Gli impianti industriali sono generalmente situati lontano da vaste regioni forestali. Poiché il legno richiede sforzi per il trasporto, vede solo un uso limitato come materia prima nell'industria. Nel progetto SteamBio finanziato dall'UE, i ricercatori dell'Istituto Fraunhofer per l'ingegneria interfacciale e la biotecnologia IGB hanno collaborato con vari partner per cambiare tutto ciò, sviluppando una speciale tecnica di essiccazione a vapore che potrebbe ridurre significativamente i costi di trasporto. Un altro vantaggio è che la tecnica fornisce preziose materie prime per l'industria chimica. La tecnica è già in uso presso un impianto pilota in Spagna. Dall'11 al 15 giugno, i visitatori della fiera ACHEMA di Francoforte sul Meno potranno vedere di persona un modello della struttura (padiglione 9.2, Stand D66).

L'utilizzo del legno su scala industriale offre una grande opportunità per sostituire il petrolio greggio e il gas naturale. La sfida è trovare modi innovativi per trattare la biomassa in modo da consentire prodotti e processi di produzione sostenibili.

Normalmente, rifiuti forestali, il legno debole e altro legno inferiore viene macinato in trucioli di legno, che sono una materia prima importante per l'industria della lavorazione del legno. Sono inoltre utilizzati come combustibile nelle centrali termiche e negli impianti di riscaldamento a cippato. Però, l'alto contenuto di umidità del cippato fresco presenta due problemi:è molto pesante da trasportare, ed è difficile immagazzinare il carico umido. Se non è protetto dalla pioggia, il materiale marcisce rapidamente.

Rendere i trucioli di legno adatti al trasporto

Nell'ambito del progetto SteamBio finanziato dall'UE, ricercatori del Fraunhofer Institute for Interfaceal Engineering and Biotechnology IGB, insieme ad altri dieci partner di progetto di quattro paesi europei, ha sviluppato una nuova tecnica per adattare i trucioli di legno per il trasporto e lo stoccaggio. "Invece di trasportare la biomassa sotto forma di cippato, " spiega Siegfried Egner, capo dipartimento presso Fraunhofer IGB e coordinatore del progetto SteamBio, "lo torrefiamo:riscaldiamo la biomassa in un'atmosfera di vapore senza ossigeno. La biomassa ha tre componenti principali:cellulosa, lignina ed emicellulosa - e questo processo elimina completamente l'emicellulosa." Ciò riduce significativamente il peso del materiale, migliora il suo potere calorifico specifico e ci permette di macinare facilmente il materiale in una polvere altamente reattiva.

La biomassa torrefatta è idrorepellente e ha proprietà di combustione notevolmente migliorate, poiché è composto esclusivamente da idrogeno e carbonio. Può essere trasportato in contenitori sfusi aperti, poiché le gocce di pioggia si staccano dalla superficie senza penetrare all'interno. Inoltre, la biomassa torrefatta è notevolmente più leggera del materiale non trattato, che riduce notevolmente i costi di trasporto.

Sostituire il carbone con la biomassa

I trucioli di legno torrefatto possono essere facilmente schiacciati tra due dita. Possono essere compressi in pellet o macinati in polvere. Poiché ha una superficie maggiore, la polvere di biomassa possiede una maggiore reattività negli usi dei materiali rispetto ai pezzi più grandi. Nelle applicazioni energetiche, può anche essere miscelato con polvere di carbone e immesso nel sistema di combustione delle centrali elettriche a carbone. È addirittura possibile sostituire interamente il carbone con biomassa mantenendo lo stesso sistema di combustione.

Produrre prodotti chimici in modo sostenibile

Le sostanze volatili prodotte nel processo di torrefazione sono preziose. Possono essere elaborati per ottenere sostanze chimiche che fungono da materia prima per un'ampia gamma di prodotti industriali. Fino ad ora, questi prodotti chimici di piattaforma sono stati ottenuti da petrolio greggio o gas naturale; Ora, la torrefazione offre un modo sostenibile per produrli. "Nel caso di molti materiali da biomassa, i prodotti chimici della piattaforma generano così tanti profitti da finanziare l'intero processo di torrefazione, "dice il dottor Antoine Dalibird, responsabile del gruppo presso Fraunhofer IGB.

Asciugatura a vapore a oltre 200 gradi

Ma cosa succede esattamente durante il processo di trattamento termico? "La torrefazione in sé non è una tecnica nuova, " spiega Bruno Scherer, ingegnere di progetto presso Fraunhofer IGB. "Nel progetto SteamBio, usiamo la tecnologia di essiccazione a vapore che è stata sviluppata presso l'IGB e che abbiamo adattato affinché questo processo funzioni a temperature comprese tra 200 e 250 gradi Celsius." La particolarità della tecnica è che l'umidità contenuta nella biomassa e i prodotti vaporosi di torrefazione vengono sistematicamente trattenute nella camera di processo e diventano esse stesse il mezzo di processo." In altre parole, lavoriamo con vapore surriscaldato, "dice Scherer.

Le alte temperature seccano la biomassa e provocano la volatilità dei composti organici con bassi punti di ebollizione. Mentre la cellulosa e la lignina rimangono allo stato solido, le sostanze volatili passano nella fase gassosa. I ricercatori utilizzano condensatori speciali per catturare queste sostanze gassose e raffreddarle selettivamente, recuperandoli così come liquidi.

È stato costruito un impianto pilota, installato e gestito presso il partner di progetto Heckmann Metall- und Maschinenbau GmbH, dove funziona 24 ore al giorno, 7 giorni a settimana. Come biomassa viene utilizzato legno di faggio. La struttura è stata poi trasferita in Spagna nel gennaio 2018 per continuare l'operazione. Qui, partner del progetto pino torrefy, legno di quercia e faggio, così come le potature dei vigneti e gli scarti della produzione dell'olio d'oliva. I ricercatori del Fraunhofer IGB saranno alla fiera ACHEMA 2018 di Francoforte sul Meno per mostrare un impianto pilota modello e campioni essiccati e torrefatti; li trovate presso lo stand comune Fraunhofer nel padiglione 9.2, Stand D66.