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lunedì, 26 Febbraio 2024

@CREAEnergia: sfruttare le biomasse per la  transizione energetica

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La transizione energetica e, conseguentemente, quella verde comportano un ripensamento radicale dei metodi di produzione dell’energia, in particolare dell’approccio alle materie prime e agli scarti prodotti. Ed è proprio questa la direzione delle bioenergie, ossia l’energia ottenuta dalla combustione della biomassa che, rispetto ai combustibili fossili, ha il grande vantaggio di essere carbon neutral,  poiché la CO2 prodotta durante i processi di conversione energetica, è largamente compensata dalla CO2 assorbita durante il suo ciclo vitale.  

La grande differenza col passato nella gestione delle filiere agroindustriali, è rappresentata nella strategia dell’approccio alle materie prime e agli scarti prodotti. Storicamente una materia prima era una risorsa da cui, tramite processi industriali, che portavano inevitabilmente alla produzione di scarti, si otteneva un bene in grado di soddisfare il bisogno del consumatore. Oggi si punta a cambiare approccio e si cerca di trasformare ciò che era considerato uno scarto in un sottoprodotto, con un suo valore sul mercato e/o nel settore energetico, riducendo così lo scarto vero e proprio e il relativo impatto ambientale. Questo concetto prende il nome di Circular Economy ed è un approccio virtuoso che ogni filiera industriale deve seguire, compresa quella agroalimentare. In quest’ottica, gli scarti della filiera agroindustriale possono essere considerati sottoprodotti utili per l’estrazione di molecole di interesse commerciale, per la produzione di bio-materiali, la sintesi di prodotti biochimici e soprattutto per la produzione di bioenergie . 

Negli ultimi decenni, si è assistito ad un incremento dei sistemi di produzione e trasformazione dell’energia con lo scopo di sostituire, in parte, l’utilizzo delle fonti fossili e di sfruttare le fonti “rinnovabili” che, se gestite opportunamente, hanno un minore impatto ambientale. In una prospettiva di economia circolare, l’uso sostenibile di biomasse residuali, sottoprodotti e scarti provenienti dai comparti agroforestali e agroindustriali, risponde al continuo aumento dei livelli di inquinamento atmosferico, dovuto ai combustibili fossili. A differenza dei combustibili fossili, infatti, le biomasse hanno il grande vantaggio di essere carbon neutral poiché la CO2 prodotta durante i processi di conversione energetica è largamente compensata dalla CO2 assorbita dalla biomassa durante il suo ciclo vitale. Anche se, tuttavia, l’utilizzo della biomassa per la produzione energetica copre ancora una piccola frazione del fabbisogno globale, come mostrato nella figura seguente. 

Foto 2 – Consumi energetici globali, differenziati per le diverse fonti energetiche, espressi in TWh dal 1950 al 2021.
Fonte: https://ourworldindata.org/energy

Bioenergia

Con il termine bioenergia si intende l’energia ottenuta dalla valorizzazione della biomassa.  
Nello specifico con il termine agroenergie si considerano solo quelle prodotte nel settore agroforestale, ad esempio l’energia ottenuta da biomasse lignocellulosiche (potature, cippato), dalla fermentazione di scarti organici della filiera zootecnica o da biocarburanti (biodiesel e bioetanolo). 
Nel piano di transizione energetica, le bioenergie hanno un ruolo fondamentale e strategico, in quanto sono alla base dei sistemi di valorizzazione ed efficientamento delle filiere agroindustriali.

Le filiere e i distretti energetici sono, infatti, dotati di impianti di conversione che adottano soluzioni innovative per la neutralizzazione degli impatti e la riduzione della dipendenza dalle importazioni di materie prime ed energia. 

Come mostrano le ultime statistiche presentate dal GSE (Gestore Servizi Energetici), complessivamente gli impianti qualificati e in esercizio al 31 dicembre 2021 risultano 3.960, (74%) eolici, (13%) idroelettrici e impianti a bioenergie (11%). Nello specifico, nel settore delle bioenergie si rilevano 1.264 impianti a biogas, seguiti da 445 a bioliquidi e 187 a biomasse solide.  

Il centro dimostrativo presso il CREA Ingegneria e Trasformazioni agroalimentari (CREA-IT) di Monterotondo, rappresenta un esempio di microfiliera energetica basata su sistemi di conversione delle biomasse agroforestali e degli scarti agroalimentari e industriali, per la produzione di energia termica, biogas, biometano, syngas e biochar.  

Nello specifico nell’ambito del progetto AGROENER le attività di ricerca condotte presso il Laboratorio Attività Sperimentali Energie Rinnovabili da Biomasse (LASER-B) hanno riguardato lo studio dei processi di conversione energetica delle biomasse e il monitoraggio delle relative emissioni in atmosfera. In concreto, sono state eseguite analisi di caratterizzazione chimico-fisica su diverse matrici per valutarne le applicazioni in ambito energetico. Successivamente, sono state condotte prove di combustione e gassificazione di biomasse residuali e materiali di scarto (potature, miscele di pellet, scarti di lavorazione agroindustriali e agroforestali), per ottimizzare i processi aumentando il rendimento degli impianti. Durante le prove, sono state monitorate le emissioni nell’effluente gassoso, per valutare l’impatto sull’atmosfera, l’efficienza dei sistemi di abbattimento delle polveri e la presenza di indicatori (zuccheri) della combustione di biomasse attraverso metodi di campionamento innovativi. Inoltre, i prodotti ottenuti dalle trasformazioni (ceneri, syngas e biochar), sono stati analizzati per sperimentare applicazioni sostenibili in campo energetico e agronomico al fine di garantire la circolarità del sistema.  

Biomassa 

Con il termine biomassa si intende “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”. (Direttiva 2009/28/CE e D.Lgs. 28/2011). 
La biomassa è considerata una delle principali risorse energetiche rinnovabili grazie alla sua disponibilità sotto forma di residui colturali, rifiuti organici e colture specifiche e ai suoi possibili utilizzi nei processi termochimici e biochimici.
Alle biomasse appartengono: 

  • I sottoprodotti delle produzioni erbacee, arboree e delle lavorazioni agroindustriali; 
  • I sottoprodotti delle operazioni forestali, per la gestione dei boschi e per la produzione di legname e lavorazioni del legno o altro (residui dei tagli dell’erba, delle foglie, etc.); 
  • Le colture (arboree ed erbacee) destinate specificatamente alla produzione di biocarburanti e   biocombustibili; 
  • I reflui zootecnici destinati alla produzione di biogas; 
  • La frazione organica dei rifiuti urbani; 
  • I residui inutilizzabili di produzioni destinate all’alimentazione umana o animale (pule dei cereali, canna da zucchero ecc).
Foto 3 – Schema delle tipologie di biomasse e loro provenienza

 

È bene considerare che metodi di smaltimento della biomassa inappropriati, sfortunatamente assai diffusi e radicati nella tradizione agricola, come ad esempio la combustione delle potature a bordo campo, portano a fenomeni di rilascio incontrollato in atmosfera di grandi quantità di macro e microinquinanti. Così come l’accumulo di potature porta al rischio di incendi nelle stagioni estive. Questi fenomeni di open burning impattano in maniera estremamente negativa sull’atmosfera, producendo inquinanti e gas climalteranti. Questo concetto avvalora quanto utile sia un utilizzo della biomassa nei processi di conversione energetica, poiché non solo un sottoprodotto diventa una fonte energetica, ma viene anche impiegato in un processo che ne evita uno smaltimento improprio e dannoso per l’uomo e l’ambiente.  

Ing. Francesco Gallucci, Primo Ricercatore CREA-IT, Responsabile LASER-B.
Dott. Enrico Paris, Tecnologo.
Dott. Adriano Palma, Tecnologo.
Dott.ssa Beatrice Vincenti, Collaboratrice Tecnica.
Dott.ssa Monica Carnevale, Ricercatrice.
Crea centro Ingegneria e Trasformazioni Agroalimentari

Aree di ricerca e di interesse: Economia Circolare, Bioenergie, Monitoraggio ambientale. 

#lafrase Ricorrere alle fonti rinnovabili è come vivere del reddito energetico della terra, anziché attingere al capitale (Isaac Asimov)

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