La prima cosa che dovresti sapere è che la biomassa non è altro che materia organica di origine vegetale o animale, rifiuti organici e rifiuti sono inclusi qui, ovvero suscettibile di essere utilizzato per produrre energia.
Il motivo è dovuto al fatto che le piante trasformano l'energia radiante del Sole in energia chimica attraverso il fotosintesi e parte di questa energia viene immagazzinata sotto forma di materia organica, di cui possiamo trarre vantaggio.
Attualmente, è accettata la seguente definizione di biomassa:
"La biomassa è considerata un gruppo di prodotti energetici rinnovabili e materie prime che provengono da materia organica formata con mezzi biologici".
È per questo motivo che il concetto di combustibili fossili e la materia organica da essi derivata come la plastica e la maggior parte dei prodotti sintetici è fuori luogo nella definizione di biomassa.
Sebbene questi combustibili e materiali organici derivati avessero un'origine biologica, la loro formazione è avvenuta in tempi passati.
La biomassa è quindi un'energia rinnovabile di origine solare attraverso la fotosintesi delle piante.
Inoltre, secondo Direttiva 2003/30 / CE la biomassa è:
"Frazione biodegradabile dei prodotti di scarto e residui dell'agricoltura, della silvicoltura e delle industrie correlate, nonché la frazione biodegradabile dei rifiuti industriali e urbani".
Da quello che ci rendiamo conto è che in generale, qualsiasi definizione di biomassa comprende principalmente 2 termini; rinnovabile e biologico.
Biomassa come fonte di energia
Fin dall'antichità l'uomo ha utilizzato la biomassa come fonte di energia per svolgere le proprie attività quotidiane.
Da quando l'uso dei combustibili fossili ha cominciato a prendere piede, la biomassa è stata dimenticata su un piano inferiore, dove il suo contributo alla produzione di energia primaria era trascurabile.
Oggi, grazie a vari fattori, la biomassa ha avuto una rinascita come fonte energetica.
I fattori che sono stati responsabili del rilancio della biomassa come fonte di energia sono:
- L'aumento del prezzo del petrolio.
- Aumento della produzione agricola.
- Necessità di cercare usi alternativi alla produzione agricola.
- Cambiamenti climatici
- Possibilità di utilizzare conoscenze scientifiche e tecniche per ottimizzare il processo di produzione di energia.
- Quadro economico favorevole per lo sviluppo di impianti che utilizzano biomasse come combustibile, grazie ai contributi alla produzione ricevuti dagli impianti di generazione con questa fonte.
- Difficoltà normativa a sviluppare altri tipi di progetti, lasciando la biomassa come alternativa più ragionevole per rendere redditizio un investimento economico.
Tipi di biomassa
La biomassa utilizzata per la produzione di energia è ottenuta dai resti di sfruttamento forestale, dalle industrie di prima e seconda trasformazione del legno, dalla frazione organica dei rifiuti solidi urbani, dai rifiuti degli allevamenti, dai prodotti agricoli e forestali, dalle colture energetiche , quelli destinati esclusivamente al loro sfruttamento per ottenere biomasse.
In generale, la biomassa è ottenuta da qualsiasi prodotto organico suscettibile di consumo energetico, sebbene questi siano i principali.
Biomassa naturale
La biomassa naturale è quella prodotta in ecosistemi naturali. Lo sfruttamento intensivo di questa risorsa non è compatibile con la tutela dell'ambiente, sebbene sia una delle principali fonti di energia nei paesi sottosviluppati.
Questa biomassa naturale viene creata senza alcun intervento umano per modificarla o valorizzarla.
Si tratta fondamentalmente di residui forestali:
- Derivati della pulizia delle foreste e dei resti di piantagioni
- Legna da ardere e rami
- conifero
- Frondoso
Biomassa residua
La biomassa residua è cosa generato nelle attività umane che utilizzano materia organica. La sua eliminazione in molti casi è un problema. Questo tipo di biomassa presenta vantaggi associati nel suo utilizzo:
- Riduce l'inquinamento e i rischi di incendio.
- Riduci lo spazio in discarica.
- I costi di produzione possono essere bassi.
- I costi di trasporto possono essere bassi.
- Evita le emissioni di CO2.
- Crea posti di lavoro.
- Contribuisce allo sviluppo rurale.
La biomassa residua è a sua volta suddivisa in una serie di categorie sotto indicate.
Surplus agricolo
Le eccedenze agricole non utilizzate per il consumo umano sono considerate idonee all'uso come biomasse a fini energetici.
Questo uso di prodotti agricoli utilizzati nella catena alimentare umana ha causato un cattivo nome ingiustificato dell'utilizzo della biomassa a fini energetici, in quanto tale uso è stato accusato di un aumento del costo di alcuni prodotti agricoli che sono alla base del cibo in molti paesi del terzo mondo e in via di sviluppo.
Queste eccedenze agricole possono essere utilizzate sia come combustibile negli impianti di generazione di elettricità che trasformate in biocarburanti.
Colture energetiche
Le colture energetiche sopra menzionate sono colture specifiche dedicate esclusivamente alla produzione di energia.
A differenza delle colture agricole tradizionali, le loro caratteristiche principali sono le loro elevata produttività della biomassa e alta rusticità, espressa in caratteristiche quali resistenza alla siccità, malattie, vigore, crescita precoce, capacità di ricrescita e adattamento ai terreni marginali.
Le colture energetiche possono includere colture tradizionali (cereali, canna da zucchero, semi oleosi) e non convenzionali (cynara, pataca, sorgo dolce) che sono oggetto di numerosi studi per determinarne le esigenze colturali.
Processi di trasformazione della biomassa
Come visto sopra, la grande varietà di materiali che sono inclusi nel concetto di biomassa permette a sua volta di stabilire a varietà di possibili processi di trasformazione di questa biomassa in energia.
Per questo motivo la biomassa può essere trasformata in diverse forme di energia applicando vari processi di conversione, questi tipi di energia sono:
Calore e vapore
È possibile generare calore e vapore bruciando biomasse o biogas.
Il calore può essere il prodotto principale per applicazioni di riscaldamento e cottura, oppure può essere un sottoprodotto della generazione di elettricità negli impianti che cogenerano elettricità e vapore.
Combustibile gassoso
Il biogas prodotto nei processi di digestione anaerobica o gassificazione può essere utilizzato nei motori a combustione interna per la generazione di elettricità, per il riscaldamento e il condizionamento nei settori domestico, commerciale e istituzionale e nei veicoli modificati.
Biocarburanti
La produzione di biocarburanti come etanolo e biodiesel (puoi dare un'occhiata all'articolo Come produrre biodiesel fatto in casa) ha il potenziale per sostituire quantità significative di combustibili fossili in molte applicazioni di trasporto.
L'ampio uso di etanolo in Brasile lo ha dimostrato da più di 20 anni i biocarburanti sono tecnicamente fattibili su larga scala.
Negli Stati Uniti e in Europa la loro produzione è in aumento e vengono commercializzati miscelati con derivati del petrolio.
Ad esempio, la miscela denominata E20, composta da 20% di etanolo e 80% di petrolio, è applicabile nella maggior parte dei motori ad accensione.
Attualmente, questo tipo di carburante riceve un certo tipo di sovvenzione o aiuto di Stato, ma, in futuro, con l'aumento delle colture energetiche e delle economie di scala, la riduzione dei costi potrà rendere competitiva la loro produzione.
Elettricità
L'elettricità generata dalla biomassa può essere commercializzata come "energia verde", da allora non contribuisce all'effetto serra perché è privo di emissioni di anidride carbonica (CO2).
Questo tipo di energia può offrire nuove opzioni al mercato, poiché la sua struttura dei costi consentirà agli utenti di sostenere livelli più elevati di investimenti in tecnologie efficienti, che aumenteranno l'industria della bioenergia.
Cogenerazione (calore ed elettricità)
La cogenerazione si riferisce al produzione simultanea di vapore ed elettricità, che può essere applicato a molti processi industriali che richiedono entrambe le forme di energia.
In Centro America, ad esempio, questo processo è molto comune nell'industria dello zucchero, dove è possibile sfruttare gli scarti di processo, principalmente la bagassa.
A causa dell'elevata affidabilità della bagassa disponibile, tradizionalmente la cogenerazione viene eseguita in modo abbastanza efficiente. Tuttavia, negli ultimi anni c'è stata una tendenza a migliorare il processo per generare più elettricità e vendere il surplus alla rete elettrica.
I processi che possono essere seguiti per effettuare questa trasformazione possono essere suddivisi in fisico, fisico-chimico, termochimico e biologico.
Combustione in impianti a biomasse
In poche parole, la combustione è una reazione chimica abbastanza rapida, mediante la quale combina l'ossigeno dell'aria (qual è l'ossidante) con i diversi elementi ossidanti del carburante originando così un rilascio di calore.
Per questo motivo, affinché si verifichi questo processo chimico, devono verificarsi queste 4 circostanze:
- Deve esserci una quantità sufficiente di carburante, cioè biomassa.
- Deve produrre una quantità sufficiente di aria di combustione, che contiene l'ossigeno necessario per ossidarsi o reagire con il carburante.
- La temperatura deve essere sufficientemente alta affinché la reazione avvenga e venga mantenuta. Se la temperatura non supera un certo valore, chiamato temperatura di accensione, l'ossidante e il carburante non reagiscono.
- Deve essere presente un iniziatore di combustione, solitamente una fiamma preesistente. Ciò significa che altri elementi normalmente partecipano all'accensione del sistema di combustione, anche altri combustibili.
Pretrattamento biomasse
La biomassa, prima di procedere alla sua combustione in caldaia, deve essere sottoposta ad un precedente processo di preparazione, che facilitare il processo di reazione tra combustibile e ossidante.
Questo processo facilita la combustione poiché regola fondamentalmente la granulometria e il grado di umidità.
L'insieme di processi o trattamenti precedenti hanno tre obiettivi fondamentali:
- Omogeneizzare l'immissione di biomassa nella caldaia, in modo che la caldaia riceva un flusso costante di energia di valore simile.
- Diminuire la sua granulometria per aumentare la sua superficie specifica.
Infatti, minore è la granulometria, maggiore è la superficie affinché il combustibile e l'ossidante possano reagire, accelerando così la reazione e riducendo la quantità di biomassa che non reagisce (incombusta) - Diminuisci l'umidità che contiene, evitando che parte del calore sprigionato nella combustione venga utilizzato come calore di vaporizzazione dell'acqua, riducendo la temperatura dei fumi.
Tutto questo deve essere fatto anche con il il minor consumo energetico possibile, poiché tutta l'energia consumata in questi processi, a meno che non sia energia residua o energia utilizzabile gratuitamente, comporterà una diminuzione dell'energia netta generata dall'impianto.
La caldaia a biomassa
La caldaia è sicuramente la apparecchiature principali di una centrale termoelettrica di combustione di biomasse.
In essa si attua il processo di trasformazione dell'energia chimica contenuta nella biomassa in energia termica, che verrà successivamente trasformata in energia meccanica.
La caldaia, oltre ad essere l'attrezzatura principale, è anche la principale preoccupazione dei tecnici che si occupano del funzionamento di un impianto.
È senza dubbio l'attrezzatura che può causare i problemi più potenziali, causare i maggiori tempi di fermo e richiedere la manutenzione più rigorosa.
I motivi per cui la caldaia è un'apparecchiatura problematica sono i seguenti:
- È una tecnologia emergente, non sufficientemente sviluppata. Di fronte alla grande esperienza accumulata in altri processi di combustione che rilasciano una grande quantità di energia termica dall'ossidazione di un combustibile solido, come le centrali a carbone, la combustione delle biomasse deve affrontare una serie di nuovi problemi che non sono stati ancora risolti completamente. in modo soddisfacente.
- L'alto contenuto di potassio e cloro della biomassa causa incrostazioni e corrosione in varie parti della caldaia.
- La combustione non è totalmente stabile, presentando significative variazioni di pressione e temperatura.
- C'è grande difficoltà nell'automazione completa del controllo della caldaia, a causa della variabilità delle condizioni in cui la biomassa può essere presentata all'ingresso.
- La redditività degli impianti, anche con i premi per la produzione di energia elettrica offerti dalla legislazione spagnola, è molto contenuta, il che richiede un risparmio su tutti i componenti, compresa la caldaia. Pertanto, i migliori materiali o le migliori tecniche non vengono utilizzati, a causa del maggior costo che comportano.
Solo uno Una corretta selezione del tipo di caldaia può portare al successo nella realizzazione di un progetto di generazione di energia elettrica da biomasseAllo stesso tempo, una scelta inappropriata renderà estremamente difficile la redditività di un investimento in questo tipo di impianti, che rappresenta tra 1 e 3 milioni di euro per MW di potenza elettrica installata.
Centrali termoelettriche a biomasse
Una centrale termoelettrica a biomasse è una impianto di generazione di energia che sfrutta l'energia chimica contenuta in una certa quantità di biomassa e che viene rilasciata come energia termica attraverso un processo di combustione.
In primo luogo, un impianto di recupero energetico della biomassa deve avere un sistema di pretrattamento della biomassa, i cui scopi principali sono ridurre l'umidità in essa contenuta, adattare le dimensioni e l'uniformità della biomassa, al fine di standardizzare le condizioni. caldaia e ottenere la massima efficienza del sistema di combustione.
Una volta che l'energia termica viene rilasciata in un apposito forno, i gas rilasciati in combustione, composti da CO2 e H2O per lo più insieme ad altre sostanze solide e gassose, scambiano il loro calore in una caldaia attraverso la quale circola l'acqua, che normalmente viene convertita in vapore a una certa pressione e temperatura.
I gas di combustione della biomassa attraversano la caldaia cedendo la loro energia all'acqua / vapore in diversi stadi: pareti d'acqua, surriscaldatore, fascio del vaporizzatore, economizzatore e preriscaldatori d'aria.
Il vapore in pressione formatosi nella caldaia viene quindi trasportato in una turbina, dove si espande, producendo una nuova trasformazione energetica mediante la quale viene convertita l'energia potenziale contenuta nel vapore in pressione prima in energia cinetica e successivamente in energia meccanica rotazionale.
Quadro legislativo per gli impianti termoelettrici a biomasse in Spagna
La produzione di elettricità in Spagna corrisponde a investitori privati, sebbene sia un'attività fortemente regolamentata dallo Stato.
Diverse leggi e decreti regolano questa attività, ed è fondamentale che ogni tecnico che lavora in centrali a biomasse conosca questo quadro giuridico.
Le diverse attività legate all'energia elettrica sono soggette ad un certo intervento statale, data l'importanza di queste attività.
Tradizionalmente, è stato utilizzato il carattere di servizio pubblico, con lo Stato responsabile per la generazione, il trasporto, la distribuzione e la commercializzazione dell'energia elettrica.
Oggi non è più un servizio pubblico, poiché queste attività sono completamente liberalizzate.
L'intervento pubblico è attualmente mantenuto in quanto sono attività soggette a una forte regolamentazione. Sarà interessante studiare in primo luogo come sono le diverse norme che possono influenzare le attività legate alla generazione, trasporto e vendita di energia elettrica.
Biomasse per uso domestico
Nonostante mi sia concentrato maggiormente sull'ottenimento di energia per l'elettricità, si è parlato anche e meglio ancora, a livello domestico, dell'utilizzo della biomassa per generare calore da utilizzare per il riscaldamento, a livello domestico con caldaie e stufe dedicate esclusivamente ad essa.
Se vuoi maggiori informazioni puoi leggere l'articolo del mio collega Germán Tutto quello che devi sapere sulle stufe a pellet
In questo modo non ci sarà nessuno a fermarti sulla questione della biomassa e chissà, forse avrai il coraggio di installare una di queste stufe nella tua casa.