Il Biochar: un’opportunità sostenibile per agricoltura, ortoflorovivaismo, energia e ambiente 31 ottobre 2014 Fondazione Minoprio, Vertemate con Minoprio (Como) La produzione di biochar: dalla Terra Preta de Indio a oggi Alessandro Pozzi dottore agronomo Consigliere e Segretario ICHAR Associazione Italiana Biochar [email protected] AGT – Advanced Gasification Technology [email protected] Le terre nere degli Indios (450 a.C. – 950 d.C.) Terra Preta de Indio Ferralsol La produzione di carbone vegetale: un’origine antica Plinio il Vecchio (COMO, 23 – Stabia, 79) Naturalis Historiae La carbonaia tradizionale (a catasta verticale) Diderot e D’Alembert (1751-1780), Encyclopédie (Dictionnaire raisonné des sciences, des arts et des métiers) FAO Forestry Paper n. 41 (1983), Simple technologies for charcoal making Altro esempio di carbonaia tradizionale (a fossa) Vannoccio Biringuccio Senense (Siena, 1480-1539?), De la Pirotechnia (1540) (Primo manuale di metallurgia) FAO Forestry Paper n. 41 (1983), Simple technologies for charcoal making Tecnologia del carbone vegetale (biochar) Riscaldare biomassa in carenza/assenza di O2 producendo gas (syngas), bio-olio(catrami) e carbone Courtesy of John Lehmann, Cornell University, Ithaca, NY, USA 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 + carbone Lignina (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 Processo FAST PYROLYSIS Temp. moderata (≈500°C), breve tempo residenza vapori caldi (< 2 sec) INTERMEDIATE PYROLYSIS Temperatura moderatamente bassa, moderato tempo residenza vapori caldi SLOW PYROLYSIS Temperatura moderatamente bassa, lungo tempo di residenza dei vapori GASIFICATION Temperatura alta (> 800°C), lungo periodo di residenza dei vapori liquido (olio) solido (char) gas (syngas) 75% (25% H2O) 12% 13% 50% (50% H2O) 25% 25% 30% (70% H2O) 35% 35% 5% (catrame + H2O) 10% 85% Dati generali di resa dei diversi sistemi di pirolisi (Fonte: IEA, 2007) 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 emissioni Riciclo e sfruttamento di tutti i prodotti → riduzione emissioni + incremento resa Controllo del processo → riduzione emissioni + incremento della qualità Flessibilità 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) 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 Courtesy of MAIM Engeenering (Cagliari) _ Reattore slow pyrolysis 200 kWP alimentato a pollina Gassificazione Conversione termochimica di una matrice organica, parzialmente ossidata attraverso una combustione ad alta temperatura (1.200°c) 1. ESSICCAZIONE Completamento dell’essiccazione 2. PIROLISI I 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 carbone 3. COMBUSTIONE I prodotti volatili e parte del carbone reagiscono con l’ossigeno liberando calore per le reazioni di gassificazione prodotti: calore + CO, CO2 e H2O 4. GASSIFICAZIONE I prodotti della combustione passano attraverso un letto di carbone rovente riducendosi prodotti: CO, H2, CH4, H2O L’intero processo di gassificazione nel fiammifero... ... sono i gas di pirolisi a bruciare nella fiamma e non il legno! Pirolisi, gassificazione in un fiammifero Gassificazione Combustibile Portata al gassificatore Legno 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) Piccoli apparati pensati per l’applicazione domestica, la dimostrazione e lo studio del processo di micro-gassificazione Peso Dimensioni 1 kg 20 x 20 x 25 cm Courtesy of Blucomb (Udine) _ Modello ELSA A3 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 ICHAR Associazione Italiana Biochar c/o Laboratorio di climatologia urbana Osservatorio Ximeniano P.zza San Lorenzo 6, 50123, Firenze, Italia www.ichar.org [email protected] Grazie per l’attenzione!
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