Bioenergy, broadly defined, is renewable energy which is produced by using biological source material. Bioenergy technologies have a key role to play in the development of a sustainable and secure energy network for the UK. One of the biggest barriers to the widespread use of bioenergy in the UK is simply that many people are not aware of what bioenergy is, and the benefits it can offer.

The purpose of this guide is to raise awareness of bioenergy by providing a balanced overview of the available technologies, with a focus on the two main types of bioenergy system suitable for generating electricity and heat: biomass combustion and anaerobic digestion.

The guide begins by setting bioenergy production in context with a summary of two global issues which give extra importance to all renewable technologies, namely climate change and peak oil.

The core of the guide is an accessible introduction to biomass and anaerobic digestion, describing how each technology works and the outputs that are produced. This booklet includes case studies of the various technologies, information on costs and grants, and contact details for suppliers and sources of further information.

Whether you are considering the installation of a bioenergy system, looking for more information about a project that is being proposed in your area, or simply interested in renewable technology, this guide has the information you need.

2.1 There is no longer any serious doubt that the Earth’s climate is changing; temperatures are rising globally, ice caps and glaciers are receding and freak weather events are becoming alarmingly frequent. The main reason that these things are happening is that for the last 250 years human activities have been adding greenhouse gases to the atmosphere. The most significant man-made greenhouse gases are carbon dioxide (CO2) and methane (CH4).

2.2 Human activities produce more carbon dioxide than all the other greenhouse gases combined; it accounts for 72% of all man-made greenhouse gas emissions and consequently is a particular cause for concern – this is why it receives so much attention with governments signing international agreements on reducing CO2 emissions and concepts such as the ‘carbon footprint’ becoming familiar to most people. CO2 emissions are predominantly linked to fossil fuel use; power generation, industry and transportation fuels being the three greatest sources.

2.3 Although the volume of methane emissions is much less than that of CO2 methane is twenty-one times more powerful as a greenhouse gas than CO2. Agriculture is the greatest producer of man-made methane emissions, with livestock (and particularly cows) being a well known source.

2.4 Greenhouse gases trap heat in the atmosphere and in doing so they make the surface of the Earth warmer than it would be otherwise; this is what is termed the ‘greenhouse effect’. The greenhouse effect is a natural property of the atmosphere; without it the average surface temperature would be -15 degrees centigrade. The greenhouse effect is a cause for concern because the strength of the effect is determined by the concentration of the greenhouse gases; as human activities add more greenhouse gases to the atmosphere more heat is trapped and the global temperature increases.

2.5 A warmer climate might not sound particularly alarming, but the potential consequences of climate change are extremely serious; it won’t just get warmer; climate change will destabilise the world’s weather. A billion people could be made homeless by rising sea levels, while crop failures and species extinction may leave another billion facing starvation. Here in the UK we will not escape from the effects of worldwide civil and economic disruption, and we also are likely to see more extreme weather, from flooding to tornadoes, and an influx of crop pests and animal diseases.

2.6 Greenhouse gas concentrations in the atmosphere are 30% higher today than they were before the Industrial Revolution, and this increase is mainly due to the burning of fossil fuels such as coal, oil and gas. Power stations using fossil fuels to generate electricity are the single biggest cause of greenhouse gas emissions in the world today. If we are to successfully reduce greenhouse gas emissions and limit how much more climate change occurs, a vital step is to switch to ways of generating electricity and heat which do not depend on fossil fuels.

3.1 The urgent need to avert further climate change and reduce greenhouse gas emissions requires a major change in the way that we produce and use energy. As we switch from fossil fuel based energy generation it is likely that in place of the big power stations we will see the emergence of a decentralised mosaic of various renewable energy technologies, such as wind power, solar panels for heat and electricity, wave power, hydroelectricity, geothermal heating, and bio-energy.

3.2 Bio-energy systems have the potential to play a major role in a sustainable energy future as in addition to their capacity for renewable power generation there are some special properties of bio-energy systems which most types of renewable energy technology do not possess.

3.3 A particular advantage of biomass fuels is that it they are ideally suited to being stored and used on demand. Biomass thus avoids the problem of intermittent supply which is a major limitation for many other types of renewable energy generation, particularly wind and solar power. Biomass energy is produced using suitable organic materials, usually sourced from trees and other woody plants, as the fuel for a process of controlled combustion. There are a variety of biomass crops which grow readily in the UK, such as willow, poplar, and miscanthus.

3.4 Energy crops, waste food and farm manure are all ideal materials for biogas production. As well as generating electricity and heat biogas production also produces liquid fertiliser and a nutrient rich dry fibre which makes an excellent soil conditioner; these provide further environmental benefits because they can be used instead of oil-based fertilisers.

3.5 Unlike most renewable energy technologies biomass and biogas are ideally suited to provide heat as well as electricity, and when the heat and electricity outputs are both utilised this greatly increases the efficiency of bioenergy production.

Le bioenergie, in un’accezione ampia, sono energie rinnovabili prodotte con materiali di origine biologica. Le tecnologie bioenergetiche possono giocare un ruolo chiave nello sviluppo di una rete di fonti energetiche sicure e sostenibili per il Regno Unito. Uno degli ostacoli principali alla diffusione delle bioenergie nel nostro paese è semplicemente il fatto che molti non le conoscono e non sono consapevoli dei vantaggi che possono offrire..

Lo scopo di questa guida è accrescere le conoscenze sulle bioenergie presentando una panoramica obiettiva delle tecnologie disponibili, con una particolare attenzione ai due tipi principali di tecnologie bioenergetiche con cui è possibile produrre elettricità e calore: la combustione di biomasse e la digestione anaerobica.

Nella parte iniziale della guida la produzione di bioenergie viene contestualizzata attraverso una breve esposizione delle due questioni di portata globale dalle quali discende la grande importanza di tutte le tecnologie rinnovabili: i cambiamenti climatici e il picco del petrolio.

Il nucleo della guida è costituito da un’introduzione chiara e accessibile alle biomasse e alla digestione anaerobica, in cui si descrivono il funzionamento e i prodotti di queste due tecnologie. Questa guida contiene anche casi di studio relativi alle varie tecnologie, informazioni su costi e sovvenzioni nonché i dati di contatto di fornitori e di varie organizzazioni che possono fornire ulteriori informazioni.

Se state valutando la possibilità di installare un impianto bioenergetico, se volete maggiori informazioni su un progetto allo studio nella vostra zona o se, semplicemente, siete interessati alle tecnologie rinnovabili, in questa guida troverete tutte le informazioni che vi servono.

2.1 Non vi è più alcun serio dubbio che il clima della Terra stia cambiando: le temperature globali salgono, le calotte polari e i ghiacciai arretrano, e la frequenza degli eventi meteorologici estremi aumenta in modo allarmante. La causa principale di questi fenomeni è che da 250 anni a questa parte le attività umane provocano l’immissione di gas serra nell’atmosfera. I più importanti gas serra di origine antropica sono l’anidride carbonica (CO2), detta anche “biossido di carbonio” e il metano (CH4).

2.2 Dalle attività umane deriva una quantità di anidride carbonica superiore alla somma di tutti gli altri gas serra. L’anidride carbonica rappresenta infatti il 72 per cento di tutte le emissioni di gas serra di origine antropica e desta quindi particolare preoccupazione. È per questo che riceve tanta attenzione, che i governi firmano accordi internazionali sulla riduzione delle sue emissioni, e che concetti come “impronta di carbonio” ci sono sempre più familiari. Le emissioni di anidride carbonica sono collegate in prevalenza all’uso di combustibili fossili: le tre fonti principali sono la generazione di elettricità, il settore industriale e i trasporti.

2.3 Nonostante il volume delle emissioni di metano sia molto inferiore a quello delle emissioni di anidride carbonica, l’effetto del metano come gas serra è ventun volte più potente di quello dell’anidride carbonica. Il maggior produttore di emissioni antropiche di metano è il settore agricolo: il bestiame, e in particolare i bovini, è una fonte ben conosciuta di questo gas.

2.4 I gas serra trattengono il calore nell’atmosfera, e così facendo rendono la superficie terrestre più calda di quanto sarebbe altrimenti: è il fenomeno che viene chiamato “effetto serra”. L’effetto serra è una caratteristica naturale dell’atmosfera: se non esistesse, la temperatura media della superficie terrestre sarebbe di -18 °C. Nella situazione attuale l’effetto serra è motivo di preoccupazione perché la sua intensità dipende dalla concentrazione dei gas serra; poiché le attività umane immettono quantità sempre maggiori di gas serra nell’atmosfera, il calore trattenuto aumenta e la temperatura globale sale.

2.5 La prospettiva di un clima più caldo potrebbe non essere particolarmente allarmante, ma le possibili conseguenze di un cambiamento del clima sono molto serie. Non solo farà più caldo, ma il tempo meteorologico subirà degli sconvolgimenti in tutto il mondo. Un miliardo di persone potrebbe restare senza casa a causa dell’innalzamento del livello dei mari, e un altro miliardo potrebbe essere ridotto alla fame per la perdita dei raccolti e l’estinzione di alcune specie. Nemmeno nel Regno Unito sarà possibile sfuggire alle conseguenze di dissesti sociali ed economici su scala mondiale, ed è probabile che si assisterà sia a una maggiore frequenza di eventi meteorologici estremi, come inondazioni e tornado, sia all’arrivo di agenti infestanti dei raccolti e di malattie degli animali.

2.6 Oggi le concentrazioni di gas serra nell’atmosfera sono maggiori del 30 per cento rispetto all’era preindustriale, e questo incremento è dovuto principalmente all’uso di combustibili fossili come carbone, petrolio e gas. Le centrali che utilizzano questi combustibili per la generazione di elettricità sono oggi la maggiore causa singola, a livello mondiale, di emissioni di gas serra. Se vogliamo riuscire a ridurre le emissioni di gas serra e a limitare l’entità di ulteriori cambiamenti climatici, un passo fondamentale consiste nell’adottare modalità di generazione dell’elettricità e del calore indipendenti dai combustibili fossili.

3.1 La pressante necessità di prevenire ulteriori cambiamenti climatici e di ridurre le emissioni di gas serra richiede innovazioni importanti nel modo in cui produciamo e utilizziamo l’energia. Man mano che ci si allontanerà dall'energia basata sui combustibili fossili vedremo probabilmente svilupparsi al posto delle grandi centrali un mosaico di varie tecnologie energetiche rinnovabili decentrate come l’energia eolica, l’energia solare per la generazione di elettricità e calore, l’energia del moto ondoso, l’energia idroelettrica, l’energia geotermica e le bioenergie.

3.2 Le tecnologie bioenergetiche possono giocare un ruolo chiave in un futuro a energia sostenibile perché, oltre alla capacità di generare elettricità rinnovabile, presentano alcune caratteristiche specifiche che la maggior parte delle tecnologie energetiche rinnovabili non possiede.

3.3 Un vantaggio particolare delle biomasse combustibili è che sono particolarmente adatte a essere immagazzinate e usate in base alla domanda. Con le biomasse si evita infatti il problema della fornitura intermittente che rappresenta una grossa limitazione per molti altri tipi di fonti energetiche rinnovabili, in particolare l’energia eolica e l’energia solare. L’energia da biomasse viene prodotta usando come combustibile in un processo di combustione controllata idonei materiali di origine organica, solitamente ricavati dagli alberi e da altre piante legnose. Nel Regno Unito possono crescere con facilità varie colture da biomassa: salice, pioppo e miscanto.

3.4 Le colture energetiche, gli scarti di cibo e le deiezioni animali sono materiali ideali per la produzione di biogas. Oltre a elettricità e calore, dal processo di generazione del biogas si ricavano anche un fertilizzante liquido e una frazione solida ricca di nutrienti, ottima come ammendante del suolo; tali prodotti assicurano ulteriori vantaggi ambientali perché si possono usare al posto dei fertilizzanti derivati dal petrolio.

3.5 A differenza della maggior parte delle tecnologie energetiche rinnovabili, le biomasse e il biogas sono ideali per produrre sia elettricità sia calore; se entrambi questi prodotti vengono utilizzati, si accresce notevolmente l’efficienza della produzione di bioenergia.

Das Gewinnen von Grundwasser aus tiefen Gesteinsschichten in Südost-Asien sowie der Bergbau in China, Thailand oder den Vereinigten Staaten, haben dazu geführt, dass in vielen Gebieten der Arsengehalt des Wassers die von der Weltgesundheitsorganisation (WHO) empfohlene Konzentration von 10 μg/L übersteigt.

Gesundheitliche Probleme können auftreten, wenn die Bevölkerung kontaminiertes Wasser trinkt oder sich von Getreide ernährt, das auf arsenverschmutzten Böden kultiviert wurde. Von diesem Problem sind Menschen in der Größenordnung einer zweistelligen Millionenzahl betroffen. Eine jahrelange Exposition dieses giftigen Halbmetalls kann den Magen-Darmtrakt, die Nieren, Leber, Lungen und die Haut angreifen. Allein für Bangladesch wird angenommen, dass rund 25 Millionen Menschen Wasser trinken, das mehr als 50 μg/L Arsen enthält. Davon riskieren zwei Millionen Menschen, an einer durch dieses toxische Element verursachten Krebserkrankung zu sterben.

Toxische Metalle finden über Pflanzen Eingang in die Nahrungskette. So wird zum Beispiel Arsen in Reiskörnern gespeichert, was in den von diesem giftigen Metalloid verseuchten Regionen eine besondere Gefahr für die Bevölkerung darstellt, da ihre Ernährung zu einem großen Teil von diesem Getreide abhängt. Im Boden vorhandenes Arsen aber auch Cadmium wird von Pflanzen aufgenommen und in bestimmten Zellkompartimenten, den so genannten Vakuolen, gespeichert. Im Zellinnern wird der Transport von Arsen und seine anschließende Akkumulation und Entgiftung in den Vakuolen von einer Kategorie von Peptiden – den Phytochelatinen – gewährleistet.

L’estrazione di acqua di falda da livelli rocciosi profondi in Asia sudorientale così come l’attività mineraria in Cina, in Thailandia e negli Stati Uniti hanno provocato in molte regioni l’aumento della concentrazione di arsenico nell’acqua al di sopra del limite di 10 μg/l raccomandato dall‘Organizzazione Mondiale della Sanità (OMS).

Nelle popolazioni che consumano acqua inquinata da arsenico o cereali coltivati su terreni parimenti contaminati possono insorgere problemi sanitari, e le persone interessate da questo problema sono decine di milioni. Un’esposizione pluriennale a questo metalloide può provocare danni al tratto gastrointestinale, ai reni, al fegato, ai polmoni e alla pelle. In base ad alcune stime, nel solo Bangladesh le persone che bevono acqua contenente oltre 50 μg/l di arsenico sono 25 milioni, e quelle che potrebbero morire a causa di una malattia tumorale dovuta a questo elemento tossico sono più di 2 milioni.

I metalli tossici entrano nella catena alimentare attraverso le piante. L’arsenico, ad esempio, si accumula nei chicchi di riso, il che rappresenta un rischio particolare per le popolazioni che vivono in regioni contaminate da questo elemento, dato che la loro alimentazione si basa in larga misura proprio sul riso. L’arsenico e il cadmio presenti nel suolo vengono assorbiti dalle piante e si depositano in compartimenti particolari delle cellule, chiamati vacuoli. All’interno della cellula il trasporto dell’arsenico e il suo successivo accumulo e neutralizzazione nei vacuoli avvengono ad opera di una categoria di peptidi, quella delle fitochelatine.