Un'occasione per passare alle fonti rinnovabili per il riscaldamento, elettricità e carburante, fornendo anche nuove opportunità a diverse industrie per produrre un gran numero di prodotti rinnovabili. Questo è il verdetto dei ricercatori della Chalmers University of Technology, Svezia, chi adesso, dopo 10 anni di ricerca energetica sulla gassificazione delle biomasse, vedere una serie di nuove conquiste tecnologiche.

"Il potenziale è enorme! Utilizzando solo gli impianti energetici svedesi già esistenti, potremmo produrre carburanti rinnovabili equivalenti al 10% del carburante mondiale per l'aviazione, se tale conversione fosse pienamente attuata, "dice Henrik Thunman, Professore di Tecnologia Energetica a Chalmers.

Come implementare un passaggio dai combustibili fossili alle energie rinnovabili è una questione delicata per molti settori. Per le industrie pesanti, come raffinerie di petrolio, o l'industria della carta e della pasta di legno, è particolarmente urgente iniziare a muoversi, perché i cicli di investimento sono così lunghi. Allo stesso tempo, è importante ottenere l'investimento giusto perché potresti essere costretto a sostituire le caldaie o gli impianti in anticipo, il che significa grandi costi finanziari. Grazie agli sforzi strategici a lungo termine, i ricercatori della Chalmers University of Technology svedese hanno ora aperto la strada a cambiamenti radicali, che potrebbe essere applicato a nuovi impianti, oltre ad essere implementato in migliaia di impianti esistenti in tutto il mondo.

La soluzione presentata prevede una gassificazione diffusa della biomassa. Questa tecnologia in sé non è nuova. Spiegato in modo approssimativo, quello che sta succedendo è che alle alte temperature, la biomassa viene trasformata in gas. Questo gas può quindi essere raffinato in prodotti finali che sono attualmente fabbricati da petrolio e gas naturale. I ricercatori di Chalmers hanno dimostrato che un possibile prodotto finale è il biogas che può sostituire il gas naturale nelle reti di gas esistenti.

In precedenza, lo sviluppo della tecnologia di gassificazione è stato ostacolato da gravi problemi con il rilascio di catrame dalla biomassa, che interferisce con il processo in diversi modi. Ora, i ricercatori della divisione Energy Technology di Chalmers hanno dimostrato di poter migliorare la qualità del biogas attraverso processi chimici, e il tar può essere gestito anche in modi completamente nuovi. (Vedi animazione e immagine sotto.) Questo, in combinazione con uno sviluppo parallelo di materiali di scambio termico, offre possibilità completamente nuove per convertire le caldaie del teleriscaldamento in gassificatori a biomassa.

"Ciò che rende questa tecnologia così attraente per diversi settori è che sarà possibile modificare le caldaie esistenti, che può quindi integrare la produzione di calore ed elettricità con la produzione di combustibili e prodotti chimici senza fossili.", dice Martin Seemann, Professore Associato in Tecnologia Energetica a Chalmers.

"Abbiamo ricostruito in questo modo la nostra caldaia di ricerca nel 2007, e ora abbiamo più di 200 anni-uomo di ricerca per sostenerci, " afferma il professor Henrik Thunman. "In combinazione con le lezioni su scala industriale apprese durante il progetto dimostrativo GoBiGas (Gothenburg Biomass Gasification), lanciato nel 2014, ora è possibile per noi dire che la tecnologia è pronta per il mondo".

Gli impianti che potrebbero essere convertiti alla gassificazione sono centrali elettriche e di teleriscaldamento, cartiere e cartiere, segherie, raffinerie di petrolio e impianti petrolchimici.

"Le soluzioni tecniche sviluppate dai ricercatori Chalmers sono quindi rilevanti in diversi settori industriali", dice Klara Helstad, Capo dell'Unità Industria Sostenibile presso l'Agenzia Svedese per l'Energia. "La competenza e l'infrastruttura di ricerca di Chalmers hanno svolto un ruolo cruciale per la dimostrazione di biocarburanti avanzati nell'ambito del progetto GoBiGas".

L'Agenzia svedese per l'energia ha finanziato la ricerca energetica e le infrastrutture a Chalmers per molti anni.

Quanto di questo potenziale tecnologico può essere realizzato dipende dalle condizioni economiche dei prossimi anni, e come ciò influenzerà la volontà dei settori industriale ed energetico di convertirsi. Anche la disponibilità di biomassa è un fattore cruciale. La biomassa è una risorsa rinnovabile, ma solo a condizione di non esaurire le condizioni per la sua produzione biologica. Esiste quindi un limite per la produzione totale di biomassa.

Potenziale per combustibili fossili tramite gassificazione, mediante modifica di impianti esistenti

• Gli impianti che potrebbero essere modificati hanno un tipo di caldaia a combustione chiamata letto fluidizzato. È la tecnologia più comune nelle centrali elettriche e di teleriscaldamento svedesi, ed è anche comune in molte cartiere e cartiere e segherie. In totale, oltre 100 impianti in Svezia dispongono di caldaie a letto fluido.
• Se tutti questi impianti fossero trasformati in gassificatori a biomassa, sarebbero in grado di produrre 346 TWh di biogas (metano) all'anno, data una sufficiente disponibilità di biomassa. Ciò corrisponde a circa l'uno per cento del consumo totale mondiale di gas naturale nel 2013.
• In alternativa, gli impianti potrebbero produrre 278 TWh di carburante per aerei all'anno, equivalent to approximately 10 percent of the world's total aviation fuel consumption in 2014.
• The biomass consumption in the above scenarios exceeds the production estimates of the Swedish agriculture and forestry industry, so a major conversion to biomass gasification would probably require a mixture of domestic and imported biomass.
• Globally, there are thousands of plants that have fluidised bed combustion, and could therefore be modified to biomass gasification.

Chemicals, materials and electrical fuels as end-products

• The technology is very flexible when it comes to end-products. Gasification of biomass produces syngas—a mixture of hydrogen, carbon monoxide and carbon dioxide—which can then be converted to a variety of hydrocarbons. In addition to biogas and aviation fuel, you can, Per esempio, produce methanol, gasoline and diesel.
• In addition to power and district heating plants and paper-, pulp- and sawmills, the conversion could also include oil refineries and petrochemical plants. The gasification process could provide renewable hydrocarbons that can replace oil in the production of fuels, chemicals and materials. But also, it offers the possibility of supplementing their operations with their own combustion of biomass.
• The technology can also be used to produce electro fuels. These are synthetic vehicle fuels that are produced with carbon dioxide captured from biomass combustion, electricity and water. In a future energy system, with a high proportion of electricity from solar cells and wind power, it could be a method of utilising electricity during surplus periods. An installation can be designed to switch between the production of electric fuel and other fuel, depending on the current electricity price.
• With sufficient access to biomass, the expanded production could coexist with existing production in the facilities, and provide an increased degree of utilisation for today's infrastructure.

The availability of sustainably produced biomass

There are differences in opinion over how much biomass can be produced in a sustainable way.

"My assessment is that biomass can make a significant contribution to the energy supply. But it is not enough to provide for all the applications that currently require fossil fuels, " says Göran Berndes, Professor of Biomass and Land use at Chalmers. "In this perspective, the conversion to gasification is very interesting, as it enables biomass to be used very efficiently to meet several different needs in society."

Göran Berndes continues, "regardless of how biomass is used in the end, it is important to ensure that it comes from sustainable forestry and agriculture. Laws, regulations and market-based sustainability certification schemes provide better conditions for sustainable production, but countries and individual actors differ in terms of sustainability priorities. It is therefore likely that the changeover to renewability will still be characterised by a debate regarding the sustainability of different solutions."