Allegato 1: Azienda agricola energeticamente sostenibile

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1 di necessità (malfunzionamento, ecc.), di far circolare acqua fredda all interno dello scambiatore termico di sicurezza successivamente scaricata all esterno della centrale. Sempre ai fini della sicurezza è stata installata una valvola di scarico termico per scaricare acqua calda all esterno della centrale in caso di emergenza. Figura 24 Vista superiore della caldaia; 1 pompa per la circolazione dell acqua, 2 valvola a tre vie per il ricircolo, 3 tubazione mandata, 4 tubazione ricircolo, 5 tubazione ritorno Parallelamente all installazione della caldaia si è provveduto alla posa dei tubi per la realizzazione della rete di teleriscaldamento. Questa è stata realizzata con tubi in polietilene retinato interrati. Lo sviluppo complessivo della rete, visibile in Figura 25, è pari ad oltre 450 m. A completamento dell impianto sono stati realizzati i raccordi di collegamento alla rete di distribuzione esistente, ad eccezione di quelli con il cogeneratore che è ancora in fase di revisione e modifica. 38

2 Figura 25 Mappa aziendale: sono visibili gli interventi realizzati: centrale termica (18), accumulo cippato (27) e rete interrata di connessione 11 ingrasso 12 preparazione alimentazione 13 vasca stoccaggio liquami 14 vasca stoccaggio liquami 15 vasca stoccaggio liquami 16 vasca di bilanciamento 17 gruppo elettrogeno dual-fuel 18 centrale termica 19 capannone impianti PROBIO 20 vasca trattamento anaerobico 21 silo di stoccaggio mangimi 22 silo di stoccaggio mangimi 23 silo di stoccaggio mangimi 24 abitazioni 25 deposito granaglie 26 ricovero macchinari e essiccatoio 27 vasca accumulo cippato 10 ingrasso PORCILAIE 1 magronaggio 2 gestazione 3 parto / svezzamento 4 gestazione 5 gestazione 6 parto 7 svezzamento 8 ingrasso 9 ingrasso 39

3 3.2 - Produzione di energia elettrica con gruppo elettrogeno ad olio vegetale La filiera di produzione Il secondo filone di attività realizzato nell azienda agricola è quello legato alla produzione di energia elettrica mediante un gruppo elettrogeno a ciclo diesel alimentato con oli vegetali prodotti in azienda. Pertanto nell Azienda Chioda si è provveduto a installare la tecnologia necessaria per realizzare quella che si configura come un innovativa filiera completa di produzione dell energia elettrica. Come evidenziato nello schema di Figura 26, la filiera è incentrata sull utilizzo di semi oleosi, ottenuti dalla coltivazione aziendale di colza o girasole, da spremere sempre in azienda per ottenere: un olio vegetale da utilizzare, previa filtrazione e preriscaldamento, come combustibile in un gruppo elettrogeno azionato da un motore a ciclo diesel un panello di estrazione da destinare all alimentazione animale Figura 26 Schema della filiera di produzione aziendale di energia elettrica da olio vegetale Coltivazione oleaginose Stoccaggio semi Spremitura Panello Olio grezzo Alimentazione animale Sedimentazione Filtrazione Riscaldamento Gruppo elettrogeno Produzione aziendale dell olio vegetale Il primo problema affrontato è quello relativo alla gestione e lavorazione aziendale dei semi oleosi per produrre il combustibile. A tale scopo si è provveduto a realizzare una linea di lavorazione dei semi oleosi che nella sua versione attuale 2 comprendende: 1. silos in vetroresina da adibire allo stoccaggio dei semi oleosi 2. pressa di estrazione a freddo dell olio 2 La linea di spremitura è stata oggetto di successive modifiche ed integrazioni agli impianti. 40

4 3. coclea di raccordo tra i silos di stoccaggio e l impianto di spremitura per l alimentazione dei semi oleosi 4. coclea di raccordo tra la spremitrice e un carro per lo scarico del residuo di estrazione 5. vasca di raccolta dell olio grezzo 6. serbatoio in acciaio per la sedimentazione primaria dell olio grezzo 7. impianto di filtrazione 8. serbatoio in vetroresina per lo stoccaggio intermedio e ulteriore decantazione dell olio 9. serbatoio metallico per lo stoccaggio finale dell olio 10. preriscaldatore olio 11. serbatoio metallico per lo stoccaggio del gasolio Figura 27 - Layout semplificato della linea di spremitura semi e produzione energia elettrica (1 silos semi oleosi; 2 coclea di alimentazione semi oleosi; 3 pressa di spremitura semi; 4 vasca di raccolta dell olio grezzo; 5 serbatoio metallico per la decantazione primaria; 6 impianto di filtrazione; 7 - serbatoio stoccaggio intermedio olio; 8 - serbatoio stoccaggio olio; 9 preriscaldatore; 10 - serbatoio stoccaggio gasolio; 11 gruppo elettrogeno; 12 - carro per scarico panello) semi olio vegetale panello di estrazione gasolio 41

5 Figura 28 Silos per stoccaggio semi oleosi Figura 29 Pressa di estrazione olio in fase di installazione (1 arrivo semi; 2 tramoggia di alimentazione; 3 coclea per asportazione panello)

6 Attività PROBIO 2000 (II anno) della Regione Lombardia Spremitura e filtrazione Elemento centrale della linea per la produzione dell olio è la spremitrice a vite (Figura 29 e Tabella 15) alla quale è affiancato una semplice vasca per la raccolta dell olio. La spremitrice è provvista di una tramoggia per il ricevimento dei semi che grazie ad un semplice sensore di livello comanda il motore della coclea che la alimenta. Il seme passa quindi alla zona di spremitura ove per circa s è soggetto all azione dell albero a spirali estrattive che spreme il seme. L intensità di spremitura è regolabile in continuo agendo sulla vite stessa. La pressa ha subito varie modifiche nel corso del tempo soprattutto in seguito ai problemi emersi in fase di avviamento dell impianto. Le basse temperature invernali infatti determinavano lunghi tempi di attesa prima che la macchina andasse a regime con conseguente spreco di materia prima, oltretutto la farina di estrazione (panello) creava problemi alle coclee per il carico dei sili di stoccaggio. Il primo problema è stato risolto con varie azioni: il capannone che ospita l impianto è stato chiuso con porte scorrevoli; il flusso di aria calda proveniente dal generatore elettrico è stato deviato verso il capannone invece di essere disperso in atmosfera; sono state aggiunte 4 resistenze elettriche all albero a spirale della pressa e altre 4 resistenze sono state integrate nella tramoggia di carico dei semi per preriscaldare la materia prima. Il secondo problema è stato invece risolto applicando allo scarico del panello una piccola tramoggia che alimenta due piccolissimi estrusori che provvedono a comprimere la farina, a estrarne una ulteriore minima quantità di olio e a formare dei cilindretti (pellet) di circa 2 cm di diametro. I pellet sono più facilmente gestibili dalle coclee non provocano intasamenti e diminuiscono notevolmente il volume del panello. Tabella 13 A sinistra: filtro a piastre (in primo piano) serbatoio stoccaggio intermedio e serbatoio di decantazione (secondo piano). A destra: vasca di raccolta dell olio grezzo. 43

7 Attività PROBIO 2000 (II anno) della Regione Lombardia. L olio di prima spremitura si unisce a quello ottenuto dai due piccoli estrusori e viene così convogliato nella vasca di raccolta, dalla quale, con l ausilio di un elettropompa, viene prelevato e convogliato ad un serbatoio di circa 1000 litri a forma di cono rovesciato che ha la funzione di far sedimentare le impurità presenti nell olio grezzo prima di avviarlo all impianto di filtrazione. La capacità del sedimentatore è stata scelta al fine di lasciare l olio grezzo per circa tre giorni in uno stato di relativa quiete e consentire quindi una sedimentazione naturale delle particelle solide. Per caduta l olio sedimentato viene travasato nell impianto di filtrazione avente una capacità maggiore rispetto a quello installato all inizio delle attività; il filtro vero e proprio è del tipo a piastre ed è costituito da una serie telai rettangolari intervallati da un tessuto a base di cartone e cellulosa con pori di dimensione nota. L olio grezzo passando da un telaio all altro attraversa il tessuto e su cui lascia le particelle solide più fini. Una pompa per olio preleva infine l olio filtrato e lo spinge in un altro serbatoio di stoccaggio intermedio che funziona esclusivamente come accumulo temporaneo prima del riversamento nel serbatoio definitivo. Tabella 14 Filtro a piastre e contalitri 44

8 Tabella 15 Dati tecnici dell impianto per l estrazione dell olio vegetale (Bracco srl, Bagnatica [BG]) dimensione 1600 x 900 x 1300 mm (Lx l x h) spremitura semi oleosi raccolta olio tipo e funzionamento alimentazione produzione oraria spremitrice a vite (25-35 giri/min); regolazione spremitura di tipo manuale (anche durante il funzionamento); tempo di permanenza del prodotto s motore elettrico da 7,5 kw (960 giri/min) kg olio 3 vasca di raccolta a 3 stadi per la decantazione a sfioramento dell olio; provvista di pompa sommersa con comando a galleggiante per il pompaggio dell olio filtraggio olio tipo alimentazione capacità filtropressa a cartoni (superficie filtrante pari a circa 0,7 m 2, modificabile variando il numero di cartoncini) Elettropompa congrua a quella della spremitrice Utilizzazione dell olio vegetale in un gruppo elettrogeno L idea originale del progetto era quello di acquistare ed installare da un azienda specializzata nell elaborazione di motori diesel un gruppo elettrogeno ad olio di modesta potenza (4-6 kw e ). Questa scelta era motivata dal fatto che si tratta di una tecnologia assolutamente poco conosciuta, frequentemente commercializzata senza un adeguata garanzia né da parte dell elaboratore né tanto meno da parte del costruttore del motore. In altri termini sembrava poco opportuno sostenere un eccessivo investimento iniziale per l acquisto di una tecnologia non ancora del tutto matura e la cui validità tecnica ed economica era proprio da verificare nell ambito di questo progetto. Di contro un unità di così piccola taglia rischiava di avere uno scarso significato in termini energetici soprattutto in un azienda come quella in oggetto con un consumo di energia elettrica pari a oltre 4,5 MWh/m. In particolare questa è stata la sensazione del titolare dell azienda che, quindi, ha chiesto di valutare l ipotesi di installare invece un gruppo elettrogeno di taglia elevata (indicativamente 100 kw e ) impegnandosi a coprire con fondi propri il maggiore investimento iniziale. Sono stati vagliati diversi preventivi ma soprattutto il problema di una adeguata garanzia ed assistenza tecnica; a tale scopo è stata coinvolta anche la Clausius srl di Caldero (VR), che da diversi anni collabora per quanto concerne problemi di impiantistica con l Azienda Chioda, quale possibile soggetto in grado di collaborare con il fornitore del gruppo elettrogeno proprio per garantire un opportuna assistenza tecnica. La scelta finale, dettata anche da precedenti esperienze aziendali in materia in azienda era già presente un generatore simile alimentato a gas/gasolio come descritto nel capitolo 2, è ricaduta su un gruppo elettrogeno utilizzante un motore IVECO AIFO (Tabella 16 e Figura 30) ritenendo quest ultimo un unità caratterizzata da semplicità costruttiva, provata affidabilità e soprattutto ben conosciuta ai tecnici della Clausius che collaboreranno per la manutenzione e l assistenza. 3 dati dichiarati dal costruttore e momentaneamente verificati con i risultati delle prime stime. 45

9 Figura 30 Gruppo elettrogeno Attività PROBIO 2000 (II anno) della Regione Lombardia. Sul gruppo elettrogeno non si è intervenuti in modo significativo, salvo l installazione di una valvola ad azionamento manuale per il funzionamento con gasolio o olio vegetale. Si è ritenuto invece necessario provvedere il sistema di un preriscaldatore (Figura 31) per diminuire la viscosità dell olio che è sensibilmente più alta di quella del gasolio (a 38 C la viscosità dell olio di girasole è pari a 37,1 cst contro 2,7 cst del gasolio) 4. Si tratta di uno scambiatore acqua/olio che, in questa prima versione, utilizza come fonte termica delle resistenze elettriche per riscaldare indirettamente (tramite acqua) l olio ad una temperatura di C. Una volta messo a punto il sistema, l intenzione è quella di utilizzare il fluido di raffreddamento del motore per il preriscaldamento dell olio. Figura 31 - Preriscaldatore dell olio in fase di installazione 4 maggiori informazioni al seguente indirizzo 46

10 Tabella 16 - Gruppo elettrogeno costruttore e modello Iveco Aifo 8210 tipologia cilindri diesel 4 tempi; iniezione diretta; aspirazione naturale 6 in linea alesaggio x corsa mm 137 x 156 cilindrata cm rapporto di compressione 16:1 regime di funzionamento giri/min 1500 potenza netta al volano Consumo specifico di gasolio (3) emergenza 144 kw continuo 131 4/4 carico 228 3/4 carico g/kwh 230 2/4 carico 237 Consumo massimo di olio lubrificante % 0,8 47

11 4 - OSSERVAZIONI E RILIEVI SULLE ATTIVITÀ SPERIMENTALI DEL 1 E DEL 2 ANNO In questo capitolo sono descritti i risultati della campagna sperimentale svolta in azienda e viene aggiornato lo stato d avanzamento dei lavori. Al Dicembre 03 il progetto denuncia un lieve rallentamento delle attività sperimentali a causa di alcuni problemi tecnici che riguardano sia la linea di produzione di energia elettrica da olio vegetale sia la linea di produzione di energia termica che utilizza cippato. I principali problemi sono legati alla spremitrice e alla linea di filtrazione dell olio vegetale che sono state oggetto di varie modifiche finalizzate al miglioramento della gestione operativa e alla sezione di alimentazione della caldaia che è stata integrata con un vaglio vibrante per separare il cippato grossolano, causa di inceppamenti delle coclee di alimentazione della caldaia, dal cippato più fine. Infatti, in seguito alle modifiche apportate alla spremitrice e all integrazione della linea cippato-caldaia con il vaglio vibrante è stato possibile effettuare solo parte delle rilevazioni previste. I problemi sono stati risolti a fine 2003, quindi, accelerando le attività nel primo semestre 2004, si prevede di portare a termine tutto il lavoro programmato nei tempi prefissati Linea dell energia termica dal legno Produzione e gestione del combustibile L adozione di un biotrituratore, quindi di una macchina operante con martelli, ha evidenziato, come prevedibile, determinati vantaggi unitamente ad alcune problematiche. Il biotrituratore si è mostrato in grado di operare su un ampia gamma di biomassa da processare sia di provenienza strettamente agricola (ramaglie, tronchi, residui di potatura) sia di provenienza extra aziendale, in particolare legno post-consumo (soprattutto pallets e imballaggi legnosi). Di contro la qualità del combustibile ottenuto risulta piuttosto scadente: si tratta sostanzialmente di legno in scaglie, quindi con pezzi visibilmente allungati, con una significativa presenza di fine. Soprattutto i primi si sono dimostrati decisamente inadatti per alimentare la caldaia in quanto provocavano il continuo arresto della coclea di alimentazione. La qualità del combustibile è peggiorata dalla presenza di impurità varie: in primis i chiodi presenti nei pallets che il deferrizzatore installato sul biotrituratore separa solo in parte; a questi si era aggiunta, nei primi mesi di attività, la presenza di terra e pietrisco proveniente dalla strada sterrata ove è stata effettuata la cippatura. Per quanto concerne la presenza di impurità il problema è stato risolto, grazie all asfaltatura dell area circostante l impianto, ad una migliore selezione della biomassa extra aziendale ed ad un progressivo incremento della quota di biomassa aziendale. In Tabella 17 e Tabella 18 sono riportati i risultati delle analisi eseguite sul cippato aziendale in tempi diversi: si può notare una estrema variabilità dell umidità del combustibile. I dati riportati in Tabella 17 si riferiscono a cippato mediamente secco stoccato all aria aperta, ma protetto dalle intemperie; le analisi sono state eseguite dal laboratorio dell ENEA di Saluggia. Si nota soprattutto il contenuto di umidità pari al 7% e il bassissimo contenuto di ceneri pari allo 0.5 % che denota come l asfaltatura della piazzola di cippatura abbia migliorato notevolmente la qualità del combustibile. 48

12 Tabella 17 Analisi dell cippato prodotto in azienda. Valori calcolati sul tal quale. (ENEA 2004 CTI) Elemento chimico Valore U.M Carbonio 47,02 % Idrogeno 5,77 % Ossigeno 39,09 % Azoto 0,48 % Zolfo 0,00 % Ceneri sul tal quale ed incenerite a 750 C per 2 ore 0,52 % Umidità Olio essiccato in stufa a 105 C per 12 ore in depressione 7,12 % Totale 100,0 % Potere calorifico superiore sul tal quale Potere calorifico inferiore sul tal quale 4443,3 kcal/kg 18,6 MJ/kg 4077,2 kcal/kg 17,1 MJ/kg I dati riportati in Tabella 18 si riferiscono invece a cippato appena prodotto con materia prima che era stata conferita da poco in azienda ed era stata lasciata all aria aperta e non protetta dagli agenti atmosferici. Le analisi sono state compiute presso il CTI utilizzando una bilancia termica a raggi infrarossi. Tabella 18 Analisi umidità dell cippato prodotto in azienda eseguita con bilancia a raggi IR a 105 C. (CTI) Campione Peso campione iniziale Peso campione finale Umidità sul t.q. Umidità s.s. g g % t.q. % s.s. 1 6,930 4,940 28,7 40,3 2 7,660 4,666 39,1 64,2 3 5,780 3,487 39,7 65,8 4 6,345 4,268 32,7 48,7 Valori Medi 35,1 54,7 In Tabella 18 si può notare come i campioni differiscano tra loro per contenuto di umidità. La spiegazione è legata alla eterogeneità del materiale, costituito da frammenti di dimensioni molto diverse tra loro, che estratto in piccole quantità dal campione prelevato in azienda non consente stime accurate con lo strumento utilizzato a meno di non intervenire con un trattamento meccanico per rendere più uniformi le dimensioni delle scaglie legnose. Questo non significa che i risultati dell analisi sono di scarsa utilità, anzi si può evidenziare c I risultati delle analisi relative all umidità del combustibile portano a fare alcune considerazioni: - la gestione della biomassa influenza molto la qualità del combustibile finale a pari condizioni iniziali, sia in termini di umidità che in termini di corpi estranei (terra, sabbia, polvere); - la qualità della biomassa disponibile e/o acquistata è un altro aspetto molto importante nella gestione dell impianto; si rende necessario predisporre contratti di fornitura che tengano conto dei parametri più influenti sul rendimento del combustibile; - il rendimento dell impianto è quindi variabile in funzione della modalità con cui si gestisce la biomassa; 49

13 - pur se non sono state effettuate analisi relative alla relazioni tra la qualità del combustibile e le emissioni in atmosfera si può comunque ipotizzare l importanza che una corretta gestione del primo ha nei confronti dell impatto ambientale e della gestione generale dell impianto con possibili rilevanti e sensibili variazioni nei risultati dell investimento Caldaia I problemi di qualità del combustibile si sono riflessi sul complesso caldaia/sistema di alimentazione, sollecitando particolarmente quest ultimo sia per la tendenza del combustibili a formare ponti nel vascone di stoccaggio, con conseguenti problemi di prelievo dallo stesso da parte dell estrattore a bracci, sia per difficoltà da parte della coclea a trasportare il materiale dall accumulo alla centrale termica. Non ha manifestato problemi particolari invece il dosatore a coclea del combustibile in ingresso alla caldaia che è apparso in grado di gestire un combustibile che si potrebbe definire piuttosto ostico. Il problema è comunque stato risolto installando un vaglio vibrante che provvede a selezionare il materiale triturato e ad avviare all accumulo della caldaia solamente il cippato di dimensioni idonee per il corretto funzionamento della coclea di alimentazione della caldaia stessa. Una serie di 4 deferizzatori installati immediatamente a valle del vaglio depura il legname da inquinanti ferrosi che immessi in caldaia provocherebbero, come verificato più volte in passato, l inceppamento della griglia mobile della camera di combustione e un aumento notevole dei residui raccolti nei cassettoni porta cenere. Per quanto concerne la caldaia, il principale problema emerso è quello relativo a formazioni di morchie nella zona della griglia di combustione (aspetto che necessiterebbe di un opportuno approfondimento) e più in generale una presenza di ceneri nella caldaia superiore alle aspettative, sebbene nel combustibile sia presente una minima frazione di corteccia. Attualmente la caldaia è alimentata prevalentemente con cippato proveniente dalla triturazione di pallet usati, mentre il proprietario conta su una futura disponibilità di biomassa pari a circa tonnellate e costituita da legna e residui di potatura prodotti in azienda, ramaglia e legna di scarto acquistata sul mercato, grazie ad un accordo con l ASTM. Per consentire lo stoccaggio del materiale citato è in fase di realizzazione un nuovo capannone che ospiterà la biomassa in ingresso e servirà come luogo per le operazioni di triturazione. L elevata quantità di materia prima che entrerà in azienda è legata ad un nuovo filone di attività gestito direttamente dal proprietario che riguarda la produzione di pellet per fini energetici. Il vaglio inserito nella linea di alimentazione della caldaia, descritto in precedenza, è infatti stata progettato per consentire di alimentare la caldaia e contemporaneamente per rifornire di materia prima una linea di pellettizzazione installata nello stesso capannone che occupa gli impianti oggetto del progetto PROBIO. Il proprietario intende infatti produrre pellet da destinare al mercato locale del riscaldamento. Le prime rilevazioni sulla produzione di energia termica da biomassa sono riportate nel grafico di Figura 32. Si può innanzi tutto osservare come l impianto funzioni prevalentemente nei mesi freddi. Purtroppo però i problemi relativi alla qualità del combustibile hanno causato un funzionamento decisamente irregolare tanto che dopo il mese di dicembre 2002 la produzione di energia termica è calata notevolmente e sono state rimesse in funzione le vecchie caldaie a metano. 50