IMPIANTI ENERGETICI E BIOMASSA VEGETALE

La tecnologia che permette l'utilizzo della biomassa vegetale per la produzione energetica, presentata in dettaglio in un precedente scritto dello stesso autore e qui brevemente richiamata, presenta molti interessanti sviluppi: in questo nuovo articolo si analizza in particolare l'importante possibilità di sfruttare le abbondanti risorse vegetali di alcuni paesi in via di sviluppo, con benefici dal punto di vista energetico ed ambientale.

In un precedente numero di questa rivista (n. 2-2004), avevamo descritto la nostra tecnologia "Ba-sa" di carbonizzazione-pirolisi-gassificazione della biomassa vegetale ed assimilabili.
I relativi impianti sono costituiti dalle seguenti parti:
bio-triturazione o taglio a lunghezza, secondo il tipo di materia prima biomassa vegetale (circa 5-100 mm);
bio-essiccazione della precedente biomassa (valore ottimale circa 15%).
Queste operazioni possono avvenire a spese di energia prodotta dall'impianto stesso, senza nessun apporto dall'esterno.
La precedente materia prima, pretrattata come sopra, viene alimentata nel reattore-convertitore termochimico che la trasforma in tre bio-combustibili:
Bio-carbone (carbone biologico), neutro (ossia senza produzione di C02 compensata durante la crescita della pianta), di alta qualità, per uso domestico, in sostituzione, molto migliorativa, del comune carbone di legna artigianale; ottimo per preparazione di carboni attivi; ottimo combustibile solido in polvere per bruciatori industriali; "slurry" per trasporto di carbodotti; ecc.
Bio-olio di pirolisi (olio biologico), combustibile liquido, paragonabile e sostituibile ai combustibili petroliferi di media densità (nafta) per alimentazione di motori a c.i. (motori a combustione interna) con adeguate regolazioni e adattamenti, bruciatori industriali, ecc.; materia prima per prodotti di chimica fine, nel campo cosmetico, alimentare, ecc.
Biogas di pirolisi, combustibile gassoso, subito o direttamente nelle camere di combustione delle macchine termiche, del gruppo elettrogeno dell'impianto.
Il convertitore lavora in depressione ed alla temperatura max. di 450-500 °C: esso è completamente a tenuta stagna e non emette nulla nell'ambiente esterno. Analogamente le uscite da esso dei bio-combustibili avvengono attraverso tubazioni a tenuta stagna e vanno nei relativi sili e serbatoi.
La produzione dei tre bio-combustibili corrisponde all'esigenza (ONU, ONU D.I., FAO, ecc.), soprattutto per i paesi in via di sviluppo, di produrre carbone di legna per uso domestico (focolai per cottura cibi, ecc.), limitando al minimo l'abbattimento di alberi, di boschi e di foreste, per la produzione di carbone di legna artigianale locale.
Inoltre la gassificazione della biomassa rappresenta la forma più, conveniente di produzione di energia da biomassa vegetale.
Allo scopo di ridurre l'abbattimento di alberi, per esempio di foreste africane, per fare carbone di legna locale, si cerca di sfruttare la possibilità di utilizzare biomasse vegetali locali, provenienti da piantagioni (piante di caffè, cotone, gusci di arachide, anacardio, ecc.) oppure piante selvatiche particolarmente adatte per il suddetto scopo.
Tali piante verrebbero sfruttate per alimentare gli impianti ad energia alternativa rinnovabile, biomassa vegetale, con il processo di carbonizzazione-pirolisi-gassificazione e produzione simultanea dei tre bio-combustibili (bio-carbone, bio-olio di pirolisi, biogas di pirolisi).
In particolare il bio-carbone sarebbe complementare all'attuale suddetto carbone di legna locale, combattendo la deforestazione selvaggia.
Il bio-carbone ed il bio-olio di pirolisi sono combustibili stoccabili e trasportabili per poterli, eventualmente, utilizzare anche altrove.
Qui esaminiamo in particolare la "Typha Australis" (illustrata nella foto), pianta acquatica a rizoma tipica delle valli dei fiumi Senegal, Niger, Congo, ecc. e che si trova pure in Europa (Germania (Danubio), Spagna, ecc.). Si tratta di una pianta d'acqua dolce, a proliferazione e crescita rapide, infestatrice.
Le considerazioni potranno essere estese, pure, ad altre piante infestatrici similari (giacinto d'acqua, sida cordifolia, ecc.).
Essa arriva a bloccare i sistemi di irrigazione e di navigazione fluviale (canali, paratorie, macchinari, ecc.), riduce le superfici coltivabili sulle sponde dei corsi d'acqua, elimina le piante utili che ivi nascono normalmente ed ostacola il libero abbeveraggio degli animali. La putrefazione della pianta in loco altera le qualità potabili dell'acqua favorendo lo sviluppo di malattie infettive e provoca moria di pesci.
La proliferazione della Typha Australis costituisce perciò un grave ostacolo allo sviluppo delle zone interessate ma nel contempo rappresenta una quantità importante di biomassa vegetale energetica disponibile liberamente in natura e da valorizzare. Così il suo possibile sfruttamento energetico costituisce una lotta utile contro la sua proliferazione.
Tale sfruttamento energetico comporta le seguenti operazioni:
a) raccolta delle piante Typha con Idonee attrezzature meccaniche di taglio, sradicamento per mezzo di appositi natanti-barche; essiccazione della biomassa Typha, utilizzando energia termica prodotta dall'impianto stesso di carbonizzazione-pirolisi;
b) carbonizzazione-pirolisi della biomassa essiccata, cippata, ottenendo carbonella che successivamente può essere agglomerata-brichettata, secondo le richieste del mercato locale e/o di esportazione;
c) produzione di energia elettrica per le reti di distribuzione urbana e rurale; produzione di energia termica (essiccazione della biomassa iniziale e delle bricchette, essiccazione industriale di legname, ecc.);
d) possibilità di usare gli stessi impianti anche per altre biomasse locali (paglia e lolla di riso, piante e tutoli di mais, residui di cotone, residui alimentari, ecc.), senza sensibili modifiche nei risultati energetici ottenuti.
L'unità di trattamento-gassificazione delle piante e dei rizomi per estrarre da essi prodotti interessanti, per esempio un legante (contenente circa 30% amido, commerciabile) per l'agglomerazione della carbonella in bricchette per uso domestico, dovrebbe funzionare in continuo 24 h/24 h, 7200 h/a con due fermate di 30 giorni, per manutenzione e revisione dell'impianto.
Lo sradicamento completo della pianta con il suo rizoma comprende la carbonizzazione della pianta completa e dei residui dei rizomi dopo la suddetta estrazione del legante oppure taglio dello stelo delle piante emergenti dall'acqua, per la loro carbonizzazione.
La superficie stimata occupata dal Thypha, per esempio nel Senegal, si aggira intorno a circa 7000 ettari (ha); lo sviluppo della pianta è circa 10% all'anno e si hanno, mediamente, 20 piante per m2; la capacità di bio-carbone è valutata a circa 130 t/ha di pianta fresca che dovrebbe produrre 6 t di bio-carbone.
Per esempio una produzione di circa 14.000 t/a di bio-carbone, in bricchette, ottenute con circa 8% di legante umido, da rizoma, mescolato alla carbonella di bio-carbone, corrisponderebbe ad una produzione di elettricità (elettrificazione rurale) da distribuire di circa 2200 kWh; essa rappresenta il consumo di circa 4.500 unità familiari.
Questi impianti sono modulari, ossia consentono una successiva aggiunta nel tempo di altri moduli, in parallelo, per arrivare praticamente a qualsiasi capacità di produzione,
Lo studio preliminare delle caratteristiche fisico-chimiche del trattamento della pianta Typha ha dimostrato che essa è molto valida come combustibile solido e produttore di energia elettrica e termica e sotto il profilo economico col processo di carbonizzazione-pirolisi-gassificazione, tenendo conto della sua grande quantità disponibile e della sua riproduzione e crescita molto rapide.
Ciò permette di prevedere una produzione industriale importante e, soprattutto, per lungo tempo. Per avere una buona e duratura produzione di bio-massa, bisogna tagliare la pianta circa 20 cm sotto il livello dell'acqua per assicurare l'ossigenazione delle sue parti, sotto il terreno del fondo del corso d'acqua. Il taglio si effettua una volta per ciclo, ossia in generale una volta all'anno, a fioritura inoltrata, Proprietà fisico-chimiche della pianta Typha:

• Analisi chimica della pianta intera:
  • sostanze volatili circa 72%
  • ceneri circa 8%
  • carbonio fisso circa 20%
• Materia secca utile:
  • C circa 45%
  • H circa 7%
  • 0 circa 43%
  • 5% componenti non definiti (non interessanti per queste note)
• Umidità: compresa fra 7 e 12% di H2O
• Contenuto energetico (PCI) circa 17 MJ/kg (1 MJ = 239 kCal 17 MJ/kg = 4.000 kCal/kg).

La quantità di biomassa aumenta con la profondità dell'acqua; per esempio, biomassa secca utile, ottenuta con taglio dello stelo della pianta a 20 cm sotto il livello dell'acqua, può triplicare in kg/mq a circa 150 m di profondità.
Per esempio, nel precedente caso del Senegal, su una superficie di circa 7.000 ettari (ha) si può ottenere una quantità media di biomassa secca utile di 18 t/ha.
La potenza calorifica della pianta Typha è molto alta, anche se minore di quella della nafta ossia un rendimento per ettaro di 22 t di materia secca per un equivalente di 8.000 litri di nafta.

Bibliografia
Mario Siborno
Il Perito Industriale - 05/2005