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Nel settore residenziale la principale fonte di energia termica è tuttora il gas. In Emilia-Romagna si punta a una riduzione di consumi e ad un aumento delle fonti rinnovabili, puntando su biomasse e pompe di calore. Il punto su ricerca e nuove applicazioni per la sostituzione e la limitazione di emissioni inquinanti.

A causa del crescente utilizzo di impianti a biomassa di bassa e media potenza termica (sotto i 50 kW), in particolare per il riscaldamento domestico, si assiste ad un incremento delle emissioni di PM2,5 dalla combustione di biomassa raggiungendo, particolarmente nel contesto urbano, livelli allarmanti. Attualmente sono impiegate diverse tecnologie industriali per la filtrazione di particolato ad alta efficienza (oltre il 99%), ma il costo elevato non ne ha permesso la loro applicazione in impianti di piccola e media taglia. Il documento mostra un innovativo sistema di filtrazione per particolato che è stato progettato per essere applicato ad a caldaie di piccola taglia alimentate a biomassa e testato in laboratorio in un impianto in scala. Il documento mostra inoltre come il processo di ottimizzazione del sistema di filtrazione sia stato condotto attraverso la definizione di un modello teorico e con lo scopo finale di realizzare un dispositivo semplice, di facile manutenzione, con un’elevata integrazione, anche con una piccola caldaia non alimentata a biomassa, con efficienza paragonabile con i sistemi di filtraggio attuali, sostenibile e affidabile. All’interno del laboratorio del Dipartimento di Ingegneria Industriale (DIN) sono stati sviluppati, testati e ottimizzati diverse prototipi: i risultati sperimentali sono riportati nell’articolo, dimostrando così il raggiungimento di risultati confrontabili con tecnologie normalmente impiegate.

E’ in fase di progettazione esecutiva un laboratorio di ricerca e sviluppo sulle energie rinnovabili, da realizzarsi presso il centro Ricerca e Sviluppo di HERA a Forlì. In tale laboratorio saranno impiegate, e integrate, le tecnologie più avanzate per la produzione di energia da fonte rinnovabile con l’obiettivo di massimizzarne l’efficienza e/o ridurne l’impatto ambientale e valutare le problematiche gestionali dei dispositivi, che ancora non hanno un’applicazione industriale. L’obiettivo di tale laboratorio è di portare all’interno dell’azienda il know-how necessario alla valutazione, progettazione e gestione di tali impianti, così da riversare sul territorio le migliori tecnologie disponibili. In particolare il laboratorio è suddiviso in quattro aree: una dedicata a diverse tipologie fotovoltaiche, una seconda dedicata alla conversione energetica delle biomasse, una terza dedicata alla produzione e utilizzo dell’idrogeno e una quarta di carattere didattico e divulgativo. Tale struttura è stata concepita come un centro di eccellenza per lo studio e la messa a punto delle migliori tecnologie in ambito di energie rinnovabili: infatti la strumentazione e le infrastrutture sono state progettate per poter ospitare anche nuovi e futuri impianti per ricerche avanzate su gestione e produzione di energie rinnovabili.

Tra le differenti tipologie di conversione della biomassa in energia, la combustione diretta per la produzione di calore è la tecnica più antica e la più matura dal punto di vista tecnologico. Sebbene già molta attività di ricerca sia stata svolta sia sui diversi processi di combustione delle biomasse che sulla caratterizzazione delle biomasse stesse, alcuni aspetti, come ad esempio l’ottimizzazione di alcuni parametri operativi di caldaie di piccole dimensioni, sono ancora da investigare. In particolare un parametro molto importante per l’influenza che esercita sull’efficienza di conversione, è il rapporto tra la portata della biomassa e la portata d’aria (eccesso d’aria) e le modalità di miscelazione delle due correnti. In questo articolo vengono analizzati i risultati sperimentali sulla combustione del mais in una caldaia commerciale di piccole dimensioni. Attraverso le campagne sperimentali è stato possibile descrivere alcune curve che definiscono l’andamento dell’efficienza di conversione in funzione dell’eccesso d’aria a diversi regimi di potenza. Durante le campagne sperimentali è stato anche monitorato l’impatto ambientale nelle diverse condizioni operative. In particolare è stata eseguita l’acquisizione dei seguenti parametri ambientali: polveri, CO, TOC NO2 SO2. Si può vedere come questi risultati, pur riferiti ad un impianto di piccole dimensioni, mostrino impatto ambientale largamente al di sotto dei limiti di legge fissati per i grandi impianti. I residui solidi sono sotto il 2% della massa iniziale, ma complicano la gestione dell’impianto, perchè difficilmente rimovibili. Sviluppi futuri vedranno il ripetersi di questi test su altre tipologie di biomassa, interessanti per il territorio italiano, con l’obiettivo di determinare una gestione delle piccole caldaie a biomassa che massimizzi l’efficienza e riduca l’impatto ambientale, come accade già per le caldaie a combustibile fossile.

Tra le differenti tipologie di conversione di biomassa in energia, la più matura da un punto di vista tecnologico è sicuramente la combustione diretta. Nonostante siano numerose le ricerche effettuate su differenti principi di funzionamento delle caldaie e sulle caratteristiche delle biomasse, restano tuttora da chiarire alcuni aspetti relativi all’ottimizzazione dei parametri di combustione nelle caldaie di piccole dimensioni. In tale contesto, si riportano i risultati di prove di combustione di granella di mais ottenuti utilizzando una caldaia commerciale con l’obiettivo di valutare l’influenza del rapporto tra la portata di combustibile e la portata dell’aria sul rendimento di combustione.