Aspetti generali ed analisi dei sottoprodotti della combustione
La combustione è un fenomeno complesso: l’output di questa violenta reazione è, in prima istanza, il calore e, contemporaneamente, una serie di sottoprodotti e scarti che, in molti casi, possiedono caratteristiche e proprietà nocive per l’uomo e per l’ambiente circostante.
La combustione avviene all’interno di impianti dedicati: le caldaie a biomassa, ovvero caldaie progettate con accorgimenti tali da poter gestire le specificità del combustibile.
Le caldaie alimentate con biomassa legnosa necessitano di una specifica filosofia costruttiva che permetta di avere un efficiente utilizzo di un combustibile dal potere calorifico variabile e comunque tendenzialmente medio-basso, caratterizzato da un elevato tenore di umidità (fino al 60% di umidità massica relativa) e da una discreta variabilità delle caratteristiche nel medio periodo e nelle stagionalità (umidità, PCI, pezzatura, percentuale di inerti, etc.).
Alimentare una caldaia con combustibile solido necessita di:
Non ci soffermiamo qui sugli aspetti relativi a stoccaggio, movimentazione ed alimentazione, anche se di fondamentale importanza sotto il profilo della qualità finale dell’impianto. Passiamo agli aspetti di combustione e di trattamento delle emissioni.
Possiamo schematizzare i passi tipici del processo di combustione di biomassa solida come segue:
È importante sottolineare che il parametro principale affinché sottoprodotti ed inquinanti siano limitati è la qualità e stabilità della combustione. Tale parametro, in linea generale, dipende dal livello di controllo e stabilità che caldaia e impianto possono mantenere sulla reazione stessa, ovvero dal livello qualitativo della progettazione della caldaia e dall’utilizzo di combustibile adeguato alle caratteristiche d’impianto. Gli inquinanti che si producono possono essere trattati con un’apposita linea di abbattimento.
I principali controlli che un impianto di combustione a biomassa solida deve poter effettuare finemente, per gestire una reazione di combustione di qualità, sono:
A livello impiantistico, inoltre, è bene considerare:
In linea generale è accettato che il legno sia un combustibile pulito ed ecologico. Infatti possiamo concordare con il fatto che esso sia neutrale sotto il profilo della produzione di CO2, così come sostenibile (anche se alcune precisazioni debbono essere tenute presente, come la necessità di prevedere un opportuno ciclo di crescita e consumo ed un “sourcing” del combustibile in aree limitrofe all’impianto).
Nonostante l’elevata qualità, anche questa forma di combustibile genera sottoprodotti e scarti (inquinanti e non) per l’ambiente e per l’uomo. Per comodità li suddividiamo in:
La gestione delle ceneri da biomassa è disciplinata in Italia dalla parte IV del D.Lgs. 152/2006 (norme in materia ambientale) che le classifica come «rifiuti speciali non pericolosi», nella categoria rifiuti inorganici provenienti da processi termici.
In quanto tali, il conferimento in discarica è solamente l’ultima scelta attuabile per il loro smaltimento; esistono infatti procedure semplificate che consentono il recupero delle ceneri.
Infatti, limitatamente per le ceneri derivanti dalla combustione di legno vergine, ai sensi del D.M 186/2006, esiste la possibilità del recupero del sottoprodotto. Inoltre, recependo il regolamento CEE 2092/91, lo Stato Italiano accorda l’utilizzo di questo scarto, o meglio, sottoprodotto, quale concime ed ammendante per l’agricoltura biologica ( D.Lgs. 220/95).
Per quanto concerne le particelle solide, è bene ricordare che la combustione di biomassa è una fonte rilevante di particolato inalabile ovvero con dimensioni inferiori a 10 micron (PM10). Ai fini di quanto segue chiameremo tali particelle aerosol, proprio in virtù del fatto che risultano inalabili e, in un tempo relativamente breve, possono entrare nei tessuti (anche nel tessuto sanguigno) di animali e umani.
Queste particelle possono essere suddivise in:
La letteratura riconduce la formazione degli aerosol primari a tre fenomeni:
Gli aerosol secondari, invece, derivano dalla ricombinazione di COV e composti carboniosi nell’atmosfera. Da notare che, contrariamente a quanto ci si può attendere, gli aerosol secondari (SOA Secondary Organic Aerosol – SIA Secondary Inorganic Aerosol) contribuiscono in modo determinante alla formazione delle polveri fini inalabili nell’atmosfera e, grazie ad un effetto di riflessione ed autoriscaldamento, all’amplificazione dell’inquinamento luminoso e del riscaldamento dell’aria.
È rilevante sottolineare come i livelli di tossicità delle classi di inquinanti sopra indicate siano parecchio differenti fra loro.
A ciò va aggiunto che, trattandosi di categorie di inquinanti che “emergono” in regimi di combustione non ottimale, anche il comportamento dei sistemi di abbattimento più utilizzati tende a peggiorare e a non essere uniforme durante tali regimi.
In aggiunta a quanto sopra, ogni reazione di combustione, tipicamente, produce talune categorie di molecole allo stato gassoso:
In particolare la combustione di biomassa legnosa, sotto l’aspetto degli inquinanti gassosi, è relativamente innocua. Sono comunque da notare emissioni di gas acidi, che usualmente hanno concentrazioni limitate, ma possono variare in modo consistente a seconda dell’effettivo tipo di biomassa in utilizzo. Tra questi gas acidi possiamo riscontrare:
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Aspetti generali ed analisi dei sottoprodotti della combustione
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