Improved solid biofuel stoves/it

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Questa pagina si riferisce alle stufe che utilizzano un combustibile, solitamente solido. Per le versioni solari, vedere Cottura solare.

Le stufe a biocombustibile solido migliorate , le stufe senza fumo o le stufe a risparmio di legna sono stufe a biocombustibile solido progettate per essere almeno il 10% più efficienti rispetto alle normali stufe a biocombustibile solido o per ridurre i problemi di salute associati ai fuochi tradizionali. Sono ampiamente utilizzate nei paesi in via di sviluppo e spesso presentano design molto semplici. Questi design, quando funzionano come previsto, non riempiono la casa di fumo nocivo (grazie a una combustione più efficiente per ridurre il fumo e a un camino o a uno sfiato per rimuoverlo) e consumano meno combustibile. Sono stati sviluppati diversi design a seconda dei materiali locali disponibili, delle condizioni ambientali e delle esigenze della comunità.

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  fig 1: Una selezione di cucine migliorate
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  fig 1a: Cucina a fuoco aperto
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  fig 1b: Stufa da cucina migliorata da Patsari fatta di mattoni e malta e riempimento di rubli
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  fig c: stufa Lorena in terra battuta
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  fig d: Le donne possono progettare e realizzare cucine migliorate. ©Simon Ekless/Practical Action

Progetti su Appropedia

Stufa di cottura efficiente alimentata da sterco di mucca

impatto sulla salute

Cucinare e riscaldare con combustibili solidi come legna, letame, carbone o scarti agricoli su fuochi aperti o stufe senza camino può portare all'inquinamento dell'aria interna . Questo fumo interno contiene monossido di carbonio, benzeni, aldeidi, piccole particelle di fuliggine e polvere e altri inquinanti dannosi per la salute. Una valutazione dell'OMS ha rilevato che l'inquinamento dell'aria interna è l'ottavo fattore di rischio più importante per le malattie. È un fattore di rischio particolarmente importante per le infezioni acute del tratto respiratorio (ARI), tra cui bronchite e polmonite. Ogni anno, l'IAP è implicato nella morte di 1,6 milioni di persone (un decesso ogni 20 secondi). Poiché donne e bambini trascorrono la maggior parte del tempo vicino al focolare domestico, sono particolarmente vulnerabili. ^{[ 1 ]}

L’uso di combustibili più puliti, l’accesso a stufe migliorate e/o cambiamenti comportamentali potrebbero ridurre sostanzialmente l’esposizione al fumo negli ambienti chiusi e alle malattie associate. ^{[ 2 ]}

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  Fig. 2a: Fuoco aperto o fogon in funzione, mentre la cucina migliorata rimane inutilizzata sullo sfondo. Questo potrebbe accadere per preferenza di gusto o per tradizione legata al fuoco aperto, oppure perché i diversi cuochi in casa potrebbero non sapere come o addirittura non voler cucinare sulla cucina migliorata.
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  Fig. 2b: Tetto annerito da anni di fuoco aperto, anche con grandi aperture per la circolazione dell'aria tra tetto e parete, il fumo sale e poi scende invece di fuoriuscire all'esterno.
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  Fig. 2c: Donna che cucina senza coperchio durante il test di cottura. Quando si cucina con il coperchio, il consumo di combustibile si riduce del 40%, un cambiamento che può far risparmiare più combustibile rispetto al passaggio a fornelli di cottura migliorati. ^{[ 3 ]}
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  Fig. 2d: Fornello da cucina migliorato in funzione senza camino ^, in modo che il piatto riceva calore diretto. Al mattino produce poco fumo, ma nel pomeriggio il fumo non fuoriesce più dal camino. Sale attraverso l'apertura del camino e arriva in casa.
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  Fig 2e: Cucina migliorata in Kenya ©Neil Cooper/Practical Action

Conservazione del carburante ed efficienza del carburante

Le foreste del mondo si stanno riducendo sotto l'enorme pressione delle attività agricole e di sfruttamento forestale. In alcune aree, la crescente ricerca di legna da ardere, il principale combustibile per cucinare nel Sud del mondo , contribuisce in modo significativo al problema. La maggior parte di questa legna viene bruciata in fuochi all'aperto o in stufe inefficienti. Quando la legna è semplicemente troppo costosa o troppo lontana, il letame animale e i residui colturali, precedentemente restituiti al terreno sotto forma di fertilizzanti , vengono spesso bruciati come combustibile. Questa pratica, sempre più comune in molte parti dell'Africa e dell'Asia meridionale , contribuisce a una spirale discendente nella fertilità del suolo. Una volta rimossi gli alberi e la vegetazione sui pendii, l'erosione del suolo procede rapidamente con il deflusso delle acque piovane e le inondazioni , e il terreno può trasformarsi in un deserto. Gli attuali modelli di consumo giornaliero di legna da ardere in tutto il mondo sono quindi fattori importanti nell'avanzare della crisi ambientale.

Dalla fine degli anni '70, si è lavorato molto sulla progettazione e la diffusione di stufe da cucina semplici, economiche e migliorate. Queste stufe possono far risparmiare fino al 40% del combustibile normalmente consumato nei caminetti aperti e il 25-35% del combustibile consumato nelle tipiche stufe tradizionali. L'esperienza collettiva di questo lavoro è descritta in "Burning Issues". Dopo aver ricercato con entusiasmo diverse strategie per incoraggiare l'autocostruzione di stufe, osservatori esperti stanno concludendo che la produzione di stufe su piccola scala è una delle strade più promettenti da percorrere. I vantaggi di questo approccio includono un migliore controllo della qualità e quindi una maggiore efficienza e una maggiore durata della stufa rispetto a quanto si possa ottenere con l'autocostruzione. Con un costo di 1-5 dollari ciascuna, le stufe possono spesso ripagarsi da sole con il risparmio di combustibile entro 1-2 mesi se il combustibile viene acquistato. Nelle zone rurali, dove si raccoglie la maggior parte del combustibile, stufe a bassissimo costo possono ancora essere vendute ad alcune persone, ma il problema della distribuzione è molto più arduo e strategie chiaramente efficaci devono ancora essere elaborate.

Il risparmio di combustibile attraverso stufe migliorate sembra essere il modo più economico per una nazione di investire in nuove fonti di energia. Una tipica stufa artigianale che risparmia il 35% di legna da ardere costa meno di 5 dollari. Tre stufe migliorate hanno lo stesso effetto sulla fornitura di combustibile di un impianto a biogas familiare (che costerebbe 40-50 volte di più): entrambe le soluzioni consentono di soddisfare il fabbisogno di combustibile per cucinare di una famiglia in più. L'investimento di capitale sarà maggiore per le stufe elettriche o a cherosene, e bisogna anche considerare il costo di ampliamento della capacità di generazione elettrica e di estensione della rete elettrica. Sia le stufe elettriche che quelle a cherosene comportano un costo giornaliero aggiuntivo del combustibile, che nel caso della stufa migliorata è nullo (perché il solo miglioramento dell'efficienza rappresenta l'intero guadagno). I sussidi comuni e i requisiti di cambio valutario rendono le importazioni di cherosene gravose per le economie nazionali di molti paesi.

È necessario comprendere gli effetti secondari dei sistemi di cottura esistenti prima di poter apportare miglioramenti accettabili. In molti luoghi, il fumo proveniente dai fuochi di cottura interni contribuisce in modo significativo alle malattie polmonari e oculari. Tuttavia, questo fumo serve anche ad asciugare i raccolti appesi sopra la zona di cottura e a proteggere i tetti di paglia dai danni causati dagli insetti. Nelle regioni montuose e in altre aree più fredde, potrebbe essere necessario includere la funzione di riscaldamento degli ambienti del fuoco di cottura interno nella progettazione delle stufe. Il successo degli sforzi di promozione delle stufe può dipendere dalla disponibilità di modifiche efficaci per queste funzioni secondarie del fuoco di cottura.

L'esperienza ha dimostrato che, nonostante la necessità di preservare il legno su larga scala, l'adozione di stufe migliorate non può avvenire immediatamente in un'intera nazione o regione. Dipenderà, invece, dal coinvolgimento della popolazione locale in un lavoro attento e sistematico che ponga l'accento sui test e sui metodi di cottura. Le stufe esistenti e i nuovi prototipi possono essere testati con un minimo di attrezzatura. Le tecniche di test sono trattate in diversi libri di questa sezione.

La maggior parte degli esperti ha rivisto le proprie stime sul risparmio di carburante possibile con una tipica stufa nuova. Un risparmio del 35% è ora considerato realistico per le stufe di migliore progettazione. Allo stesso modo, la maggior parte concorda sul fatto che la sola distribuzione di stufe migliorate non influirà in modo significativo sul tasso di deforestazione nella maggior parte dei luoghi. Ciononostante, le stufe migliorate sono ora considerate una componente conveniente nei programmi di riforestazione in alcuni paesi e chiaramente svolgono un ruolo nel migliorare la qualità della vita, risparmiando tempo e denaro per le famiglie e riducendo il fumo nell'area di cottura.

Un sentito ringraziamento a David Bartecchi di Village Earth per il contenuto iniziale.

Caratteristiche principali del design

Alcune o tutte queste caratteristiche di progettazione contribuiscono a rendere una stufa più efficiente in termini di consumo di carburante o a ridurre i problemi di salute associati ai fuochi di cottura tradizionali:

• Camino o sfiato lungo: per convogliare il fumo all'esterno e migliorare il flusso d'aria attraverso il fuoco.
• Afflusso d'aria controllabile: richiede che il fuoco si trovi in ​​un ambiente chiuso con un ingresso regolabile, consentendo di ridurre la velocità di combustione in base alle esigenze.
• Utilizzo di un materiale con buone proprietà isolanti per le pareti interne della stufa, solitamente in ceramica.
• Post-combustione: miscelazione del fumo (gas di scarico) con una piccola quantità di aria nuova, per consentire agli ultimi idrocarburi e al monossido di carbonio rimasti di bruciare senza fiamma.
• Rivestire il recipiente di cottura, ovvero far passare il fumo caldo attraverso uno stretto passaggio tra il fornello e la pentola. Ciò implica che le dimensioni della pentola e della pentola devono essere compatibili.
• Utilizzo del calore dei fumi di combustione per il riscaldamento degli ambienti (nei climi freddi) e/o per la produzione di acqua calda sanitaria. Per evitare perdite di fumi nell'ambiente, è necessario uno scambiatore di calore. In un prodotto costoso, questo può essere un complesso dispositivo in acciaio inossidabile o, in un paese in via di sviluppo, un semplice tubo di scarico in metallo. ^{[ necessaria espansione ]}
• Molte società cucinano solo pochi tipi di cibo e dovresti progettare la stufa in modo che soddisfi le loro esigenze specifiche

• Se mescolano un materiale denso, avrai bisogno di una base ben supportata per mantenere stabile la pentola
• C'è una separazione ottimale tra la pentola e il fornello per consentire la fuoriuscita del flusso d'aria. Progetta il fornello in modo che si adatti alle pentole e mantieni questa separazione.

• Se si inserisce troppo materiale nel bruciatore, non tutti gli idrocarburi verranno consumati, quindi si consiglia di limitare lo spazio per il materiale infiammabile. Quando si progetta l'area di combustione, è importante considerare anche il tipo di materiale che viene bruciato localmente.
• Nelle aree densamente popolate, come i campi profughi, più famiglie vorranno condividere i fornelli, quindi è consigliabile includere maniglie isolate.
• Come sempre, quando si tratta di tecnologie appropriate, le stufe dovrebbero essere costruite localmente, con materiali e tecniche locali. In questo modo, è possibile creare opportunità di imprenditori che producano, vendano e riparino le stufe dopo la vostra partenza.
• un fuoco chiuso per trattenere il calore
• progettazione accurata del portapentola per massimizzare il trasferimento di calore dal fuoco alla pentola
• deflettori per creare turbolenza e quindi migliorare il trasferimento di calore
• serrande per controllare e ottimizzare il flusso dell'aria
• un inserto in ceramica per ridurre al minimo la velocità di dispersione del calore
• una griglia per consentire l'utilizzo di diversi tipi di combustibile e la rimozione della cenere
• involucro metallico per garantire resistenza e durata
• sistemi multi-pentola per massimizzare l'uso del calore e consentire il riscaldamento simultaneo di più pentole

Gran parte del lavoro di ricerca e sviluppo svolto sulle tecnologie della biomassa per le aree rurali dei paesi in via di sviluppo si è basato sul miglioramento delle stufe tradizionali. Inizialmente, ciò è avvenuto in risposta alla minaccia della deforestazione, ma si è anche concentrato sulle esigenze delle donne di ridurre i tempi di raccolta del combustibile e migliorare l'ambiente in cucina attraverso l'eliminazione del fumo. Sono stati adottati numerosi approcci al miglioramento delle stufe, alcuni realizzati a livello locale e altri nell'ambito di programmi più ampi gestiti da organizzazioni internazionali. La Figura 2 sottostante mostra una varietà di tipologie di stufe migliorate di successo, alcune piccole stufe portatili e altre progettate per essere installate in modo permanente in una casa.

Migliorare la progettazione di una stufa è una procedura complessa che richiede una profonda comprensione di molti aspetti. Il coinvolgimento degli utenti nel processo di progettazione è essenziale per comprendere a fondo le loro esigenze e i requisiti della stufa. La stufa non è semplicemente un apparecchio per riscaldare il cibo (come è diventato nella società occidentale), ma spesso funge da centro sociale, un mezzo di illuminazione e riscaldamento degli ambienti. Il catrame del fuoco può aiutare a proteggere un tetto di paglia e il fumo può tenere lontani insetti e altri parassiti. È necessario considerare le abitudini di cottura, così come lo stile di vita degli utenti. Le stufe a carbone leggero utilizzate per cuocere carne e verdure sono poco utili per le persone che hanno diete di base come l'Ugali, che richiede pentole grandi e un'energica mescolatura. Il tipo di combustibile può variare notevolmente; in alcuni paesi lo sterco di mucca è utilizzato come fonte di combustibile comune, soprattutto dove la legna è scarsa. Anche il costo è un fattore importante tra i gruppi a basso reddito. Non identificare questi importanti problemi socio-economici garantirà il fallimento di un programma di stufe. La funzione di una stufa migliorata non è solo quella di risparmiare combustibile.

Materiali migliorati per la cucina

Uno degli aspetti più importanti per migliorare la progettazione di una cucina è la scelta dei materiali.

Considerazioni importanti:

• Il materiale deve essere in grado di resistere ai cicli termici
• Prezzo: la gente non comprerà una stufa costosa
• Il materiale deve essere disponibile (ovvio, ma vale la pena dirlo)

Materiali da considerare

• Mattoni refrattari (progettati per isolare e resistere ai cicli termici)
• Mattoni di argilla/fango (economici)
• Calcestruzzo refrattario
• Calcestruzzo normale
• Lamiera (tenete presente che è molto importante che la stufa non provochi ustioni)
• Piastrella normale
• Piastrelle isolanti

Per le camere di combustione, tieni presente che la legna può essere spinta dentro con una forza considerevole e la camera dovrebbe essere in grado di resistere ad alcuni abusi

Metalli:

• Lo zinco ha una temperatura di fusione relativamente bassa e non deve essere utilizzato per applicazioni ad alte temperature.
• L'acciaio inossidabile può essere adeguato per le camere di combustione
• La ghisa funziona molto bene, ma è molto costosa.

Produzione locale di stufe

Dal 1982, la Kenya Ceramic Jiko (KCJ), una stufa a carbone migliorata destinata al mercato urbano, è stata sviluppata e prodotta da un gran numero di piccoli produttori. La KCJ è composta da due componenti principali: metallo e argilla cotta. Entrambe queste parti sono realizzate da imprenditori: la parte in metallo (rivestimento) è realizzata da piccole imprese o singoli artigiani, mentre la parte in argilla (rivestimento) è prodotta da imprese leggermente più grandi e organizzate o da gruppi di donne. La KCJ viene venduta dagli artigiani direttamente ai loro clienti o tramite canali commerciali come negozi al dettaglio e supermercati. Inizialmente, la stufa è stata ampiamente pubblicizzata per sviluppare il mercato, dall'ONG KENGO e dal Ministero dell'Energia keniota, attraverso i mass media, dimostrazioni di mercato e fiere. Grazie a questa importante promozione, ora ci sono più di 200 artigiani e microimprese che producono circa 13.600 stufe migliorate ogni mese. Ad oggi, si stima che nelle famiglie keniote siano in uso circa 700.000 stufe di questo tipo. Ciò rappresenta una penetrazione del 16,8% di tutte le famiglie in Kenya e del 56% di tutte le famiglie urbane del paese. ^{[ 4 ]}

Ricerca e sviluppo in corso

Gruppi tra cui Kobus Venter's Vuthisa Technologies ^{[ 5 ]} e EWB San Francisco Professionals Chapter ^{[ 6 ]} stanno conducendo ricerche per ottimizzare tali stufe, anche utilizzando bricchette realizzate con biomassa di scarto (ad esempio rifiuti agricoli) con una semplice pressa per bricchette.

Il combustibile utilizzato può avere un impatto notevole sul fumo prodotto, oltre a influire sull'impatto ambientale. Il carbone vegetale ^W brucia in modo molto più pulito rispetto alla legna o allo sterco, ma di solito è ricavato dal legno.

Amy Smith ^W ha svolto studi sulla produzione di carbone vegetale da altre forme di biomassa. Per far sì che la biomassa si attacchi, viene utilizzato un legante. (Un altro metodo per rendere le bricchette più coese è quello di lasciare la biomassa in acqua per un paio di giorni per farla decomporre leggermente.) La scelta della biomassa dipende da ciò che è ampiamente disponibile, ma include bagassa ^W (scarti di canna da zucchero) legata con una pasta di radice di manioca ^W (chiamata anche manioca o tapioca); e paglia di grano o di riso legata con una piccola quantità di letame, nelle aree in cui normalmente viene bruciato il letame puro. ^{[ 7 ]}

Per modellare la progettazione delle stufe da cucina è possibile utilizzare un programma denominato CFD-GEOM .

La stufa a gassificazione di legna è probabilmente la stufa più efficiente possibile.

Diversi progetti migliorati di cucine

• Stufe a razzo Aprovecho, Cottage Grove, Oregon
• Confronto tra le stufe da cucina Patsari e Lorena della HSU Chiapas Improved Cookstoves in Messico
• AIUTA la stufa plancha in Guatemala
• PROLENA EcoStove in Nicaragua
• Stufa Justa in Honduras
• Stufe ProBec in Sud Africa
• Stufe GTZ in Africa
• BioLite Home Stove : una cucina a legna dotata anche di un generatore elettrico incorporato

Note e riferimenti =

Vedi anche

• Stufa di cottura efficiente alimentata da sterco di mucca
• Il mais come combustibile
• Stufa a segatura
• Cuociriso Usui

collegamenti esterni

• Centro di ricerca Aprovecho
• Brookhaven National Laboratory, 2023, Rapporto del workshop sulla sfida alla progettazione di stufe a legna, Rapporto per il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti, Ufficio per le tecnologie bioenergetiche, Rapporto n. 224406, https://www.energy.gov/eere/bioenergy/articles/just-released-new-wood-heater-design-challenge-workshop-report
• BuildItSolar: Stufe a legna; di particolare interesse sono la stufa a razzo RootSimple e le stufe a legna per il riscaldamento dell'acqua
• Principi di progettazione per stufe a legna
• Informazioni su varie cucine migliorate
• http://iapstoves.blogspot.com/
• Grande quantità di informazioni sui fornelli , incluso un gruppo di discussione via e-mail attivo
• Wikipedia:Fornello da cucina