L’energia e la biomassa

L’energia serve per muovere le macchine, per scaldare le case, per produrre le merci.

Il mondo civilizzato, per sostenersi, ha un costante bisogno di apporto energetico.

S’intende: l’energia serve pure fuori dal contesto urbano, ma anche fuori dal mondo specificatamente umano.

In generale l’energia è il combustibile della vita e ogni essere vivente si avvale dell’energia per il suo sostentamento. Ma ci sono modi e modi per far sì che quest’energia venga sfruttata efficientemente.

Uno dei modi più efficienti trovati dall’evoluzione per avvalersi dell’energia fornita dall’ambiente è la fotosintesi clorofilliana, un processo attraverso cui le piante trasformano sostanze presenti attorno a sé in materiale organico utile alla crescita della pianta stessa.

La biomassa altro non è che questo materiale, ossia il prodotto organico derivante direttamente o indirettamente dalla fotosintesi clorofilliana. Da questa biomassa, attraverso processi chimici, siamo in grado di ricavare energia pulita e rinnovabile – perché rinnovabile è la biomassa da cui l’energia deriva.

A dirla tutta, la biomassa è la prima risorsa energetica rinnovabile utilizzata dall’umanità, perché il legno è a tutti gli effetti un prodotto organico il quale può essere sfruttato come fonte energetica rinnovabile.

D’altronde il progresso tecnologico ha reso possibile l’utilizzo di fonti energetiche nettamente superiori in quanto a rendimento. Perciò, obiettivo della ricerca energetica sulla biomassa è quello di rendersi competitiva sul piano del rendimento, in modo da legittimare il passaggio all’utilizzo efficiente della biomassa, in quanto fonte rinnovabile, per contrastare l’uso di quelle risorse nocive quali sono, ad esempio, i combustibili fossili – ad oggi ancora dominanti sul mercato appunto per la loro superiorità in termini di rendimento.

Ma facciamo un passo alla volta.

fotosintesi clorofilliana

La fotosintesi clorofilliana

Un denso strato di vegetazione ricopre buona parte della superficie del nostro pianeta. Questa vegetazione viva ha, come del resto ogni forma di vita, bisogno di energia per produrre le sostanze nutrienti che le servono per crescere e svilupparsi.

La fotosintesi clorofilliana è il processo chimico mediante il quale questo apporto energetico è convertito in sostanze organiche necessarie alla crescita della vegetazione.

Durante la fotosintesi le piante assorbono dall’ambiente circostante anidride carbonica (CO2) e acqua (H2O) e, sfruttando l’apporto energetico derivante dal sole (energia solare) e di nutrienti presenti nel terreno, trasformano i prodotti assorbiti in quelle sostanze organiche – principalmente carboidrati, zuccheri – necessarie al proprio sostentamento.

A questo punto dovrebbe essere chiaro che la fotosintesi è fondamentale al mondo per due motivi, dove il secondo assume un peso specifico notevole dato il momento catastrofico che viviamo.

Il primo motivo è che la fotosintesi nutre la vita sulla Terra – in altre parole è “l’unico processo biologicamente importante in grado di raccogliere l’energia solare” e da ciò dipende l’interità della vita del nostro mondo.

Il secondo motivo per cui la fotosintesi si rivela fondamentale è il fatto che asporta dall’atmosfera 2×10 (alla 11°) tonnellate di carbonio all’anno – e vi assicuriamo che non sono pochi.

Ad ogni modo, di questo carbonio assorbito la fotosintesi ne trasforma circa 115×109 chilogrammi in biomassa. Ed è di questa cosa che vogliamo parlare.

 

La biomassa come fonte energetica

Come abbiamo visto, il prodotto finale della fotosintesi clorofilliana è la biomassa. Di biomassa allora è chiaro che ce ne sia ovunque vi è fotosintesi, ossia dovunque siano presenti vegetazione e piante.

Possiamo anzi dire che la biomassa è la risorsa maggiormente disponibile sul nostro pianeta, oltre ad essere risorsa locale in ogni punto del globo. E pensate se dalla biomassa si potesse ricavare energia in maniera efficiente!

Beh, è quel che succede: nel 2011 le biomasse hanno coperto circa il 10% del fabbisogno energetico mondiale (fonte: International Energy Agency Key World Energy Statistics 2013).

Il loro impiego, però, non è diffuso in maniera omogenea: nei paesi in via di sviluppo l’energia delle biomasse copre fino al 40% del fabbisogno, mentre nei paesi industrializzati il suo contributo non supera quasi mai il 4%, fatta eccezione per Svezia, Finlandia e Austria le cui percentuali d’utilizzo sono, rispettivamente, del 17%, del 15% e del 13% – in Italia la percentuale è del 3,5%, in linea con la media europea, mentre gli USA dalle biomasse ricavano il 3,2% delle loro necessità energetiche.

Queste percentuali hanno un ovvio margine di progressione, tenendo conto della quantità di biomasse presente nel mondo e soprattutto dei nuovi metodi di conversione che stanno rendendo il rapporto costi-rendimento sempre più basso.

Ma prima di approfondire il discorso andando a guardare nel dettaglio quali siano le zone focali a cui si dovrebbe guardare per favorire l’utilizzo delle biomasse, andiamo a scoprire in che modo la biomassa può essere convertita in energia utile.

 

Processi di conversione e impiego della biomassa

La biomassa può essere utilizzata per fini energetici sia direttamente, attraverso la combustione, per produrre calore (processo termochimico); sia indirettamente, attraverso la presenza di funghi, per produrre biogas (processo biochimico).

Prima di vedere nel dettaglio come funzionano questi due differenti processi, ci teniamo a precisare che l’utilizzo della biomassa per la produzione di energia non contribuisce ad aggravare il fenomeno dell’effetto serra.

Infatti, la quantità dell’anidride carbonica rilasciata durante la sua conversione energetica è equivalente a quella assorbita durante la crescita della biomassa stessa.

Quindi, se le biomasse bruciate sono rimpiazzate con nuove biomasse, non vi è alcun contributo netto all’aumento del livello di CO2 nell’atmosfera. Per di più, l’anidride carbonica rilasciata durante la conversione energetica sarà pronta ad essere riassorbita, attraverso la fotosintesi clorofilliana, dalla vegetazione presente, in modo tale che nuova biomassa verrà a prodursi: è proprio per questo motivo che la biomassa è una risorsa rinnovabile.

E se combiniamo la sua rinnovabilità al suo basso impatto ambientale, allora è chiaro il motivo per cui di biomasse bisogna iniziare a parlare!

Ora scopriamo come funzionano, nel dettaglio, i processi di conversione a cui abbiamo già accennato.

 

I processi termochimici

I processi termochimici sono stati basati sull’azione del calore che permette le reazioni chimiche necessarie a trasformare la materia in energia.

La combustione diretta è il metodo più antico per ricavare calore dalla biomassa, come per esempio dal legno.

Esistono d’altronde moltissimi altri combustibili oltre alla classica legna da camino: paglie di cereali; residui di raccolta di legumi secchi, di piante oleaginose (ricino, catramo, ecc.) e di piante da fibra tessile (cotone, canapa, ecc.); residui legnosi di potatura di piante da frutto o forestali; residui delle industrie agrarie; ecc.

In generale il processo termochimico tramite combustione diretta ha buoni rendimenti se si utilizzano come combustibili sostanze ricche di cellulosa e lignina, con contenuti di acqua inferiori al 35%.

Altri metodi per attivare i processi termochimici sono: la carbonizzazione, la pirolisi, la gassificazione e l’SRF (Short Rotation Forestry). Quest’ultimo sembra essere un metodo molto promettente e dal grande potenziale.

 

I processi biochimici

I processi biochimici ricavano energia da reazioni chimiche dovute alla presenza di funghi, enzimi e microrganismi che si formano nella biomassa sotto particolari condizioni di temperatura e umidità. Il più importante ed utilizzato metodo per la conversione biochimica è la Digestione Anaerobica.

Attraverso la Digestione Anaerobica avviene la demolizione di sostanze organiche complesse, quali lipidi, protidi e glucidi, cioè i funghi e i batteri “mangiano” la materia organica liberando molecole di scarto dalle quali si ricava l’energia.

Non tutta la biomassa funziona allo stesso modo, però: funghi e batteri esigono, per il loro lavoro, materiali organici ricchi di proteine e di acqua. Sono perciò ottimi le alghe, gli scarti delle coltivazioni di patata e di barbabietola, i rifiuti alimentari e le deiezioni animali.

Oltre al metodo della Digestione Anaerobica, esistono altre opzioni di conversione, come ad esempio la Digestione Aerobica (in cui microrganismi metabolizzano sostanze organiche liberando CO2 e H2O e producendo calore che può essere trasferito all’esterno) e la Fermentazione Alcolica.

I principali prodotti ottenibili con questi sistemi sono il biogas, il bioetanolo, fertilizzanti per l’agricoltura e, come nel caso della Digestione Aerobica, calore.

Ma vediamo meglio quali sono e a cosa servono, nello specifico, i prodotti a cui i processi biochimici portano.

 

L’impiego del prodotto

bioetanolo auto

Il biogas è una miscela di gas costituita principalmente da metano (50-70%) e anidride carbonica che può essere impiegato per il riscaldamento o per far funzionare alcuni particolari impianti destinati alla produzione di energia elettrica.

Il bioetanolo è un alcool che può essere usato per alimentare il motore delle automobili. Si ottiene dalla fermentazione degli zuccheri ricavati dalla barbabietola o dalla canna da zucchero. È un carburante di grande interesse perché è pulito ed economico. Si calcola che ogni anno vengono prodotte circa 11 milioni di tonnellate di bioetanolo, soprattutto negli Stai Uniti e in Brasile. Un’altra interessante applicazione della biomassa è il riscaldamento degli allevamenti di bestiame e delle coltivazioni.

La decomposizione dei prodotti di rifiuto, come il fogliame o le deiezioni degli animali, produce calore che può essere usato per riscaldare le serre e le stalle. (fonte: eniscuola.net)

 

 

Vantaggi e svantaggi derivanti dall’impiego di biomassa

L’utilizzo delle biomasse comporta notevoli benefici economici e ambientali, sia a un livello più locale, che nel contesto globale. Di fronte alla sfida postaci dal cambiamento climatico è evidente che l’impiego di una risorsa pulita e rinnovabile non può che aiutarci nel risolvere le problematiche connesse all’utilizzo di risorse nocive e dannose per l’ambiente.

Per quanto riguarda i vantaggi economici, questi variano a seconda che si utilizzino materiali di recupero (potature di alberi, segatura, cippato o altri materiali legnosi, scarti vegetali) oppure coltivazioni dedicate (short rotation forestry, coltivazioni erbacee).

In generale il vantaggio economico nello sfruttamento energetico delle biomasse sta nel fatto che queste possono essere autoprodotte. Inoltre, a parità di energia prodotta, la biomassa ha un prezzo inferiore rispetto ai combustibili tradizionali di oltre il 30% che permette tempi di ritorno ridottissimi. (fonte: ciseonweb.it)

Dal punto di vista ambientale i vantaggi sono parecchi: oltre al fatto, già menzionato, che l’impiego energetico delle biomasse non contribuisce all’effetto serra, dal momento che la quantità di anidride carbonica rilasciata durante la decomposizione è equivalente a quella assorbita durante la crescita della biomassa stessa; oltre a questo, dicevamo, altri vantaggi sono l’assenza di zolfo (e ciò comporta la riduzione dei fenomeni di acidificazioni), l’assenza di depositi acidi (al contrario presenti nei combustibili fossili) e il fatto che le ceneri prodotte possono essere restituite al terreno.

Per quanto riguarda le problematiche e quindi gli svantaggi connessi all’utilizzo delle biomasse, il più noto è l’aumento delle polveri. La combustione delle biomasse comporta, infatti, l’emissione di particolato fine. Ciò rende necessario attuare politiche di controllo per evitare la diffusione di impianti di conversione in quelle aree critiche per la qualità dell’aria.

 

Costi, diffusione e prospettive di sviluppo

La difficoltà maggiore nello sviluppo del settore dell’energia delle biomasse è dovuta principalmente a motivi non-tecnici, ossia non legati direttamente alle tecniche di produzione, conversione e gestione della risorsa.

Per superare queste problematiche non-tecniche bisognerebbe innanzitutto riuscire a superare barriere sovranazionali come le politiche agricole comunitarie, diminuire i costi dell’investimento, agevolando i finanziamenti al settore.

Soprattutto bisogna diffondere l’informazione riguardante le biomasse – che è, in fin dei conti, quel che proviamo a fare in questa sede!

Ora come ora il costo dell’energia da biomassa è generalmente maggiore di quello derivante dalle fonti fossili, ma vi è una netta tendenza verso la competitività da sostenere e valorizzare.

Come già accennato, le biomasse nel 2004 rappresentavano il 10% circa degli usi energetici primari nel mondo. A farla da padrona, nel settore, sono i paesi in via di sviluppo che dalle biomasse ricavano in media il 40% del loro fabbisogno energetico: anche all’interno di questi paesi vi sono forti variazioni, dal 48% dell’Africa, al 18% dell’America Latina.

Nei paesi industrializzati occidentali i contributi sono decisamente minori e si fermano ad appena il 3% degli usi energetici.

In Europa, esclusi i paesi nordici come la Svezia e la Finlandia, l’impiego delle biomasse soddisfa una quota marginale (4%) rispetto alle sue potenzialità. Nonostante questo vi è un forte margine di progressione dovuto a paesi, come la Francia, che hanno attuato una politica di completa defiscalizzazione del prodotto.

Si spera che altri paesi europei seguano a ruota la linea tracciata dai paesi scandinavi e altri nell’Europa centrale.

 

La situazione italiana

In questo quadro tracciato, è evidente che l’Italia sia in una condizione di scarso sviluppo, nonostante il PNERB, il Programma Nazionale per l’Energia Rinnovabile da Biomasse promosso dal Ministero delle Politiche Agricole: il PNERB non pare aver fatto presa nel tessuto italiano.

L’ITABIA (Italian Biomass Association) ha identificato gli ostacoli maggiori all’attuazione delle politiche promosse dal PNERB.

Vengono qui elencati i problemi così come sinteticamente riassunti dall’Azienda Speciale della Camera di Commercio di Forlì-Cesena:

Carenza di una strategia nazionale e di un piano operativo di settore. È necessaria una precisa programmazione che deve investire il Governo e le diverse Amministrazioni locali e che integri gli aspetti ambientali, occupazionali, agricoli, forestali, rurali e dei trasporti;

Insufficienza delle valutazioni macroeconomiche. È necessario valutare i benefici diretti e indiretti (contributo all'occupazione, biodegradabilità dei prodotti bioenergetici, protezione del territorio, ecc.) con le metodologie attuali;

Inadeguatezza degli strumenti di mercato. È necessario migliorare l'attuale complesso di norme che riguarda i contributi agli investimenti, il sostegno al prezzo di vendita dell'energia e la politica fiscale;

Complessità delle procedure autorizzative. È necessario attivare un meccanismo di gara simile a quello in vigore per i bandi comunitari, con proposte di progetto tecnico-economico dettagliati fin dall'inizio; la normativa deve essere diversa rispetto a quella prevista per i rifiuti e per gli impianti di piccola taglia bisognerebbe semplificare al massimo la procedura;

Insussistenza di una politica nazionale e comunitaria per le filiere non-alimentari. È necessario che vengano incluse tutte le colture non-alimentari nella PAC (Politica Agricola Comunitaria) e nei suoi sviluppi;

Mancanza di consenso sociale. È necessario informare correttamente l'opinione pubblica e stimolare i cittadini, anche con benefici concreti, ad usare le biorisorse in settori già collaudati, come il riscaldamento domestico;

Scarso collegamento tra ricerca, industria ed Amministrazioni pubbliche. È necessario creare strutture di sostegno ai Programmi per lo sviluppo della energia da biomassa in grado di assolvere alle funzioni di monitoraggio, formazione, assistenza tecnica promozione di studi e ricerche.

Esempi concreti e info locali

Vuoi aggiungere il tuo impianto o la tua attività in questa mappa?

 

Ultimi articoli su ENERGIA RINNOVABILE