I sistemi di riscaldamento a biomassa generano calore dalla biomassa.

I sistemi rientrano nelle categorie di:

combustione diretta,
gassificazione,
calore ed elettricità combinati (CHP),
digestione anaerobica,
digestione aerobica.

Vantaggi del riscaldamento a biomassa
L’uso della biomassa negli impianti di riscaldamento è vantaggioso perché utilizza residui agricoli e forestali, urbani e industriali e rifiuti per produrre calore ed elettricità con un minore impatto ambientale rispetto ai combustibili fossili. Questo tipo di produzione di energia ha un effetto a lungo termine limitato sull’ambiente perché il carbonio nella biomassa fa parte del ciclo naturale del carbonio; mentre il carbonio nei combustibili fossili non lo è, e aggiunge permanentemente carbonio all’ambiente quando viene bruciato per produrre carburante (impronta di carbonio). Storicamente, prima dell’uso di combustibili fossili in quantità significative, la biomassa sotto forma di combustibile per legno forniva la maggior parte del riscaldamento dell’umanità.

Inconvenienti del riscaldamento a biomassa
Su larga scala, l’uso della biomassa rimuove terreni agricoli dalla produzione alimentare, riduce la capacità di sequestro del carbonio delle foreste ed estrae sostanze nutritive dal terreno. La combustione della biomassa crea inquinanti atmosferici e aggiunge quantità significative di carbonio all’atmosfera che potrebbero non essere restituite al suolo per molti decenni.

L’uso della biomassa come combustibile produce inquinamento atmosferico sotto forma di monossido di carbonio, NOx (ossidi di azoto), COV (composti organici volatili), particolato e altri inquinanti, in alcuni casi a livelli superiori a quelli derivanti da fonti di combustibile tradizionali come carbone o gas naturale . Il carbonio nero – un inquinante creato dalla combustione incompleta di combustibili fossili, biocarburanti e biomassa – è probabilmente il secondo più grande contributo al riscaldamento globale. Nel 2009 uno studio svedese sulla foschia marrone gigante che copre periodicamente vaste aree dell’Asia meridionale ha determinato che era stato prodotto principalmente dalla combustione di biomassa e, in misura minore, dalla combustione di combustibili fossili. I ricercatori hanno misurato una concentrazione significativa di 14 ° C, che è associata alla recente vita vegetale piuttosto che ai combustibili fossili.

Alla combustione, il carbonio della biomassa viene rilasciato nell’atmosfera sotto forma di anidride carbonica (CO2). La quantità di carbonio immagazzinata nel legno secco è di circa il 50% in peso. Quando da fonti agricole, le sostanze vegetali utilizzate come combustibile possono essere sostituite da piantine per una nuova crescita. Quando la biomassa proviene dalle foreste, il tempo di ricatturare il carbonio immagazzinato è generalmente più lungo e la capacità di stoccaggio del carbonio della foresta può essere ridotta globalmente se vengono utilizzate tecniche forestali distruttive.

La proposta di biomassa neutra rispetto al carbonio proposta nei primi anni ’90 è stata sostituita da una scienza più recente che riconosce che le foreste mature e intatte sequestrano il carbonio in modo più efficace rispetto alle aree di cut-over. Quando il carbonio di un albero viene rilasciato nell’atmosfera in un singolo impulso, contribuisce al cambiamento climatico molto più del legname dei boschi che marcisce lentamente per decenni. Gli studi attuali indicano che “anche dopo 50 anni la foresta non ha recuperato il suo deposito iniziale di carbonio” e “la strategia ottimale è probabilmente la protezione della foresta permanente”.

Riscaldamento a biomassa nel nostro mondo

Gli aumenti del prezzo del petrolio dal 2003 e i conseguenti aumenti dei prezzi del gas naturale e del carbone hanno aumentato il valore della biomassa per la produzione di calore. Le rese forestali, i rifiuti agricoli e le colture coltivate specificamente per la produzione di energia diventano competitivi con l’aumento dei prezzi dei combustibili fossili densi di energia. Gli sforzi per sviluppare questo potenziale possono avere l’effetto di rigenerare le terre coltivate mal gestite e di essere un ingranaggio nella ruota di un’industria di energia rinnovabile decentrata e multidimensionale. Gli sforzi per promuovere e promuovere questi metodi sono diventati comuni in tutta l’Unione europea nel corso degli anni 2000. In altre aree del mondo, i mezzi inefficienti e inquinanti per generare calore dalla biomassa e le pratiche forestali inadeguate hanno significativamente aumentato il degrado ambientale.

Serbatoi di buffer
I serbatoi di accumulo immagazzinano l’acqua calda che l’apparecchio a biomassa genera e fa circolare attorno all’impianto di riscaldamento. A volte indicati come “depositi termici”, sono fondamentali per il funzionamento efficiente di tutte le caldaie a biomassa dove il carico del sistema fluttua rapidamente, o il volume di acqua nel sistema idraulico completo è relativamente piccolo. L’utilizzo di un serbatoio tampone di dimensioni adeguate impedisce un rapido riscaldamento della caldaia quando il carico è inferiore alla potenza minima della caldaia. Il rapido riscaldamento della caldaia provoca un notevole aumento delle emissioni nocive come monossido di carbonio, polvere e NOx, riduce notevolmente l’efficienza della caldaia e aumenta il consumo elettrico dell’unità. Inoltre, i requisiti di assistenza e manutenzione saranno aumentati in quanto le parti sono sollecitate da rapidi cicli di riscaldamento e raffreddamento. Sebbene la maggior parte delle caldaie sostenga di essere in grado di abbassare il 30% della produzione nominale, nel mondo reale questo spesso non è ottenibile a causa delle differenze nel combustibile proveniente dall’ideale o dal carburante di prova. Si dovrebbe quindi considerare un serbatoio tampone di dimensioni adeguate dove il carico della caldaia scende al di sotto del 50% della potenza nominale – in altre parole a meno che il componente della biomassa non sia un carico di base, il sistema dovrebbe includere un serbatoio tampone. In ogni caso in cui il sistema secondario non contiene acqua sufficiente per la rimozione sicura del calore residuo dalla caldaia a biomassa indipendentemente dalle condizioni di carico, il sistema deve includere un serbatoio tampone di dimensioni adeguate. Il calore residuo di una unità a biomassa varia notevolmente a seconda della progettazione della caldaia e della massa termica della camera di combustione. Le caldaie leggere e ad alta risposta richiedono solo 10 l / kW, mentre le unità industriali umide con una massa termica molto elevata richiedono 40 l / kW.

Tipi di sistemi di riscaldamento a biomassa
L’uso della biomassa negli impianti di riscaldamento è utilizzato in molti diversi tipi di edifici e tutti hanno usi diversi. Esistono quattro tipi principali di sistemi di riscaldamento che utilizzano la biomassa per riscaldare una caldaia. I tipi sono completamente automatizzati, semi-automatizzati, alimentati a pellet e calore e potenza combinati.

Completamente automatizzato
In sistemi completamente automatizzati scheggiati o sminuzzati, il legno di scarto viene portato sul posto da camion di consegna e lasciato cadere in un serbatoio di raccolta. Un sistema di trasportatori trasporta quindi il legno dal serbatoio di raccolta alla caldaia a un determinato tasso gestito. Questa velocità è gestita da controlli del computer e un laser che misura il carico di carburante che il convogliatore sta introducendo. Il sistema si accende e si spegne automaticamente per mantenere la pressione e la temperatura all’interno della caldaia. I sistemi completamente automatizzati offrono una grande facilità di funzionamento poiché richiedono solo l’operatore del sistema per controllare il computer e non il trasporto del legno, offrendo al contempo soluzioni complete ed economiche a sfide industriali complesse.

Semiautomatico o “bidone”
I sistemi semi-automatici o “Surge Bin” sono molto simili ai sistemi completamente automatizzati, tranne per il fatto che richiedono più personale per essere operativi. Hanno serbatoi di contenimento più piccoli e un sistema di trasporto molto più semplice che richiederà al personale di mantenere il funzionamento del sistema. Il ragionamento per i cambiamenti dal sistema completamente automatizzato è l’efficienza del sistema. Il calore creato dal combustore può essere utilizzato per riscaldare direttamente l’aria o può essere utilizzato per riscaldare l’acqua in un sistema di caldaie che funge da mezzo con cui viene erogato il calore. Le caldaie alimentate a legna sono le più efficienti quando funzionano alla massima capacità e il calore richiesto per quasi tutti i giorni dell’anno non sarà il fabbisogno massimo di calore per l’anno. Considerando che il sistema avrà bisogno solo di funzionare ad alta capacità per alcuni giorni dell’anno, è fatto per soddisfare i requisiti della maggior parte dell’anno per mantenere la sua alta efficienza.

A pellet
Il terzo tipo principale di sistemi di riscaldamento a biomassa sono i sistemi a pellet. I pellet sono una forma di legno lavorata, che li rende più costosi. Sebbene siano più costosi, sono molto più condensati e uniformi e quindi sono più efficienti. Inoltre, è relativamente facile alimentare automaticamente i pellet alle caldaie. In questi sistemi, i pellet vengono stoccati in un silos di stoccaggio a forma di grano e la gravità viene utilizzata per spostarli nella caldaia. I requisiti di stoccaggio sono molto più piccoli per i sistemi alimentati a pellet a causa della loro natura condensata, che aiuta anche a ridurre i costi. questi sistemi sono utilizzati per una vasta gamma di strutture, ma sono i più efficienti e convenienti per i luoghi in cui lo spazio per i sistemi di stoccaggio e trasporto è limitato e dove i pellet sono fatti abbastanza vicino alla struttura.

Sistemi di pellet agricoli
Una sottocategoria di sistemi a pellet è costituita da caldaie o bruciatori in grado di bruciare pellet con una maggiore quantità di ceneri (pellet di carta, pellet di fieno, pellet di paglia). Uno di questi è il bruciatore a pellet PETROJET con camera di combustione cilindrica rotante. In termini di efficienza, le caldaie a pellet avanzate possono superare altre forme di biomassa a causa delle più stabili caratteristiche di combustibile. Le caldaie avanzate a pellet possono funzionare anche in modalità condensazione e raffreddare i gas di combustione a 30-40 ° C, anziché a 120 ° C prima di essere inviati nella canna fumaria.

Calore e potenza combinati
I sistemi combinati di calore e di alimentazione sono sistemi molto utili in cui i rifiuti di legno, come i trucioli di legno, vengono utilizzati per generare energia e il calore viene creato come sottoprodotto del sistema di generazione di energia. Hanno un costo molto alto a causa dell’operazione ad alta pressione. A causa di questa operazione ad alta pressione, la necessità di un operatore altamente qualificato è obbligatoria e aumenterà i costi operativi. Un altro inconveniente è che mentre producono elettricità producono calore, e se la produzione di calore non è auspicabile per certe parti dell’anno, è necessaria l’aggiunta di una torre di raffreddamento, e aumenterà anche il costo.

Ci sono alcune situazioni in cui la cogenerazione è una buona opzione. I produttori di prodotti in legno userebbero un sistema combinato di calore ed elettricità perché hanno una grande quantità di scarti di legno e una necessità sia di calore che di energia. Altri luoghi in cui questi sistemi sarebbero ottimali sono ospedali e prigioni, che hanno bisogno di energia e calore per l’acqua calda. Questi sistemi sono dimensionati in modo tale da produrre abbastanza calore per adattarsi al carico termico medio, in modo che non sia necessario ulteriore calore e che non sia necessaria una torre di raffreddamento.