Biochar: prodotto dai mille utilizzi e soluzione di carbon removal
Che cos'è il biochar?
Negli ultimi anni si è registrato un forte interesse nei confronti del biochar considerata la sua natura ecologica e la versatilità delle sue applicazioni.
Con il termine biochar ci si riferisce sostanzialmente ad un materiale altamente poroso di aspetto simile al carbone, prodotto a partire da sostanze organiche (come trucioli di legno, residui colturali, potature arboree e/o agricole, bagasse, vinacce, sottoprodotti agricoli o persino letame animale) grazie ad un processo di degradazione termochimica ad alta temperatura (pirogassificazione) e a basso-nullo contenuto di ossigeno.
Da questo processo di derivano principalmente tre prodotti quali:
- il syngas, che rappresenta la componente gassosa che si separa dalla biomassa a causa delle alte temperature,
- il bio-olio, una frazione liquida costituita da una miscela di gas condensabili,
- il biochar che rappresenta la frazione solida del processo ed il suo risultato principale.
La materia organica usata per la produzione del biochar (feedstock)
In linea teorica, qualsiasi sostanza organica può essere utilizzata per la produzione di biochar, tuttavia, a seconda del tipo di materia prima utilizzata conosciuta anche con il nome di feedstock, cambiano in maniera significativa le caratteristiche chimico-fisiche del biochar.
Solitamente vengono preferiti feedstock composti da biomasse lignocellulosiche perchè presentano un minor contenuto di acqua, meno ceneri e tendenzialmente una composizione più omogenea con caratteristiche chimico-fisiche costanti.
L’utilizzo predominante di feedstock legnosi potrebbe essere giustificato anche dal fatto che vi è una maggior concentrazione di residui forestali in superfici relativamente minori rispetto a quelle dei campi agricoli, dove i residui sono maggiormente dispersi e difficili da recuperare.
Un’indagine sullo stato di avanzamento dell’industria del biochar ha rilevato che tra tutte le tipologie di feedstock, il legname duro e quello morbido sono tra i più utilizzati e diffusi.
Tra gli intervistati, circa l’87% utilizzava come biomassa questa tipologia di feedstock, in combinazione o separata.
La scelta del feedstock, oltre a essere importante perché influisce sulla struttura e sulle proprietà del biochar, è un aspetto strategico da un punto di vista economico, a causa della variabilità dei costi di produzione, di raccolta, di trasporto e di stoccaggio.
Processo di produzione del biochar: pirolisi e gassificazione
Esistono diversi metodi per la produzione di biochar, tra i più diffusi a livello industriale si trovano sicuramente quelli basati sui processi di pirolisi o di gassificazione di biomasse vegetali.
Queste due tecnologie sfruttano, come già anticipato superiormente, un processo termochimico che prevede la decomposizione termica della biomassa in assenza o limitata presenza di ossigeno.
Questi ultimi due sottoprodotti possono essere utilizzati per la produzione di energia elettrica tramite la loro combustione, contribuendo alla produzione di energia rinnovabile e sostenibile, oppure possono essere auto-consumati in un sistema chiuso per mantenere il processo di termodegradazione, o per essiccare la biomassa di partenza.
A seconda della tecnologia di produzione e quindi al variare della temperatura, della pressione dell'aria, dei tempi di permanenza della materia in input all’interno del reattore e i livelli di ossigeno presenti nel processo di reazione, cambiano la resa, le caratteristiche fisico-chimiche e la composizione (fisico-liquido-gassosa) dell’output di produzione.
La principale differenza tra un processo di pirolisi e la gassificazione risiede nel fatto che il primo lavora in ambiente in totale assenza di ossigeno, mentre un gassificatore realizza anche una parziale ossidazione, lavorando in presenza di limitate quantità di ossigeno. La gassificazione può essere considerata quindi come una via di mezzo tra la combustione e la pirolisi.
Tra questi processi, quello più comunemente utilizzato per la produzione di biochar è la pirolisi lenta, altresì conosciuto con il nome di “carbonizzazione”, e viene tendenzialmente eseguito a pressione atmosferica con temperature relativamente basse che di solito non superano i 500-600°C, nella quale i syngas e la frazione liquida vengono bruciati per produrre calore.
Applicazioni del biochar
Il biochar può avere moltissime applicazioni in:
a) Agricoltura, quale ammendante organico del terreno capace di migliorare le rese agricole, la ritenzione idrica del suolo, di incrementare gli elementi nutritivi e migliorare il loro rilascio nel tempo rendendoli più a lungo disponibili per le piante;
b) Trattamento delle acque, la sua eccezionale porosità e capacità di assorbire i contaminanti lo rendono un materiale eccellente per la filtrazione e la bonifica dell'acqua, anche rispetto alla capacità di adsorbire metalli pesanti, organismi patogeni e contaminanti organici o inorganici potenzialmente tossici.
c) Zootecnia, quale additivo o feed per l'alimentazione animale capace di incrementare le rese metaboliche favorendo la digestione e l’assorbimento dei nutrienti negli animali. Inoltre, il biochar può essere utilizzato nei sistemi di gestione del letame, riducendo gli odori e prevenendo il deflusso dei nutrienti, mitigando così l’inquinamento ambientale.
d) Industria cementizia, quale additivo capace di garantire una maggiore stabilità chimica, una bassa conduttività, e una limitata infiammabilità.
Potenzialità e prospettive: carbon removal
Il biochar, oltre alla sua versatilità per le possibili applicazioni e alla sua natura ecologica e sostenibile, ha mostrato un grande potenziale per il sequestro [1] di lungo periodo della CO2 atmosferica.
Infatti, attraverso il processo di “carbonizzazione” della materia organica, il biochar riesce a sequestrare elevate quantità di carbonio per periodi prolungati (nel caso di applicazione come ammendante del suolo è generalmente stimato uno stoccaggio molto ampio, compreso fra 100 e 1.000 anni [2]).
Questo arco temporale è molto variabile perché esistono tanti tipi di biochar con tempistiche di degradazione diversa.
Data la promettente capacità di mitigare i cambiamenti climatici, il biochar è considerato come una tra le più promettenti Strategie NET (Negative Emission Technologies) di mitigazione del cambiamento climatico (Bellieni et al, 2017) ed è stato inserito nell’agenda dei prossimi negoziati internazionali sui cambiamenti climatici, creando interessanti opportunità di sviluppo economico.
In tal senso, il ruolo di “catalizzatore” nel veicolare importanti investimenti in nuovi impianti di biochar e quindi facilitare la sua diffusione su larga scala, potrebbe essere ricoperto dal mercato volontario del carbonio, meccanismo nel quale le Aziende si impegnano volontariamente per la compensazione delle proprie emissioni per ragioni green reputation o di responsabilità sociale d’impresa.
Tramite questo sistema di finanziamento, attivato dallo scambio di crediti di carbonio, le Aziende possono compensare le proprie emissioni di gas serra tramite il finanziamento di progetti ad alto potenziale di riduzione o sequestro delle emissioni di carbonio normalmente realizzati fuori dalla filiera aziendale ("carbon offsetting").
Le attività di Rete Clima a favore della filiera del biochar
In Rete Clima crediamo che il biochar rappresenti uno strumento innovazione sostenibile ed eco-compatibile, e che le sue molteplici applicazioni in agricoltura, trattamento delle acque, zootecnia ed industria di base, possa essere un’interessante soluzione per affrontare pressanti sfide ambientali e climatiche.
Per questo motivo abbiamo sviluppato un iter di supporto tecnico, operativo e comunicativo finalizzato alla produzione e commercializzazione di biochar sostenibile ed alla certificazione dei crediti di carbonio ad esso collegati.
Il percorso di affiancamento può comprendere le seguenti azioni:
- verifica di prefattibilità e di idoneità dell’impianto di produzione di biochar,
- guida alla selezione delle migliori materie prime da utilizzare nel processo produttivo garantendo il ricorso a filiere tracciabili e sostenibili,
- quantificazione delle emissioni di CO2 associate al ciclo di vita del biochar mediate l’utilizzo di metodologie certificabili,
- supporto per la raccolta e il campionamento e l’analisi delle caratteristiche fisico-chimiche del biochar conformemente a quanto previsto dai principali standard di riferimento,
- supporto tecnico finalizzato alla certificazione del progetto presso standard internazionali e alla generazione di crediti di carbonio,
- valorizzazione economica sul mercato europeo del biochar fisico e dei crediti di carbonio da lui generati.
[1] Per definizione il sequestro del carbonio è il processo in cui il carbonio atmosferico (CO2) viene assorbito ed immagazzinato in modo permanente o per lungo tempo nel pool di carbonio della Terra per impedirne la ri-emissione nell'atmosfera (FAO 2000).
[2]Smith et al., 2023 - The State of Carbon Dioxide Removal – 1st Edition
