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Combustione Domestica di Biomasse

Panoramica sulla combustione di biomassa su larga scala

Scopri perché sono importanti e come ridurle al minimo usando i convertitori catalitici

Il legno si usa da migliaia di anni quale fonte di calore, ma solo di recente sono stati pienamente compresi i problemi di qualità dell’aria che ciò comporta.

In un mondo ideale, le uniche emissioni derivanti dalla combustione della biomassa sarebbero l’anidride carbonica e l’acqua, ma in pratica vengono emesse anche alcune sostanze dannose per la salute umana, tra cui gas come il monossido di carbonio e gli ossidi di azoto, nonché le polveri sottili.

A seguito della crescente consapevolezza dei problemi per la salute che il fumo di legna può causare o esacerbare, le normative che riguardano le stufe a legna e le caldaie stanno diventando più severe e, pertanto, gli apparecchi più recenti devono essere progettati per bruciare in modo ben più pulito rispetto al passato.

Una delle tecnologie che aiuta a ridurre le emissioni delle stufe a legna è il convertitore catalitico che favorisce le reazioni chimiche tra i fumi, un po’ come un secondo processo di combustione.

Scopri di più sui fumi delle stufe a legna domestiche e su come abbatterli

La chimica delle emissioni dalla combustione di biomasse domestiche

Bruciare della legna sembra semplice ma si tratta invero di una procedura complessa che comprende sei fasi diverse, nel corso delle quali il legno viene gradualmente convertito in gas infiammabili che sono poi ossidati per produrre calore. In un processo ideale di combustione, le uniche emissioni sarebbero biossido di carbonio e acqua ma, nella realtà, vengono prodotti anche alcuni agenti inquinanti.

Questi ultimi possono essere suddivisi in tre categorie:

  • Quelli derivanti da una combustione incompleta
  • Quelli derivanti dalle reazioni tra i componenti dell’aria
  • Componenti inorganici del combustibile

Nella prima categoria, i principali inquinanti sono il monossido di carbonio, la fuliggine (ad esempio, il carbonio), gli idrocarburi e i composti del catrame di legno (creosoto, ecc.).

La seconda categoria include principalmente ossidi di azoto (NOx), generati sia dall’aria della combustione sia dal contenuto in azoto del legno stesso. Se il gruppo NOx viene ulteriormente scomposto, la maggior parte dei componenti risulterebbe appartenere all’ossido nitrico (NO) e la maggioranza dei residui consisterebbe nel tossico diossido di azoto (NO2).

La terza categoria si riferisce alla cenere.

Ridurre le emissioni dalla combustione domestica delle biomasse

Scopri come i convertitori catalici possono minimizzare le esalazioni delle stufe a legna.

Riduzione dei fumi della legna bruciata

I fumi dovuti alla combustione incompleta di biomasse possono essere ossidati, diventando biossido di carbonio e acqua, quando la temperature è quella giusta.

Lo scopo di un convertitore catalitico è di abbassare una tale temperatura in modo da ottenere più facilmente le giuste condizioni.

Tuttavia, svariati inquinanti organici sono presenti nelle emissioni fumose delle biomasse, ciascuna delle quali richiede il raggiungimento di una sua soglia della temperatura prima di essere ossidata.

Inoltre, tali inquinanti possono trovarsi nella fase gassosa, liquida o anche solida, e la maggioranza dei catalizzatori utilizzati per tale applicazione promuove soltanto l’ossidazione degli inquinanti nella fase gassosa.

Per fortuna, l’ossidazione degli inquinanti organici rilascia calore (ossia, è esotermica) e, quindi, il convertitore catalitico si attiva (‘entra in funzione’, nel gergo) per mezzo di quegli inquinanti che hanno la più bassa temperatura di funzionamento, pari a circa 225oC, e poi diventa più caldo.

Crescendo, la temperatura raggiunge la temperatura d’entrata in funzione per ulteriori inquinanti, che possono avere raggiunto la fase gassosa, e che rilasciano ancor maggiore calore, e così via in un circolo virtuoso.

Per questa ragione, un convertitore catalitico che funziona bene sarà spesso di colore rosso acceso brillante.

Quando la temperatura raggiunge circa 600oC, qualsiasi sostanza organica (in qualsiasi fase si trovi) che abbia resistito fino a questo punto all’ossidazione catalitica semplicemente brucerà. Ecco il motivo per cui i convertitori catalici usati nelle stufe a biomassa sono spesso detti ‘combustori catalitici’.

Progettare un’efficiente stufa catalitica a biomassa non è solo approntare un modello standard e inserire un convertitore catalitico nella canna fumaria.

Una ben progettata stufa catalitica a biomassa utilizza il calore emesso dal convertitore catalitico come parte del proprio output, piuttosto che sprecarlo lasciandolo meramente risalire nel camino, e garantisce anche che il convertitore catalitico operi a una temperatura sufficientemente elevata da bruciare del tutto qualsiasi catrame vi si vada a depositare.

L’argomento è alquanto complicate ma Whitebeam offre linee-guida progettuali e consulenza per assistere i produttori di stufe che non sono adusi a una tale tecnologia.

Testare le emissioni delle stufe domestiche a biomassa

Quantificare i fumi prodotti dale stufe a legna è sorprendentemente complicato.

Misurazione degli agenti inquinanti emessi dalle stufe a legna

Misurare le emissioni di una stufa a biomassa è una vera e propria disciplina e, per tale motivo, anche i produttori piuttosto importanti di stufe tendono a usare laboratori esterni dotati di attrezzature adeguate allo scopo.

Una delle complicazioni è che, per le misurazioni ripetibili delle emissioni, è necessario conoscere l’output termico della stufa nel corso del test – ma quantificarlo è piuttosto difficile.

Inoltre, misurare i composti gassosi organici (OGC) richiede l’uso di uno strumento detto rilevatore dell’ionizzazione delle fiamme, che è costoso e che richiede una persona addestrata per utilizzarlo.

Diverse sono le procedure di misurazione utilizzate nel mondo, il che significa che è difficile confrontare i risultati delle emissioni delle stufe da un sistema regolamentare a un altro.

La maggiore differenza si rileva dal modo in cui i particolati sono definiti nell’UE. Nell’UE, i particolati sono quantificati in base al metodo del filtro caldo, il che significa che essi includono solo sostanze che sono nella fase solida o liquida all’elevata temperatura del filtro (normalmente 180oC).

I catrami legnosi che troviamo nella fase gassosa a questa temperatura sono definiti come ‘OGC’ (composti gassosi organici), anche se, quando raffredderanno a temperatura ambiente, condenseranno e diventeranno particolati. Di converso, nell’America settentrionale, i particolati sono quantificati usando il metodo del tunnel di diluizione, che prevede il raffreddamento del gas del condotto fino alla temperatura ambiente prima di effettuare la misurazione.

Ciò porta a una definizione dei particolati che si lega maggiormente a quella utilizzata dagli scienziati nel settore della qualità dell’aria.

Attualmente, la maggior parte delle regolamentazioni include ancora dei limiti alle emissioni del particolato su base gravimetrica (ad esempio, la massa contenuta in un metro cubo di gas nel condotto).

Tuttavia, dato che gli effetti dei particolati sulla salute dipendono dalla loro grandezza, laddove la più piccola è la più pericolosa, sono in corso tentativi volti a introdurre regolamentazioni che prevedono limiti al numero di particolati consentiti.

Regolamentazioni relative alle emissioni dalla combustione di biomasse domestiche

Nel tentative di migliorare la qualità dell’aria, le regole riguardanti i fumi delle stufe a legna stanno diventando sempre più ferree.

I limiti alle emissioni di stufe a legna e di caldaie

Normativa sulle Stufe a Legna in Italia

Quale membro dell’Unione Europea, tutte le nuove stufe a legna vendute in Italia devono essere conformi alla direttiva Ecodesign.

Oltre a ciò, c’è uno schema volontario di certificazione del prodotto definito come ariaPulita che assegna alle stufe a legna un numero di stelle in base alla loro efficienza ed emissioni.

I limiti per tale schema sono i seguenti (con i limiti Ecodesign per il confronto):

5 stelle 4 stelle 3 stelle 2 stelle Ecodesign
PP mg/Nm3 25 30 40 75 40
COT mg/Nm3 35 70 100 150 120
NOx mg/Nm3 100 160 200 200 200
CO mg/Nm3 650 1250 1500 2000 1500
Efficienza % 85 77 75 75 75

(PP= Particolato Primario, COT = Carbonio Organico Totale)

Come si può constatare, una stufa a legna a 3 stelle è già un pochino più pulita rispetto ai requisiti Ecodesign!

Lo schema ariaPulita si viene ad usare come base per alcuni regolamenti che si applicano in particolari Regioni, come segue:

Lombardia

Si possono usare solo stufe con almeno quattro stelle.

Veneto e Piemonte

Si possono usare solo stufe con almeno tre stelle e le nuove stufe vendute devono avere non meno di quattro stelle.

Emilia Romagna

Le abitazioni che hanno una fonte di riscaldamento alternativa e ubicate a meno di 300 metri sul livello del mare possono usare solo stufe con almeno tre stelle. Ci sono a disposizione anche degli incentivi finanziari per sostituire le stufe più vecchie con modelli a cinque stelle.

Toscana

Nei Comuni in cui viene superato il livello consentito di PM10, i residenti possono adoperare solamente stufe a legna con almeno tre stelle a meno che non abbiano una fonte di riscaldamento alternativa o si trovino oltre i 200 metri sul livello del mare.

Prodotti per minimizzare le emissioni dalle stufe domestiche e a biomassa

Offriamo un’ampia gamma di convertitori catalitici per ridurre le emissioni dalle stufe a legna.

Tecnologia catalitica per bruciare legna ad uso domestico

Nelle stufe a legna semplici, non vi è normalmente alcuna ventola e, pertanto, il convertitore catalitico non deve determinare una caduta significativa della pressione.

Un’altra considerazione è che vi saranno ceneri, che potrebbero ostruire i canali del convertitore catalitico.

Per tali due motivi, è meglio specificarne uno basato su di un substrato a nido d’ape con bassa densità delle celle – ad esempio, 18 o 25 celle per pollice quadrato.

La temperatura del gas dei condotti negli elettrodomestici che bruciano legna può variare in maniera significativa, per cui un substrato che possa agire come immagazzinamento di calore appare preferibile.

Da questo punto di vista, i nidi d’ape in ceramica sono migliori rispetto a quelli in metallo.

I substrati metallici hanno il vantaggio di potere essere saldati direttamente ad altre componenti senza la necessità di guarnizioni e sono anche più robusti, un vantaggio quando sono utilizzati dal cliente – per esempio, nelle pulizie di routine.