Guida alle biomasse: definizione, utilizzi e impatti ambientali

La biomassa è una fonte di energia rinnovabile ottenuta da materiali biologici di origine vegetale o animale. Questi materiali possono essere utilizzati per produrre calore, elettricità e biocarburanti, offrendo una valida alternativa alle più diffuse fonti di energia fossile.

Le principali finalità, infatti, possono essere sintetizzate in:

• produzione diretta di biocarburanti, utilizzati come carburanti alternativi ai combustibili fossili.
• generazione di energia elettrica e termica mediante tecnologie di bioproduzione.
• realizzazione di composti chimici, noti come bioprodotti, per svariate applicazioni industriali.

Le energie rinnovabili da biomasse si stanno ritagliando una fetta di mercato privilegiata nel settore, per l’impatto ambientale è sicuramente positivo e sono una valida alternativa alle risorse fossili.

Cosa sono le biomasse?

Il Decreto del Ministero delle Politiche agricole e forestali (DM 11/09/1999 n.401) da questa definizione di biomasse: “la frazione biodegradabile dei prodotti, dei rifiuti e degli scarti di origine biologica provenienti dall’agricoltura (inclusi sostanze vegetali e animali), dalla silvicoltura e dalle industrie connesse e dai settori correlati, comprese le frazioni biodegradabili dei rifiuti industriali e urbani.”

In altre parole, le biomasse sono materiali di origine biologica che possono essere utilizzati come fonte di energia rinnovabile o per produrre materiali e prodotti utili. Questi materiali possono provenire da diverse fonti, come piante, scarti agricoli, rifiuti organici, e altre risorse biodegradabili.

Le biomasse sono quindi una fonte importante di energia sostenibile, contribuiscono alla riduzione delle emissioni di gas serra e alla transizione verso una società più verde ed ecologicamente migliore.

I principali tipi di biomasse

Le biomasse combustibili si suddividono in 3 categorie principali: biomasse vegetali, biomasse animali e biomasse microbiotiche.

Ecco una breve descrizione di quali sono le biomasse per ogni tipo:

1. Biomassa vegetale
   Include tutti i materiali di origine vegetale utilizzati per la produzione di energia.
   Le biomasse vegetali possono essere suddivise ulteriormente in diverse sottocategorie, come:
   • Biomassa legnosa: che comprende legno, scarti di lavorazione del legno, paglia, corteccia e altri materiali legnosi.
   • Biomasse agricole: che includono residui di colture come residui di mais, paglia di riso, canna da zucchero, gusci di noci, scarti di frutta e verdura.
   • Biomassa energetica dedicata: si riferisce a piante coltivate appositamente per la produzione di energia, come il miscanto di piante erbacee ad alto rendimento, coltivate in appositi terreni per la produzione di biomassa.
2. Biomassa animale
   In questo caso, i materiali sono di origine animale. Alcuni esempi di biomasse animali includono:
   • Scarti e residui di lavorazione dell’industria alimentare, come gusci di uova, scarti di macellazione, scarti di caseifici, ecc.
   • Letame e deiezioni animali, che possono essere utilizzati come biomassa per la produzione di biogas tramite processi di digestione anaerobica.
3. Biomassa microbiotica
   Questo tipo di biomasse deriva dai suoli e trae origine dagli elementi del terreno, quali lo zolfo e l’azoto, oltre a funghi, batteri e l’intera comunità di microbi presenti al loro interno. Ogni suolo in cui le piante crescono e si degradano, occasionalmente accompagnato dalla decomposizione di animali e feci, contiene una varietà di nutrienti che possono diventare potenziali fonti energetiche.

Esistono poi anche le biomasse liquide, che derivano – appunto – da materie organiche liquide o facilmente liquidificabili, come:

• Oli vegetali: ottenuti da semi o frutti di piante oleaginose, come olio di girasole, olio di colza, olio di palma e olio di soia per la produzione di biodiesel.
• Bioetanolo: ottenuto principalmente dalla fermentazione di materie prime zuccherine e utilizzato come additivo per la benzina o come carburante per motori a benzina.
• Biogas: composto principalmente da metano e anidride carbonica è prodotto dalla fermentazione anaerobica della materia organica, come scarti agricoli, rifiuti organici, letame e fanghi di depurazione.

Per cosa vengono utilizzate le biomasse?

Come abbiamo già detto, l’utilizzo delle biomasse contribuisce alla sostenibilità ambientale, alla riduzione delle emissioni di gas serra e alla creazione di un’economia più circolare ed ecologicamente responsabile.
Ma quali sono i campi effettivi di applicazione e i settori in cui vengono impiegate?

1. Produzione di energia
   Le biomasse possono essere bruciate per generare energia termica e elettrica attraverso impianti di combustione, riducendo l’uso di combustibili fossili.
2. Biocombustibili
   Le biomasse possono essere convertite in biocarburanti, come il biodiesel e l’etanolo, utilizzati per il trasporto e per sostituire i combustibili fossili.
3. Produzione di calore e biogas
   Se sottoposte a processi di digestione anaerobica producono biogas, una miscela di metano e anidride carbonica utilizzabile per la produzione di calore, elettricità o come carburante per veicoli.
4. Prodotti chimici e materiali
   Materiali e prodotti chimici, come bioplastiche, prodotti farmaceutici, oli essenziali, solventi, e altro ancora possono essere prodotti a partire dalle biomasse.
5. Fertilizzanti e sostanze organiche per il suolo
   Compostate o convertite in fertilizzanti organici, le biomasse migliorano la fertilità del suolo e ridurre la necessità di fertilizzanti chimici.
6. Recupero di rifiuti organici
   Recuperando rifiuti organici, come scarti alimentari e agricoli, riducono il volume di rifiuti da smaltire e contribuiscono alla gestione sostenibile dei rifiuti.
7. Biomateriali
   Possono essere trasformate in materiali da costruzione, imballaggi biodegradabili, tessuti e altre applicazioni industriali, riducendo l’uso di risorse non rinnovabili e promuovendo l’economia circolare.

Biomasse: vantaggi e svantaggi

In linea generale, l’utilizzo delle biomasse contribuisce alla transizione verso un sistema energetico più ecologico, ma è fondamentale adottare approcci responsabili e valutare attentamente gli aspetti ambientali, sociali ed economici associati alla loro produzione e utilizzo.

Secondo uno studio condotto da Mike Berners-Lee, esperto di carbon footprinting, un tweet medio di 140 caratteri emette approssimativamente 0,02 grammi di CO2¹.

Come si trasforma la biomassa in energia elettrica?

Sono diversi i processi che è possibile applicare per trasformare le biomasse in energia elettrica. Ogni metodo ha le sue peculiarità e la scelta dipende da:

• caratteristiche della biomassa disponibile
• scala dell’impianto
• requisiti energetici

Vediamo nel dettaglio quali sono i principali processi che portano alla produzione di energia rinnovabile proveniente da questi materiali.

Il metodo più comune e semplice è la combustione. In questo caso, la biomassa viene bruciata in una caldaia, producendo calore che viene poi utilizzato per generare vapore ad alta pressione. A questo punto, il vapore fa girare le pale di una turbina collegata a un generatore, che produce l’energia elettrica.

La biomassa può essere anche convertita in un gas combustibile, noto come syngas, attraverso un processo di gassificazione. Il syngas viene poi bruciato in una caldaia sempre per produrre vapore e alimentare una turbina che genera l’elettricità necessaria.

La digestione anaerobica è utilizzata principalmente quando i materiali di partenza sono rifiuti organici e biomasse umide. La biomassa viene degradata biologicamente da batteri in un ambiente privo di ossigeno e produce biogas contenente principalmente metano. Il biogas viene quindi bruciato in un motore a combustione interna o in una turbina a gas per produrre elettricità.

Un’ulteriore opzione è la pirolisi, un processo termochimico che converte la biomassa in carbone vegetale e in biogas ricco di idrocarburi. Infine, alcune biomasse possono essere utilizzate per alimentare celle a combustibile, un dispositivo che converte l’energia chimica della biomassa in energia elettrica e calore utilizzando una reazione elettrochimica.

Come funziona una centrale elettrica a biomasse?

La combustione di materiali organici, legno, scarti agricoli, rifiuti organici e residui forestali avviene all’interno delle centrali elettriche a biomasse e biogas, dove si mette in moto il processo di produzione e trasformazione in elettricità.

Ecco in breve come funziona un impianto di biomasse:

Si parte sempre dall’approvvigionamento e dalla raccolta da varie fonti, come foreste gestite in modo responsabile, residui agricoli o scarti organici da attività umane, della biomassa.

Una volta a disposizione, il materiale viene sottoposto a un pre-trattamento, che può includere processi di triturazione, essiccazione o tritovagliatura per migliorare la sua gestibilità e il suo potere calorifico.

Dopo essere stata pre-trattata, la biomassa viene bruciata in una caldaia ad alta temperatura. Durante la combustione, rilascia calore che trasforma l’acqua in vapore ad alta pressione.

Il vapore ad alta pressione fa girare le pale di una turbina collegata a un generatore. Ed è proprio la rotazione della turbina a generare energia elettrica.

In alcuni impianti a biomasse, si adotta anche il sistema di cogenerazione. In questo caso, l’energia termica prodotta durante la combustione della biomassa viene utilizzata per scopi diversi dall’elettricità, come il riscaldamento degli edifici o l’approvvigionamento di acqua calda, rendendo così il processo più efficiente ed economico.

Il cogeneratore a biomasse, in particolare, presenta dei vantaggi molto interessanti, tra cui:

• Più efficienza: Sfruttare sia l’energia elettrica che quella termica prodotta dalla stessa fonte di biomassa aumenta l’efficienza globale dell’impianto.
• Minori emissioni: La cogenerazione a biomassa riduce le emissioni di CO2, poiché si sfrutta l’energia residua che altrimenti andrebbe persa.
• Maggiore indipendenza energetica: La cogenerazione permette di utilizzare l’energia termica per scopi locali, riducendo la dipendenza da altre fonti di riscaldamento.

Gli impatti ambientali della produzione elettrica da biomassa

Abbiamo definito le biomasse come una fonte energetica sostenibile.

È indubbio, dunque, che l’impatto sull’ambiente della combustione delle biomasse sia inferiore rispetto alle risorse fossili, oltre a ridurre la dipendenza da questo tipo di soluzione e permetterci di scegliere tra opzioni diversificate e più valide guardando al futuro.

Il carbonio rilasciato durante il processo di combustione, per esempio, è in gran parte compensato dalla fotosintesi delle piante che assorbono CO2 durante la crescita, così come l’utilizzo di materiali rinnovabili o che possono rigenerarsi nel tempo, come piante o rifiuti organici. Proprio la gestione sostenibile dei rifiuti è un tema importante e particolarmente rilevante, per trasformare un problema reale in una risorsa e un’opportunità efficace ed efficiente.

Ma come abbiamo visto anche in un paragrafo precedente, anche lo sfruttamento delle biomasse ha dei risvolti negativi, per questo è fondamentale iniziare a utilizzare sempre di più tecniche di coltivazione sostenibile, adottare tecnologie avanzate di filtraggio delle emissioni, favorire la cogenerazione per sfruttare l’energia termica residua e promuovere una gestione responsabile delle risorse forestali e agricole.

Lo sviluppo e la diffusione di tecnologie più innovative è la chiave per contribuire a ridurre ulteriormente l’impatto ambientale delle centrali elettriche a biomasse.

Energia elettrica da biomasse in Italia: la situazione attuale 

La situazione dell’energia elettrica da biomasse in Italia è abbastanza sviluppata e mostra un trend costante negli ultimi anni.

Secondo gli ultimi dati diffusi da Terna sui consumi elettrici nel nostro Paese, per quanto riguarda la produzione da fonti di energia rinnovabile la ripartizione in termini percentuali risulta:

• 40,3% idrico
• 28,1% fotovoltaico
• 14,6% eolico
• 12,6% biomasse
• 4,4% geotermico

Dal rapporto statistico effettuato dal GSE (Gestore dei Servizi Energetici), aggiornato a fine 2020, si evince che nel settore termico le biomasse solide, utilizzata soprattutto in ambito domestico sotto forma di legna da ardere e pellet, ha coperto il 65% dei consumi termici da fonti di energia rinnovabili, seguita dalle pompe di calore (24%).

Lungo tutta la Penisola si contano oltre 2500 tra centrali a biogas e biomassa, mentre con uno sguardo alla distribuzione regionale, i primi tre posti sono occupati da Lombardia, Veneto ed Emilia Romagna.

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