Thanks to the multitude of ecosystem services offered, forests are much more than trivial mines of timber and firewood. Sustainable forest management products can help reduce the use of materials with a larger ecological footprint (such as concrete and steel) and waste wood biomass can reduce the use of fossil fuels. In addition, in rural and mountain areas, firewood continues to be widely used as a domestic energy source. According to European policies aiming to increase energy production from biomass, it is reasonable to assume that the disposal of their ashes may become more important in the future and, therefore, it is necessary to be able to manage the associated issues. One of the main sources of risk is represented by potentially toxic elements (PTEs), sometimes improperly called " heavy metals": these are metals and metalloids which, although normally present in traces in living organisms, are toxic if they reach a critical concentration. Unlike toxic organic compounds, chemical elements are not degraded by thermal processes, even at high temperatures. In this paper the field of investigation has been restricted to arsenic, cadmium, chromium, copper, lead, mercury, nickel, and zinc. This choice was motivated by the fact that these 8 PTEs are the ones of greatest concern for the agronomic recycling of woody biomass ash. The aim of the thesis is to provide the basic knowledge on: (a) what forms of these PTEs are found in soil and what are the causes of their spread; (b) how these PTEs are absorbed by plants and immobilized in biomass; (c) what is the european and national regulatory framework governing the possible recovery of biomass ash; (d) what is the fate of PTEs after the combustion process, and in which ash fractions they accumulate. In recent years, due to the expected increase in the use of biomass to meet energy needs, scientific interest in biomass ash has increased. Thanks to the increased knowledge gained, it has been possible to characterize them more clearly and thus distinguish them from fossil fuel ashes. The effort to reduce emissions of harmful elements and compounds on the one hand, and the need to reduce the amount of waste to landfill on the other, pose increasing challenges and open up new opportunities for their use.
Grazie alla moltitudine di servizi ecosistemici offerti, le foreste sono molto più che banali miniere di legname da opera e di legna da ardere. I prodotti della gestione forestale sostenibile possono contribuire a ridurre l'uso di materiali con una maggiore impronta ecologica (come cemento e acciaio) e le biomasse legnose di scarto possono ridurre il ricorso a combustibili fossili. Inoltre, in zone rurali e montane, la legna da ardere continua ad essere ampiamente usata come fonte energetica a scala domestica. In base alle politiche europee che puntano ad aumentare la produzione di energia da biomassa, è lecito ritenere che in futuro lo smaltimento delle loro ceneri possa assumere maggiore importanza e, quindi, è necessario poter gestire le criticità associate. Una delle principali fonti di rischio è rappresentata dagli elementi potenzialmente tossici (EPT), talvolta impropriamente definiti "metalli pesanti": si tratta di metalli e semimetalli che, seppure normalmente presenti in tracce negli organismi viventi, risultano tossici se raggiungono una concentrazione critica. A differenza dei composti organici tossici, gli elementi chimici non sono degradati dai processi termici, anche se svolti ad elevate temperature. Nel presente lavoro il campo d'indagine è stato ristretto ad arsenico, cadmio, cromo, rame, mercurio, nichel, piombo e zinco. La scelta è stata motivata dal fatto che questi 8 EPT sono quelli che destano maggiori preoccupazioni per il riciclo agronomico delle ceneri da biomassa legnosa. Lo scopo della relazione finale consiste nel fornire le conoscenze di base su: (a) quali forme di questi EPT si trovano nel suolo e quali sono le cause della loro diffusione; (b) come questi EPT vengono assorbiti dalle piante ed immobilizzati nella biomassa; (c) qual è il contesto normativo che disciplina il possibile recupero delle ceneri da biomassa; (d) qual è la sorte degli EPT dopo il processo di combustione, ed in quali frazioni della cenere si accumulano. Negli ultimi anni, grazie al previsto aumento dell'impiego delle biomasse per soddisfare il fabbisogno energetico, è cresciuto l'interesse scientifico verso le ceneri da biomassa. Grazie alle maggiori conoscenze acquisite, è stato possibile caratterizzarle maggiormente e quindi distinguerle in maniera chiara dalle ceneri di combustibili fossili. Lo sforzo per ridurre le emissioni di elementi e composti nocivi da una parte, e la necessità di ridurre la quantità di rifiuti da mandare in discarica dall'altra, impongono sfide crescenti ed aprono nuove opportunità per il loro impiego.
Elementi potenzialmente tossici nelle biomasse forestali ad uso energetico
FALASCHI, ALBERTO
2018/2019
Abstract
Grazie alla moltitudine di servizi ecosistemici offerti, le foreste sono molto più che banali miniere di legname da opera e di legna da ardere. I prodotti della gestione forestale sostenibile possono contribuire a ridurre l'uso di materiali con una maggiore impronta ecologica (come cemento e acciaio) e le biomasse legnose di scarto possono ridurre il ricorso a combustibili fossili. Inoltre, in zone rurali e montane, la legna da ardere continua ad essere ampiamente usata come fonte energetica a scala domestica. In base alle politiche europee che puntano ad aumentare la produzione di energia da biomassa, è lecito ritenere che in futuro lo smaltimento delle loro ceneri possa assumere maggiore importanza e, quindi, è necessario poter gestire le criticità associate. Una delle principali fonti di rischio è rappresentata dagli elementi potenzialmente tossici (EPT), talvolta impropriamente definiti "metalli pesanti": si tratta di metalli e semimetalli che, seppure normalmente presenti in tracce negli organismi viventi, risultano tossici se raggiungono una concentrazione critica. A differenza dei composti organici tossici, gli elementi chimici non sono degradati dai processi termici, anche se svolti ad elevate temperature. Nel presente lavoro il campo d'indagine è stato ristretto ad arsenico, cadmio, cromo, rame, mercurio, nichel, piombo e zinco. La scelta è stata motivata dal fatto che questi 8 EPT sono quelli che destano maggiori preoccupazioni per il riciclo agronomico delle ceneri da biomassa legnosa. Lo scopo della relazione finale consiste nel fornire le conoscenze di base su: (a) quali forme di questi EPT si trovano nel suolo e quali sono le cause della loro diffusione; (b) come questi EPT vengono assorbiti dalle piante ed immobilizzati nella biomassa; (c) qual è il contesto normativo che disciplina il possibile recupero delle ceneri da biomassa; (d) qual è la sorte degli EPT dopo il processo di combustione, ed in quali frazioni della cenere si accumulano. Negli ultimi anni, grazie al previsto aumento dell'impiego delle biomasse per soddisfare il fabbisogno energetico, è cresciuto l'interesse scientifico verso le ceneri da biomassa. Grazie alle maggiori conoscenze acquisite, è stato possibile caratterizzarle maggiormente e quindi distinguerle in maniera chiara dalle ceneri di combustibili fossili. Lo sforzo per ridurre le emissioni di elementi e composti nocivi da una parte, e la necessità di ridurre la quantità di rifiuti da mandare in discarica dall'altra, impongono sfide crescenti ed aprono nuove opportunità per il loro impiego.| File | Dimensione | Formato | |
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https://hdl.handle.net/20.500.14240/150770