Storage dynamics and energy potential ol lingo-cellulosic biomass from energy crops

Abstract

Once harvested, the lingo-cellulosic biomass used for energy purposes is comminuted and stored in specific sites before conversion. Storage is a required process of the bioenergy chain since fresh biomass has characteristics such as moisture content that make inefficient the conversion. However, the conservation of lingo-cellulosic biomass entails different problems such as the risk of self-ignition, the risks for human health during material handling, and the losses of dry matter due to microbial activity. The latter is due to the presence of fungi and bacteria that come in contact with the material during processing (i.e. immediately after chipping) as consequence of the presence of easily accessible carbohydrates. From an economic point of view, this phenomenon is considered a major problem since in a few months the amount of losses can be very significant, reducing dramatically the energy potential of the fuel delivered at the beginning to the storage station. The focus of the Ph.D. program has been the assessment of the phenomena related to the storage of lingo-cellulosic biomass and the evaluation of the respective fuel quality changes and energy losses occurred during the storage period. Indeed, the effects of storage on different types of lingo-cellulosic biomass and different storage forms (chips, chopped, logs) were investigated. In addition, the evaluation of the human exposure to biological risk of fungal spores was performed because such detailed experiences in a storage site were not identified. The research has been designed in four activities, each one focused on different aspects of the storage process, which will be presented separately. The core of the results are summarized in the final chapter of the thesis; in general, they indicate that the factor affecting storage performance of the biomass can be partially controlled with minimal costs and that storage behavior differ according to storage form or plant part used.

Dopo la fase di raccolta, la biomassa ligno-cellulosica da desinare a scopo energetico viene generalmente cippata e stoccata in specifiche aree prima di essere convertita. Lo stoccaggio della biomassa è un processo necessario poiché il fuel allo stato fresco presenta caratteristiche, come l’alto livello di umidità, che rendono la conversione inefficiente. La conservazione delle biomasse lingo-cellulosiche presenta diversi problemi come ad esempio il rischio di autocombustione, il rischio biologico per gli operatori e le perdite di energia causate della degradazione della sostanza secca. Quest’ultima è provocata da funghi e batteri che, a seguito della cippatura, hanno facile accesso ai composti zuccherini più degradabili della biomassa. Da un punto di vista economico, questo fenomeno è considerato il problema principale dato che in pochi mesi l’ammontare delle perdite può essere significativamente elevato, riducendo drammaticamente il potenziale energetico del fuel consegnato in centrale. L’obiettivo del programma Ph.D. è stato quello di valutare le dinamiche relazionate allo stoccaggio di biomasse ligno-cellulosiche e delle relative perdite e cambiamenti prodotti sulla qualità del fuel. Gli effetti dello stoccaggio sono stati analizzati prendendo in considerazione diverse specie di colture energetiche e utilizzando diverse forme di conservazione. Inoltre, l’attività di ricerca ha previsto la valutazione dei potenziali rischi per la salute umana, causati dall’esposizione degli operatori alle spore fungine durante la fase di movimentazione del cippato; tale analisi è stata eseguita su base sia qualitativa che quantitativa. La ricerca è stata divisa in quattro casi di studio, presentati come il risultato di pubblicazioni scientifiche su riviste indicizzate. Gli aspetti più interessanti della ricerca sono stati riassunti nell’ultimo capitolo della tesi; questi mostrano che le performance di stoccaggio del fuel possono variare considerevolmente a seconda della specie, della forma del prodotto e della porzione di pianta utilizzata, ma che questi, in alcuni casi, possono essere controllati, anche con costi contenuti.