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RISORSE RINNOVABILI Non diminuiscono con l'uso entro certi limiti di…

- - - - CELLULOSA
      - AMIDO
      - OLI
      - SACCAROSIO
      - Le biomasse vegetali si usano per la produzione di bioenergia, materie prime per l'industria e prodotti alimentari.
        
        CONVERSIONE
        
        TERMOCHIMICA
        
        COMBUSTIONE
        
        RIDUZIONE DELL'UMIDITA' o PELLETTIZZAZIONE
        
        Le biomasse hanno lo svantaggio di avere un peso specifico molto basso a causa della grande presenza di aria e umidità, provocando spese ingenti per il trasporto.
        
        PIROLISI
        
        Ad opera di alte temperature (700-800 °C), in CARENZA DI OSSIGENO.
        
        PIROLISI LENTA
        T < 600°C
        
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        PIROLISI VELOCE
        T = 500-650 °C
        
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        PIROLISI FLASH
        T = 650°C
        
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        Produce principalmente BIO-OLIO
        60% di resa
        
        GASSIFICAZIONE
        
        Produce GAS COMBUSTIBILE
        
        BIOLOGICA
        
        FERMENTAZIONE
        ALCOLICA
        
        Produce BIOETANOLO.
        
        Alcolo
        
        Biocarburante a basso impatto ambientale
        
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        Ottimo solvente
        
        Gli scarti vengono recuperati per producce mangimi.
        
        Avviene attraverso dei micro-organismi in soluzione acquosa.
        L'inserimento del microorganismo si dice SEMINA.
        
        Si utilizza principalmente il SACCHAROMYCES CEREVISIAE
        
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        T = 25-30 °C
        In anaerobiosi
        Durata: 50-70 ore
        
        DIGESTIONE
        ANAEROBICA
        
        Produce BIOGAS
        (metano e CO2) e ENERGIA
        
        E' così efficiente che è vietato coltivare mais destinato direttamente alla digestione anaerobica
        
        Tale gas viene utilizzato per alimentare un motore endotermico collegato ad un generatore elettrico.
        
        E' possibile utilizzare qualsiasi biomassa di scarto.
        
        FASI DEL PROCESSO
        
        IDROLISI
        
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        IMPIANTI
        
        PRETRATTAMENTO
        
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        PROCESSI
        
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        Serve a ottenere prodotti chimici che possono poi essere utilizzati anche come combustibili.
        
        MATERIALI DI PARTENZA
        
        ZUCCHERINI
        (Canna da zucchero, sorgo zuccherino, barbabietola)
        
        MELASSO
        Miscela di saccarosio ottenuta per estrazione a caldo da barbabietola e canna da zucchero.
        
        AMIDACEI
        (Mais, sorgo, grano)
        
        Necessitano SACCARIFICAZIONE!
        
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        MAIS
        E' il più utilizzato per produrre bioetanolo. Contiene dal 60 al 68% di amido.
        
        ORZO
        Facilmente lavorabile, meno utilizzato perché è abrasivo sugli impianti.
        
        SORGO
        Ha dei problemi di lavorabilità perché forma delle schiume
        
        FRUMENTO/GRANO
        Può essere utilizzato solo dopo l'estrazione del glutine, ma il glutine è vendibile come sottoprodotto.
        
        PAGLIA/SCARTI LEGNOSI
        Hanno dei costi bassissimi ma richiedono un lungo pre-trattamento di saccarificazione.
        
        L'industria tenderà in futuro all'utilizzo di MATERIALI CELLULOSICI perché sono scarti senza nessun altro valore industriale.
        
        FISICA
        
        SPREMITURA
        
        Spremitura meccanica di granella ad alto contenuto di olio
        
        Produce olio combustibile e pannelli proteici per l'industria mangimistica
        
        Attraverso TRANSESTERIFICAZIONE si può convertire l'olio in BIODIESEL + GLICERINA
        
        Biodiesel = METILESTERE
        
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        Trigliceridi + eccesso di alcol -> metilestere + glicerina
        
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        Reazione catalizzata (in genere NaOH)
        
        La glicerina è facilmente separabile perché non è miscibile con il biodiesel
        
        Il principale svantaggio è l'occupazione del terreno che va destinato per fare olio da biodiesel
        
        Oli con troppe insaturazioni (olio di lino) determina l'abbassamento della stabilità ossidativa del biodiesel
        
        Oli senza insaturazioni (olio di palma) determinano un punto di congelamento troppo alto
        
        Utilizzo di OLI RESIDUALI
        
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        Si può ottenere biodiesel anche dalla FERMENTAZIONE DI MICROORGANISMI OLEAGINOSI
        
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        JATROPHA
        
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      - STRUTTURA
        
        PARETE CELLULARE
        
        LIGNINA
        
        POLIMERO AROMATICO con struttura reticolata non nota, con presenza di molti NUCLEI FENILPROPILICI variamente sostituiti.
        
        E' ALTAMENTE INSOLUBILE!
        
        Ogni pianta ha strutture diverse per la lignina.
        
        Non può dare bioetanolo.
        
        CELLULOSA
        
        POLIMERO DEL GLUCOSIO. Quest'ultimo viene prodotto della reazione di FOTOSINTESI CLOROFILLIANA delle piante. Il glucosio subisce POLIMERIZZAZIONE ENZIMATICA durante il metabolismo della pianta.
        
        COTONE 88-96%
        
        ALBERI 40-50%
        
        Forma una STRUTTURA LINEARE estremamente compatta formata da molecole di glucosio con CONFORMAZIONE A SEDIA uniti da LEGAMI A IDROGENO
        
        STRUTTURA CRISTALLINA chiamata MACROFIBRILLA, costruita da celle elementari (fibrille), ognuna contenente due catene di cellulosa parallele, ciascuna contenente da 25 a 100 unità
        
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        INDUSTRIA DELLA CELLULOSA
        
        Processo meccanico
        
        1844 Germania: estrazione meccanica della pasta cellulosica
        
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        Taglio in tondelli
        
        Processi chimici
        separano la lignina
        
        Dal 100 al 1800 d.C.
        
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        1851 Inghilterra: estrazione con NaOH
        
        1866 USA: Estrazione con NaHSO3
        
        PROCESSO KRAFT o AL SOLFATO
        
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        PROCESSO AL SOLFITO
        
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        Taglio in CHIPS
        
        PROCESSO ALLA SODA (USA)
        
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        STEAM EXPLOSION
        
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        Esterificazione ed eterificazione
        
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        Sorgente: LEGNO
        in minor parte canne, paglia, canapa
        
        SOFT WOOD (abete, pino, larice) è preferito per l'ottenimento di pasta cellulosica perché ha delle fibre più lunghe ed è più facile eliminare la lignina
        
        HARD WOOD (quercia, pioppo, betulla) meno poroso
        
        Bisogna separare cellulosa e lignina nella maniera più efficiente possibile
        
        EMICELLULOSE
        
        POLIMERO ETEROGENEO RAMIFICATO A BASSO PESO MOLECOLARE
        
        La struttura è AMORFA. E' molto SOLUBILE IN H2O o ACIDI DILUITI
        
        PROTOPLASMA: Nucleo + Citoplasma
        
        NUCLEO
        
        NUCLEOPROTEINE
        
        CITOPLASMA
        
        LIPIDI
        
        PROTEINE
        
        ENZIMI
      - COMPOSTAGGIO
        
        Processo ossidativo di bioconversione aerobica della sostanza organica dei residui animali e vegetali
        
        materiale organico + O2 -> compost + CO2 + H2O + calore
        
        Scarti lignocellulosici
        
        Rifiuti ad elevato contenuto di sostanza organica biodegradabile
        
        Frazioni organiche provenienti da utenze domestiche
        
        Fanghi di depurazione urbani e agro-alimentari
        
        Deiezioni zootecniche
        
        FASI DEL PROCESSO
        
        BIO-OSSIDAZIONE
        
        MATURAZIONE
        
        I processi metabolici diminuiscono di intensità e la temperatura scende a T = 40 °C
        
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        settimane
        
        Destrutturazione della frazione organica più facilmente degradabile con liberazione di CO2 e CALORE
        
        La temperatura aumenta fino al raggiungimento di T = 50-70 °C (REGIME TERMOFILO)
        
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        3-4 giorni
        
        MICRORGANISMI
        
        PSICROFILI
        0-30 °C
        
        MESOFILI
        30-45 °C
        
        TERMOFILI
        45-90 °C
        
        ANAEORIBICI
        Sono indesiderati nel compostaggio. La loro fermentazione produce gas maleodoranti.
        
        PARAMETRI
        
        1. OSSIGENO > 5%
        
        Rivoltamenti meccanici
        
        Areazione forzata mediante pompe soffianti
        
        Esporta il calore in eccesso e l'umidità (vapore acqueo)
        
        La temperatura non deve scendere sotto i 40 °C oppure il compost non si autosterilizza
        
        2. TEMPERATURA
        
        Il calore biogeno formato dal processo stesso di compostaggio è fondamentale
        
        3. UMIDITA'
        
        Troppa acqua impedisce la porosità e l'ossigenazione della biomassa, per cui il processo va in anaerobiosi
        
        Mancanza di umidità uccide i microrganismi
        
        4. NUTRIENTI
        
        Rapporto C/N < 25
        
        Rilascio di ammoniaca corrosiva
        
        Rapporto C/N > 30
        
        La popolazione microbica non cresce per mancanza di nutrienti
        
        5. pH
        tra 5,5 e 8
        
        SISTEMI
        
        CHIUSI
        Container, bioreattori
        
        Migliore controllo del processo
        
        Maggiore efficacia dei presidi ambientali
        
        Costoso
        
        STATICI
        Non rivolta la biomassa
        
        AREATI
        
        Ottimizzazione della diffusione di ossigeno
        
        Ideale per biomasse poco porose
        
        DINAMICI
        Agitazione meccanica o areazione forzata della biomassa
        
        DESTINAZIONI COMMERCIALI
        
        Ammendante compostato verde
        (ACV)
        
        per il florovivaismo (giardini) e mercato hobbystico
        
        derivante da scarti vegetali
        
        elementi nutritivi e salinità limitati
        
        Ammendante compostato misto
        (ACM)
        
        per l'agricoltura
        estensiva
        
        miscela di scarti vegetali e altre biomasse
        
        buon rapporto concimante e dotazione di sostanza organica
        
        rapporto tra N, K e P equilibrato