio sono ottimali. Un' applicazione pratica della gassificazione per ottenere un'elevata efficienza termica: A lato una caldaia ad effetto gasogeno. |
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L' ENEA è impegnato, in particolare presso il proprio Centro della Trisaia, in attività di ricerca e dimostrazione sull'utilizzo delle biomasse per la produzione di energia elettrica, con particolare riferimento allo sviluppo della tecnologia della gassificazione al fine di ottenere, con efficienza dell'80-85%, un syngas (gas di sintesi composto da H e CO) a basso medio potere calorifico, molto flessibile e con ridotto impatto ambientale. Le macchine utilizzatrici del syngas prodotto vanno dai classici motori alle microturbine e alle celle a combustibile. enea.it/biomassa La gassificazione può contribuire allo smaltimento dei rifiuti solidi urbani e/o all'utilizzo del combustibile da rifiuti dsa.unipr.it La gassificazione degli RSU ha come prodotto un gas di sintesi (syngas) che alimenta la turbina a gas dell'impianto a ciclo combinato. Ciò con le seguenti principali finalità:
Fonte: www.legambiente.org Operatori www.ecoengineeringimpianti.it www.caemaenergia.com |
| E' un processo di conversione di tipo biochimico che avviene in assenza di ossigeno e consiste nella demolizione, ad opera di micro-organismi, di sostanze organiche complesse (lipidi, protidi, glucidi) contenute nei vegetali e nei sottoprodotti di origine animale, che produce biogas costituito abitualmente per il 50÷70% circa da metano e per la restante parte da CO2 ed altri componenti. |
| Il potere calorifico del gas ottenuto varia a seconda del contenuto di metano. Un valore medio può essere posto pari a circa 23.000 kJ/Nm 3 . Il biogas così prodotto viene trattato, accumulato e può essere utilizzato come combustibile per alimentare caldaie a gas accoppiate a turbine per la produzione di energia elettrica o in centrali a ciclo combinato o motori a combustione interna. I sottoprodotti di tale processo biochimico sono ottimi fertilizzanti poiché parte dell'azoto che avrebbe potuto andare perduto sotto forma di ammoniaca è ora in una forma fissata e quindi direttamente utilizzabile dalle piante. Al termine del processo di fermentazione si conservano integri i principali elementi nutritivi (azoto, fosforo, potassio), già presenti nella materia prima, favorendo così la mineralizzazione dell’azoto organico risultando in tal modo un ottimo fertilizzante. Di seguito viene proposta parte della descrizione del funzionamento di un impianto per la depurazione delle acque reflue in un comprensorio di 25.000 persone. "La permanenza dei fanghi all'interno del digestore anaerobico dura in media circa 23 giorni. Mentre si trovano all'interno del serbatoio, avviene la fermentazione e grazie all'impiego di reagenti chimici e micro-organismi i fanghi vengono disgregati nelle molecole più semplici possibili. Il processo produce anche una grossa quantità di biogas che viene incanalata in un altro serbatoio, indirizzata alla caldaia e quindi in parte utilizzata per mantenere una temperatura costante di 33 gradi all'interno del digestore. La quantità in eccesso di gas, soprattutto nel periodo estivo, viene smaltita attraverso la combustione nel bruciatore posto nel centro del piazzale dell'impianto. Annualmente, si calcola, questo processo produce circa 300.000 metri cubi di gas, un terzo dei quali sono per il momento in eccesso e vengono bruciati." (!!? n.d.r.) Dal trattamento delle acque reflue si ottengono anche ammoniaca e nitrati utilizzati per la produzione di fertilizzanti e fanghi organici utilizzati da aziende di compostaggio per ottenere ancora sostanze fertilizzanti. Relazione completa del trattamento e depurazione delle acque nere: www.merateonline.it A Kirchdorf, in Austria, è stato installato un impianto per la produzione di biogas, 850 tra ristoranti e case private consegnano quotidianamente oltre 12 tonnellate di avanzi, L'energia elettrica prodotta in una centrale a ciclo combinato abbinata al sistema e' sufficiente ad alimentare tutta la regione. Il biogas può essere ottenuto anche dalle discariche dei rifiuti urbani. Una discarica completamente isolata mediante impermeabilizzazione naturale o con teli sintetici diviene un "contenitore di accumulo" del biogas che si produce in seguito al processo di decomposizione della sostanza organica contenuta nei rifiuti. I principali composti prodotti sono metano ed anidride carbonica. Per evitare dispersioni nel sottosuolo e nell’aria (con relativo rischio di esplosioni), diffusione di odori molesti e danni alla vegetazione, il biogas viene raccolto mediante un’apposita rete di captazione. Il sistema di estrazione è costituito da una serie di pozzi verticali, dai quali si dipartono a raggera delle tubazioni fessurate, disposte orizzontalmente in modo da raggiungere tutto il corpo della discarica; la pressione, alla quale sono sottoposti i gas all’interno del corpo della discarica, ne permette la raccolta e l’asportazione. Il sistema di aspirazione del biogas può essere di tipo naturale o forzato. Il biogas così raccolto può essere convogliato tramite un collettore principale ad una centrale a gas per la produzione di energia elettrica e teleriscaldamento. Da notare che il metano contenuto nel biogas sarebbe altrimenti destinato a disperdersi in atmosfera, il metano è un gas ad effetto serra 7 volte più attivo dell'anidride carbonica! Fonte: www.arpa.emr.it Il recupero di biogas da discarica è un sistema adottato sopratutto in via sperimentale in molti paesi, l' Inghilterra invece ha sviluppato un vasto ed efficiente sistema di recupero di biogas dalle discariche, sia per usi termici che elettrici. Anche la Svizzera si sta attrezzando con questi sistemi. Fonte e approfondimenti: www.poweron.ch www.ekoimpianti.com Digestori aerobici la digestione aerobica è un processo biochimico di degradazione delle sostanze organiche per opera di micro-organismi, il cui sviluppo è condizionato dalla presenza di ossigeno. Questi batteri convertono sostanze complesse in altre più semplici, liberando CO2 e H2O e producendo un elevato riscaldamento del substrato, in modo proporzionale alla loro attività metabolica. Quindi la fermentazione aerobica è una potenziale fonte di energia termica, sfruttabile sopratutto in ambienti agro-zootecnici. |
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| I piccoli sistemi modulari alimentati con le più svariate tipologie di biomassa possono potenzialmente soddisfare il fabbisogno energetico di oltre 2,5 miliardi di persone attualmente sprovviste di energia elettrica. Ciò per il fatto che queste popolazioni vivono in aree con abbondante disponibilità di biomassa destinabile all'ottenimento di combustibili bioenergetici, piccoli sistemi modulari da 5 kW a 5 MW potrebbero rappresentare soluzioni ottimali per le piccole comunità o interi villaggi. |
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Non di meno questi sistemi possono avere un potenziale mercato anche nei paesi industrializzati in quanto hanno costi di produzione e di gestione molto interessanti e competitivi anche grazie alla loro modularità e taglia che permettono di avere una fonte di energia elettrica e calore in prossimità dei luoghi di utilizzo. A fianco un gassificatore in grado di produrre wood-gas per l'alimentazione di un generatore elettrico da 9 kW . Attualmente si utilizzano motori a scoppio quali generatori, esistono però delle alternative quali le microturbine a partire da taglie superiori ai 30 kW o motori stirling per taglie minori. I piccoli sistemi modulari che utilizzano biomassa per l'alimentazione sono alle prime esperienze commerciali e hanno quindi un largo margine di miglioramento economico e tecnologico, anche considerando che già ora sono interessanti anche per l'aspetto economico. Link correlati |
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