Biomasse Tutte le sostanze organiche, direttamente o indirettamente provenienti dalla fotosintesi delle piante o da organismi animali, da cui è possibile ottenere energia, sono definite "biomasse". In particolare si ottengono da: legna residui agricoli e agro-industriali residui animali, scarti della catena di distribuzione e consumi finali Le biomasse rappresentano una forma di accumulo di energia solare molto sofisticata, la produzione di energia da questi materiali comporta formazione di CO2 che viene riassorbita nel processo di crescita. Il bilancio è quindi nullo: fotosintesi Utilizzo biomasse CO2 produzione biomasse La diversità dei materiali impone, comunque, diverse tecniche per ricavare energia elettrica.

Biomasse Residui organici Colture energetiche Terrestri Acquatiche Forestali Di trasformazione tecnologica Agricoli Animali Vegetali Non alimentari Vegetali Alimentari Le colture energetiche, in base al criterio qualità della biomassa,si possono classificare in: colture oleaginose (girasole,colza) colture alcooligene (sorgo zuccherino, barbabietola da zucchero, cereali) colture lignocellulosiche, (short rotation forestry-SRF, canna)

Caratterizzazione chimica Cellulosa polimero composto da unita monomeriche di glucosio Emicellulosa polimero con zuccheri a 5 o 6 atomi di C, facilmente idrolizabile glucosio fruttosio xilosio Lignina Polimero formato dalla unione di differenti acidi e alcooli fenilpropilici collegati con legami C-C e C-O.

Olio vegetale L'olio vegetale è una miscela di: Acidi grassi liberi Glicerolo Monogliceridi, Digliceridi, Trigliceridi Fosfatidi Lipoproteine Glicolipidi Cere Terpeni e altri composti Tra tutti i componenti gli acidi grassi liberi e il glicerolo sono i più importanti

Acidi grassi: sono formati da una catena di atomi di carbonio (C) legati tra loro con un legame singolo (AG saturi), doppio o triplo (AG insaturi). Il primo atomo di carbonio costituisce un gruppo carbossilico (COOH). Nel rappresentarli vengono espressi il numero di atomi di carbonio e di doppi legami e le posizioni dello stesso "n:n( )“ Es: l'acido oleico può essere indicato come 18:1 perché è formato da 18 atomi di carbonio e da un unico doppio legame. Proviamo a dare il nome a questo acido

Glicerolo: è un alcool con tre gruppi ossidrilici (OH), leggermente viscoso, con un odore dolce a temperatura ambiente, completamente solubile in acqua e alcool, debolmente solubile nell'etere dietilico e completamente insolubile negli idrocarburi. Con il termine "glicerolo" si intende esclusivamente la sostanza pura, mentre i prodotti commerciali, contenenti come minimo il 95% di glicerolo vengono chiamati "glicerine".

Monogliceridi, Digliceridi, Trigliceridi Gli acidi grassi liberi (AG) sono presenti in % minima nell'olio vegetale, mentre è più facile osservarli nelle forme esterificate, legate cioè ad una molecola di glicerolo per formare mono-, di- e trigligeridi.

Fosfatidi Nelle molecole di fosfatidi solo due gruppi ossidrilici del glicerolo sono esterificati con acidi grassi, mentre il terzo gruppo è esterificato con una molecola di acido fosforico. Questo composto, chiamato acido fosfatidico, se è legato ad una molecola di colina forma la nota "lecitina" , mentre se è legato a un digliceride forma un glicerofosfatide. colina

Glicolipidi: sono molecole complesse presenti nei cloroplasti e sono principalmente mono- e di-galattosidi-di-gliceridi. Lipoproteine: sono molecole complesse costituite da lipidi e proteine Cere: sono esteri di acidi grassi con lunghe catene di alcoli (chiamati alcoli grassi) Terpeni: sono formati da sequenze di isoprene. I più importanti sono i mono-terpeni con 10 atomi di carbonio, mentre terpeni più famosi sono il tocoferolo e il carotene. Paraffine e olefine, idrocarburi, sono presenti in tracce.

PROCESSI BIOLOGIGI DIGESTIONE ANAEROBICA (in asenza di ossigeno e ambiente umido) Si parte da sottoprodotti di cultura: culture acquatiche e ortive; reflui zootecnici; acque dei frantoi (C/N 16-30). Si trattano con batteri differenziati a seconda della temperatura di lavoro (25-45°C). Prodotti principali: gas CH4, CO2, CnH2n+2, H2S, fanghi mineralizzati. Ambiente di lavoro: digestori in cui la massa liquida (umidità>50%) è separata dall’O2. Fasi di lavoro: idrolisi della cellulosa, dei lipidi, degli zuccheri e degli amminoacidi formazione di acidi grassi (principalmente acido acetico) metanizzazione CH3COOH CH4 + CO2 Prodotti: gas (potere calorifico 5300-5800 Kcal/Nm3) Liquidi chiarificato (usato per diluire, riciclato) Fanghi ricchi di N; P; K (fertilizzanti)

Ambiente di lavoro: digestori in cui la massa liquida (umidità>50%) è separata dall’O2. Fasi di lavoro: idrolisi della cellulosa, dei lipidi, degli zuccheri e degli amminoacidi formazione di acidi grassi (principalmente acido acetico) metanizzazione CH3COOH CH4 + CO2 Prodotti: gas (potere calorifico 5300-5800 Kcal/Nm3) Liquido chiarificato usato per diluire o riciclato Fanghi ricchi di N; P; K (fertilizzanti)

Principali forme di conversione Processi termochimici combustione, pirolisi, gassificazione Processi biochimici digestione anaerobica, altri processi biochimici (es. fermentazione alcoolica) COMBUSTIONE COMPLETA: incenerimento gli aspetti sono essenzialmente tecnologici, con tipologie dei forni che cambiano a seconda dei combustibili. Confirming biomasse + carbone produzione di energia elettrica Combustione a griglia rifiuti solidi urbani (fissa o mobile) Combustione in forni a tamburo rotante rifiuti industriali Combustioni a letto fluido rifiuti solidi urbani tritati + sabbia

Si effettuano tre tipi di pirolisi: Serie di reazioni termochimiche in assenza di aria od ossidanti. Processo endotermico. Prodotti Frazione gassosa: Syngas CO; CO2; H2; H2O, CH4, C2H4, C3H5 Frazione liquida TAR H2O e composti organici (aldeidi, chetoni, acidi, alcoli) Frazione solida CHAR residui ad alto peso molecolare. Si effettuano tre tipi di pirolisi: Lenta a T >600°C con tempi lunghi (4-8 min) E’ un processo anaerobico, si ottiene Syngas (H2, CO e CH4) come prodotto principale. A secondo delle T di lavoro si ha: Per T  300°C CO2 e H2O e char (solido) Per T > 400°C CH4 e H2 e Tar Per T > 600°C syngas CO e H2 (craking) fino al 65% di resa a T=1200°C Veloce a T 450-525°C tempi 20-1500 msec si ottiene Tar

Il potere calorifico del syngas dipende dalla % di H2 e CH4 presenti rispetto a CO e CO2 H2 120970 KJ/kg massimo a 800°C CO 10110 KJ/kg CO2 0 KJ/kg diminuisce con l’aumento di T CH4 50170 KJ/kg aumenta fino a 800°C e diminuisce a T maggiori Considerando come biomasse lignina o cellulosa si ha una prima fase depolimerizzazione con successiva formazione dei prodotti gassosi e diversi tipi di char, in particolare dalla lignina si formano idrocarburi aromatici. di H2 e CH4 presenti rispetto a CO e CO2 Veloce a T tra 450 e 525°C tempi di 20-1500 msec con produzione di Tar Fast pirolisi a T tra 450 e 525°C tempi di 1 msec mirata all’ottenimento di bio-olio con potere calorifico 15000-20000 KJ/Kg a partire da RSU finemente suddivisi. Ottimo processo per ottenere combustibile facilmente gestibile perché liquido e con buon potere calorifico.

Tipologia Tempi T °C Prodotti Carbonizzazione pirolitica Giorni 300-500 Char Pirolisi convenzionale 5-30 min <600 Tar, Char, Syngas Pirolisi lenta 4- 8 min >600 Syngas Pirolisi veloce 1-5 sec 500-550 Tar Flash pirolisi <1 sec >700 Tar Gassificazione: trasformazione di un combustibile solido o liquido in gas (vettore di energia). Ossidazione in presenza di agenti ossidanti (O2 + H2O) (vedi gassificazione del carbone)