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 Biochara.pozzi@ichar.org

AGT – Advanced Gasification Technologyalessandro.pozzi@agtgasification.com

La produzione di biochar: dalla Terra Preta de Indio a oggi

Terra Preta de Indio Ferralsol

Le terre nere degli Indios (450 a.C. – 950 d.C.)

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

www.ichar.orginfo@ichar.org