L’evoluzione delle soluzioni di riscaldamento sostenibili

Nell’ultimo secolo, il settore energetico ha assistito a una rapida evoluzione tecnologica, spinto dalla necessità di rispondere a sfide ambientali, economiche e sociali. Il ventesimo secolo è stato quello in cui i combustibili fossili hanno dominato il settore energetico, sostituendo la biomassa come fonte principale di produzione di energia. Ma è stato anche il secolo in cui ci si è resi conto che un utilizzo massivo dei combustibili fossili (petrolio e gas) ha delle implicazioni ambientali importanti, di cui stiamo cominciando a pagare il prezzo ora.

Questa nuova consapevolezza, unita alla volatilità dei prezzi e alle preoccupazioni geopolitiche, ha reso imperativo cercare alternative più sostenibili e affidabili.

E in questo contesto il riscaldamento a biomassa è tornato ad assumere un ruolo importante, anche grazie alle innovazioni tecnologiche che permettono di aumentare i rendimenti dei generatori e di diminuire drasticamente l’emissione di sostanze inquinanti.

Secondo l’International Energy Agency (IEA), la biomassa rappresenta circa il 10% dell’energia primaria consumata a livello globale, rendendola la quarta fonte energetica più utilizzata dopo il petrolio, il carbone e il gas naturale.

A livello italiano, le ultime statistiche disponibili, risalenti al 2021, mostrano come attualmente la ripartizione delle fonti energetiche utilizzate dagli italiani per riscaldare casa sono così suddivise:

• Metano 68%
• Biomassa 15%
• Energia elettrica 8,5%
• GPL e Gasolio 7,1%
• Energia solare 1,4%

In realtà, rispetto alle precedenti statistiche del 2013, risalenti quindi a dieci anni fa, le percentuali sono rimaste sostanzialmente invariate (c’è stato un lieve incremento dell’energia elettrica a sfavore del metano). In ogni caso le cosiddette energie rinnovabili rappresentano una fetta importante della componente energetica italiana: nel 2020, secondo i dati riportati dal GSE, il 20,4% dei consumi energetici complessivi era dato da fonti rinnovabili. E la biomassa è probabilmente la fonte rinnovabile per eccellenza.

Che cosa si intende per biomassa? È inutile parlare di biomassa se non abbiamo chiaro cosa sia. Quindi, anche se potrebbe essere banale, iniziamo approfondendo il suo significato.

Parlando di biomassa dobbiamo distinguere tra la definizione generale e quella energetica, che interessa a noi. In termini generici è l’insieme di tutti gli organismi vegetali ed animali presenti nell’ambiente. Noi stessi ne facciamo parte.

Dal punto di vista energetico invece possiamo fare riferimento alla direttiva 2009/28/CE sulla promozione dell’uso dell’energia da fonti rinnovabili, che all’articolo 2 ci dice che cos’è:

La frazione biodegradabile dei prodotti, rifiuti e residui di origine biologica provenienti dall’agricoltura (comprendente sostanze vegetali e animali), dalla silvicoltura e dalle industrie connesse, comprese la pesca e l’acquacoltura, nonché la parte biodegradabile dei rifiuti industriali e urbani.

Direttiva 2009/28/CEQuindi la biomassa si riferisce a qualsiasi materia organica che può essere utilizzata come fonte di energia. Questa materia può derivare da piante, animali o microorganismi. Dal punto di vista chimico è composta principalmente da carbonio, idrogeno e ossigeno, con minori quantità di azoto e altri elementi. La sua struttura polimerica, che può includere cellulosa, emicellulosa e lignina, la rende un candidato ideale per la produzione di energia attraverso vari processi, tra cui la combustione diretta, la gassificazione e la pirolisi. 

Fonti Principali di Biomassa

Quali tipi di biomasse ci sono?

 Le fonti di biomassa sono estremamente variegate e possono essere classificate in diverse categorie:

• Biomassa legnosa: Include legno da foreste, rami, foglie e corteccia. Questa è la forma più comune di biomassa utilizzata per il riscaldamento e rappresenta una fonte significativa di energia in molte regioni del mondo.
• Residui agricoli: Si tratta di scarti derivanti da attività agricole, come paglia, lolla di riso e gusci di noci. Questi materiali, spesso considerati rifiuti, possono essere trasformati in preziose fonti di energia.
• Residui industriali: Scarti provenienti da industrie legate al legno, come segatura, trucioli e scarti di lavorazione.
• Biomassa animale: Include letame e altri rifiuti animali, che possono essere utilizzati per produrre biogas attraverso processi di digestione anaerobica.
• Colture energetiche: si tratta di piante coltivate specificamente per la produzione di energia. Per il riscaldamento si tratta di piante erbacee e legnose perenni, come il miscanto, la canna gigante, il salice e il pioppo

Tipologie di Biomassa per il Riscaldamento

Chiaramente non tutte le biomasse che abbiamo appena elencato vengono utilizzate nel riscaldamento domestico e soprattutto la biomassa subisce spesso un processo di trasformazione preliminare prima di essere utilizzata.

Le principali forme in cui vengono utilizzate le biomasse ai fini del riscaldamento sono le seguenti:

Tronchetti e legna da ardere

Tradizionalmente utilizzati nelle stufe e nei caminetti, sono una delle forme più antiche di biomassa per il riscaldamento. La legna deve essere ben stagionata per garantire una combustione efficiente e ridurre le emissioni.

Pellet di legno

Sono piccoli cilindri compressi di segatura e residui di legno. Hanno un alto potere calorifico e bruciano in modo molto efficiente. Sono ideali per stufe e caldaie specifiche per pellet.

Cippato

Si tratta di pezzi di legno di piccole dimensioni ottenuti dalla triturazione di rami e piccoli tronchi. Sono utilizzati principalmente in caldaie a biomassa di dimensioni maggiori, spesso in contesti non strettamente domestici come piccoli impianti di riscaldamento centralizzato.

Briquette

Sono blocchi compressi di biomassa, simili ai pellet ma di dimensioni maggiori. Possono essere fatti di legno, paglia o altri materiali organici. Offrono una combustione lenta e costante.

Biogas

Prodotto dalla fermentazione anaerobica di materiale organico come rifiuti alimentari, letame e colture energetiche. Può essere utilizzato in caldaie e stufe appositamente progettate.

Grassi e oli vegetali

Sebbene non molto diffusi, alcune caldaie possono essere adattate per bruciare oli vegetali puri o grassi animali. Questi possono essere sottoprodotti dell’industria alimentare o colture specificamente coltivate come colza o girasole.

Valutare l’efficacia di una biomassa

Per valutare l’efficacia di una biomassa bisogna fare riferimento ad alcuni parametri fisico-chimici. In particolare il più significativo è il potere calorifico.

In linea generale il potere calorifico di una sostanza rappresenta la quantità di energia termica che può essere liberata durante la sua combustione completa in presenza di ossigeno. Esso è solitamente espresso in megajoule per chilogrammo (MJ/kg) o in kilocalorie per chilogrammo (kcal/kg). In pratica, indica quanta energia può essere ottenuta bruciando un’unità di massa di una determinata sostanza.

Il potere calorifico può essere ulteriormente suddiviso in:

• Potere Calorifico Superiore (PCS): Rappresenta l’energia totale rilasciata durante la combustione, includendo l’energia utilizzata per vaporizzare l’acqua presente nel combustibile (l’umidità) e l’acqua prodotta durante la combustione.
• Potere Calorifico Inferiore (PCI): Esclude l’energia utilizzata per vaporizzare l’acqua e rappresenta l’energia effettivamente disponibile per il riscaldamento. È il PCI che viene comunemente utilizzato nelle applicazioni pratiche.

Potere Calorifico delle Biomasse

Le biomasse, essendo materiali organici, hanno un potere calorifico che varia in base alla loro composizione chimica, al contenuto di umidità e ad altri fattori. In generale, il potere calorifico delle biomasse è inferiore a quello dei combustibili fossili come il petrolio o il carbone, quindi in genere l’efficienza dei sistemi di riscaldamento basati su biomassa è minore.

Ecco alcuni esempi di poteri calorifici di diverse biomasse (valori approssimativi):

• Legno: 15-20 MJ/kg (a seconda del tipo e dell’umidità)
• Pellet di legno: 17-19 MJ/kg
• Cippato: 10-16 MJ/kg
• Residui agricoli (es. paglia): 12-18 MJ/kg
• Biogas: 20-25 MJ/m³

I valori non sono univoci perché il contenuto di umidità delle biomasse gioca un ruolo cruciale nel determinare il potere calorifico della biomassa.

Biomasse con un alto contenuto di umidità (quindi sostanzialmente più “bagnate”) richiedono maggiore energia per la vaporizzazione dell’acqua, riducendo così l’energia netta disponibile per il riscaldamento. Questo è il motivo per cui la stagionatura e la corretta conservazione delle biomasse sono essenziali per mantenere un potere calorifico ottimale.

Perché la biomassa è considerata una fonte energetica rinnovabile?

A differenza dei combustibili fossili può essere rigenerata in breve tempo attraverso processi naturali o agricoli. Inoltre, la sua combustione produce un bilancio di carbonio quasi neutro, poiché la quantità di CO2 rilasciata è approssimativamente uguale a quella assorbita dalle piante durante la loro crescita. Questo contrasta con i combustibili fossili, che rilasciano carbonio immagazzinato da milioni di anni. Infine, la biomassa, se prodotta e utilizzata in modo sostenibile, può contribuire alla gestione dei rifiuti organici, trasformando scarti agricoli e forestali in preziose fonti di energia.