Laboratorio Biomasse · Servizi di analisi, monitoraggio della qualità e attività di ricerca e...

Servizi di analisi,

monitoraggio della qualità

e attività di ricerca e sviluppo

Quaderno del Laboratorio Biomasse

Marzo 2016

Laboratorio Biomasse

UNIVERSITÀ POLITECNICA DELLE MARCHE

Dipartimento D3A

Via Brecce Bianche

60131 – Ancona – ITALY Tel: 0712204167 - 0712204297

Fax: 0712204167

Email: [email protected]

Web: www.laboratoriobiomasse.it


mailto:[email protected]

http://www.laboratoriobiomasse.it

Laboratorio Biomasse – Dipartimento D3A - Università Politecnica delle Marche

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Il Laboratorio Biomasse

Conoscere, comprendere e valutare sono i tre elementi essenziali verso cui - il

Laboratorio Biomasse dell’Università Politecnica delle Marche - orienta il proprio

operato, che consiste anche di attività per conto delle aziende e degli Enti coinvolti

nel settore delle biomasse ad uso energetico ed industriale.

Il gruppo di lavoro pone al centro delle proprie azioni la misura come momento

necessario per comprendere le problematiche, valutare le opportunità e le soluzioni

da intraprendere nei diversi contesti operativi.

Costituito da un gruppo di ricercatori e tecnici, il Laboratorio Biomasse svolge

attività di servizio e di ricerca mediante l’utilizzo di una serie di impianti, attrezzature

e strumentazioni idonee per affrontare in modo organico ed innovativo le principali

tematiche riguardanti le materie prime, i processi ed i sistemi impiegati nel settore.

Il Quaderno del Laboratorio Biomasse nasce dall’esigenza di far conoscere agli

operatori le principali attività del gruppo di lavoro, proponendo in modo sintetico

tutte le informazioni necessarie per avviare un percorso di collaborazione con la

nostra unità.

Prof. Giuseppe Toscano

Responsabile Laboratorio Biomasse

Via Brecce Bianche – 60131 – Ancona – ITALY - Tel/Fax: 071 220 4167

Web: www.laboratoriobiomasse.it ; email: [email protected]




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Pagina 5

Attività analitiche sulle biomasse solide 6

Analisi della qualità del pellet 8

Pacchetti analitici e soluzioni su misura 9

Analisi della qualità delle ceneri 10

Analisi delle emissioni e test di combustione 11

Monitoraggio delle biomasse in impianto 12

Installazione di laboratori presso impianti 14

Analisi delle biomasse liquide 16

Test di estrazione dell’olio da oleaginose 17

Trattamenti termici delle biomasse 18

Valutazione della sostenibilità dei biocombustibili 20

Sviluppo di nuovi metodi di analisi delle biomasse 22

Analisi tramite spettroscopia infrarossa 23

Ingegnerizzazione del pellet e dei densificati 24

Test delle performance di strumenti per l’analisi delle biomasse 25

Indice






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Il laboratorio

Il Laboratorio Biomasse effettua la ca-

ratterizzazione della biomassa solida e

liquida per usi energetici ed industriali

mediante strumenti dedicati di analisi e

applicando metodologie conformi alle

più recenti norme tecniche nazionali ed

europee per il settore energetico.

Norme di riferimento

Per la valutazione dei biocombustibili

solidi il Laboratorio Biomasse si riferisce

al pacchetto di nuove norme UNI EN ISO

17225. Il riferimento per le biomasse

liquide è la norma UNI/TS 11163:2009.

Analisi di laboratorio sulle biomasse solide

L’analisi dei diversi parametri chimico–fisici di una biomassa consente di esprimere

un giudizio sulle sue prestazioni tecniche, energetiche ed ambientali. Nella tabella

seguente sono elencate le principali analisi di caratterizzazione delle biomasse soli-

de eseguite dal Laboratorio. Il gruppo di lavoro, grazie all’esperienza maturata nel

settore, è in grado di supportare gli utenti nella scelta del tipo di analisi da svolgere

e, in generale, del corretto approccio analitico da seguire, a seconda delle diverse

esigenze e del contesto.

Precisione e accuratezza del dato

Al fine di verificare la qualità dei propri protocolli di analisi e l’affidabilità delle rispo-

ste, il Laboratorio Biomasse partecipa annualmente a round robin tra laboratori

specializzati nel settore. In particolare, negli ultimi due anni, il Laboratorio Biomasse

ha deciso di partecipare all’ICT-FT 2014 e ICT-FT 2015 organizzati dal BEA Institut

fur Bioenergie GmbH di Vienna per il controllo di diversi parametri. I certificati di

verifica di competenza sono visionabili sul sito www.laboratoriobiomasse.it.

Attività analitiche sulle biomasse solide

http://www.laboratoriobiomasse.it/ita/qualita_lb.html

http://www.laboratoriobiomasse.it/ita/qualita_lb.html



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Analisi

I risultati delle analisi

L’iter analitico si completa nella

produzione di un report che riporta i

risultati delle analisi, le principali

informazioni sul campione, le

normative di riferimento e, se si

ritiene necessario, delle note da

parte degli operatori.

Il Laboratorio Biomasse è a

disposizione degli utenti per

opportune valutazioni sui risultati

delle analisi ed un eventuale

con f ron to su l le az ion i da

intraprendere.

Come richiedere l’analisi ed

inviare il campione

Per richiedere un preventivo o

informazioni su altre analisi di interesse

scrivere a [email protected] oppure

chiamare i numeri 071-2204167 o 071

-2204297.

Insieme al preventivo il Laboratorio

Biomasse fornirà informazioni relative

alle modalità di spedizione, le quantità

di campione da inviare e i tempi di

restituzione dei risultati.

ANALISI METODOLOGIA

Campionamento delle biomasse UNI EN 14778

Preparazione del campione UNI EN 14780

Contenuto di umidità ISO 18134-2

Contenuto di ceneri ISO 18122

Potere calorifico superiore UNI EN 14918

Potere calorifico inferiore o netto UNI EN 14918

Analisi elementare (CHNO/S) ISO 16948

Contenuto di zolfo e cloro ISO 16994

Cloro, sodio e potassio solubile ISO 16995

Metalli pesanti ISO 16968

Elementi maggiori ISO 16967

Massa volumica ISO 17828

Distribuzione granulometrica ISO 17827-1

Sostanza volatile ISO 18123

Temperatura di fusione ceneri UNI CEN/TS 15370

Durabilità meccanica (pellet) ISO 17831-1

Diametro e lunghezza (pellet) ISO 17829

Polveri (pellet) UNI EN 15210-1



mailto::[email protected]


Pagina 8

Il set di parametri fondamentali per

completare il quadro analitico richie-

sto dalle norme sui pellet, e stabilire

quindi le classi di appartenenza, è

dettagliato nella tabella a fianco. Tut-

tavia, è possibile anche optare per

una caratterizzazione parziale dei

prodotti, selezionando i parametri

indispensabili per un controllo di base

della qualità.

Obiettivo

L’obiettivo è permettere al produttore o al rivenditore di disporre di garanzie sulle

prestazioni energetiche, sul comportamento nell’impianto termico e sugli aspetti

ambientali.

Biocombustibili di qualità standard

Il pellet ed i biocombustibili densificati han-

no fatto registrare negli ultimi anni un utiliz-

zo sempre più diffuso. Il successo è legato

agli standard qualitativi, relativamente

elevati per questa categoria di prodotti.

Le normative UNI EN ISO 17225-2 e 6 sta-

biliscono, sulla base di parametri fonda-

mentali, le classi di qualità dei pellet e dei

densificati in generale.

Il Laboratorio Biomasse è attrezzato per la

completa caratterizzazione di tali prodotti

e, pertanto, è in grado di verificare il rispet-

to delle specifiche di qualità previste dalla normativa vigente.

Analisi della qualità del pellet

ANALISI METODOLOGIA


Diametro e lunghezza pellet ISO 17829

Massa volumica apparente ISO 17828

Contenuto di umidità ISO 18134-1


Durabilità meccanica ISO 17831-1

Potere calorifico inferiore UNI EN 14918

Azoto ISO 16948

Cloro e Zolfo ISO 16994

Metalli pesanti ISO 16968

Analisi fusibilità ceneri UNI CEN/TS 15370

Analisi

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Pacchetti analitici e soluzioni su misura

Soluzioni su misura

Il Laboratorio Biomasse è altresì disponibile ad individuare delle soluzioni analitiche

su misura per trovare risposta anche alle esigenze più specifiche e particolari.

Sempre in linea con il laboratorio mediante il «QR code»

E’ un nuovo servizio che rende rapido e sicuro l’acces-

so ai risultati delle analisi di laboratorio, ai report del

monitoraggio e al controllo qualità. Il Laboratorio Bio-

masse restituisce i risultati delle analisi collegati ad

un “QR code” che il cliente può utilizzare secondo le

proprie esigenze (es. applicato al sacco di pellet, in

accompagnamento al cippato, come controllo dei for-

nitori).

Pacchetti analitici

Il Laboratorio Biomasse propone delle soluzioni di analisi a prezzi convenienti per

soddisfare esigenze particolarmente diffuse, quali:

attività di controllo e monitoraggio della qualità di materie prime e prodotti

assegnazione delle classi di appartenenza previste dalla normativa vigente

verifica della conformità con l’etichettatura e le certificazioni

prevedere le performance del prodotto nei diversi impianti termici

Soluzioni analisi pellet

Per il controllo della qualità del pellet i pacchetti dedicati di analisi sono:

ISO 17225

QUALITY

BASIC

I pacchetti analitici, sviluppati ad

hoc, permettono a produttori e

distributori di verificare l’effettiva

qualità dei propri prodotti e control-

larne la conformità con le più diffu-

se certificazioni (EN plus, DIN plus)

e le più recenti normative che sta-

biliscono le classi di qualità dei

pellet (UNI EN ISO 17225-2 e 6).



Tipologia di analisi ISO 17225 QUALITY BASIC

Preparazione del campione X X X

Diametro e lunghezza pellet X

Massa volumica apparente X

Contenuto di umidità X X

Contenuto di ceneri X X X

Durabilità meccanica X

Polveri X

Potere calorifico inferiore X X X

Azoto X X X

Cloro e Zolfo X X

Metalli pesanti X

Analisi fusibilità ceneri *

SOLUZIONI ANALISI PELLET




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Caratterizzazione chimico-fisica delle

ceneri

Il Laboratorio Biomasse esegue analisi sia del-

la quantità delle ceneri contenute nelle bio-

masse che della loro qualità. E’ munito dei

sistemi per la caratterizzazione chimica delle

ceneri e della strumentazione specifica per

l’analisi del loro comportamento termico

(analizzatore di fusibilità).

Le metodiche di analisi adottate dal laboratorio

sono quelle stabilite dalle normative vigenti

(vedi tabella).

Il problema della fusione delle ceneri

La presenza delle ceneri nei biocombustibili rappre-

senta un aspetto molto critico per tutte le tecnologie di

conversione energetica. Oltre a costituire un sottopro-

dotto della combustione, che deve essere

periodicamente rimosso e smaltito, le cene-

ri sono anche alla base di diverse problema-

tiche di natura tecnica (formazione di incro-

stazioni, corrosioni, produzione di agglome-

rati, ceneri leggere) e ambientale (polveri).

Tali criticità sono strettamente legate alla composizio-

ne chimica di questi materiali condizionandone il com-

portamento termico (temperature di fusione e di volati-

lizzazione).

Analisi della qualità delle ceneri

Analisi ANALISI METODOLOGIA



Analisi fusibilità ceneri UNI CEN/TS 15370

Frazione minerale ISO 16967

Sodio, Cloro e Potassio solubili ISO 16995

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Analisi delle emissioni e test di

combustione



Valutazione delle prestazioni del pellet in stufa domestica

Il Laboratorio Biomasse mette a disposizione le proprie competenze ed attrezzature

per fornire un servizio di consulenza agli utilizzatori che riscontrano delle problema-

tiche nell'utilizzo di alcune forniture di pellet legate a diversi fattori (non conformità

del prodotto all'etichetta, presenza di sostanze estra-

nee, ecc.). Verrà fornito un parere tecnico sulla quali-

tà del combustibile in esame sulla base di:

test di combustione in stufa, allo scopo di

identificare anomalie in combustione deri-

vanti da formazioni di residui nel bruciatore,

problemi nell'alimentazione dell'apparecchio,

ecc.;

analisi del contenuto di ceneri e verifica della

loro fusibilità;

analisi di alcuni parametri spia legati alla

presenza di materie prime di scarsa qualità

(es. plastiche, colle, legni trattati, ecc.).

Analisi delle emissioni

Il Laboratorio Biomasse dispone di una

serie di strumenti portatili per la misura

delle emissioni (solide e gassose) prodotte

da dispositivi di combustione a biomassa,

consentendo di effettuare campionamenti

direttamente in situ su impianti esistenti.

Inoltre, il laboratorio dispone di un banco

emissioni costituito da:

una stufa a pellet (12 kWt circa) per

eseguire dei test di combustione su

materiale pellettizzato

un tunnel di diluizione a flusso intero

per la misura del particolato totale,

compresa la frazione condensabile (come richiesto dal decreto termico) e la

misura delle emissioni in condizioni di combustione non stazionarie.



Fasi del “piano di monitoraggio”


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Il controllo della qualità a sistema

Attraverso una serie di campionamenti periodi-

ci e pianificati della biomassa, condotti con

metodi definiti dalla normativa ed in grado di

rappresentare il lotto della produzione da ca-

ratterizzare, si realizza un sistema di gestione

della qualità.

Questo strumento di controllo può essere util-

mente applicato sia in contesti di produzione di biocombustibili (es. pellet e cippato)

sia negli impianti dedicati alla produzione di energia termica ed elettrica.

Mediante l’utilizzo di diversi strumenti di analisi statistica, tra cui le carte di control-

lo, è possibile verificare che i parametri analitici di interesse misurati sulla biomassa

rientrino in intervalli di accettabilità. Questi possono essere definiti dalla normativa

o dallo stesso utente sulla base di criteri tecnici (es. specifiche di impianto) o di

carattere economico (es. prezzo della biomassa).

Monitoraggio delle biomasse in impianto

Reperimento delle

informazioni dell’impianto

Selezione dei parametri

da analizzare

Modalità di campionamento

Analisi di laboratorio

Realizzazione delle carte di controllo

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Il Laboratorio Biomasse si propone di:

mettere a punto piani di monitoraggio specifici per raggiungere gli obiettivi di

controllo della qualità sostenendo bassi costi analitici

prelevare campioni rappresentativi di biomasse da sottoporre alle analisi di la-

boratorio o addestrare operatori in impianto

analizzare i campioni per i parametri selezionati in accordo con le attuali norma-

tive del settore

realizzare le carte di controllo per monitorare l’andamento del processo

Obiettivi chiave per gli impianti

I risultati del monitoraggio consentono di:

mantenere in efficienza il processo di conversione energetica e/o assicurare la

qualità del biocombustibile grazie al controllo preventivo e ben pianificato della

qualità delle materie prime

controllare e classificare i fornitori di materia prima sulla base della qualità della

biomassa consegnata in impianto

identificare le categorie di biomasse che si dimostrano più critiche per l’utilizzo

in impianto

dimostrare il perseguimento di obiettivi di qualità del processo o del prodotto

(possibilità di implementare in un Sistema di Gestione Qualità)

Soluzioni






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Perché implementare un laboratorio presso il proprio impianto?

risultati delle analisi in tempi brevi

riduzione dei costi

azione di monitoraggio della qualità

della biomassa più incisiva

controllo ambientale più efficace e pos-

sibilità di implementare protocolli di

autocertificazione

maggiore predisposizione all’implemen-

tazione di sistemi di monitoraggio più

completi supportati da un laboratorio

specializzato

maggiore capacità decisionale nell’am-

bito dell’approvvigionamento della bio-

massa

Installazione di laboratori presso impianti

Le quattro fasi di intervento del

“Laboratorio Biomasse”

1) Visita in impianto: analisi conte-

sto, definizione obiettivi

2) Progettazione: individuazione

possibili soluzioni tecniche

3) Implementazione: scelta di siste-

mi e macchine e configurazione

organizzativa del laboratorio

4) Formazione: addestramento del

personale tecnico


Laboratorio in impianto

Pagina 15

Analisi

Quali parametri analizzare in

impianto?

Installare un laboratorio in impian-

to richiede una fase di progettazio-

ne molto attenta che parte dalla

definizione corretta degli obiettivi

da raggiungere.

La struttura deve essere configurata per determinare i parametri analitici indicativi

della qualità della biomassa di più semplice determinazione. In tabella sono riportati

alcuni parametri che — secondo l’esperienza del Laboratorio Biomasse — possono

essere determinati senza difficoltà da un laboratorio in impianto e fornire importanti

informazioni agli operatori per esprimere un primo giudizio di carattere tecnico ed

economico del prodotto.

Il Laboratorio Biomasse è in grado di supportare gli impianti, oltre che nelle fasi di

intervento, anche nella predisposizione di metodi di analisi e controllo dei dati.

ANALISI STRUMENTAZIONE

Umidità Stufa ventilata e bilancia

tecnica

Granulometria Setacci, vibrovaglio e

bilancia tecnica

Massa volumica Contenitore cilindrico e bi-

lancia tecnica

Ceneri Muffola e bilancia di

precisione

Durabilità (pellet) Macchina della durabilità,

setaccio, bilancia tecnica

Esempio di possibile schema sinergico con il Laboratorio Biomasse

Campione di biomassa

Laboratorio in impianto

Controllo della biomassa tal quale con possibilità di intro-durre sistemi rapidi di analisi



Archiviazione dati e campioni

I campioni analizzati presso il labo-ratorio in impianto possono essere inviati al Laboratorio Biomasse qualora si necessiti di conferma del dato o di approfondimenti misuran-do altri parametri. Ciò consente di aumentare la resa del sistema ana-litico implementato.



Pagina 16

Analisi delle biomasse liquide

L’elenco delle analisi eseguibili

è dettagliato nella tabella a

fianco.

Obiettivo

L’obiettivo è quello di fornire

all’utente un quadro qualitativo

completo, utile sia a verificare il

rispetto delle specifiche tecni-

che previste dai sistemi di valo-

rizzazione energetica a cui sono

destinati che ad avere garanzie

sulle prestazioni energetiche e

sugli aspetti ambientali.

Oli e grassi naturali

Le principali biomasse liquide sono rappre-

sentate dagli oli vegetali che possono essere

estratti meccanicamente e/o chimicamente

da semi di colture oleaginose o derivare da

altri processi produttivi (scarti della ristorazio-

ne o residui del settore agroalimentare).

Il principale riferimento normativo per l’impie-

go energetico di oli e grassi è rappresentato

dalla UNI/TS 11163:2009.

Il Laboratorio Biomasse dispone degli stru-

menti necessari alla caratterizzazione di tali

prodotti e, pertanto, è in grado di verificare il

rispetto delle specifiche di qualità previste dagli impianti di conversione energetica.

ANALISI METODOLOGIA

Contenuto in ceneri ISO 6884

UNI EN ISO 6245

Potere Calorifico Superiore ASTM D240

Potere Calorifico Inferiore ASTM D240

Analisi elementare (CHNOS) CEN/TS 15104

Preparazione del campione Analisi composizione acidi grassi

ISO 5509 ISO 5508

Sostanze volatili UNI EN ISO 662 UNI EN ISO 665

Analisi termo gravimetrica Metodo in TGA – DTA

Densità ISO 6883

UNI EN ISO 3675

Viscosità (tra 20°C e 90°C) UNI EN ISO 3104

Acidità UNI EN ISO 660

Numero di iodio UNI EN ISO 3961

Contenuto di acqua UNI EN ISO 12937 UNI EN ISO 8534

Fosforo ISO 10540-3

Sodio e Potassio UNI EN 14108 UNI EN 14109

Analisi


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L’estrazione meccanica

La produzione di olio vegetale per estrazione meccani-

ca dai semi di oleaginose rappresenta un’interessante

opportunità per le filiere agricole di piccole e medie

dimensioni. I prodotti, olio grezzo e panello solido,

possono trovare applicazioni in ambiti diversi - alimen-

tare, energetico, zootecnico, agronomico - a secon-

da del tipo di seme utilizzato.

Il Laboratorio Biomasse, al fine di migliorare le

conoscenze del processo e accrescere la qualità

dei prodotti, ha condotto numerosi test utilizzando

diverse tipologie di seme e vari modelli di pressa

meccanica. Tipo di seme, temperatura e pressione

sono i parametri che maggiormente influenzano le

rese di processo e la qualità, pertanto sono stati

oggetto di studio nelle sperimentazioni.

Test di estrazione dell’olio da oleaginose

Pressa meccanica

Attualmente il Laboratorio Biomasse dispone di una pressa meccanica con capacità

operativa di circa 50-60 kg/h che utilizza per valutare la quantità di olio estraibile

meccanicamente dalle diverse tipologie di seme.

Negli ultimi anni la sperimentazione si è orientata maggiormente verso semi prove-

nienti da colture sperimentali (es. brassica carinata), da colture extraeuropee (es.

jatropha) e anche da semi recuperati da residui agroindustriali (es. vinaccioli, semi

di pomodoro).

Metodo Soxhlet

Al fine di determinare le rese del

processo di estrazione meccanica è

fondamentale conoscere il contenu-

to di olio nei semi sottoposti al pro-

cesso. A tale scopo il Laboratorio

Biomasse si avvale dell’estrazione

chimica (con solvente) mediante

metodo Soxhlet. Normativa di riferi-

mento: UNI EN ISO 659.






Pagina 18

Trattamenti termici delle biomasse

Upgrade delle biomasse

Il Laboratorio Biomasse studia da

alcuni anni tecniche di trattamento

termico della biomassa conducen-

do una serie test sperimentali sia

su biomasse solide residuali dei

settori agroalimentare e forestale

che su oli e grassi esausti.

Trattamenti termici in pillole

La torrefazione è un trattamento

delle biomasse lignocellulosiche

condotto a temperature comprese

tra 200 e 300°C, in atmosfera

inerte e pressione atmosferica. Dal

processo si ottiene un biocombu-

stibile ad alto contenuto energeti-

co, resistente ai microorganismi ed

idrofobo.

Il trattamento idrotermico consiste in una carbonizzazione

più o meno spinta delle biomasse condotta in mezzo acquo-

so, a pressione relativamente elevata e temperature com-

prese tra 180 e 260°C. Questo processo combina agli effet-

ti della torrefazione i benefici di una riduzione del contenuto

in ceneri.

La decarbossilazione degli oli consiste in una trattamento

termico di oli vegetali non edibili e/o esausti finalizzato alla

produzione di una misce-

la idrocarburica (C8 -

C17); le condizioni operative prevedono tempera-

ture comprese tra 300 e 400°C, atmosfera iner-

te e pressione variabile in funzione delle stesse

condizioni di reazione (100 bar circa); è possibile

influenzare l’efficienza del processo, nonché la

composizione della miscela idrocarburica in usci-

ta, mediante l’aggiunta di specifici catalizzatori.

Pagina 19

Torrefatto: biocombustibile di qualità

Con il trattamento termico delle biomasse è possibile ottenere un biocombustibile

dalle proprietà superiori, dotato infatti di maggiore densità energetica, omogeneità

(standardizzazione), facilità di macinazione, comportamento idrofobico, stabilità

biologica.

Idrotrattamento del legno per una “classe ISO” superiore

I trattamenti termici in mezzo acquoso possono trovare un’interessante

applicazione come pre-trattamento delle biomasse legnose destinate alla

produzione di pellet e densificati di elevata qualità.

Questo trattamento, infatti, è in grado di determinare su legni relativamente

scadenti (es. cippato ricco di corteccia o sporco di terra) un miglioramento del

potere calorifico ed una riduzione del contenuto di ceneri tali da consentire la

produzione di un pellet di classe di qualità superiore (ISO 17225).

Idrocarburi “BIO”

Trattando gli oli vegetali esausti in condizione particolari (che combinano elevate

temperature e pressioni con l’eventuale presenza di catalizzatori) è possibile

determinare il cracking dei gliceridi con la produzione di idrocarburi “green”

potenzialmente sostituibili ai combustibili fossili nell’alimentazione di motori navali.

I sistemi e l’approccio del Laboratorio Biomasse

Lo studio dei processi termici necessita di una serie di dispositivi atti alla realizzazio-

ne dei trattamenti e alla misura delle proprietà dei prodotti ottenuti. L’analizzatore

termogravimetrico (TGA/DTA) consente di studiare il comportamento termico delle

biomasse e di impostare adeguati piani sperimentali per i successivi test al reattore.

Il Laboratorio Biomasse dispone di due reattori da banco, uno per la conduzione di

test su scala di laboratorio, sia su biomasse solide che liquide, ed uno più grande

appositamente costruito per trattare matrici solide più grossolane.

Upgrade





La sostenibilità

Il concetto di sostenibilità racchiude in

sé molteplici aspetti, principalmente

ambientali, economici, sociali e istituzio-

nali, strettamente correlati tra loro. Una

delle attività per cui risulta prioritaria

l’applicazione di tale concetto è la produ-

zione di energia, alla base dello sviluppo

della società attuale, ma si sta sempre

più diffondendo anche alle filiere agroali-

mentari.

La valutazione della sostenibilità energe-

tica e ambientale, infatti, è uno strumen-

to utile per diverse finalità che spaziano

dall’ottimizzazione di processi e filiere

produttive a strumenti di marketing,

dalla verifica del rispetto di limiti imposti

da specifiche normative al miglioramen-

to dell’accettabilità sociale I campi di

applicazione possono essere molteplici.


Pagina 20

Il metodo di valutazione

La valutazione della sostenibilità energetica e ambientale dei prodotti è sempre più

legata ad approcci di tipo LCA (Life

Cycle Assessment) che considera-

no le intere filiere produttive, par-

tendo dall’estrazione delle materie

prime alla produzione e uso del

bene, fino alla disposizione dei

materiali di scarto. Tale approccio è

standardizzato e definito da specifi-

che norme tecniche internazionali.

Le analisi LCA si basano sull’impiego di informazioni relative ai flussi materiali e

energetici in ingresso (input) ed in uscita (output ed emissioni) ai processi. Per ogni

categoria di impatto a diverse fasi, attraverso software di elaborazione dati e ban-

che dati aggiornate e affidabili, vengono calcolati gli impatti. Un esempio tipico sono

CO2 eq emessi per l’analisi di Carbon footprint.

Valutazione della sostenibilità dei

biocombustibili

ANALISI METODOLOGIA

LCA-Principi e quadro di riferi-mento

UNI EN ISO 14040:2006

LCA-Requisiti e linee guida UNI EN ISO 14044:2006

Carbon footprint UNI ISO/TS 14067:2013

Water footprint UNI ISO/TS 14046:2014

Pagina 21

Soluzioni

Il Laboratorio Biomasse è

dotato di software e ban-

che dati LCA regolarmen-

te aggiornati. L’attività di

analisi, supportata dalle

conoscenze approfondite

del team di lavoro, con-

sente di valutare la soste-

nibilità di prodotti e servi-

zi nell’ambito delle bio-

masse, biocombustibili e

prodotti agroalimentari.

Attraverso misura e conoscenza dei flussi materiali ed energetici in ingresso e usci-

ta, unitamente all’utilizzo di software dedicati, sarà possibile determinare l’impatto

ambientale nelle diverse fasi della filiera.

La competenza del personale del Laboratorio Biomasse è attestata dalla partecipa-

zione allo sviluppo della normativa tecnica nazionale e internazionale in tema di

sostenibilità dei biocarburanti e biomasse.



N2O

CFC

SF6




Pagina 22

Sviluppo di nuovi metodi di analisi

delle biomasse

Strumentazione per l’analisi rapida delle biomasse

Il Laboratorio Biomasse, che da anni è vicino al settore industriale ed alle sue pro-

blematiche, si è equipaggiato di una serie di strumenti idonei allo sviluppo di metodi

di analisi rapida della qualità delle biomasse

ad uso energetico. Nello specifico:

spettrofotometro infrarosso a trasformata di

Fourier per la lettura di solidi in medio e vici-

no infrarosso

dispositivi per la misura rapida dell’umidità

nelle biomasse solide

analizzatore termogravimetrico e termico

differenziale

Il Laboratorio inoltre offre il servizio di calibra-

zione dei metodi di analisi effettuando il con-

fronto con le tecniche di misura a norma.

Analisi della qualità della biomassa

Il mercato delle biomasse energetiche sta

subendo una rapida espansione in rispo-

sta al continuo aumento della domanda

energetica globale e alla contemporanea

necessità di riduzione delle emissioni di

gas serra. In questo contesto, la determi-

nazione della qualità del biocombustibile,

definita dalla normativa tecnica, è un

requisito fondamentale per la tutela del

consumatore e dell’ambiente. Attualmen-

te, il controllo della qualità di una biomas-

sa viene eseguito in laboratori specializ-

zati e prevede la determinazione di una

serie di parametri chimici e fisici basata su metodologie analitiche lunghe e costose,

spesso non compatibili con le necessità industriali. Da qui l’interesse per lo sviluppo

di tecniche di analisi rapide, che possano essere eseguite senza l’impiego di perso-

nale specializzato e possibilmente non distruttive.

Pagina 23



La tecnica NIR

Il Laboratorio Biomasse sta portando avanti un ampio programma di ricerca per

consolidare l’uso della tecnica della spettroscopia infrarossa per la predizione dei

diversi parametri chimico-fisici che caratterizzano la qualità delle biomasse solide

ad uso energetico.

La tecnica NIRS (Near InfraRed Spectroscopy) presenta

una serie di vantaggi rispetto alle metodiche analitiche

convenzionali; è infatti veloce, poco costosa, non distrutti-

va e non richiede nessuna preparazione del campione.

Questa tecnologia è già applicata da tempo e con succes-

so in campo alimentare e farmaceutico e negli ultimi anni

anche al settore delle biomasse. Molto interessante è

l’applicazione dell’infrarosso direttamente in

linea, in processi produttivi automatizzati.

Così, analizzando automaticamente maggio-

ri quantità in minor tempo, è possibile ridur-

re anche le problematiche legate al campio-

namento effettuando, nel contempo, carat-

terizzazioni rappresentative della biomassa.

Attività del Laboratorio Biomasse nel campo dell’analisi ad infrarosso

Il Laboratorio Biomasse ha già in corso una serie di iniziative di ricerca e di appro-

fondimento della tecnica della spettroscopia infrarossa applicata alla determinazio-

ne della qualità delle biomasse. Tra queste iniziative sono state già avviate delle

attività volte a predire il contenuto dei principali parametri chimico-fisici richiesti

dalla normativa UNI EN ISO 17225 (es. potere calorifico, azoto, ceneri) ed ottenere

informazioni sulla natura e tipologia della biomassa in esame (distinzione tra bio-

massa erbacea e legnosa, legno di conifera e di latifoglia, presenza di corteccia nel

legno macinato).

Analisi tramite spettroscopia infrarossa



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Test di pellettizzazione

Il Laboratorio Biomasse dispone di

varie soluzioni per densificare la

materia prima a partire da materiali

lignocellulosici di diversa origine, sia

puri che in miscela, e di sistemi per

verificarne la rispondenza alle carat-

teristiche richieste .

Upgrade del combustibile

Il Laboratorio Biomasse è impegnato

nella sperimentazione di soluzioni

che mirano a migliorare la qualità

della biomassa per ciò che concerne

la fusibilità delle ceneri ed il compor-

tamento generale in caldaia. Ad

esempio è possibile, mediante la

corretta miscela di biomasse e l’uso

di specifici additivi inorganici, ridurre

i problemi di incrostazione e gli effet-

ti indesiderati del cloro.


Biocombustibili densificati

La densificazione delle biomasse per

la produzione di pellet o bricchette ad

uso energetico rappresenta un pas-

saggio produttivo strategico nella filie-

ra di produzione dei biocombustibili.

L’ampliamento di questa tecnica ad

una più ampia gamma di materie pri-

me pone nuove esigenze per raggiun-

gere standard di qualità del biocombu-

stibile che deve garantire le migliori

prestazioni possibili.

In proposito il Laboratorio Biomasse dispone di una linea operativa che mira a ele-

vare lo standard di qualità delle biomasse, in particolare agricole ed agroindustriali,

attraverso test di pellettizzazione di miscele e impiego di additivi inorganici.

Ingegnerizzazione del pellet

e dei densificati

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L’esperienza al servizio dell’innovazione

Il Laboratorio biomasse, grazie alla solida esperienza maturata nel campo delle

analisi sulle biomasse, si propone di sviluppare e/o testare nuove soluzioni analiti-

che, alternative a quelle di riferimento, allo scopo di individuare metodi di analisi

innovativi, più rapidi, economici ed efficienti.

Sempre di più cresce, infatti, la necessità da parte delle centrali a biomasse e dei

produttori di biocombustibili di ana-

lizzare alcuni parametri qualitativi

delle materie prime (es. umidità,

ceneri, contenuto energetico) al mo-

mento della fornitura. Di qui l’interes-

se verso sistemi di misura rapida.

Alla luce di ciò il laboratorio biomas-

se si propone di individuare, svilup-

pare, o semplicemente testare, nuovi

sistemi e strumenti di analisi atti a

soddisfare le specifiche esigenze

degli operatori.

Alcuni esempi di metodi analitici alternativi

Il Laboratorio Biomasse ha sviluppato un metodo semplificato per l’analisi della

fusibilità delle ceneri nei pellet. Il protocollo di analisi è stato sviluppato grazie all’e-

sperienza acquisita durante il progetto

i n t e r n a z i o n a l e d i r i c e r c a

“AshMelT” (www.ashmelt.eu) al quale il

Laboratorio Biomasse ha partecipato.

Il Laboratorio Biomasse ha anche collabo-

rato con note aziende del settore energeti-

co nazionale per individuare e testare dei

dispositivi per la misura rapida dell’umidità

nelle biomasse. Gli strumenti sono stati

testati su diverse tipologie di biomassa, a

vari gradi di umidità, e confrontati con il

metodo analitico di r iferimento

(essiccazione in stufa) al fine di verificarne

l’attendibilità.

Test delle performance di strumenti per

l’analisi delle biomasse






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Contatti

Il Gruppo di Lavoro

Il Laboratorio Biomasse opera presso il Dipartimento di Scienze Agrarie, Alimentari e

Ambientali (D3A) dell’Università Politecnica delle Marche.

Siamo all’interno del Polo Universitario di Monte Dago in via Brecce Bianche, 60131

Ancona (AN).

NOME RUOLO E-MAIL/TELEFONO

Giuseppe Toscano Responsabile del laboratorio [email protected]

071 220 4917

Ester Foppa Pedretti Ricerca e pubblicazioni [email protected]

071 220 4918

Daniele Duca Ricerca e pubblicazioni [email protected]

071 220 4631

Giorgio Rossini Analisi — laboratorio fisico [email protected]

071 220 4297/4692

Andrea Pizzi Sviluppo metodi analitici [email protected]

071 220 4167

Chiara Mengarelli Analisi — laboratorio chimico [email protected]

071 220 4167/4297

Manuela Mancini Dottoranda [email protected]

071 220 4167/4631

Alessio Ilari Dottorando [email protected]

071 220 4297

Elio Zerbini Tecnico di officina [email protected]

071 220 4692

Carla De Carolis Collaboratore — progetti di ricerca [email protected]

071 220 4297/4167

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Note



Dipartimento D3A Via Brecce Bianche – 60131 – Ancona – ITALY


Tel: 0712204167 - 0712204297

Fax: 0712204167

Email: [email protected]

Web: www.laboratoriobiomasse.it



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