Sono quindi biomasse [I1] [E1] [F1] [ES1]:

• tutti i prodotti delle coltivazioni agricole e della forestazione;
• i residui delle lavorazioni agricole e gli scarti dell’industria alimentare;
• le alghe;
• tutti i prodotti organici derivanti dall’attività biologica animale;
• i rifiuti solidi urbani.

Le biomasse  possono suddividersi in quattro categorie:

• residui forestali dell’industria del legno (che derivano dalle lavorazioni delle segherie, dalla trasformazione del prodotto legno, dagli interventi di manutenzione del bosco);
•  sottoprodotti agricoli (paglie, stocchi, sarmenti di vite, ramaglie di potatura, ecc.);
•  residui agroalimentari (sanse, vinacce, noccioli, lolla di riso, ecc.);
• colture energetiche (che servono per la produzione di biomasse per lo sfruttamento energetico o per la realizzazione di biocombustibili: girasole, colza, miscanto, canna da zucchero, sorgo da fibra zuccherina, pioppo, acacia, eucalipto, ecc.).

Per tracciare un bilancio sintetico del settore delle bioenergie è opportuno tuttavia suddividere il mondo delle biomasse almeno in tre filiere principali:

• biomasse solide, costituite principalmente da prodotti o residui forestali ed agricoli, destinati a combustione per la generazione di energia termica ed elettrica;
• biocombustibili liquidi, che includono oli vegetali destinati a combustione e biocarburanti per autotrazione;
• biogas generato principalmente dalla digestione di residui agricoli e zootecnici e destinato alla produzione di energia.

Le biomasse, prodotte e utilizzate in maniera ciclica, costituiscono una risorsa energetica rinnovabile e rispettosa dell’ambiente. Esse sono neutre per quanto attiene l’effetto serra, poiché l’anidride carbonica prodotta durante la loro combustione viene riassorbita dalle piante con la fotosintesi.
Il basso contenuto di zolfo e di altri inquinanti fa sì che, quando utilizzate in sostituzione di carbone e di olio combustibile, le biomasse contribuiscano ad alleviare il fenomeno delle piogge acide.
In sintesi, i processi di conversione in energia delle biomasse possono essere ricondotti a due grandi categorie:

• processi termochimica;
• processi biochimici.

I processi di conversione termochimica sono basati sulle reazioni chimiche esotermiche di combustione delle biomasse (legna e suoi derivati, sottoprodotti colturali di tipo ligno-cellulosico e taluni scarti di lavorazione quali lolla, pula, gusci, noccioli).
I processi di conversione biochimica permettono di ricavare energia per reazione chimica dovuta al contributo di enzimi, funghi e micro-organismi. Risultano idonei alla conversione biochimica le colture acquatiche, alcuni sottoprodotti colturali (foglie e steli di barbabietola, ortive, patata, ecc.), i reflui zootecnici e alcune tipologie di reflui urbani e industriali.
L’impiego più tradizionale delle biomasse è quello che ha come obiettivo la produzione di calore. Il mercato del calore per il riscaldamento degli edifici vede già ora le biomasse ligno-cellulosiche in posizione di grande competitività nei confronti dei combustibili fossili, a causa dell’alta incidenza delle imposte sui prodotti petroliferi e sul gas naturale per questo uso finale dell’energia.
Per il riscaldamento di singoli edifici con biomassa, la tecnologia offre almeno due distinte soluzioni impiantistiche: le caldaie a legna in pezzi grossi e le caldaie a legno sminuzzato (cippato).
Le prime, a caricamento manuale e con potenza fino a un centinaio di kW termici, sono adatte per uso familiare mentre le caldaie a cippato hanno sistemi di caricamento del combustibile e di controllo della combustione completamente automatici. Le potenze vanno dal centinaio di kWt fino a qualche MWt. Questi impianti sono particolarmente adatti al riscaldamento di edifici di una certa dimensione (alberghi, scuole, ospedali, condomini).
Se gli utenti da riscaldare sono numerosi e situati a breve distanza tra loro può risultare conveniente realizzare un impianto di teleriscaldamento [I2] [E2] [F2] [ES2] a biomassa.
Dalle biomasse si può produrre energia elettrica con impianti che utilizzano varie tecnologie. La più diffusa, per taglie di qualche MWe fino ad alcune decine di MWe, si basa sulla combustione in caldaie a griglia o a letto fluido. Il vapore prodotto in caldaia alimenta una turbina che trascina un alternatore.
Tali cicli a vapore sono caratterizzati da rendimenti piuttosto limitati: ad esempio, impianti con ciclo a vapore e letto fluido da 10 MWe progettati con criteri moderni hanno rendimenti elettrici dell’ordine del 25÷30%.
Il calore non convertito in energia elettrica viene disperso nell’ambiente oppure può essere recuperato negli impianti di cogenerazione [I3] [E3] [F3] [ES3] che producono calore, impiegato per processi industriali e per il riscaldamento residenziale, ed energia elettrica.
Tecnologie più innovative adottano cicli combinati, che utilizzano una turbina a gas e un ciclo a vapore alimentato dai gas di scarico del turbogas. Per alimentare questo tipo d’impianto con biomasse, le stesse vengono gassificate e depurate: i gas così prodotti alimentano la camera di combustione della turbina a gas. Il rendimento elettrico può raggiungere il 40%.
La biomassa può essere convertita in energia elettrica anche in centrali tradizionali alimentate con combustibile fossile, costituendo una frazione di questo con biomassa (“co-combustione”).
Per piccoli impianti, di potenza inferiore al MWe, il rendimento del ciclo a vapore diminuisce drasticamente fino a diventare antieconomico. In questi casi possono essere utilizzati turbogeneratori a fluido organico, in cui la turbina è azionata da vapore organico ad alta massa molecolare. Per potenze ancora minori, installabili presso utenze isolate, sono in fase di sperimentazione prototipi da alcuni kWe basati su motori Stirling o su gassificatori associati a motori a combustione interna.

I combustibili liquidi possono essere ottenuti da diverse biomasse vegetali.

1. dai semi delle colture oleaginose (girasole, colza) si ricava olio che, sottoposto a esterificazione, viene convertito in biodiesel, un carburante biodegradabile avente caratteristiche molto simili a quelle del gasolio;
2. dalla fermentazione di biomasse zuccherine (come barbabietola e sorgo, ma anche mais e frumento) si ricava bioetanolo che, opportunamente trasformato, può essere miscelato alle benzine migliorandone le caratteristiche ottaniche e ambientali.

Il bioetanolo può essere ottenuto anche dalle biomasse ligno-cellulosiche (legno, paglia) per idrolisi enzimatica o acida.
Mediante un processo di conversione, detto pirolisi [I4] [E4] [F4] [ES4], dalle biomasse ligno-cellulosiche si può ottenere un liquido denominato biolio. Il biolio di pirolisi potrà essere in prospettiva utilizzabile per l’autotrazione o in turbine a gas per la produzione di energia elettrica.
I reflui animali prodotti dagli allevamenti zootecnici costituiscono una biomassa di notevole interesse a fini energetici, poiché essa può essere trasformata dando luogo alla produzione di biogas (metano). Il processo consiste in una fermentazione in ambiente privo d’aria, detto digestione anaerobica. Con tale processo si ottengono due funzioni: il trattamento di reflui organici, notevolmente inquinanti, e la loro conversione in energia.
Il biogas prodotto può essere infatti utilizzato in loco per produrre energia termica ed elettrica mediante sistemi di cogenerazione o per alimentare un impianto a ciclo combinato.
Nell’ambito della promozione delle fonti energetiche rinnovabili la valorizzazione energetica dei rifiuti solidi urbani (RSU) [I5] [E5] [F5] [ES5] costituisce un’operazione realisticamente praticabile e quantitativamente significativa e ciò comporta innanzitutto una riduzione progressiva dell’utilizzo della discarica. Gli RSU indifferenziati, cioè i rifiuti a valle dei recuperi di frazioni merceologiche attuati con la raccolta differenziata, presentano caratteristiche chimico-fisiche particolarmente idonee per essere utilizzati come combustibili in moderni impianti di termovalorizzazione (WTE) [I6] [E6] [F6] [ES6], ad elevata efficienza energetica, sempre più simili a centrali termoelettriche alimentate a combustibili poveri.
I parametri qualitativi e quantitativi dei rifiuti sono fortemente cambiati nel tempo in funzione delle mutate condizioni socio-economiche. Si è passati da una produzione annua di circa 250÷270 kg/abitante del 1975-80 agli attuali 480÷500 kg.
Di pari passo si è riscontrato un aumento del potere calorifico, soprattutto per la diffusione di imballaggi in plastica e materiale cellulosico. Il p.c.i. nel 1980 era di circa 1550 kcal/kg; agli inizi degli anni ’90 era già pari a 2000 kcal/kg; nel 2000 raggiungeva 2800 kcal/kg (11,7 MJ/kg).