Come risorsa rinnovabile, la biomassa rappresenta un'interessante alternativa ai combustibili fossili per la produzione di energia. piante ardenti, però, non è un processo completamente pulito; produce emissioni che variano a seconda della specie utilizzata, le condizioni di combustione, e il controllo dell'inquinamento atmosferico.

Per comprendere una componente di queste emissioni, un internazionale, team multidisciplinare guidato dai mineralogisti dell'Università della Pennsylvania ha utilizzato la microscopia altamente sensibile per studiare i fitoliti, piccoli depositi di minerali contenenti silicio o calcio presenti in alcune piante. Questi elementi chimici vengono assorbiti dal terreno insieme ad altri nutrienti. I fitoliti conferiscono alle piante forza e struttura e sono comuni in alcune famiglie di piante comunemente utilizzate per i biocarburanti, come le erbe.

Informare Colture e prodotti industriali , i ricercatori hanno scoperto che i fitoliti rimangono dopo che le piante sono state bruciate in un impianto di combustione di biocarburanti, ma in dimensioni delle particelle abbastanza grandi da non rappresentare un rischio per la salute. Ma poiché i fitoliti possono ridurre l'efficienza della conversione energetica, le centrali elettriche devono tenerne conto nelle loro operazioni, le note della squadra D'altra parte, le ceneri contenenti fitoliti risultanti dalla combustione potrebbero essere vendute per l'uso nella produzione di cemento o come fertilizzante.

"Questo è un argomento interessante perché la combustione della biomassa può avere molti vantaggi ma anche alcune conseguenze indesiderate, "dice Reto Gierè, uno scienziato ambientale alla Penn e autore senior dello studio. "Dobbiamo pensare a tali conseguenze quando vogliamo applicare questi metodi su larga scala".

Conosciuto come lo scheletro delle piante, i fitoliti sono per lo più studiati nel campo dell'archeologia; fitoliti conservati di piante antiche raccontano ai paleobotanici di ecosistemi preistorici e colture agricole. Ma questi residui ora si stanno rivelando interessanti per gli ingegneri, geologi, e chimici che studiano il ruolo dei fitoliti durante la combustione della biomassa e il loro potenziale impatto ambientale.

Gierè e Ruggero Vigliaturo, un ricercatore post-dottorato nel laboratorio di Gieré con esperienza in microscopia elettronica che è il primo autore dello studio, collaborato con ingegneri, chimici, e scienziati ambientali in Francia, Germania, e gli Stati Uniti per esaminare da vicino i fitoliti presenti in una specie vegetale a crescita rapida comunemente utilizzata nelle operazioni di biocarburante: Miscanthus sinensis , o erba d'argento cinese.

Gli scienziati hanno estratto fitoliti da campioni di erba secca e dal materiale raccolto nel ciclone di una centrale elettrica a biomasse, un dispositivo di controllo dell'inquinamento atmosferico. Utilizzando sia la microscopia ottica che quella elettronica a scansione, i ricercatori hanno osservato fitoliti nella materia prima e nelle ceneri volanti raccolte dal ciclone della centrale elettrica. La microscopia ottica a fluorescenza era particolarmente adatta a distinguere la struttura dei fitoliti, hanno trovato.

Le analisi chimiche hanno rivelato che i fitoliti di Miscanthus erano composti principalmente da silice, quale, quando inalato, è stato collegato a problemi respiratori.

"Però, i fitoliti stessi sono in realtà abbastanza grandi, "dice Gierè, "e troppo grande per entrare in profondità nei nostri polmoni."

Poiché i fitoliti stessi non bruciano nelle centrali elettriche, riducono l'efficienza complessiva delle operazioni e potrebbero ostruire i condotti dei fumi con particolato, notano i ricercatori.

Eppure i fitoliti non sono tutti cattivi. Forniscono i minerali necessari alle piante, e quindi la cenere residua dalla combustione della biomassa può essere utilizzata come fertilizzante. E proprio come la cenere di carbone viene utilizzata come legante nella produzione di cemento, la cenere contenente fitoliti potrebbe anche trovare una seconda applicazione in quell'industria, che è noto per il suo contributo alle emissioni globali di carbonio. L'uso di ceneri da biomassa ridurrebbe l'impronta di carbonio della produzione di cemento.

Inoltre, Miscanthus sinensis sembra assorbire notevoli quantità di zinco e cadmio man mano che cresce, i ricercatori hanno scoperto. Se piantato su un terreno contaminato da questi metalli, il raccolto potrebbe bonificare il terreno.

"Poi potremmo raccogliere il raccolto, brucialo per ottenere energia, e se troviamo il meccanismo giusto, recuperare lo zinco e il cadmio dalle ceneri, che poi può essere utilizzato come materia prima secondaria nell'industria del cemento, " dice Gire.

Come passo successivo, i ricercatori sperano di utilizzare la microscopia elettronica a trasmissione per ottenere dati ancora più precisi sulla composizione e la struttura dei fitoliti in un dato campione di cenere, informazioni che potrebbero aiutare le centrali a biomasse ad adattare di conseguenza i propri dispositivi di controllo dell'inquinamento atmosferico e l'input di carburante.

E poiché ogni specie vegetale ha un profilo fitolitico diverso, ognuno deve essere studiato in modo indipendente. I ricercatori stanno intraprendendo uno studio sui fitoliti del riso, poiché i gambi di riso lasciati dopo la raccolta potrebbero essere una preziosa fonte di biocarburante.

"La maggior parte della paglia di riso viene attualmente bruciata nel campo, " dice Gieré. "Combustione controllata della paglia di riso, però, è un potenziale utilizzo per quello che ora è un prodotto di scarto. Eliminerebbe anche un enorme problema nel sud-est asiatico perché le foschie degli incendi incontrollati delle risaie provocano un tremendo inquinamento che ha un forte impatto su milioni di persone".