Stufe pirolitiche o TLUD: il riscaldamento efficiente. Pirolisi e biochar

Le stufe, che sfruttano il noto principio della pirolisi, sono molto efficienti, non producono fumi, e come materiale di scarto risulta il biochair, un carbone vegetale ottimo come fertilizzante naturale. Ecologiche e con vocazione al risparmio energetico.

solo stove stufa pirolitica
Solo stove“: stufa pirolitica portatile

La stufa pirolitica o microgassificatore TLUD (“top-lit-up-draft”) è in grado di bruciare qualunque biomassa (rifiuti agricoli e vegetali), col fenomeno della pirolisi. Una speciale doppia camera, permette una ventilazione controllata, con l’effetto che la fiamma si propaga dall’alto verso il basso fino ad una determinata temperatura (t. di pirolisi). Da qui in poi la fiamma brucerà soltanto il gas sprigionato dalla combustione della biomassa. E’ un sistema molto più efficiente ed ecologico delle tradizionali stufe per riscaldamento e cottura dei cibi.

Il combustibile a biomassa

Le biomasse soddisfano circa il 15 % degli usi energetici primari nel mondo, di cui buona parte è rappresentata dal legno, il più antico combustibile utilizzato dall’uomo per il riscaldamento e la cottura dei cibi.

Secondo un rapporto UNDP (United Nations Development Programme), 3 miliardi di persone, di cui una larga fetta nei paese in via di sviluppo nell’Africa sub-sahariana e nell’Asia meridionale, si affidano a combustibili solidi come legno, sterco e residui agricoli per cucinare, agricoltura e riscaldamento. In Etiopia, Repubblica Democratica del Congo, Tanzania e Uganda rappresentano dal 93% al 95% dell’energia totale consumata.

mondo combustibili solidi cucina
Distribuzione della popolazione che cucina con combustibili solidi (fonte: GMZ)

Le malattie respiratorie sono la seconda causa di morte al mondo (dopo AIDS) dei bambini nei paesi in via di Sviluppo. Ogni anno, quasi 4 milioni di persone muoiono prematuramente a causa di malattie attribuibili all’inquinamento dell’aria domestica a causa di pratiche di cottura inefficienti che utilizzano stufe inquinanti abbinate a combustibili solidi e cherosene. L’esposizione all’inquinamento dell’aria interna, raddoppia quasi il rischio di polmonite infantile ed è responsabile del 45% di tutti i decessi per polmonite nei bambini di età inferiore ai 5 anni.

Il fumo interno derivante dall’uso di combustibili solidi contiene una gamma di sostanze potenzialmente dannose, da cinogeni a piccole particelle, che causano danni ai polmoni. Il fumo interno da combustibile solido causa circa il 21% dei decessi per infezione delle vie respiratorie inferiori in tutto il mondo, il 35% dei decessi polmonari ostruttivi cronici e circa il 3% dei decessi per cancro ai polmoni. Di questi decessi, circa il 64% si verifica in paesi a basso reddito, in particolare nel sud-est asiatico e in Africa. (World Health Organization)

stufe tradizionali paesi poveri
Stufe tradizionali a fuoco aperto e combustione di biomassa in Peru; Nepal e Kenya. (fonte)

Per questi, ed altri motivi (efficienza energetica, deforestazione …), la tecnologia che sfrutta la combustione a pirolisi, detta anche microgassificatore “top-lit-up-draft” o TLUD, può essere la soluzione vincente atta a sostituire le stufe tradizionali a “3 pietre” e fuoco aperto, note per l’emissione di sostanze nocive.

PIROLISI

La Pirolisi (dal greco Piro=fuoco e Lisi=scissione) è quel processo che genera la decomposizione termochimica di materiali organici in assenza, o quasi, di ossigeno.

Il prodotto della combustione della biomassa attraverso la pirolisi è detto Biochair (dal greco Bio=vita e Char=carbonella). Non è altro che il materiale carbonioso ottenuto dalla pirolisi della biomassa. Il processo di carbonizzazione è la perdita di azoto, idrogeno e ossigeno da parte della materia organica in assenza dell’agente ossidante, tipicamente l’ossigeno. A tale decomposizione termochimica è dato il nome di Pirolisi o Piroscissione.

Biomassa: “frazione biodegradabile dei prodotti, rifiuti e residui di origine biologica provenienti dall’agricoltura (comprendente sostanze vegetali e animali), dalla silvicoltura e dalle industrie connesse, comprese la pesca e l’acquacoltura, nonché la parte biodegradabile dei rifiuti industriali e urbani” 2009/28/CE

A voler essere più precisi, il Biochair è prodotto a seguito di processi di pirolisi e gassificazione di prodotti e residui di origine vegetale provenienti da agricoltura e selvicoltura, oltre a sanse di olive, vinacce, nocciole e gusci di frutta, prodotti della lavorazione del legno.

I prodotti di sintesi della pirolisi sono: un prodotto solido carbonioso (Biochair), un prodotto liquido (catrame o olio di pirolisi) e un gas combustibile (syngas).

  • Pirolisi lenta:      temperatura 400 °C – 650 °C
  • Pirolisi veloce:   temperatura 650 °C – 850 °C
  • Gassificazione:  temperatura 900 °C – 1100 °C

La pirolisi (processo) determina le caratteristiche fisiche e chimiche del biochair, la biomassa (materia prima) determina la qualità del biochar. La quantità e la qualità dei prodotti di pirolisi, ovvero biochar, catrame, oli e vapori non condensabili dipende principalmente dalla temperatura massima e dalla velocità di riscaldamento, ma anche dalla pressione e dal flusso di gas.

processo pirolisi
Processo di microgassificazione (fonte: bluecomb)

Un riscaldamento rapido sino ad una temperatura moderata (400-600 °C) dà luogo ad una maggiore quantità di gas volatili e, pertanto, di prodotti liquidi, mentre un riscaldamento lento sino a quella temperatura produce una maggiore quantità di char o biochar. Pertanto, al fine di massimizzare la resa in char, occorre utilizzare una bassa velocità di riscaldamento (<0,01 – 2,0 °C/s), una bassa temperatura finale (circa 400 °C) ed un lungo tempo di residenza dei gas nel reattore.

Biochar pirolisi
Biochar prodotto mediante pirolisi (a destra), paragonato con la biomassa di origine (a sinistra). (fonte)

Il Biochar è un ottimo fertilizzante naturale. Studi effettuati nei suoli dove il biochar è stato distribuito ad una dose di parecchie tonnellate/ettaro mostrano miglioramenti nella loro struttura, incremento della ritenzione idrica e della capacità di scambio di elementi nutritivi e, pertanto, minori esigenze di irrigazione e di utilizzo di fertilizzanti solitamente lisciviati.

Stufa pirolitica o microgassificatore TLUD

Nel 1985, durante un viaggio in Sudafrica, l’esperto di gassificazione Dr. Thomas B. Reed si svegliò una notte pensando a un piccolo gassificatore per le esigenze delle stufe domestiche delle persone povere. Per dieci anni ha lavorato per sviluppare quello che ora viene chiamato TLUD (“Top-Lit Up-Draft “) stufa a gassificatore a tiraggio naturale.

Abbiamo già parlato del particolare tipo di processo di combustione è in gradi di attuare (Pirolisi) e quali benefici possiede rispetto alle stufe tradizionali (maggiore efficienza=meno combustibile; non emette fumi rilevanti=non nociva; usa biomassa di facile reperimento). E che il prodotto finale è un carbone vegetale – o biochair – dall’ottime proprietà fertilizzanti. Vediamo alcuni esempi.

LuciaStove by Nathaniel Mulcahy

Nat Mulcahy ha per primo prodotto e brevettato una stufa che sfrutta il principio della pirolisi applicato alla biomassa: la LuciaStove. Il progetto è stato ideato per risolvere un problema endemico caratteristico delle popolazioni povere dell’Africa e Asia. È infatti abitudine consolidata quella di ricavare uno spazio all’interno di scarne abitazioni per inserire una stufa, funzionale al riscaldamento e alla cottura delle pietanze. Questa stufa è generalmente molto rudimentale: un braciere aperto senza troppi fronzoli né canne fumarie per l’evacuazione dei fumi.  Questo genera una serie di problematiche:

Una stufa pirolitica o TLUD – come LuciaStove – ha i seguenti benefici:

  • Alta efficienza (oltre il 90%) e uso di rifiuti agricoli e legnosi (mais e steli di riso, ecc.) come carburante: no deforestazione
  • Non rilascia fumi
  • Produce gas – per la cottura – e biochair: “catalizzatore” di fertilizzante che si attacca ai nutrienti e alimenta le piante.

Per maggiori informazioni:


ACQUISTO STUFA A PIROLISI

Il mercato delle stufe a pirolisi tarda a entrare nel vivo. Al momento, infatti, esistono tanti progetti sperimentali ma pochi i prodotti disponibili all’acquisto. Ci sono alcuni ancora aspetti da approfondire. La ricerca va avanti.

Esistono microgassificatori TLD che funzionano a pirolisi, pensati e sviluppati per i paesi in via di sviluppo. E che potremmo utilizzare in campeggio, giardino o anche in casa, per riscaldarci o cucinare qualcosa. E se abitiamo in città, forse, potrebbe rendere più lieve l’assenza di un caminetto. Vediamo insieme alcuni dei modelli migliori.

LuciaStove

Per quanto riguarda la LuciaStove e tutte le varianti prodotte dal 99 ad oggi, il suo inventore Nathaniel Mulcahy, attraverso il suo sito “WorldStove” fa sapere che:

“Per quanto riguarda la LuciaStove, posso gioiosamente confermare che è sempre in produzione e con diversi miglioramenti come il modello Clearwater (in allegato) che produce undici litri d’ acqua potabile (usando anche acqua salina o urina) mentre la stufa viene usata per cucinare. Non è stato mai abbandonato e ogni giorno aiuta più persone nel mondo (più di mezzo milione di persona già aiutati). Sono particolarmente fiero del fatto che una stufetta che abbiamo inventato nel ’99 per Haiti, ci ha portato a fare impianti di riscaldamento pirolitico, che oggi forniscono gratuitamente riscaldamento a le case di rifugio per le vittime di traffico di esseri umani.”

Costruirsi una piccola stufa a pirolisi portatile

Sul web esistono numerosi tutorial che permettono con poche mosse, a basso costo o con materiali di recupero, di autocostruirsi una stufa pirolitica fai da te. Questi i principali testi di riferimento:


Acquisto

Se proprio non vogliamo – per carenza di attrezzature e tempo – cimentarci nella costruzione, ma non per questo rinunciare ad averne una, possiamo provare una delle soluzioni disponibili all’acquisto. Al momento si trovano disponibili solo piccole stufe, per campeggio o utilizzi provvisori. Ce ne sono diverse che vanno da una spesa di 15 euro, fin-oltre 100. A voi la scelta!

            

           


Per approfondire:

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Pubblicato da ecologico

Architetto per caso, creativo per vocazione. Sogna una dimora autocostruita, ecologica, a basso impatto ambientale, fatta di materiali naturali. Prodotta dalla natura, per tutti. Ama la montagna e il trekking. Pioniere del muoversi in bicicletta nel traffico romano, considerato pazzo, o eroe.