Può essere schematizzato come di seguito.
Triturazione
Si affina la materia prima per mezzo di macchine dette appunto trituratori.
Essiccazione
Fase molto onerosa necessaria ad abbassare il contenuto di umidità della biomassa.
Deferrizzazione
Eliminazione di eventuali corpi estranei di natura metallica dalla biomassa per mezzo di grandi magneti.
Macinazione
Passaggio della biomassa nel mulino a martelli per renderla polverulenta.
Pellettatura o pellettizzazione
Passaggio della farina di legno nella pressa che crea per estrusione i cilindretti di pellet
Depolverizzazione
(Eventuale) Privazione delle polveri residue per mezzo di setacci o sistemi di aspirazione.
Confezionamento
Imballaggio, posizionamento su bancali, avvolgimento del bancale con film plastico.
Il momento della produzione assume diverse forme a seconda della qualità della materia prima, delle dimensioni dell’impianto e, quindi, della sua capacità produttiva. Tuttavia, in linea di principio può essere schematizzato come di seguito.
Acquisizione materia prima
La fase di trasformazione inizia con l’acquisizione del materiale. Esso, come si è detto, può essere di varia natura ed origine e può essere fornito da svariati produttori alla condizione che abbia caratteristiche piuttosto omogenee (questo perché i macchinari sono specifici per la qualità del materiale). Altre volte la materia prima è già presente in azienda come prodotto di scarto di un altro processo industriale, in ogni caso la biomassa deve essere rigorosamente costituita da legno vergine. E’ importante che la zona di accumulo sia ben riparata dalle intemperie, in modo tale da conservare il materiale nello stato in cui si trova. Se così non fosse si potrebbe verificare un aumento incontrollato dell’umidità della biomassa o, addirittura, uno sviluppo incontrollato di muffe, che comporterebbe un aumento dei costi di essiccazione, nonché un irreparabile scadimento qualitativo.
Movimentazione
In pratica riguarda il trasporto del materiale a mezzo di muletti dalla zona di accumulo alla macchina responsabile della prima trasformazione vera e propria: il trituratore. Tuttavia, nei casi in cui l’impianto di pellettizzazione è gestito da una segheria, i trituratori sono istallati in continuo con l’impianto di prima lavorazione del legno e pertanto la movimentazione si limita a comprendere la fase di trasporto del materiale dal trituratore alla tramoggia che segna l’inizio dell’impianto di pellettizazione.
Triturazione
Fa capo ad un macchinario detto per l’appunto “trituratore” il quale va a ridurre le dimensioni degli scarti di legno per renderlo idoneo alle fasi successive di lavorazione. Esso è caratterizzato da una tramoggia di caricamento di dimensioni molto variabili in funzione della capacità dell’impianto; è dotato di un’unità di triturazione a 2 o 4 alberi con elementi taglienti costituiti da dischi a spigoli vivi, provvisti di uncini, che ruotano ad una velocità di 50/200 giri/min (www.tritotutto.it). Ciascun uncino ha la funzione di “agganciare” il prodotto e di convogliarlo verso le frese le quali sono montate su due o più alberi-motore contro-rotanti, che provvedono al taglio netto del materiale. Questa macchina è alimentata da un motore elettrico asincrono a corrente alternata e la sua potenza massima istallata può variare da 7,5 Hp a 24 Hp, a fronte di capacità produttive rispettivamente di 80/150 Kg/h e 800/1200 Kg/h (www.tritotutto.it). Il prodotto triturato viene poi evacuato attraverso un vaglio con dimensioni variabili tra i 14 e i 300 mm che consente il controllo della granulometria, infatti, il pezzettame più grosso viene riportato in circolo per essere ulteriormente triturato; conseguentemente, per fori del vaglio più piccoli aumentano i passaggi che deve compiere il materiale attraverso il gruppo di triturazione e il tempo impiegato. Per quanto riguarda la manutenzione ordinaria, questa prevede lo smontaggio dei dischi, operazione eseguibile direttamente dall’utente. Per quanto riguarda la manutenzione straordinaria c’è da far presente che le migliori macchine della categoria presentano un dispositivo di sicurezza (www.tritotutto.it): questo va ad invertire temporaneamente il movimento delle lame in presenza di una quantità eccessiva di materiale in presa, o non triturabile, prevenendo ogni sovraccarico strutturale o rottura della macchina.
Essiccazione
E’ il processo critico della filiera per tutta una serie di motivazioni. Innanzitutto per l’alto costo del gruppo di essiccazione che, come si vedrà in seguito, si aggira tra il 17 ed il 19% del costo dell’impianto di pellettizzazione. Parallelamente all’acquisto di un essiccatore, quindi, si registrerà necessariamente un aumento dei costi di esercizio causato da un ammortamento annuo più gravoso, maggiori costi di manutenzione ed energetici. In secondo luogo si ha che la tecnica di essiccazione può incidere sull’ambiente. Infatti, da uno studio pubblicato su “Biomass & Bioenergy”, in cui sono stati trattati i cosiddetti “essiccatori per convezione”, si parla in particolare del mezzo, della temperatura e dei tempi di essiccazione. Dallo studio è emerso che questi fattori vanno ad influenzare il contenuto finale di umidità del combustibile, nonché il suo contenuto di idrocarburi volatili, parametri direttamente proporzionali alle emissioni ed inversamente proporzionali al contenuto di energia del combustibile. Pertanto, riscontrare bassi livelli di umidità e di idrocarburi volatili valorizzerà il contenuto di energia contenuta nel combustibile, ed andrà a ridurre sensibilmente l’inquinamento atmosferico, soprattutto sul posto di lavoro. Inoltre da alcuni studi è emerso che il contenuto in ceneri del combustibile è fortemente influenzato dalla gestione della materia prima. Tra le altre cause, è stata identificata la contaminazione della materia prima a mezzo delle particelle separate dall’essiccatore. I risultati dimostrano che i pellet a rischio hanno un livello significativamente più alto di Si, ma anche di Fe e Al, nelle ceneri e risultano dare problemi di emissioni di scorie nel caso di bruciatori residenziali. Conseguentemente è auspicabile trattare attentamente questa fase per evitare contaminazioni di minerali; un “ciclone separatore” aggiuntivo potrebbe essere utilizzato per aumentare la qualità del pellet (Öhman M. et al. 2004). L’impianto di essiccazione, poi, ha grandi dimensioni e questo non è che un altro grosso inconveniente. Tecnicamente esso, infatti, è costituito da un lungo tunnel nel quale viene convogliata dell’aria calda. Quest’aria entra a contatto con la materia prima che scorre lungo un nastro posto all’interno del tunnel e ciò provoca l’evaporazione dell’acqua. In definitiva questo processo è fondamentale, sia per le caratteristiche finali del combustibile, sia per la possibilità da parte della pressa di lavorare la materia prima; infatti, spesso quest’ultima è caratterizzata da un contenuto di umidità anche del 40%, quando il tasso ottimale per la macchina pellettattrice è del 12%.
Deferrizzazione
Una volta che il materiale è entrato nellimpianto di pellettizzazione vero e proprio, che in genere istallato in continuo, l’operatore non dovrà più prendere parte al processo produttivo se non fornendo l’attività di controllo e di risoluzione di eventuali problemi dati dalle macchine. Infatti, dalla tramoggia di caricamento, il materiale triturato prosegue il suo “viaggio” grazie ad un nastro trasportatore che lo fa passare attraverso un “deferrizzatore”: una macchina dotata di sistemi capaci di separare dalla massa vegetale qualsiasi corpo estraneo di natura metallica. Le apparecchiature più note della categoria sono dotate di uno o più magneti permanenti, od anche elettromagneti, e possono essere principalmente del tipo a tamburo oppure a nastro. In entrambi i casi, il grado di efficienza nella separazione può superare il 95%. Questa fase è estremamente importante per prevenire eventuali danni al resto della catena produttiva, nonché all’utente finale.
Macinazione
Il materiale necessita ora di una fase di riduzione dimensionale della pezzatura (inizialmente piuttosto variabile), contenendola entro specifici range di tolleranza predefiniti, al fine di agevolare le successive operazioni di trattamento. Questa attività viene svolta per via meccanica con l’ausilio di apparecchiature specifiche dette mulini, i quali agiscono sul materiale impiegando appositi utensili detti martelli. I mulini a martelli si presentano costituiti da una serie di masse (i martelli, per l’appunto) fissate ad un albero rotante (la velocità di rotazione tipica è pari a circa 1.000 giri/min), che colpendo ripetutamente il legno ne determina la frantumazione in parti via via sempre più ridotte. Quando, invece, avrà raggiunto dimensioni tali da poter attraversare i fori della griglia, allora potrà sfuggire all’azione dei martelli passando attraverso la precedente e, quindi, uscendo dal mulino. La regolazione della pezzatura del prodotto di uscita viene effettuata adottando griglie con fori di differente misura.
Pellettatura o pellettizzazione
Dal mulino a martelli esce un prodotto detto “polverino” di consistenza polverulenta, appunto; questo viene momentaneamente stoccato in dei sili dalle svariate forme e dimensioni, dopodichè attraverso un sistema di coclee torna in ciclo con le modalità ed i tempi dettati dalla macchina “centrale” dell’impianto: la “pressa pellettizzatrice”. Quindi, una volta superate le fasi preventive di lavorazione della materia prima che, si ricorda, hanno essenzialmente il fine di sminuzzare finemente, omogeneizzare, condizionare e stabilizzare la biomassa per avere un prodotto finito di caratteristiche costanti, la materia prima potrà essere pellettizzata. Il processo di pellettizzazione consiste nella pressatura del materiale di cui sopra attraverso una trafila forata che crea dei cilindretti più o meno compressi, normalmente dimensionati con diametri variabili da 2 a 12 mm e altezza media da 12 a 18 mm. Nel processo produttivo non viene utilizzato nessun collante né additivo chimico, in quanto l’addensamento e la compattazione sono ottenute attraverso la parziale fusione di alcune sostanze naturali presenti nel legno (lignina) che si verifica mediante la sua compressione e conseguente riscaldamento per effetto dell’attrito. In alcuni paesi è consentito l’uso dell’1-3% in peso di additivi collanti biologici per aumentare la coesione, come la fecola di patate, la farina di mais o un residuo dell’industria cartaria (black liquor). Il mercato del pellet richiede, inoltre, che il prodotto abbia una superficie esterna liscia e molto resistente all’abrasione, lucente e priva di incrinature per evitare la formazione di polveri di legno all’interno degli imballi per il trasporto; il prodotto deve inoltre possedere una buona resistenza al rigonfiamento per poter essere conservato agevolmente. E’ richiesto inoltre che il pellet abbia un’adeguata resistenza meccanica e che non si sbricioli facilmente; questo sia per evitare problemi durante il rifornimento dei silos, sia perché il polverino che si ottiene ha differenti caratteristiche di combustione. Tutte queste caratteristiche dipendono dalla macchina pellettizzatrice, e più in particolare da alcune sue caratteristiche tecniche quali: • geometria dei canali di cubettatura; • geometria del cono; • geometria e tipo di materiali della filiera; • quantità dei rulli; • velocità dei rulli; • distanza tra rulli-filiera; • rapporto di compressione, passo e diametro. In questa sede non verranno trattate tali caratteristiche tecniche, tuttavia occorre sottolineare che una delle questioni cruciali è senz’altro la distanza tra la trafila e il rullo; questa influenza non solo la qualità del prodotto ma anche la quantità di energia richiesta e l’usura della macchina. Alcune sperimentazioni condotte in Finlandia sembrano indicare che aumentando tale distanza da 0 a 1 mm aumenta la richiesta di energia di circa 1,2 volte ma, contemporaneamente, viene ridotta la quantità di polveri prodotte del 30%. Le macchine pellettizzatrici di odierna produzione si differenziano per la disposizione e la forma della trafila all’interno del telaio in:
a) Macchine pellettizzatrici a trafila cilindrica verticale
Questo tipo di macchinari si suddividono a loro volta in due categorie: le pellettizzatrici cilindriche verticali con rulli di pressione interni e quelle con rulli di pressione esterni. Nel primo caso lo schiacciamento della biomassa avviene sulla superficie interna, tramite l’azione di due rulli mobili zigrinati (si arriva all’impiego di tre rulli sulle macchine di grosse dimensioni realizzate dell’azienda americana Bliss), montati su un supporto concentrico ed indipendente dal moto della trafila, con un sistema a forcella, affinché detti rulli percorrano il diametro interno della trafila in contro-rotazione rispetto al moto dell’utensile. La marcata zigrinatura sulla superficie cilindrica esterna dei rulli di pressione ha la funzione di aumentare l’attrito che si crea tra rullo e biomassa durante la fase di schiacciamento, al fine di impedire che il materiale da estrudere scivoli al di fuori della zona di pressione. L’estruso viene tranciato ad opera di coltelli fissi che agiscono sulla superficie esterna della trafila, mentre l’espulsione avviene per caduta libera nella tramoggia di scarico, ricavata nella campana di chiusura frontale della macchina. La rimozione dalla zona di accumulo del pellet, posta al di sotto della parte frontale della macchina può avvenire sia manualmente che in automatico tramite l’impiego di sistemi di trasporto. Un’alternativa allo schiacciamento dall’interno, pur mantenendo invariata la tipologia di trafila impiegata, è costituita dalle pellettizzatrici cilindriche verticali con rulli di pressione esterni. Queste macchine prevedono la pressatura della biomassa sulla superficie esterna dell’utensile e il successivo allontanamento del pellet dall’interno della trafila con condotte frontali di aspirazione.
b) Macchine pellettizzatrici a trafila piana
Questo tipo di pellettatrice differisce dalle macchine precedentemente descritte per la forma la disposizione degli elementi che la costituiscono che sono sistemati in sequenza lungo l’albero longitudinale. Gli organi che operano l’estrusione consistono in una trafila piana sulla quale agiscono un numero di rulli che può variare da due a sei in funzione della dimensione della macchina. In alcuni modelli la trafila ruota ed i rulli rimangono immobili, in altre invece sono i rulli a percorrere l’area di schiacciamento mentre la trafila rimane immobile ed in altre macchine sia la trafila che i rulli possiedono un moto rotatorio. La pressatura avviene ad opera dei rulli di schiacciamento che percorrono la trafila piana, solidale con la struttura portante della macchina. All’interno della zona di schiacciamento, posizionati tra i rulli, sono inoltre alloggiati gli elementi raschianti che impediscono l’accumulo del materiale lungo il diametro esterno della superficie di pressione e sulle pareti più esterne della sezione. La distanza dei rulli dalla trafila e la pressione da essi esercitata sul materiale da estrudere sono determinati da un’unità di regolazione ad azionamento idraulico, posizionata all’estremità dell’albero principale. I coltelli per la tranciatura del materiale estruso sono situati al di sotto della trafila e fissati all’albero rotante centrale. Dopo la tranciatura il prodotto cade su di un piano dal quale viene espulso tramite alcune palette messe in rotazione dall’albero. La superficie utile della trafila è quella sulla quale agiscono i rulli di pressione ed è compresa tra due circonferenze di raggio diverso. I rulli di pressione non possono ruotare simultaneamente alle diverse velocità periferiche richieste e si genera quindi uno slittamento tra rulli, biomassa e trafila. Attualmente in Italia non risultano impianti funzionanti per la produzione di pellet che utilizzino la tecnologia sopra descritta, ma solo macchine a trafila cilindrica verticale
Depolverizzazione
E’ l’attività svolta da uno strumento detto appunto “depolverizzatore”. Si tratta di un dispositivo applicato direttamente sulla macchina pellettatrice, il quale va ad aspirare le particelle fini reimmettendole in circolo per una nuova pressatura. Questa particolarità, riscontrabile solo nelle macchine più recenti, è l’ultima trovata nella produzione del pellet ed è stata suggerita dalle ricerche sulla qualità ambientale di questo prodotto; il pellet deve essere infatti privo di polveri per poter vantare basse emissioni.
Confezionamento
Una volta ottenuto il pellet, questo viene trasportato tramite dei nastri in una tramoggia sopraelevata che costituisce parte integrante della macchina per l’imballaggio. Questa è caratterizzata inoltre da un dosatore e da una bilancia in grado di fornire il quantitativo di materiale richiesto. Le confezioni possono essere di diverse tipologie: sacchi da 10, 15, 25 Kg fino ad arrivare ai cosiddetti “big bag” da 1,5 m3 (Bosser-Peverelli V., Ventura B. 2002). Tra i piccoli formati il più utilizzato in assoluto è quello da 15 Kg, tuttavia, da una piccola ricerca effettuata presso alcuni rivenditori umbri è emerso che si ripercorre con una certa frequenza la richiesta di sacchi di dimensioni più contenute (comunque non inferiori ai 10 Kg). Tutto ciò è comprensibile se si pensa alle difficoltà che taluni soggetti incontrano nella movimentazione del combustibile tra le mura domestiche (utenti anziani, locali di stoccaggio lontano dal combustore, scale scomode, ecc.). Anche il tessuto da cui vengono ricavati i vari sacchetti può assumere diverse forme. Nel caso particolare dell’insacchettamento a caldo del pellet, cioè nel caso in cui non si attende il suo raffreddamento, si è tuttavia obbligati ad impiegare uno specifico tipo di sacchetto: il “plastico-microforato”. Questi speciali sacchetti, sono resi necessari dalle alte temperature del pellet, ottenute a causa delle forti pressioni di esercizio della macchina pellettatrice e dell’attrito di questa con il legno. In generale, si possono utilizzare anche confezioni in nylon, per le quali tuttavia è necessaria una fase di raffreddamento.
