La necessità di fonti energetiche pulite e rinnovabili è cresciuta poiché il mondo sta lottando contro il cambiamento climatico e l’esaurimento dei combustibili fossili. Pertanto, si stanno cercando fonti energetiche alternative. Due delle opzioni più promettenti sono la biomassa e la bioenergia. Queste risorse offrono un sostituto flessibile e vantaggioso per l’ambiente rispetto alle fonti energetiche tradizionali, sfruttando la potenza dei materiali organici per generare carburante, elettricità e calore.
Che cos’è la biomassa?
La bioenergia è prodotta da materiale organico, noto come “biomassa”, che comprende i componenti organici ottenuti principalmente da piante e animali viventi o recentemente viventi. Rientrano in questo gruppo il legno, i rifiuti alimentari, gli avanzi agricoli e persino le alghe. L’energia da biomassa è stata utilizzata dall’uomo fin dai primi ominidi che costruivano fuochi di legna per riscaldarsi e cucinare. Oggi viene utilizzata principalmente per la produzione di energia e per il riscaldamento.
Secondo l’Agenzia Internazionale dell’Energia (AIE), tra il 2010 e il 2022, la quota di bioenergia moderna è aumentata in media di quasi il 3% all’anno e questa tendenza continua. Attualmente, circa il 6% dell’approvvigionamento energetico mondiale e il 55% dell’energia rinnovabile provengono dalle bioenergie moderne, che ne fanno la principale fonte di energia rinnovabile. In vista dello scenario “Emissioni nette zero entro il 2050” (NZE), le bioenergie sostituiranno rapidamente i combustibili fossili entro il 2030.
5 Tipologie ed esempi principali di biomassa
1. Legno e prodotti agricoli: Biomassa derivata da foreste, colture agricole e residui. Esempi: Tronchi di legno, trucioli di legno, paglia, stocchi di mais.
2. Rifiuti solidi: Materiali organici presenti nei rifiuti solidi urbani (RSU). Esempi: Scarti alimentari, carta, cartone.
3. Gas di discarica e biogas: Gas prodotti dalla decomposizione anaerobica della materia organica nelle discariche e nei digestori. Esempi: Metano dalle discariche, biogas dal letame animale.
4. Combustibili alcolici: Combustibili derivati dalla fermentazione degli zuccheri presenti nelle piante. Esempi: Etanolo dal mais, biodiesel dalla soia.
5. Biomassa acquatica: Biomassa derivata da piante e alghe acquatiche. Esempi: Microalghe, alghe.
La biomassa è una fonte di energia pulita?
La biomassa è composta da materiali derivati da esseri viventi, tra cui piante e animali, e ciò la rende organica. Piante, legno e rifiuti sono le risorse di biomassa più frequentemente utilizzate a fini energetici. L’energia da biomassa è anche una fonte energetica rinnovabile. L’energia presente nella biomassa è inizialmente energia solare, che le piante ottengono attraverso la fotosintesi, convertendo l’anidride carbonica e l’acqua in nutrimento (carboidrati). Il nutrimento delle piante può essere convertito, sia direttamente che indirettamente, in energia utile. La biomassa può essere bruciata direttamente per fornire calore, convertita direttamente in elettricità o trasformata in biocarburante.
La biomassa è parte integrante del ciclo del carbonio della Terra. Il ciclo del carbonio è il processo attraverso il quale il carbonio viene scambiato tra tutti gli strati della Terra: atmosfera, idrosfera, biosfera e litosfera.”
Energia da biomassa, National Geographic Education
Le fonti, la manipolazione e le applicazioni della biomassa determinano se essa si qualifica o meno come energia pulita. La biomassa ha il potenziale per essere una fonte di energia più pulita quando viene acquisita in modo responsabile e utilizzata in modo efficace. Tuttavia, se gestita in modo improprio, può aggravare l’inquinamento e il deterioramento ambientale.
Conversione della biomassa in bioenergia
La biomassa può essere convertita in bioenergia attraverso vari processi:
- Combustione: Combustione diretta della biomassa per produrre calore, che può essere utilizzato per generare elettricità.
- Gassificazione: Conversione della biomassa in syngas (una miscela di monossido di carbonio, idrogeno e metano) attraverso un processo ad alta temperatura.
- Pirolisi: Decomposizione della biomassa ad alte temperature in assenza di ossigeno, con produzione di bio-olio, syngas e carbone.
- Digestione anaerobica: Scomposizione della materia organica da parte di batteri in un ambiente privo di ossigeno, con produzione di biogas (principalmente metano e anidride carbonica).
- Fermentazione: Conversione microbica della biomassa in alcoli come etanolo e butanolo.
Centrali a biomassa
Il vapore creato durante la combustione di sostanze vegetali o animali in una camera di combustione alimenta una centrale elettrica a biomassa. Grazie all’uso di biomassa generata in modo responsabile, queste centrali contribuiscono significativamente a ridurre la dipendenza dai combustibili fossili e a mitigare i cambiamenti climatici. Per sapere come funzionano le centrali a biomassa, consultate la guida passo-passo riportata di seguito:
- Preparazione e fornitura del combustibile: Raccolta, stoccaggio e lavorazione di materiali a biomassa, come trucioli di legno, residui agricoli e rifiuti organici, per garantirne dimensioni e contenuto di umidità uniformi.
- Sistema di alimentazione del combustibile: I trasportatori sono utilizzati per spostare la biomassa lavorata nella camera di combustione. Il meccanismo di alimentazione regola la velocità di alimentazione della biomassa per sostenere condizioni di combustione ideali.
- Combustione e gassificazione: La biomassa viene bruciata per produrre calore, generando vapore. In alternativa, la biomassa viene convertita in syngas (una miscela di gas) attraverso un processo ad alta temperatura. Il syngas viene poi bruciato per produrre calore in turbine o motori.
- Generazione di vapore: Caldaie e scambiatori di calore utilizzano il calore della combustione o della gassificazione per trasformare l’acqua in vapore ad alta pressione. Le turbine collegate ai generatori elettrici sono alimentate da questo vapore.
- Generazione di elettricità: Una turbina a vapore converte l’energia termica del vapore in energia meccanica che fa girare un generatore per produrre corrente elettrica.
- Gestione e riciclaggio dei rifiuti: tutti gli altri residui della combustione della biomassa vengono raccolti e smaltiti o riutilizzati in agricoltura o in edilizia. Inoltre, parte del vapore può essere recuperato all’uscita della turbina e utilizzato come fonte di calore. Questa operazione è nota come cogenerazione.
Il ruolo della biomassa nelle energie rinnovabili
La biomassa è una fonte energetica sostenibile che può essere utilizzata per ridurre la dipendenza dai combustibili fossili e diminuire le emissioni di gas serra. Secondo le norme europee, “la biomassa per l’energia deve essere prodotta, lavorata e utilizzata in modo sostenibile ed efficiente, al fine di ottimizzare la riduzione dei gas serra e mantenere i servizi ecosistemici”. La biomassa svolge diversi ruoli nella produzione di energia rinnovabile:
1. Produzione di energia diversificata
L’energia ricavata dalla biomassa può essere trasformata in diverse forme, come calore, elettricità e combustibili liquidi. La sua adattabilità la rende una parte utile del mix di fonti energetiche rinnovabili. I metodi principali di produzione di bioenergia sono i seguenti:
- Heat Production: Heating homes, businesses, and district heating systems through the direct burning of biomass materials like wood and agricultural waste. As per IEA, buildings can get low-temperature heat from biomass combustion systems, up to 100°C, for heating (e.g. central heating systems of a building or a heating grid) and hot water supply.
- Generazione di elettricità: La combustione diretta, la gassificazione o la digestione anaerobica sono i metodi utilizzati dalle centrali elettriche a biomassa per generare energia. Questi impianti sono in grado di produrre elettricità costante e affidabile se utilizzati come fonti di energia di base.
- Biocarburanti: La biomassa può essere lavorata per produrre combustibili liquidi come etanolo e biodiesel, utilizzabili nei trasporti e in grado di contribuire a ridurre la dipendenza dai combustibili derivati dal petrolio.
2. Gestione e utilizzo dei rifiuti
L’energia da biomassa aiuta a gestire e utilizzare i materiali organici di scarto, riducendo la quantità di rifiuti inviati alle discariche e minimizzando le emissioni di metano. Convertendo in energia i residui agricoli, gli scarti alimentari e altri sottoprodotti organici, la biomassa sostiene un sistema di gestione dei rifiuti più sostenibile e contribuisce a un’economia circolare.
3. Neutralità del carbonio e mitigazione dei cambiamenti climatici
Poiché l’anidride carbonica (CO₂) assorbita dalle piante durante la loro crescita bilancia la CO₂ generata durante la combustione dell’energia da biomassa, l’energia da biomassa viene spesso definita neutrale rispetto al carbonio. Rispetto ai combustibili fossili, questo ciclo chiuso del carbonio riduce le emissioni nette di gas serra, contribuendo a rallentare il cambiamento climatico.
4. Sviluppo rurale e benefici economici
I progetti di energia da biomassa possono promuovere lo sviluppo economico delle aree rurali creando posti di lavoro e generando nuovi flussi di reddito per agricoltori e proprietari terrieri. La produzione, la raccolta, la lavorazione e il trasporto dei materiali da biomassa contribuiscono alle economie locali e possono portare a miglioramenti infrastrutturali.
5. Sicurezza e diversificazione energetica
La biomassa migliora la sicurezza energetica diversificando le fonti di approvvigionamento. Rafforza la resilienza del sistema energetico e riduce la dipendenza dai combustibili fossili importati. Nelle regioni con ricchezza di risorse forestali e agricole, la biomassa può anche rappresentare una fonte energetica affidabile.
6. Supporto ad altre fonti di energia rinnovabile
La biomassa può integrarsi con altre fonti di energia rinnovabile come l’eolico e il solare. Fornisce un’energia stabile e disponibile su richiesta, che può compensare le lacune nelle fonti rinnovabili intermittenti quando non producono elettricità. Per esempio, le centrali a biomassa possono operare in modo continuativo e regolare la loro produzione in base alla domanda, contribuendo alla stabilità della rete. L’utilizzo combinato di calore ed energia (cogenerazione) può migliorare l’efficienza complessiva del sistema fino al 90%, come affermato dall’AIE.
La biomassa e il suo impatto sull’ambiente
Con grandi vantaggi per l’ambiente, la biomassa e la bioenergia rappresentano una fonte di energia sostenibile. La biomassa è considerata neutra dal punto di vista del carbonio, poiché laCO2 assorbita durante la crescita bilanciala CO2 rilasciata dopo la combustione. Riducendo le emissioni nette di gas serra, ciò contribuisce a mitigare il cambiamento climatico. Inoltre, le emissioni di metano e l’utilizzo delle discariche diminuiscono grazie all’impiego dei rifiuti organici e dei residui agricoli per scopi energetici.
Diversificando l’approvvigionamento energetico e riducendo la dipendenza dai combustibili fossili, l’energia derivata dalla biomassa migliora la sicurezza energetica, specialmente nelle regioni ricche di risorse biologiche. Inoltre, favorisce lo sviluppo rurale offrendo agli agricoltori e ai proprietari terrieri nuove fonti di reddito e opportunità di lavoro. Tuttavia, l’energia da biomassa presenta degli svantaggi, come la necessità di una gestione sostenibile delle risorse per prevenire la deforestazione e il degrado del suolo, oltre agli inquinanti atmosferici derivanti dalla combustione. Inoltre, la sicurezza alimentare può essere influenzata dalla competizione per l’uso del suolo tra coltivazioni destinate alla produzione di energia e quelle alimentari.
Per massimizzare i benefici della biomassa, è essenziale garantire un approvvigionamento sostenibile e adottare tecnologie di conversione efficienti. Le politiche che promuovono pratiche sostenibili e tecnologie avanzate contribuiranno a risolvere i problemi ambientali. Con una gestione attenta, la biomassa può svolgere un ruolo cruciale nella transizione verso un futuro energetico più pulito e sostenibile, aiutando a contrastare il cambiamento climatico e promuovendo la sostenibilità ambientale.
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