Quanti'icazione e caratterizzazione energetica delle biomasse forestali in Ogliastra. E'isio A. Scano. Carbonia 6 maggio 2014

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1 Quanti'icazione e caratterizzazione energetica delle biomasse forestali in Ogliastra E'isio A. Scano Carbonia 6 maggio 2014 Valutazioni sull utilizzo delle biomasse forestali per la cogenerazione diffusa

2 La distribuzione delle biomasse forestali in Italia La più importante stima dell estensione delle biomasse forestali in Italia è stata fornita dall Inventario Nazionale delle Foreste e dei Serbatoi Forestali di Carbonio (INFC) i cui dati relativi ad un lavoro fondamentale iniziato nel 2005 sono stati pubblicati nel Sulla base dei dati INFC 2005 in Italia si hanno ha di biomasse forestali dei quali ha sono rappresentati da foreste, mentre i restanti ha da aree boscate. Un altra fonte di dati è costituita dall Atlante Italiano delle Biomasse, un sistema informativo territoriale su base WEB- GIS con la disponibilità di un database implementato con metodologia WISDOM (Woodfuel Integrated Supply/Demand Overview Mapping).

3 La distribuzione delle biomasse forestali in Sardegna La determinazione della disponibilità di biomassa lignocellulosica in Sardegna è ancora affetta da incertezze, soprattutto a causa della mancanza di dati precisi e coerenti relativi all estensione superyiciale delle foreste. Questo a causa delle differenti metodologie impiegate per rilievi, dei diversi criteri di classiyicazione e delle diverse scale adottate da parte delle Istituzioni preposte. L Assessorato della difesa dell Ambiente ha reso nota una prima stima sulla disponibilità di biomassa forestale, valutandone un accrescimento medio annuo di circa 1,5 milioni di tonnellate, ma precisando che è sostenibile il prelievo di tonnellate dal territorio regionale.

4 La disponibilità delle biomasse forestali in Sardegna t/anno t/anno t/anno t/anno Fonte Sardegna Ricerche Audit sulle fonti di energie rinnovabili in Sardegna 2008

5 La disponibilità delle biomasse forestali in Sardegna Bosco Con vincolo idrogeologico (ha) % Senza vincolo idrogeologico (ha) % SuperKicie non classikicata per presenza del vincolo idrogeologico (ha) Totale (ha) 1% Altre superkici boscate % % % Totale % % % (Fonte: INFC, 2005)

6 La distribuzione delle biomasse forestali in Sardegna Con vincolo naturalistico (ha) Senza vincolo naturalistico (ha) SuperKicie non classikicata per presenza di vincoli naturalistici (ha) Totale (ha) Bosco % % % Altre superkici boscate % % % Totale % % % (Fonte: INFC, 2005)

7 La distribuzione delle aree protette in Sardegna

8 La distribuzione delle biomasse forestali in Sardegna Indice di boscosità Sardegna 35.8 % Ogliastra 52.5 % Fonte Sardegna Ricerche Audit sulle fonti di energie rinnovabili in Sardegna 2008

9 Gli obiettivi! Stima della disponibilità attuale e potenziale di biomasse e della loro distribuzione nell Ogliastra, in modo da permettere una accurata localizzazione delle risorse e l identiyicazione di possibili bacini di raccolta e sfruttamento.! Realizzazione di un modello gestionale sperimentale a livello intercomunale per la valorizzazione delle terre civiche mediante l impiego delle biomasse nella produzione di energia.! Costruzione di un modello di riferimento per lo sfruttamento sostenibile delle biomasse forestali per la produzione di energia in tutta la Regione.

10 Il territorio

11 La metodologia di indagine Per determinare le aree effettivamente idonee alla produzione, al prelievo e all impiego energetico del materiale legnoso, è stata applicata una metodologia basata sull analisi GIS degli strati informativi a disposizione: la carta dell uso del suolo e la carta delle pendenze. E stata ottenuta una carta rappresentativa degli ambiti forestali che possono essere destinati alla produzione di biomasse per l utilizzo energetico. La carta delle pendenze è stata ottenuta a partire da un modello digitale del terreno (DEM) avente una risoluzione di 10 m 2. Si è, dunque, arrivati a individuare, sull intero territorio, aree aventi pendenza omogenea con una superyicie minima di metri quadrati.

12 La metodologia di indagine Gli strati informativi "uso del suolo" e "pendenza" sono stati sovrapposti, in modo da ottenere un terzo strato informativo contenente le informazioni riguardanti le classi di uso del suolo di interesse energetico e le classi di pendenza. Sono state poi deyinite le classi di vocazionalità, che hanno consentito di individuare il grado di attitudine delle formazioni forestali per un loro utilizzo a Yini energetici.

13 Carta dell uso del suolo in Ogliastra

14 Distribuzione delle classi dell uso del suolo

15 Carta dell uso del suolo in Ogliastra

16 Classi di uso del suolo utilizzabili per la produzione di biomasse forestali Uso del suolo SuperKicie (ha) Boschi di latifoglie , Arboricoltura con essenze forestali di latifoglie 91, Pioppeti, saliceti, eucalipteti ecc. Anche in formaz. miste 1.510, Sugherete 1.093, Castagneti da frutto 16, Altro 74, Bosco di conifere 5.394, Arboricoltura con essenze forestali di conifere 1.129, Boschi misti di conifere e latifoglie 1.789,6 Totale ,2

17 Carta delle pendenze in Ogliastra Vocazione massima: 0% 20% Vocazione media: 20% 40% Vocazione minima: 40% 60% Vocazione nulla: > 60%.

18 Carta della copertura vegetale in Ogliastra Per individuare con la maggiore precisione possibile le formazioni forestali che effettivamente costituiscono la biomassa ritraibile dal territorio in esame, è stata impiegata la carta della copertura vegetale. Tale strato informativo consente, infatti, di ottenere informazioni più dettagliate rispetto alla carta dell uso del suolo e di evidenziare gli aspetti selvicolturali e le diverse potenzialità energetiche di ogni formazione. La sovrapposizione delle carta del suolo e di quella della vegetazione ha consentito di veriyicare quale percentuale di una determinata classe d uso del suolo può essere effettivamente impiegata nella produzione delle biomasse.

19 Carta della copertura vegetale in Ogliastra

20 Stima della biomassa forestale ritraibile

21 Stima della biomassa forestale ritraibile E stata stimata una disponibilità potenziale di biomasse di origine forestale su base umida pari a circa tonnellate, di cui (31,2%) da utilizzare come legna da ardere e circa (68,8%) da trasformare in cippato e/o in pellet. Partendo da tali considerazioni e valutando un età media dei soprassuoli mappati di almeno 25 anni, si può stimare una provvigione ritraibile pari a circa tonnellate. I valori così ottenuti rappresentano la Yitomassa arborea epigea totale presente in tutto il territorio della Provincia Ogliastra.

22 Caratterizzazione chimico- Kisica della biomassa forestale A = 1256 m 2 r = 20 m Albero campione

23 Caratterizzazione chimico- Kisica della biomassa forestale Ramaglie Tronco scortecciato Tronco tal quale

24 Caratterizzazione chimico- Kisica della biomassa forestale Legno cippato Quartatura Essiccamento Campione Kinale Analisi Riduzione delle dimensioni

25 Caratterizzazione chimico- Kisica della biomassa forestale Le biomasse legnose sono state raggruppate in due grandi famiglie: conifere e latifoglie. La macchia mediterranea appartiene al livello 4: Arbusti (Raccomandazione Comitato Termotecnico Italiano elaborata dal SC 9 Fonti rinnovabili di energia - R 04/5). In base alla letteratura, il Potere CaloriYico Inferiore su base secca e in assenza di ceneri delle conifere (19,5 20 MJ/kg) è maggiore di quello delle latifoglie (18,4 19,1 MJ/kg). Per confrontare i risultati ottenuti con i dati disponibili in letteratura sono stati impiegati i coefkicienti di biomassa epigea, che forniscono la percentuale delle varie parti della pianta quali ramaglie, tronco con corteccia e tronco senza corteccia, in funzione del diametro e dell altezza.

26 Caratterizzazione chimico- Kisica della biomassa forestale Pinus pinaster S % tq H tq % PCI tq MJ/ kg N tq % Utot % 80,00 70,00 60,00 56,69 50,00 43,31 40,00 30,00 20,00 7,13 0,02 10,00 0,30 0,00 2,83 0,13 18,99 23,92 C tq % 34,41 Sostanza Secca % Carbonio Fisso % Ceneri tq % Sostanze Volatili tq % ProKili qualitativi delle conifere S % tq H tq % PCI tq MJ/kg Pinus radiata Utot % 60,00 45,64 50,00 40,00 30,00 9,40 20,00 10,00 0,02 0,00 3,47 0,11 0,28 20,41 Sostanza Secca % 54,36 42,56 Ceneri tq % Sostanze Volatili tq % N tq % 29,90 C tq % Carbonio Fisso %

27 Caratterizzazione chimico- Kisica della biomassa forestale Pinus pinaster Pinus halepensis Pinus pinea Pinus niger Pinus radiata Pinus canariensis Cedrus spp PCI tq MJ/kg Utot % 80,00 70,00 60,00 50,00 40,00 71,31 Sostanza Secca % ProKili sovrapposti delle conifere S % tq 30,00 12,71 20,00 28,69 Ceneri tq % 10,00 0,03 0,00 4,42 0,21 0,81 H tq % 20,13 55,73 Sostanze Volatili tq % 38,47 N tq % Carbonio Fisso % C tq %

28 Caratterizzazione chimico- Kisica della biomassa forestale S % tq H tq % PCI tq MJ/kg N tq % Quercus ilex Utot % 70,00 60,00 64,31 50,00 35,69 40,00 30,00 10,56 20,00 0,02 10,00 0,77 0,00 4,04 0,16 33,08 C tq % 18,63 Sostanza Secca % Ceneri tq % Sostanze 51,02 Volatili tq % Carbonio Fisso % S % tq H tq % ProKili qualitativi delle conifere Macchia mediterranea mista PCI tq MJ/kg Utot % 80,00 70,00 60,00 50,00 27,32 40,00 30,00 12,73 20,00 10,00 0,06 0,00 4,53 0,28 1,20 72,68 19,57 Sostanza Secca % 56,75 Ceneri tq % Sostanze Volatili tq % N tq % 38,72 C tq % Carbonio Fisso %

29 Caratterizzazione chimico- Kisica della biomassa forestale ProKili sovrapposti delle latifoglie Quercus ilex Arbutus unedo Macchia mediterranea mista Eucaliptus Utot % 80,00 PCI tq MJ/kg 70,00 60,00 72,68 Sostanza Secca % 50,00 27,32 40,00 S % tq 30,00 12,73 20,00 Ceneri tq % 10,00 0,06 0,00 4,53 0,28 1,20 H tq % 19,57 56,75 Sostanze Volatili tq % 38,72 N tq % Carbonio Fisso % C tq %

30 Valutazione del potenziale energetico del territorio BIOMASSA PER CIPPATO Potenziale energetico annuo (MJ) Potenziale energetico annuo (GWh) Conifere e latifoglie con corteccia ,6 BIOMASSA PER LEGNA DA ARDERE Potenziale energetico annuo (MJ) Potenziale energetico annuo (GWh) Latifoglie ,5 Il potenziale energetico complessivo calcolato è pari a GWh anno - 1

31 Aree vocate all installazione di impianti produttivi

32 Scelta della tecnologia di conversione energetica

33 Scelta della tecnologia di conversione energetica E stato applicato un Criterio di Decisione Multiattributo basato sul Metodo di Pugh Sono state prese in considerazione quattro possibili tecnologie di conversione energetica: Ø Combustione (A) Ø Pirolisi (B) Ø GassiKicazione (C) Ø PirogassiKicazione (D)

34 Scelta della tecnologia di conversione energetica Criterio Disponibilità di impianti di piccola taglia Caratteristiche delle materie prime Consolidamento della tecnologia Rendimento Necessità di apparecchiature ausiliarie Costi e facilità di manutenzione Necessità di rafyinazione dei prodotti Impatto ambientale Necessità di operatori specializzati Costi di investimento Costi di processo Tempi di ritorno dell investimento Peso %

35 Scelta della tecnologia di conversione energetica Criterio A B C D Disponibilità di impianti di piccola taglia S S S S Caratteristiche delle materie prime + Consolidamento della tecnologia S Rendimento Necessità di apparecchiature ausiliarie S Costi e facilità di manutenzione S Necessità di rafyinazione dei prodotti S Impatto ambientale S Necessità di operatori specializzati S Costi di investimento S Costi di processo S Tempi di ritorno dell investimento S Matrice di Pugh

36 Conclusioni La tecnologia più adeguata per la conversione in energia è risultata la combustione da realizzarsi mediante unità in assetto cogenerativo per sfruttare quindi sia la componente elettrica che quella termica ed in modo da accedere agli incentivi per la produzione previsti dalle norme. Sulla base del potenziale energetico del territorio esaminato è possibile e auspicabile, solamente l installazione di impianti di piccola taglia, distribuiti nelle zone più vocate della provincia. L installazione di impianti centralizzati di media taglia (1 MW di potenza) con impiego di biomasse di produzione locale può risultare di difyicile realizzazione. La realizzazione di impianti di piccola taglia consente di ipotizzare usi civici dell energia elettrica e termica generate, identiyicando come utenti Yinali le pertinenze pubbliche, quali ufyici, scuole ed altre strutture comunali.

37 Conclusioni Gli impianti di piccola taglia risultano particolarmente sostenibili sia dal punto di vista economico che ambientale perché possono essere alimentati con biomasse provenienti interamente da Yiliere locali e contribuire ad una migliore gestione del territorio e ad un utilizzo razionale delle risorse forestali. La pianiyicazione forestale territoriale e di dettaglio è condizione essenziale afyinché le amministrazioni, i proprietari e i gestori di aree forestali possano programmare in modo sostenibile l utilizzo delle superyici forestali, al Yine di perpetuare nel tempo la risorsa boschiva locale, a beneyicio della produzione di biomasse per l autoconsumo. Il modello impiegato in questo studio, opportunamente integrato con altri signiyicativi elementi può rappresentare un valido strumento operativo non solo per la Provincia dell Ogliastra, ma anche per altre aree della Sardegna.

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39 THE OGLIASTRA FOREST BIOMASSES: EVALUATIONS FOR POSSIBLE ENERGY PURPOSES Melis E. 1, Asquer C. 2, Pistis A. 2, Orrù P. F. 1, Scano E. A. 1,2 1 Mechanical Engineering, Chemistry and Materials Department, University of Cagliari 2 Biofuels and Biomass Laboratory, Sardegna Ricerche Z.I. Macchiareddu, Uta, Cagliari (Italy)

40 Grazie per l attenzione!!