Riscaldamento domestico sostenibile ed economico grazie all’olio a base di biomassa
I sistemi di riscaldamento domestico possono svolgere un ruolo importante nel rendere il sistema energetico europeo pulito, sicuro ed efficiente. La maggior parte delle risorse rinnovabili a base di biomassa, tuttavia, sono materiali solidi caratterizzati da una bassa densità energetica e persino i sistemi di riscaldamento domestico più avanzati incontrano difficoltà nel gestire le eterogenee proprietà della biomassa originata da residui agricoli e forestali. Il progetto Residue2Heat ha affrontato questa sfida impiegando biomassa e residui sostenibili ad alto contenuto di ceneri nelle applicazioni di riscaldamento domestico (dai 20 ai 200 kWth) per fornire calore sostenibile a un prezzo competitivo. «Il nostro obiettivo era sostituire le grandi quantità di combustibili fossili e di biocombustibili di prima generazione attualmente utilizzati con flussi di residui di biomassa non adatti alla produzione di alimenti o di mangimi che, pertanto, esercitano un basso impatto sui cambiamenti indiretti nell’uso del suolo», afferma Herbert Pfeifer, coordinatore del progetto. I membri del consorzio hanno convertito i flussi di residui di biomassa attraverso la pirolisi veloce, un sistema che riscalda materiale organico in assenza di ossigeno, in un biocombustibile liquido uniforme di seconda generazione chiamato bio-olio di pirolisi veloce (FPBO, fast pyrolysis bio oil). Inoltre, i ricercatori hanno adattato i sistemi di riscaldamento domestico esistenti per l’impiego dell’FPBO.
Una tecnologia innovativa
L’FPBO conserva circa il 70 % del contenuto energetico della biomassa e il suo potere calorifico è circa la metà rispetto a un olio combustibile convenzionale. «La prima sfida è stata produrre un FPBO dotato di proprietà fisico-chimiche di qualità elevata e altamente standardizzate in modo costante, nonostante l’ampia gamma di possibili materie prime biogeniche di questo tipo di bio-olio. La seconda sfida è stata adattare un sistema di riscaldamento a condensazione altamente efficiente per l’utilizzo dell’FPBO, in quanto le sue proprietà sono differenti da quelle dei combustibili convenzionali», spiega Pfeifer. I partner del progetto hanno utilizzato l’innovativa tecnologia della pirolisi veloce per convertire i residui di biomassa ad alto contenuto di ceneri, come la paglia di frumento, i residui forestali, la corteccia, il miscanto e il legno pulito, in un biocombustibile liquido per il riscaldamento domestico. Residue2Heat si è avvalso della modellizzazione di base e della ricerca sperimentale per adattare alcune parti dei sistemi di riscaldamento domestico esistenti, come i componenti dei bruciatori, per l’impiego dell’FPBO. La scala di questo bruciatore è stata ampliata da quella di laboratorio a quella di un combustore idoneo per essere utilizzato nei sistemi di riscaldamento domestico. «Una dimostrazione dell’impiego dell’FPBO in un apparecchio di riscaldamento su scala residenziale ha registrato una combustione stabile del bio-olio, tempi di funzionamento del bruciatore prolungati (superiori alle 100 ore) e l’efficacia del sistema start-stop. Inoltre, l’unità è stata messa in funzione e monitorata nell’effettivo ambiente di destinazione per il livello di maturità tecnologica 5», sottolinea Pfeifer.
Emissioni ridotte
Le proprietà del combustibile sono state adattate al riscaldamento domestico durante il corso dello studio, consentendo la creazione di un FPBO standardizzato di alta qualità. I ricercatori hanno testato i componenti che vengono normalmente utilizzati nei sistemi di riscaldamento, come la pompa e gli ugelli del combustibile, per verificare la loro compatibilità con l’FPBO. Pfeifer osserva: «Dato che la letteratura scientifica sulla nebulizzazione e la combustione dell’FPBO è limitata, entrambi i processi sono stati analizzati a livello sostanziale per supportare lo sviluppo su scala di laboratorio del bruciatore». Il principale risultato ottenuto da Residue2Heat è stato lo sviluppo di caldaie per il riscaldamento domestico autonome e su piccola scala (tra i 20 e i 60 kWth) alimentate mediante l’FPBO. Tra gli ulteriori traguardi che sono stati raggiunti figurano la produzione di FPBO di alta qualità a partire da residui di biomassa ad alto contenuto di ceneri, l’atomizzazione e la combustione dell’FPBO, la progettazione e la fabbricazione di componenti dei bruciatori modificati e un piano logistico per la conservazione e la manipolazione. La valutazione della catena di sostenibilità di varie tipologie di FPBO (sulla base delle materie prime) ha messo in evidenza risparmi in termini di emissioni compresi tra l’80 e il 94 %, consentendo di soddisfare i requisiti di riduzione delle emissioni di gas a effetto serra stabiliti dalle direttive RED e RED2 sulla promozione delle energie rinnovabili (pari rispettivamente al 60 e al 70 %). «Inoltre, le ceneri derivanti dal processo di produzione dell’FPBO dispongono delle potenzialità per fornire sostanze nutritive agli ecosistemi del suolo e, pertanto, potrebbero essere utilizzate per applicazioni agricole», conclude Pfeifer.
Parole chiave
Residue2Heat, bio-olio di pirolisi veloce, riscaldamento domestico, biomassa, agricolo, residuo forestale, caldaia, direttiva sulla promozione delle energie rinnovabili
