Laboratorio ABC

Il Laboratorio ABC

Il Laboratorio Analisi BioCombustibili (Laboratorio ABC) del Dipartimento TESAF dell’Università degli Studi di Padova

Si occupa dal 2010 dell’esecuzione di prove di analisi per la caratterizzazione dei biocombustibili solidi: cippato, pellet, bricchetti e legna da ardere.

Inizialmente lo standard di riferimento era la UNI EN 14961:2010. A partire dal 2014 le procedure di analisi sono state adeguate alla nuova serie di norme UNI EN ISO 17225:2014. Attualmente il Laboratorio ABC sta attraversando una fase di aggiornamento della propria struttura operativa e gestionale, avendo avviato la procedura per l’accreditamento delle prove secondo la norma UNI CEI EN ISO/IEC 17025.

Il Laboratorio ABC è in grado di eseguire tutte le prove fisico-meccaniche richieste per la classificazione dei biocombustibili, quali: contenuto idrico, massa volumica, massa sterica, contenuto di ceneri, potere calorifico, dimensioni, granulometria, contenuto di particelle fini, durabilità e fusibilità delle ceneri, seguendo rigorosamente i protocolli descritti nelle norme in vigore al fine di garantire l’accuratezza dei risultati e la ripetibilità delle prove (Tabella 1). Il Laboratorio completa la serie di analisi richieste dalla normativa di riferimento con le analisi dei parametri chimici attraverso la collaborazione con un laboratorio chimico accreditato.

Tabella 1. Analisi fisico-meccaniche eseguite nel Laboratorio Analisi BioCombustibili del Dipartimento TESAF

Analisi Tipologia di combustibile Norma
Campionamento Legna da ardere, Cippato, Pellet e Bricchetti UNI EN – ISO 18135:2018
Contenuto idrico Legna da ardere, Cippato, Pellet e Bricchetti UNI EN ISO 18134-1: 2015
Contenuto di ceneri Legna da ardere, Cippato, Pellet e Bricchetti UNI EN ISO 18122: 2016
Potere calorifico Legna da ardere, Cippato, Pellet e Bricchetti UNI EN ISO 18125:2018
Massa sterica Legna da ardere, Cippato, Pellet e Bricchetti UNI EN ISO 17828: 2016
Massa volumica Legna da ardere Metodo interno
Classificazione dimensionale Legna da ardere UNI EN ISO 17225-5: 2014
Distribuzione granulometrica Cippato UNI EN ISO 17827-1:2016
Classificazione dimensionale Cippato UNI EN ISO 17225-4: 2014
Massa volumica Pellet e Bricchetti UNI EN ISO 18847:2017
Misura delle dimensioni Pellet UNI EN ISO 17829: 2016
Classificazione dimensionale Pellet UNI EN ISO 17225-2: 2014
Contenuto di particelle fini Pellet UNI EN ISO 18846:2017
Durabilità meccanica Pellet UNI EN ISO 17831-1: 2016
Classificazione dimensionale Bricchetti UNI EN ISO 17225-3: 2014
Durabilità meccanica Bricchetti UNI EN ISO 17831-2: 2016
Fusibilità delle ceneri Legna da ardere, Cippato, Pellet e Bricchetti e altri biocombustibili CEN/TS 15370-1:2006

Analizzati più di 1200 campioni di biocombustibili

A oggi, il Laboratorio ABC ha analizzato più di 1200 campioni di biocombustibili legnosi, erbacei e sottoprodotti delle lavorazioni agricole e forestali in genere. La provenienza territoriale dei campioni analizzati è prevalentemente nazionale, ma può essere annoverata anche una piccola rappresentanza di campioni di origine europea e internazionale (Sud America, Asia, Africa e Oceania).

ICT laboratory proficiency test per innalzare i propri standard

In un’ottica di continua elevazione dei propri standard, il Laboratorio ABC partecipa dal 2015 all’ICT laboratory proficiency test, una prova comparativa nella quale diversi laboratori europei effettuano analisi su campioni identici per valutare la qualità analitica dei vari laboratori. I risultati di questi Proficiency Testing sono poi certificati da appropriati certificati rilasciati dal laboratorio organizzatore in conformità alla norma di riferimento. Oltre alla caratterizzazione dei biocombustibili legnosi, il Laboratorio ABC svolge anche attività di supporto alla ricerca universitaria, di formazione e di consulenza alle aziende del settore, in un’ottica di studio e valorizzazione delle filiere locali.

La fusibilità delle ceneri

A partire dal 2018 il Laboratorio ABC, considerata la forte esigenza sia da parte di produttori di biocombustibili e dei costruttori di caldaie e stufe ma anche da parte degli utenti finali, ha aggiunto nella gamma di analisi che è in grado di offrire, l’analisi per la determinazione della fusibilità delle ceneri secondo la norma CEN/TS 15370. La metodologia per la determinazione della fusibilità delle ceneri è definita dalla norma UNI EN 15370-1:2006 – Biocombustibili solidi – Metodo per la determinazione della fusibilità delle ceneri.

Metodo delle temperature caratteristiche

La fusione delle ceneri residue di un processo di combustione di biomasse è caratterizzata da una serie di fasi in cui avviene il progressivo passaggio dallo stato solido allo stato fluido. Il cambiamento dello stato della materia è distinto in 4 fasi:

  • Fase SST (temperatura di restringimento delle ceneri). È la temperatura alla quale la sezione del provino cilindrico scende sotto al 95% dell’area originale del provino a 550 °C.
  • Fase DT (temperatura di deformazione delle ceneri). Questa è la temperatura alla quale si verificano i primi segni di arrotondamento dei bordi del provino a causa della fusione.
  • Fase HT (temperatura emisferica delle ceneri). Questa è la temperatura alla quale il provino forma un emisfero (cioè l’altezza diventa uguale alla metà del diametro della base del cilindro.
  • Fase FT (temperatura di fluidificazione delle ceneri). Questa è la temperatura alla quale le ceneri si distribuiscono su uno strato, la cui altezza è metà dell’altezza del cilindro nella fase HT.

Pur non essendo un parametro obbligatorio, ma solo un’informativa della norma UNI EN ISO 17225:2014, la fusibilità delle ceneri è un parametro fondamentale per tutto il processo di combustione.

La composizione delle ceneri

Durante la combustione delle biomasse, oltre alla produzione dei fumi (emissioni gassose), vi è anche la produzione di ceneri (emissioni solide). A seconda della tipologia di biomassa, le ceneri possono essere costituite da composti alcalini, metalli pesanti e altri elementi. La presenza di questi elementi influisce direttamente sulla gestione dell’impianto, in termini sia operativi che economici (costi di recupero e smaltimento). Uno dei problemi principali delle ceneri è la loro fusibilità, causata dalle elevate temperature che si raggiungono nella camera di combustione. Una volta raggiunta la temperatura di fusione le ceneri si deformano e fondono e, al raffreddamento del dispositivo, solidificano dando origine ad agglomerati che possono occludere la griglia, ostruire gli ingressi dell’aria all’interno della camera di combustione, provocare malfunzionamenti nei dispositivi adibiti all’evacuazione delle ceneri e occludere la canna fumaria.

L’agglomerazione delle ceneri risulta più marcata quando la biomassa presenta elevate concentrazioni di potassio (K), silicio (Si) sodio (Na) e cloro (Cl), unito a basse percentuali di calcio (Ca) e magnesio (Mg). A temperature elevate, il cloruro nella biomassa è convertito in gas clorurati e cloruri alcalini (ad esempio KCl e NaCl) che portano alla formazione di scorie e incrostazioni nella camera di combustione. Infatti, a presenza di cloruri alcalini abbassa la temperatura di fusione delle ceneri a valori compresi tra i 700-800 °C.

Tipicamente i biocombustibili di origine erbacea (per esempio paglia, lolla di riso) presentano un basso punto di fusibilità poiché ricchi di potassio e silicio, al contrario i biocombustibili legnosi che registrano ceneri con punti di fusibilità superiori a 1200 °C.

La prevenzione di fenomeni di aggolomerazione

La determinazione della fusibilità delle ceneri dei diversi biocombustibili, correlata alla composizione chimica e a tutti i parametri fisico-meccanici, diventa di cruciale importanza per poter prevenire i fenomeni di agglomerazione delle ceneri. Si consiglia dunque un controllo periodico delle caratteristiche prestazionali dei biocombustibili impiegati per verificare se questi possono essere impiegati in determinate tipologie di impianti e per valutare se l’idoneità degli impianti alla combustione di tali prodotti.

Autore: Prof. Raffaele Cavalli – Direttore Dip. TESAF – Università degli studi di Padova