I sistemi di cogenerazione ad olio vegetale: tecnologie alternative alimentate da fonti rinnovabili

I costi sempre più alti dei combustibili fossili e le riserve sempre più limitate, evidenziano la necessità di produrre energia attraverso l’utilizzo di sistemi di cogenerazione ad olio vegetale, non inquinanti quali ad esempio: la colza, il girasole, la soia e la palma. L’Unione Europea ha pertanto, stabilito che entro il 2010 si fosse utilizzato il 5,75% di prodotti ecologici sul totale dei combustibili, il 20% entro il 2020 ed il 30% da fonti rinnovabili entro il 2030.

In questo scenario si fa largo l’opportunità di generare energia elettrica e termica grazie ad impianti che utilizzano carburanti rispettosi dell’ambiente, quindi, si è provato, testato e collaudato, il principio di funzionamento dei cogeneratori con nuovi tipi di combustibile, completamente rinnovabili, come l’olio vegetale estratto dalle biomasse summenzionate. Dal punto di vista ambientale, la CO2 emessa per produrre energia dalle biomasse è equivalente a quella assorbita dalle piante durante la loro crescita.

Sistemi di cogenerazione ad olio vegetale: cos’è la cogenerazione?

Il termine cogenerazione indica la produzione contemporanea di diverse forme di energia secondaria (energia elettrica ed energia termica) partendo da un’unica fonte (sia fossile che rinnovabile) attuata in un unico sistema integrato, in inglese Combined Heating and Power (CHP). 

In un impianto di cogenerazione, la produzione di energia elettrica E è legata alla produzione di energia termica Qu, pertanto, è opportuno prevedere comunque il collegamento con la rete elettrica nazionale, dalla quale si preleverà energia se la produzione interna è inferiore alla richiesta. In caso contrario, l’energia elettrica esuberante sarà immessa in rete e venduta.

In un impianto di cogenerazione, il rapporto: I=(E+Qu)/m_cH_i, tra la somma delle energie elettrica e termica utilizzate rispetto a quella primaria messa a disposizione del combustibile, assume valori elevati, dell’ordine anche del 90%. Tale rapporto non può essere considerato come rendimento dell’impianto dato che al numeratore si sommano due tipi di energie che non hanno la stessa quantità; si parla pertanto di indice di sfruttamento del combustibile.

Tipologie di sistemi di cogenerazione progettati ed installati

Gli impianti di cogenerazione sono in genere classificati in funzione della tipologia di motore primo applicato per la produzione di energia elettrica. I principali impianti ad oggi realizzati utilizzano: le turbine a gas, le turbine a vapore, la combinazione delle turbine a gas e a vapore detto impianto a ciclo combinato ed i motori alternativi a combustione interna (c.i.).

Le turbine a gas sono di largo utilizzo in diversi settori sia dell’industria chimica come della carta, del tessile, dell’alimentare, della petrolchimica che del riscaldamento e dei servizi. Ricopre principalmente delle potenze che vanno da 0.5MW a 100MW ed hanno un’alta affidabilità. L’energia termica prodotta è ad elevate temperature ed i gas di scarico contengono ossigeno. Le turbine a gas hanno però, una breve durata ed il combustibile è una fonte limitata, in più il costo del gas incrementa di giorno in giorno.

La Turbina a Vapore TV può utilizzare diversi combustibili, può coprire vasti campi di potenza, ha inoltre un’alta affidabilità ed un indice di sfruttamento del combustibile superiore alle altre tecnologie. Gli svantaggi dell’impianto di cogenerazione con la turbina a vapore risiedono nei costi elevati, nel basso rapporto tra energia elettrica e calore prodotto ed un avviamento lento che non lo rende idoneo in caso di una variazione della domanda degli utilizzatori.

Il sistema cogenerativo con il motore a combustione interna al contrario della TV, presenta un alto rendimento globale, un elevato rapporto tra l’energia elettrica e l’energia termica, un basso costo, la sua durata è nettamente superiore e vanta una maggiore flessibilità. Il calore è tuttavia a temperature non molto elevate e non è concentrato in un’unica fonte. I costi di manutenzione di un motore alternativo a combustione interna sono comunque elevati soprattuto in caso di utilizzo di oli vegetali.

Quali sono le caratteristiche principali di un impianto di cogenerazione ad olio vegetale?

I sistemi di cogenerazione ad olio vegetale sono costituiti da un motore diesel ed un sistema di recupero di calore. Affinché il motore diesel sia alimentato ad olio vegetale, occorre che ad esso siano apportate delle modifiche. Infatti la viscosità degli oli vegetali è molto più alta rispetto a quella del gasolio pertanto, occorre sostituire gli iniettori o parte di essi con altri, in grado di migliorare la polverizzazione dell’olio; usare un olio lubrificante adatto o compatibile col carburante adoperato, sostituire con maggiore frequenza l’olio di lubrificazione ed il relativo filtro; additivare l’olio vegetale in modo che sia meno viscoso con solventi o preriscaldarlo prima di alimentare il motore.

Il potere calorifico inferiore è meno del 10% negli oli vegetali rispetto al gasolio, ciò significa che i consumi specifici di un motore alimentato ad olio vegetale sono leggermente superiori. Il punto di infiammabilità invece, è più vantaggioso negli oli vegetali, che risultano essere molto più sicuri del gasolio in tutte le fasi di stoccaggio e trasporto. Uno schema di impianto di cogenerazione con motore alternativo a combustione interna, può essere esemplificato nel modo seguente:

1. motore alternativo;
2. liquido refrigerante del motore;
3. scambiatore di calore;
4. ingresso H2O fredda;
5. uscita H2O calda;
6. utilizzatore H2O calda;
7. gas combusti;
8. caldaia a recupero;
9. ingresso H2O;
10. uscita vapore;
11. utilizzatore vapore.

A cura di Rossella Miele