Fondazione Minoprio, Vertemate con Minoprio (Como)
Il Biochar:un’opportunità sostenibile per agricoltura, ortoflorovivaismo, energia e ambiente
31 ottobre 2014
Alessandro Pozzidottore agronomo
Consigliere e Segretario ICHAR Associazione Italiana [email protected]
AGT – Advanced Gasification [email protected]
La produzione di biochar: dalla Terra Preta de Indio a oggi
Plinio il Vecchio (COMO, 23 – Stabia, 79)Naturalis Historiae
La produzione di carbone vegetale: un’origine antica
La carbonaia tradizionale (a catasta verticale)
FAO Forestry Paper n. 41 (1983), Simple technologies for charcoal making
Diderot e D’Alembert (1751-1780), Encyclopédie (Dictionnaire raisonné des sciences, des
arts et des métiers)
Altro esempio di carbonaia tradizionale (a fossa)
FAO Forestry Paper n. 41 (1983), Simple technologies for charcoal making
Vannoccio Biringuccio Senense (Siena, 1480-1539?),
De la Pirotechnia (1540) (Primo manuale di metallurgia)
Tecnologia del carbone vegetale (biochar)
Courtesy of John Lehmann, Cornell University, Ithaca, NY, USA
Riscaldare biomassa in carenza/assenza di O2 producendo gas (syngas), bio-olio(catrami) e carbone
Generalità riguardo il carbone vegetale
Il Carbone vegetale è il prodotto del processo di carbonificazione di biomasse (pirolisi)
(cioè la perdita di idrogeno, ossigeno e azoto da parte della materia organica a seguito di applicazione di calore in assenza di agente ossidante)
Materia vegetale = cellulosa, emicellulosa, lignina, estrattivi organici, minerali inorganici e acqua
Cellulosa, emicellulosa e lignina evidenziano un comportamento differente quando sottoposti a un processo di degradazione
termochimica
Emicellulosa (220°/315°C) → gas non condensabili (CO, CO2, H2, CH4), composti org. a b.p.m. + H2O
Cellulosa (315°/400°C) → CO2 + H2O + CO + CH4 + carboneLignina (160°/900°C) → gas non condensabili (CO + CH4), vapori condensabili e aerosol
liquidi, carbone
Efficienza del processo di carbonificazione
Composizione della biomassa : Temperatura : Tempo di residenza
ηfc= (mchar*cfc)/(mbio*(1 – ba))dove mchar è la massa di char prodotta, cfc il contenuto di carbonio nel char, mbio la massa di
materiale originario, ba il contenuto di ceneri nella biomassa
Temperatura
Quantità proporzionali di prodotti ottenuti a diverse T°C in un processo di fast pyrolysis con biomassa di pioppo (Fonte: IEA, 2007)
Efficienza del processo di carbonificazione
Tempo di residenza
Dati generali di resa dei diversi sistemi di pirolisi (Fonte: IEA, 2007)
Processoliquido(olio)
solido(char)
gas(syngas)
FAST PYROLYSISTemp. moderata (≈500°C),breve tempo residenza vapori caldi (< 2 sec)
75%(25% H2O)
12% 13%
INTERMEDIATE PYROLYSISTemperatura moderatamente bassa, moderato tempo residenza vapori caldi
50%(50% H2O)
25% 25%
SLOW PYROLYSISTemperatura moderatamente bassa, lungo tempo di residenza dei vapori
30%(70% H2O)
35% 35%
GASIFICATIONTemperatura alta (> 800°C),lungo periodo di residenza dei vapori
5% (catrame +
H2O)10% 85%
Sistemi moderni di produzione
Produrre carbone in quantità e qualità superiore nel rispetto delle norme ambientali, consentendo lo sfruttamento del gas per la produzione di
energia elettrica e calore
Ciclo continuo → maggiore efficienza di conversione + riduzione emissioniRiciclo e sfruttamento di tutti i prodotti → riduzione emissioni + incremento resa
Controllo del processo → riduzione emissioni + incremento della qualitàFlessibilità nell’impiego di biomasse diverse (Arboree, Erbacee, Scarti)
Pirolizzatori, Forni rotativi, Gassificatori, Impianti di carbonizzazione idrotermica, Stufe a gas di legno
Pirolisi lenta (Slow pyrolysis)
Courtesy of MAIM Engeenering (Cagliari) _ Reattore slow pyrolysis 200 kWP alimentato a pollina
Decomposizione termochimica di una matrice organica in assenza di O2
attraverso la somministrazione di calore
Si dice lenta in considerazione del tempo di residenza del materiale all’interno del reattore
Gassificazione
Conversione termochimica di una matrice organica, parzialmente ossidata attraverso una combustione ad alta temperatura (1.200°c)
1. ESSICCAZIONE Completamento dell’essiccazione
2. PIROLISII componenti volatili della biomassa (cellulose e
emicellulose) evaporano generando gas di pirolisi; la lignina rimane in fase solida formando carbone
prodotti: gas di pirolisi + TAR e carbone3. COMBUSTIONE
I prodotti volatili e parte del carbone reagiscono con l’ossigeno liberando calore per le reazioni di
gassificazioneprodotti: calore + CO, CO2 e H2O
4. GASSIFICAZIONEI prodotti della combustione passano attraverso un
letto di carbone rovente riducendosiprodotti: CO, H2, CH4, H2O
L’intero processo di gassificazione nel fiammifero...
Pirolisi, gassificazione in un fiammifero
... sono i gas di pirolisi a bruciare nella fiamma e non il legno!
Gassificazione
Combustibile Legno
Portata al gassificatore 500 kg/h s.s.
Potenza elettrica nominale 500 kW
Potenza termica nominale 1.500 kW
Produzione di carbone 10% p/p s.s.
Piccoli bruciatori, stufe pirolitiche (microgassificatori)
Courtesy of Blucomb (Udine) _ Modello ELSA A3
Peso 1 kg
Dimensioni 20 x 20 x 25 cm
Piccoli apparati pensati per l’applicazione domestica, la dimostrazione e lo studio del processo di micro-gassificazione
Carbonificazione di biomasse ...
... un processo antichissimo... eppure così straordinariamente moderno!
Siamo tornati a essere PIONIERI!
Nel 2030 più di 2,6 miliardi di persone nei paesi in via di sviluppo continueranno a fare affidamento sulle biomasse per cucinare e riscaldarsi .... con un incremento di più di 240 milioni di persone . (Nel 2030) Le biomasse rappresenteranno ancora più della metà del consumo di energia residenziale.
International Energy Agency (2002): Energy Outlook 2000-2030, IEA, Paris
Grazie per l’attenzione!
ICHAR Associazione Italiana Biochar
c/o Laboratorio di climatologia urbanaOsservatorio XimenianoP.zza San Lorenzo 6, 50123, Firenze, Italia