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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
Laboratorio Biomasse
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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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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Laboratorio Biomasse – Dipartimento D3A - Università Politecnica delle Marche
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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
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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
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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
Preparazione del campione UNI EN 14780
Diametro e lunghezza pellet ISO 17829
Massa volumica apparente ISO 17828
Contenuto di umidità ISO 18134-1
Contenuto di ceneri ISO 18122
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).
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Web: www.laboratoriobiomasse.it ; email: [email protected]
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
Preparazione del campione UNI EN 14780
Contenuto di ceneri ISO 18122
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
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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 Biomasse
Laboratorio in impianto
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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
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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.
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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.
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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.
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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
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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.
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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
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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.
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N2O
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SF6
Laboratorio Biomasse – Dipartimento D3A - Università Politecnica delle Marche
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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.
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Via Brecce Bianche – 60131 – Ancona – ITALY - Tel/Fax: 071 220 4167
Web: www.laboratoriobiomasse.it ; email: [email protected]
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.
Laboratorio Biomasse – Dipartimento D3A - Università Politecnica delle Marche
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
Via Brecce Bianche – 60131 – Ancona – ITALY - Tel/Fax: 071 220 4167
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Laboratorio Biomasse – Dipartimento D3A - Università Politecnica delle Marche
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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]
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Note
Dipartimento D3A Via Brecce Bianche – 60131 – Ancona – ITALY
Laboratorio Biomasse
Tel: 0712204167 - 0712204297
Fax: 0712204167
Email: [email protected]
Web: www.laboratoriobiomasse.it
