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Highly-efficient biomass CHP plants by handling ash-related problems

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Ottimizzare la combustione di biomassa per la cogenerazione di energia termica ed elettrica

Gli impianti di cogenerazione a biomassa forniscono un’alternativa ai combustibili fossili nocivi per l’ambiente o all’approvvigionamento intermittente da fonti rinnovabili. Il progetto Biofficiency ha sviluppato materie prime sostenibili e processi per garantire elevata efficienza, riduzione delle emissioni e convenienza.

Energia

Quasi la metà del fabbisogno energetico dell’UE è assorbito dal riscaldamento e dal raffreddamento e il calore generato da biomasse è stato responsabile di quasi il 90 % di tutto il calore rinnovabile nel 2017. Lo sfruttamento del calore prodotto durante la combustione della biomassa per generare elettricità e riscaldamento in un impianto di cogenerazione (CHP, Combined Heat and Power,) funziona bene per unità su scala media e grande. Molte di esse si possono trovare in Europa e, in particolare, in Scandinavia. Il progetto Biofficiency, supportato dall’UE, è stato istituito per ottimizzare la produzione di bioenergia da impianti CHP a biomassa, con l’obiettivo di realizzare un progetto per un impianto CHP a biomassa di prossima generazione che i partner industriali di questo progetto europeo intendono commercializzare.

Produzione di biocarburanti di qualità superiore

Contrariamente ai combustibili fossili tradizionali impiegati nelle centrali termiche, la biomassa rappresenta una materia prima non uniforme. La sua composizione varia a seconda di tipo, origine e stagione e può contenere elementi inorganici nocivi quali cloro, sodio e potassio. Questi possono causare problemi durante la produzione di vapore a temperature elevate. Una delle difficoltà è rappresentata dallo strato isolante di cenere che si deposita sulle superfici di scambio facendo aumentare i costi operativi dovuti agli interventi di manutenzione e agli arresti. Per rendere utilizzabili materiali che in passato risultavano impegnativi ed eliminare gli elementi nocivi, il progetto Biofficiency ha esaminato tre differenti tecnologie di pretrattamento: torrefazione con e senza lavaggio, carbonizzazione idrotermale ed esplosione a vapore delle biomasse prima della combustione. In secondo luogo, il progetto ha studiato l’uso di additivi minerali che catturano i componenti problematici nello stato gassoso della combustione per inibire reazioni pericolose all’interno della caldaia. Entrambi gli approcci sono stati sperimentati su varie scale, dai laboratori fino alla vasta scala, in due distinti impianti di combustione (a combustibile polverizzato e a letto fluidizzato). La verifica ha garantito il loro funzionamento nelle applicazioni reali. I modelli hanno inoltre permesso al gruppo di simulare il comportamento della combustione e la formazione della cenere per comprendere i processi in maniera più approfondita. Dopo aver dimostrato che le loro tecniche potenziavano effettivamente il rendimento della combustione nelle caldaie a biomassa, il gruppo ha fornito una progettazione per un impianto CHP caratterizzato da temperature del vapore più elevate di fino a 600 °C su scala medio-grande (combustibile di alimentazione di circa 300 MWth). Oltre a risultare molto efficiente, questa nuova tecnica potrebbe ridurre notevolmente le emissioni rispetto agli impianti a carbone e agli impianti CHP a biomassa più piccoli, a costi competitivi. Il progetto ha anche analizzato e valutato gli impieghi della cenere della biomassa per evitare che finisca in discarica. Uno dei possibili impieghi individuati è stato l’utilizzo come ingrediente nei materiali da costruzione, quali i geopolimeri.

Andare incontro alle esigenze del futuro

La bioenergia non solo è altamente efficiente per la cogenerazione di energia termica ed elettrica, ma può anche considerevolmente ridurre le emissioni di CO2 rispetto ai combustibili fossili. Ciò si rivela soprattutto vero per il settore del riscaldamento, dove essa può ridurre la dipendenza da carbone se utilizzata in centrale CHP di dimensioni medio-grandi, più efficienti dei sistemi di riscaldamento di piccole dimensioni. Sebbene si tratti di una tecnologia più complessa, la bioenergia fornisce una valida alternativa alle fonti rinnovabili, sia eoliche che solari. Dato che la bioenergia non dipende dalle fluttuazioni delle condizioni meteorologiche, essa riesce a rispondere meglio alle esigenze di approvvigionamento di calore basato sulla domanda proveniente dalle abitazioni private collegate alle reti di riscaldamento. Si prevede che la bioenergia su scala media e grande per la produzione di energia elettrica e teleriscaldamento di cogenerazione incrementerà del 160 % nel 2020 rispetto al 2010, mentre le quote per le emissioni di carbonio stanno diventando più rigorose. «È necessario trovare nuovi modi per utilizzare efficientemente materie prime economiche e attualmente non sfruttate per rispondere a questa crescente domanda», afferma Sebastian Fendt, coordinatore del progetto.

Parole chiave

Bioefficienza, biomassa riscaldamento, raffreddamento, energia, fonti rinnovabili, materie prime, bioenergia, elettricità, emissioni di carbonio, combustione

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