Transcript quaderno_laboratorio - Laboratorio Biomasse

Laboratorio Biomasse
Servizi di analisi,
monitoraggio della qualità
e attività di ricerca e sviluppo
Laboratorio Biomasse
Quaderno del Laboratorio Biomasse
Marzo 2016
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 – Dipartimento D3A - Università Politecnica delle Marche
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Via Brecce Bianche – 60131 – Ancona – ITALY - Tel/Fax: 071 220 4167
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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
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Indice
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
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Laboratorio Biomasse – Dipartimento D3A - Università Politecnica delle Marche
Attività analitiche sulle biomasse solide
Il laboratorio
Il Laboratorio Biomasse effettua la caratterizzazione 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 solide 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 risposte, 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.
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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
confronto sulle azioni da
intraprendere.
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
Distribuzione granulometrica
Sostanza volatile
ISO 17828
ISO 17827-1
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
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.
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Analisi della qualità del pellet
Biocombustibili di qualità standard
Il pellet ed i biocombustibili densificati hanno fatto registrare negli ultimi anni un utilizzo 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 stabiliscono, sulla base di parametri fondamentali, 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 rispetto delle specifiche di qualità previste dalla normativa vigente.
Analisi
ANALISI
Preparazione del campione
UNI EN 14780
Diametro e lunghezza pellet
ISO 17829
Massa volumica apparente
Il set di parametri fondamentali per
completare il quadro analitico richiesto dalle norme sui pellet, e stabilire
quindi le classi di appartenenza, è
dettagliato nella tabella a fianco. Tuttavia, è possibile anche optare per
una caratterizzazione parziale dei
prodotti, selezionando i parametri
indispensabili per un controllo di base
della qualità.
METODOLOGIA
Contenuto di umidità
ISO 17828
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
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.
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Pacchetti analitici e soluzioni su misura
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
SOLUZIONI ANALISI PELLET
 QUALITY
Tipologia di analisi
ISO 17225
QUALITY
 BASIC
Preparazione del campione
X
X
I pacchetti analitici, sviluppati ad
Diametro e lunghezza pellet
X
hoc, permettono a produttori e
Massa volumica apparente
X
distributori di verificare l’effettiva
Contenuto di umidità
X
X
Contenuto di ceneri
X
X
qualità dei propri prodotti e controlDurabilità meccanica
X
larne la conformità con le più diffuPolveri
X
Potere calorifico inferiore
X
X
se certificazioni (EN plus, DIN plus)
Azoto
X
X
e le più recenti normative che staCloro e Zolfo
X
X
biliscono le classi di qualità dei
Metalli pesanti
X
Analisi fusibilità ceneri *
pellet (UNI EN ISO 17225-2 e 6).
BASIC
X
X
X
X
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’accesso ai risultati delle analisi di laboratorio, ai report del
monitoraggio e al controllo qualità. Il Laboratorio Biomasse 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 fornitori).
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Analisi della qualità delle ceneri
Il problema della fusione delle ceneri
La presenza delle ceneri nei biocombustibili rappresenta un aspetto molto critico per tutte le tecnologie di
conversione energetica. Oltre a costituire un sottoprodotto della combustione, che deve essere
periodicamente rimosso e smaltito, le ceneri sono anche alla base di diverse problematiche di natura tecnica (formazione di incrostazioni, corrosioni, produzione di agglomerati, ceneri leggere) e ambientale (polveri).
Tali criticità sono strettamente legate alla composizione chimica di questi materiali condizionandone il comportamento termico (temperature di fusione e di volatilizzazione).
Analisi
ANALISI
Preparazione del campione
Contenuto di ceneri
Analisi fusibilità ceneri
METODOLOGIA
UNI EN 14780
ISO 18122
UNI CEN/TS 15370
Frazione minerale
ISO 16967
Sodio, Cloro e Potassio solubili
ISO 16995
Caratterizzazione chimico-fisica delle
ceneri
Il Laboratorio Biomasse esegue analisi sia della quantità delle ceneri contenute nelle biomasse 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).
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Analisi delle emissioni e test di
combustione
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.
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 problematiche nell'utilizzo di alcune forniture di pellet legate a diversi fattori (non conformità
del prodotto all'etichetta, presenza di sostanze estranee, ecc.). Verrà fornito un parere tecnico sulla qualità del combustibile in esame sulla base di:

test di combustione in stufa, allo scopo di
identificare anomalie in combustione derivanti 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.).
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Monitoraggio delle biomasse in impianto
Il controllo della qualità a sistema
Attraverso una serie di campionamenti periodici e pianificati della biomassa, condotti con
metodi definiti dalla normativa ed in grado di
rappresentare il lotto della produzione da caratterizzare, si realizza un sistema di gestione
della qualità.
Questo strumento di controllo può essere utilmente 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 controllo, 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).
Fasi del “piano di monitoraggio”
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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Soluzioni
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 laboratorio o addestrare operatori in impianto

analizzare i campioni per i parametri selezionati in accordo con le attuali normative 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)
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Installazione di laboratori presso impianti
Perché implementare un laboratorio presso il proprio impianto?



risultati delle analisi in tempi brevi

controllo ambientale più efficace e possibilità di implementare protocolli di
autocertificazione
riduzione dei costi
azione di monitoraggio della qualità
della biomassa più incisiva

maggiore predisposizione all’implementazione di sistemi di monitoraggio più
completi supportati da un laboratorio
specializzato

maggiore capacità decisionale nell’ambito dell’approvvigionamento della biomassa
Laboratorio
in impianto
Laboratorio
Biomasse
Le quattro fasi di intervento del
“Laboratorio Biomasse”
1) Visita in impianto: analisi contesto, definizione obiettivi
2) Progettazione: individuazione
possibili soluzioni tecniche
3) Implementazione: scelta di sistemi e macchine e configurazione
organizzativa del laboratorio
4) Formazione: addestramento del
personale tecnico
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Analisi
Quali parametri analizzare in
impianto?
ANALISI
STRUMENTAZIONE
Umidità
Stufa ventilata e bilancia
tecnica
Granulometria
Setacci, vibrovaglio e
bilancia tecnica
Massa volumica
Contenitore cilindrico e bilancia tecnica
Installare un laboratorio in impianto richiede una fase di progettazioCeneri
ne molto attenta che parte dalla
definizione corretta degli obiettivi
Durabilità (pellet)
da raggiungere.
Muffola e bilancia di
precisione
Macchina della durabilità,
setaccio, bilancia tecnica
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.
Esempio di possibile schema sinergico con il Laboratorio Biomasse
Campione di
biomassa
I campioni analizzati presso il laboratorio in impianto possono essere
inviati al Laboratorio Biomasse
qualora si necessiti di conferma del
dato o di approfondimenti misurando altri parametri. Ciò consente di
aumentare la resa del sistema analitico implementato.
Laboratorio in impianto
Controllo della biomassa tal
quale con possibilità di introdurre sistemi rapidi di analisi
Archiviazione dati
e campioni
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Analisi delle biomasse liquide
Oli e grassi naturali
Le principali biomasse liquide sono rappresentate dagli oli vegetali che possono essere
estratti meccanicamente e/o chimicamente
da semi di colture oleaginose o derivare da
altri processi produttivi (scarti della ristorazione o residui del settore agroalimentare).
Il principale riferimento normativo per l’impiego energetico di oli e grassi è rappresentato
dalla UNI/TS 11163:2009.
Il Laboratorio Biomasse dispone degli strumenti 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
ANALISI
Contenuto in ceneri
Potere Calorifico Superiore
Potere Calorifico Inferiore
L’elenco delle analisi eseguibili
è dettagliato nella tabella a
fianco.
Analisi elementare (CHNOS)
Preparazione del campione
Analisi composizione acidi grassi
Sostanze volatili
Obiettivo
Analisi termo gravimetrica
L’obiettivo è quello di fornire
all’utente un quadro qualitativo
completo, utile sia a verificare il
rispetto delle specifiche tecniche previste dai sistemi di valorizzazione energetica a cui sono
destinati che ad avere garanzie
sulle prestazioni energetiche e
sugli aspetti ambientali.
Densità
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Viscosità (tra 20°C e 90°C)
Acidità
Numero di iodio
Contenuto di acqua
Fosforo
Sodio e Potassio
METODOLOGIA
ISO 6884
UNI EN ISO 6245
ASTM D240
ASTM D240
CEN/TS 15104
ISO 5509
ISO 5508
UNI EN ISO 662
UNI EN ISO 665
Metodo in TGA – DTA
ISO 6883
UNI EN ISO 3675
UNI EN ISO 3104
UNI EN ISO 660
UNI EN ISO 3961
UNI EN ISO 12937
UNI EN ISO 8534
ISO 10540-3
UNI EN 14108
UNI EN 14109
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Test di estrazione dell’olio da oleaginose
L’estrazione meccanica
La produzione di olio vegetale per estrazione meccanica 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 - alimentare, energetico, zootecnico, agronomico - a seconda 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.
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 provenienti 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 contenuto di olio nei semi sottoposti al processo. A tale scopo il Laboratorio
Biomasse si avvale dell’estrazione
chimica (con solvente) mediante
metodo Soxhlet. Normativa di riferimento: 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 conducendo 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 biocombustibile ad alto contenuto energetico, resistente ai microorganismi ed
idrofobo.
Il trattamento idrotermico consiste in una carbonizzazione
più o meno spinta delle biomasse condotta in mezzo acquoso, a pressione relativamente elevata e temperature comprese tra 180 e 260°C. Questo processo combina agli effetti 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 miscela idrocarburica (C8 C17); le condizioni operative prevedono temperature comprese tra 300 e 400°C, atmosfera inerte 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 uscita, mediante l’aggiunta di specifici catalizzatori.
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Upgrade
I sistemi e l’approccio del Laboratorio Biomasse
Lo studio dei processi termici necessita di una serie di dispositivi atti alla realizzazione 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.
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.
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Valutazione della sostenibilità dei
biocombustibili
La sostenibilità
Il concetto di sostenibilità racchiude in
sé molteplici aspetti, principalmente
ambientali, economici, sociali e istituzionali, strettamente correlati tra loro. Una
delle attività per cui risulta prioritaria
l’applicazione di tale concetto è la produzione di energia, alla base dello sviluppo
della società attuale, ma si sta sempre
più diffondendo anche alle filiere agroalimentari.
La valutazione della sostenibilità energetica e ambientale, infatti, è uno strumento 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 miglioramento dell’accettabilità sociale I campi di
applicazione possono essere molteplici.
Il metodo di valutazione
La valutazione della sostenibilità energetica e ambientale dei prodotti è sempre più
legata ad approcci di tipo LCA (Life
ANALISI
METODOLOGIA Cycle Assessment) che considerano le intere filiere produttive, parLCA-Principi e quadro di riferiUNI EN ISO 14040:2006 tendo dall’estrazione delle materie
mento
LCA-Requisiti e linee guida
UNI EN ISO 14044:2006 prime alla produzione e uso del
bene, fino alla disposizione dei
Carbon footprint
UNI ISO/TS 14067:2013 materiali di scarto. Tale approccio è
Water footprint
UNI ISO/TS 14046:2014 standardizzato e definito da specifiche 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 banche dati aggiornate e affidabili, vengono calcolati gli impatti. Un esempio tipico sono
CO2 eq emessi per l’analisi di Carbon footprint.
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Soluzioni
Il Laboratorio Biomasse è
dotato di software e banche dati LCA regolarmente aggiornati. L’attività di
analisi, supportata dalle
conoscenze approfondite
del team di lavoro, consente di valutare la sostenibilità di prodotti e servizi nell’ambito delle biomasse, biocombustibili e
prodotti agroalimentari.
Attraverso misura e conoscenza dei flussi materiali ed energetici in ingresso e uscita, 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 partecipazione allo sviluppo della normativa tecnica nazionale e internazionale in tema di
sostenibilità dei biocarburanti e biomasse.
N2O
SF6
CFC
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Sviluppo di nuovi metodi di analisi
delle biomasse
Analisi della qualità della biomassa
Il mercato delle biomasse energetiche sta
subendo una rapida espansione in risposta al continuo aumento della domanda
energetica globale e alla contemporanea
necessità di riduzione delle emissioni di
gas serra. In questo contesto, la determinazione della qualità del biocombustibile,
definita dalla normativa tecnica, è un
requisito fondamentale per la tutela del
consumatore e dell’ambiente. Attualmente, il controllo della qualità di una biomassa viene eseguito in laboratori specializzati 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 personale specializzato e possibilmente non distruttive.
Strumentazione per l’analisi rapida delle biomasse
Il Laboratorio Biomasse, che da anni è vicino al settore industriale ed alle sue problematiche, 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 vicino infrarosso

dispositivi per la misura rapida dell’umidità
nelle biomasse solide

analizzatore termogravimetrico
differenziale
e termico
Il Laboratorio inoltre offre il servizio di calibrazione dei metodi di analisi effettuando il confronto con le tecniche di misura a norma.
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Via Brecce Bianche – 60131 – Ancona – ITALY - Tel/Fax: 071 220 4167
Web: www.laboratoriobiomasse.it ; email: [email protected]
Analisi tramite spettroscopia infrarossa
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 distruttiva e non richiede nessuna preparazione del campione.
Questa tecnologia è già applicata da tempo e con successo 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 maggiori quantità in minor tempo, è possibile ridurre anche le problematiche legate al campionamento effettuando, nel contempo, caratterizzazioni 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 approfondimento della tecnica della spettroscopia infrarossa applicata alla determinazione 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 biomassa erbacea e legnosa, legno di conifera e di latifoglia, presenza di corteccia nel
legno macinato).
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Laboratorio Biomasse – Dipartimento D3A - Università Politecnica delle Marche
Ingegnerizzazione del pellet
e dei densificati
Biocombustibili densificati
La densificazione delle biomasse per
la produzione di pellet o bricchette ad
uso energetico rappresenta un passaggio produttivo strategico nella filiera di produzione dei biocombustibili.
L’ampliamento di questa tecnica ad
una più ampia gamma di materie prime pone nuove esigenze per raggiungere standard di qualità del biocombustibile che deve garantire le migliori
prestazioni possibili.
In proposito il Laboratorio Biomasse dispone di una linea operativa che mira a elevare lo standard di qualità delle biomasse, in particolare agricole ed agroindustriali,
attraverso test di pellettizzazione di miscele e impiego di additivi inorganici.
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 caratteristiche 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 comportamento 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 effetti indesiderati del cloro.
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Test delle performance di strumenti per
l’analisi delle biomasse
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 analitiche, 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 analizzare alcuni parametri qualitativi
delle materie prime (es. umidità,
ceneri, contenuto energetico) al momento della fornitura. Di qui l’interesse verso sistemi di misura rapida.
Alla luce di ciò il laboratorio biomasse si propone di individuare, sviluppare, 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’esperienza acquisita durante il progetto
internazionale
di
ricerca
“AshMelT” (www.ashmelt.eu) al quale il
Laboratorio Biomasse ha partecipato.
Il Laboratorio Biomasse ha anche collaborato con note aziende del settore energetico 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 riferimento
(essiccazione in stufa) al fine di verificarne
l’attendibilità.
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Laboratorio Biomasse – Dipartimento D3A - Università Politecnica delle Marche
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
Andrea Pizzi
Sviluppo metodi analitici
Chiara Mengarelli
Analisi — laboratorio chimico
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
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[email protected]
071 220 4297/4692
[email protected]
071 220 4167
[email protected]
071 220 4167/4297
[email protected]
071 220 4297/4167
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Web: www.laboratoriobiomasse.it ; email: [email protected]
Note
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Laboratorio Biomasse
Dipartimento D3A
Via Brecce Bianche – 60131 – Ancona – ITALY
Tel: 0712204167 - 0712204297
Fax: 0712204167
Email: [email protected]
Web: www.laboratoriobiomasse.it