Le biomasse¹ sono una delle fonti rinnovabili² di energia maggiormente disponibili sul nostro Pianeta: a partire dalla sostanza organica, di origine vegetale o animali,  è possibile infatti ottenere direttamente combustibili solidi oppure combustibili liquidi e gassosi a seguito di processi di trasformazione termochimici o biochimici.

Con l’ausilio di diverse soluzioni tecnologiche è possibile, a partire dalla biomassa, l’ottenimento di:

• calore, da alcune centinaia di kW ad alcune decine di MW con rendimenti netti termici³ che variano tra il 50% ed il 60%; la tecnologia per l’impiego della biomassa per il riscaldamento residenziale ed industriale è semplice e poco costosa e, per questo, è il settore in cui è maggiormente utilizzata; in particolare risulta più facile e a minore impatto ambientale espandere l’impiego di biomassa nel teleriscaldamento che nel riscaldamento individuale;
  In base alla potenza si distinguono:
  • dispositivi di piccola taglia, per appartamenti o piccole unità abitative (< 35 kWt);
  • caldaie di media taglia, per edifici pubblici o privati (50-1000 kWt);
  • sistemi di teleriscaldamento, per comunità con o senza cogenerazione (> 1 MWt); si tratta di una soluzione di grande interesse economico da applicare in zone caratterizzate sia da climi rigidi, sia da grosse disponibilità di biomasse residuali;
  • impianti di grande taglia, per la produzione di energia elettrica (fino a qualche decina di MWe)
• energia elettrica, con rendimenti netti elettrici variabili tra il 18% ed il 25%;
• cogenerazione, oltre alla produzione di energia elettrica consente di utilizzare l’energia termica, recuperata dalla trasformazione, per produrre calore⁴; con questa tecnologia si riescono ad ottenere rendimenti di sistema molto alti (fino al 90%);
• trigenerazione, evoluzione della cogenerazione che permette anche di produrre energia frigorifera: acqua refrigerata per il condizionamento o per i processi industriali.

• combustione: permette la trasformazione dell’energia chimica intrinseca alla biomassa in energia termica, definita generalmente dal PCI⁵, che viene recuperata mediante scambiatori con i quali si trasferisce l’energia termica al altri fluidi vettori (aria o acqua). Le tecnologie di combustione utilizzate sono:
  • a griglia: fissa o mobile in cui avviene la reazione termica e per la rimozione delle ceneri;
  • a tamburo rotante: utilizzate per biomasse con PCI non elevati e contenenti elevati carichi di inquinante;
  • a doppio stadio: in cui il processo è diviso in due camere, nella prima avviene la gassificazione e pirolisi del materiale e, nella seconda, la combustione completa dei prodotti gassificati;
  • a letto fluido: sistema che si adatta a vari tipi di biomassa, anche ad elevata umidità (superiore al 40%); la camera di combustione è riempita parzialmente con materiale inerte che viene fluidificato dall’aria di combustione in modo da costituire il “letto bollente” oppure, nel caso di maggiore velocità dell’aria immessa, il cosiddetto “letto ricircolato”.
• gassificazione: processo che consiste nella trasformazione della biomassa solida in combustibile gassoso tramite la reazione, esotermica, con l’ossigeno in difetto stechiometrico; il gas così prodotto, definito syngas, essendo omogeneo garantisce una migliore combustione in termini di quantità di energia ricavabile e di controllo sulle emissioni. Il processo da in uscita residui solidi, il cosiddetto char, che può essere trasformato in carbonio attivo attraverso opportuni trattamenti. Anche per questa tecnica esistono diverse soluzioni tecnologiche (a letto fisso con flussi in equicorrente o controcorrente; a letto fluido bollente, circolante o trascinato; a doppio letto fluido) che si distinguono per i differenti livelli di complessità e, quindi, per i costi ed i benefici attesi;
• pirolisi: processo di degradazione della biomassa che avviene in assenza di agenti ossidanti, fornendo il calore necessario al processo dall’esterno. Attraverso tale processo si trasforma un combustibile a bassa densità energetica in un altro a più elevato contenuto energetico specifico (fino a 10000 kcal/kg): la biomassa in ingresso, investita da correnti gassose ad alta temperatura, subisce un crack termico che porta alla formazione di una frazione gassosa (syngas), una liquida oleosa (olio pirolitico oppure tar) ed un residuo solido (char). Le più comuni modalità di esecuzione del processo di pirolisi sono:
  • la carbonizzazione: processo che avviene a temperature comprese tra i 300 e 500°C; da tale processo si recupera solo la frazione solida;
  • la fast pirolisi: temperature comprese tra i 500 e 650°C in cui è favorita la formazione della frazione liquida;
  • la flash pirolisi: temperature superiori ai 700°C in cui, grazie ai bassissimi tempi di contatto, si riesce ad ottenere una frazione liquida con una variazione di composizione più ristretta.

Dalla combustione diretta della biomassa oppure del syngas è possibile ottenere energia termica, attraverso sistemi con scambiatori di calore, oppure energia elettrica con l’ausilio, ad esempio, di microturbine a gas⁶.

Il reattore è collegato ad una serie di sistemi ausiliari: la fase gassosa viene estratta dal reattore ed inviata ad un sistema a ciclone di depolverazione per eliminare il particolato in sospensione, ed ad un successivo stadio a scrubber, in cui il gas viene raffreddato per condensare il vapore acqueo ed i catrami in sospensione e per l’eliminazione degli eventuali composti chimici aggressivi che potrebbero danneggiare i componenti a valle. Il syngas così depurato viene portato alla pressione necessaria da un apposito compressore ed iniettato nella camera di combustione (CC) della microturbina.
La fase solida prodotta nel reattore viene invece combusta in un apposito bruciatore disposto nella vena fluida dei gas di scarico provenienti dalla microturbina, a guisa di post-combustore. I fumi di scarico della microturbina, assieme ai prodotti di combustione del char, dopo aver ceduto calore al reattore vengono inviati al sistema di trattamento e filtraggio, dove viene abbattuto il carico inquinante e, di seguito, al camino per l’immissione in atmosfera.
Tali sistemi ausiliari, se realizzati e gestiti in maniera appropriata, garantiscono il completo rispetto dei parametri in uscita dall’impianto.

Trattando di tecnologie, infine, occorre includere anche quelle necessarie per coltivare, raccogliere e pretrattare la biomassa grezza e per renderla adatta alle successive trasformazione energetiche. In quest’ottica rientrano il pellet e il cippato che, rispetto la biomassa di partenza, risultano essere combustibili solidi maggiormente idonei al trasporto, con un tasso di umidità più basso e, quindi, con un maggiore PCI.