MANUALE Produzione ed utilizzo di biomasse ligno cellulosiche da colture dedicate

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1 : promuovere la produzione e l utilizzo di biomassa da colture energetiche MANUALE Produzione ed utilizzo di biomasse ligno cellulosiche da colture dedicate Revisione: 3 del 05 Gennaio 2010

2 Autori Ing. Lorenzo Corbella Dott. Agr. Maurizio Cocchi Dott.ssa Agr. Chiara Sagarese Editore Piazza Savonarola, 10 I Firenze Italy Tel Fax Copyright 2009 Autori Tutti i diritti sono riservati. Nessuna parte di questa pubblicazione può essere fotocopiata, riprodotta, archiviata, memorizzata o trasmessa in qualsiasi forma o mezzo, elettronico, meccanico, reprografico, digitale, se non nei termini previsti dalla legge che tutela il diritto d autore e comunque con il consenso scritto degli Autori. Questa pubblicazione fa parte della documentazione messa a disposizione dal progetto ENCROP cofinanziato nell ambito del Programma Energia Intelligente per l Europa : il documento fornisce informazioni tecnico-economiche per la produzione ed utilizzo di biomasse ligno-cellulosiche da raccolti dedicati. La responsabilità sul contenuto della pubblicazione è esclusivamente degli autori e non rappresenta in alcuna maniera l opinione della Comunità Europea. La Commissione Europea non è responsabile per alcun uso che potrebbe essere fatto dalle informazioni ivi contenute. 2

3 INDICE Il PROGETTO ENCROP... 4 INTRODUZIONE... 5 BIOMASSA e BIOENERGIA... 6 Uso di biomasse per la produzione di energia: vantaggi ed aspetti critici... 8 Bilancio energetico positivo e ridotta produzione di CO COLTIVAZIONE E RACCOLTA DI COLTURE SRF RACCOLTA IL CIPPATO LOGISTICA E STOCCAGGIO CONVERSIONE ENERGETICA Produzione di calore ed eventuale produzione di elettricità in cogenerazione Le caldaie a griglia fissa Le caldaie a griglia mobile Produzione elettrica e cogenerazione Tubine a vapore Turbogeneratori a ciclo Rankine organico PRINCIPALI STRUMENTI DI SUPPORTO ALLA PRODUZIONE DI BIOENERGIA ESEMPI DI FILIERE AGROENERGETICHE Filiera completa dell'autoconsumo: dalle SRF all energia Esempio - L Azienda florovivaistica Cascina Ronchi Esempio - L azienda agricola Casarosio (CR) Esempio - L azienda agricola Cascina Colombarone Esempio - La Cascina Meardi, Esempio: Il Comune di Apiro, teleriscaldamento e cogenerazione di media taglia Filiera della vendita dell'energia Esempio: Il Comune di Candiana: teleriscaldamento di piccola scala Filiera della vendita del cippato: Esempio: Il comune di Rosà Esempio: la proposta commerciale di PowerCrop S.r.l VALUTAZIONI ECONOMICHE Bibliografia Links e Riferimenti

4 Il PROGETTO ENCROP Recentemente sono state portate avanti diverse iniziative a livello europeo, quali programmi di ricerca, progetti di dimostrazione e applicazioni commerciali, legate alla produzione e uso di biomasse lignocellulosiche da raccolti dedicati. Ciò nonostante, queste buone pratiche e tecnologie sono ancora poco conosciute. In questo scenario il progetto ENCROP si pone l obiettivo di promuovere la disseminazione dei migliori risultati e buone pratiche ricavate da queste iniziative: il progetto si concentra su la normativa, la ricerca, le tecnologie e le attività di filiera riguardanti la produzione e l uso di biomassa ligneocellulosiche da colture energetiche per aumentarne il consenso, il generale livello di conoscenza e far conoscere, a livello europeo, i migliori esempi di filiere da raccolti energetici. Uno dei più importanti obiettivi della politica energetica dell Unione Europea, così come una priorità a livello nazionale e regionale nei diversi paesi dell unione, è aumentare l uso di biomassa e l utilizzo del cippato prodotto da raccolti energetici. Nei paesi Europei la disponibilità e le potenzialità dei raccolti energetici varia in maniera sostanziale così come la più indicata tecnologia di conversione per la produzione energetica. Il progetto ENCROP in Italia si concentra esclusivamente sull utilizzo di biomassa da colture dedicate per la produzione di energia tramite combustione diretta. Il progetto è portato avanti in Finlandia, Italia, Germania, Spagna, Svezia e Austria. AEBIOM l Associazione Europea della Biomassa, associazione no profit internazionale con sede in Belgio è coinvolta per la disseminazione dei risultati. ETAFlorence Renewable Energies è responsabile delle attività per il caso studio italiano. 4

5 INTRODUZIONE Quello che ci attende oggi e nell immediato futuro è la necessità di risolvere un problema multi obiettivo che coinvolge tutti i livelli strutturali della società: la necessità di cercare nuove forme di energia che permettano di mantenere uno sviluppo economico globale preservando al tempo stesso l ambiente in cui viviamo e di conseguenza la vita stessa sulla terra. I combustibili fossili sono la prima causa dell inquinamento terrestre ed atmosferico e con essi non è più possibile alimentare l economia mondiale nel rispetto dell ambiente. La scelta strategica che si pone necessaria, a tutti i livelli, per una obbligata diversificazione delle fonti energetiche e per garantirne l'approvvigionamento è quella di ricorrere alle fonti di energia rinnovabile e all uso efficiente di energia. La sfida di questa generazione si inserisce quindi in un quadro di rinnovamento che deve coinvolgere tutti i livelli della società: le istituzioni nazionali ed internazionali si stanno muovendo per dare una risposta concreta a tale esigenza definendo traguardi per il prossimo decennio e direttive vincolanti. In questo contesto il progetto Encrop cofinanziato dalla Commissione Europea nell ambito del programma Energia intelligente per l Europa e più precisamente facente parte del sottoprogramma Altener, relativo alla promozione delle fonti di energia rinnovabile, vuole dare un contributo chiaro e oggettivo promuovendo l uso energetico sostenibile di biomasse lignocellulosiche prodotte da raccolti dedicati. Il presente documento vuole pertanto essere un compendio chiaro e generale per i produttori ma soprattutto i potenziali utilizzatori di combustibili solidi legnosi che vogliano approfondire da un punto di vista sistemico i molteplici aspetti legati all utilizzo delle risorse rinnovabili locali per un utilizzo energetico negli usi finali civili ed industriali. I seguenti paragrafi descriveranno pertanto: le caratteristiche dei combustibili solidi legnosi e le tecnologie utilizzate sia nella fase di approvvigionamento della materia prima che nella fase di conversione per la produzione di energia termica ed elettrica; le filiere di successo ed esempi delle migliori pratiche valutazioni economiche e compatibilità con l ambiente 5

6 BIOMASSA e BIOENERGIA Con il termine biomassa si intende ogni tipo di sostanza organica non fossile di origine vegetale o animale, che può essere utilizzata per la produzione di energia. Tra le principali biomasse usate a scopo energetico vi sono il legno, la paglia dei cereali, i reflui degli allevamenti zootecnici e degli impianti di depurazione civili, così come colture energetiche dedicate, sia legnose, che oleaginose o cerealicole (colza, soia girasole, mais, sorgo, canna da zucchero etc.) L energia prodotta dalla biomassa (bioenergia), è contenuta all interno dei legami chimici delle molecole di origine vegetale ed animale (cellulosa, amido, proteine etc.) e deriva direttamente dall energia solare che i vegetali catturano con la fotosintesi clorofilliana, e gli organismi animali utilizzano nel loro metabolismo. La biomassa è una risorsa ampiamente utilizzata a livello mondiale; i processi e le tecnologie impiegati per la produzione di bioenergia sono diversi e talvolta molto complessi. In questo manuale si farà riferimento esclusivamente al sistema di conversione energetica della biomassa più comune e diffuso, cioè la combustione diretta, per la produzione di energia termica ed elettrica. La bioenergia: rinnovabile ed a basse emissioni di carbonio Dal punto di vista energetico, la biomassa è a tutti gli effetti una riserva di energia solare, che si rinnova continuamente grazie all attività degli organismi vegetali ed animali che la producono. La combustione è una complessa sequenza di reazioni chimiche che liberano l energia contenuta nei legami delle molecole organiche (combustibile) in presenza di un agente ossidante (l ossigeno contenuto nella aria). Benché la combustione di biomassa rilasci nell atmosfera il carbonio contenuto nella sostanza organica, le emissioni generate immettono in atmosfera circa la stessa quantità di anidride carbonica che era stata precedentemente fissata dalle piante con la fotosintesi, e sono destinate ad essere successivamente riassorbite in un nuovo ciclo di crescita della biomassa vegetale, rendendo così prossimo a zero il contributo netto all aumento della CO2 in atmosfera. Per fare un esempio, bruciando una tonnellata di paglia di cereali, si immette in atmosfera la CO2 che le piante avevano sequestrato nell arco della stagione precedente alla raccolta, e che sarebbe comunque tornata in larga parte in atmosfera nell arco di poco tempo anche in modo naturale, attraverso la decomposizione della sostanza organica. Nel caso dei combustibili fossili invece le emissioni di CO2 sono ottenute da sostanze organiche che sono artificialmente estratte dal suolo, dove sono rimaste sequestrate per milioni di anni, e che non sarebbero mai tornate in atmosfera in assenza di un processo di estrazione artificiale operato dall uomo. Per questo il loro contribuito all aumento della concentrazione di anidride carbonica in atmosfera è positivo. La biomassa è dunque un'importante fonte di energia rinnovabile in quanto i tempi di sfruttamento sono paragonabili a quelli della sua rigenerazione: il suo rinnovamento biologico, infatti, avviene in un arco di tempo assai breve, a differenza di quello dei combustibili fossili che necessitano di milioni di anni per rigenerarsi. 6

7 Combustibile Legno Carbone Petrolio Tempo di rigenerazione da 1 a 150 anni da 250 a 300 mln di anni da 100 a 450 mln di anni Con il termine biocombustibili si intendono i combustibili solidi, liquidi o gassosi derivati direttamente dalle biomasse, ed ottenuti a seguito di un processo di trasformazione del materiale organico. La bioenergia ottenuta dalla combustione diretta dei biocombustibili, può essere utilizzata sotto forma di: Energia Termica, ampiamente usata per il riscaldamento domestico ed il teleriscaldamento, ma anche per il raffrescamento estivo tramite l uso di frigoriferi ad assorbimento; Energia Elettrica, prodotta tradizionalmente in centrali elettriche di svariati megawatt di potenza. Le tecnologie disponibili per la produzione sia di energia termica che elettrica da biomassa sono commercialmente mature ed ampiamente disponibili, sia per applicazioni di piccola scala (in particolare per il riscaldamento domestico) che di media e grande scala (riscaldamento e produzione di calore di processo per applicazioni industriali e generazione elettrica). Ad oggi esistono numerose centrali elettriche alimentate a biomassa solida, la cui potenza può arrivare fino a varie decine di megawatt. Un sistema particolarmente efficiente di uso della biomassa è quello della cogenerazione, che prevede il recupero del calore residuo ottenuto dai processi di produzione di energia elettrica. La combustione diretta di biocombustibili solidi per il riscaldamento e la produzione di calore di processo è uno dei metodi più economicamente vantaggiosi per convertire la biomassa in bioenergia, anche in termini di costi unitari per tonnellata di emissioni di CO2 risparmiate. Tipologie di biomassa e biocombustibili solidi I biocombustibili solidi possono essere ricavati da un vasto gruppo di materie prime, che possono essere genericamente classificate in base alla loro origine secondo le seguenti categorie: - Residui forestali: I residui delle operazioni di taglio dei boschi cedui (ramaglie) ed il legno di ricavato da attività di manutenzione forestale quali il diradamento di boschi, l avviamento ad alto fusto, il taglio raso, la manutenzione di alvei fluviali etc. - Residui agricoli: paglia di cereali, stocchi di mais, scarti di potatura di vigneti, oliveti e frutteti etc. - Residui di attività agro-alimentari: vinacce, sansa di olive, noccioli etc.; - Residui industriali: scarti di segheria, pallets, scarti legnosi di carpenteria etc.; - Colture energetiche dedicate: colture arboree o erbacee ligno-cellulosiche prodotte appositamente per l utilizzo energetico (pioppo, sorgo etc.). Esistono numerose pubblicazioni che riportano le esperienze e le conoscenze sull uso di biomasse di origine forestale o i residui industriali per la produzione di bioenergia. Nel presente manuale sarà data particolare rilevanza alle opportunità ed i vantaggi che 7

8 derivano dall uso di colture energetiche dedicate, in particolare le colture arboree a corta rotazione, già diffuse nel nord Italia da alcuni anni. Uso di biomasse per la produzione di energia: vantaggi ed aspetti critici I principali motivi che giustificano l uso di biomassa a scopo energetico possono essere così riassunti: Riduzione delle emissioni di carbonio L impiego di biomasse può contribuire in modo molto efficace alla riduzione delle emissioni di carbonio derivanti da utenze residenziali ed attività produttive. Oltre al beneficio ambientale che questo comporta, questo aspetto assume un rilievo particolare per le imprese che ricadono nel meccanismo delle quote di emissione di CO2 previsto dalla Direttica CE sull Emission Trading, tra cui le aziende del settore energetico, cementizio, del vetro e della carta. In questo contesto l investimento in un impianto a biomassa può rendere più facile il rispetto delle quote di emissione assegnate, se non addirittura in alcuni casi consentire di ottenere emissioni inferiori alle quote assegnate, generando così un bonus quote che può essere scambiato sul mercato dell ETS, generando ricavi addizionali per le aziende. Risparmio economico Il costo dei biocombustibili solidi è in molti casi nettamente inferiore a quello dei combustibili fossili, in particolare il gasolio ed il GPL, che sono ancora oggi ampiamente impiegati per il riscaldamento di ambienti in aree non metanizzate (spesso in zone rurali e decentralizzate). Anche se il costo dei generatori termici a biomassa è ancora più alto di quello di generatori a combustibili fossili di pari potenza, in molti casi una progettazione attenta degli impianti, dimensionati correttamente a seguito di un analisi energetica approfondita delle utenze, può consentire risparmi notevoli sui costi energetici per il riscaldamento degli edifici e la produzione di calore di processo. Un impianto di riscaldamento a biomassa ben progettato (che rispetti il criterio della massimizzazione dell efficienza energetica) può essere economicamente competitivo anche rispetto all uso del gas naturale. Negli scenari più favorevoli il risparmio può essere tale da consentire il rientro dell investimento in pochi anni. Bassa volatilità dei prezzi del combustibile La sicurezza energetica è un tema di grande preoccupazione quando si parla di combustibili fossili; l instabilità dello scenario geopolitico nelle regioni di estrazione del petrolio e del metano, assieme alle speculazioni finanziarie su queste commodities espone i combustibili fossili ad una forte volatilità dei prezzi nel tempo. Questo rischio è certamente molto più limitato se non nullo per i biocombustibili solidi, in particolar modo per quelli prodotti nell ambito di filiere locali, in cui è possibile stipulare accordi commerciali diretti fra fornitori ed acquirenti, saltando costosi intermediari ed eliminando l influenza negativa dei fattori speculativi del mercato finanziario. L uso di biomassa è inoltre un modo per diversificare le fonti di approvvigionamento energetico, aumentando l'autonomia energetica del paese. 8

9 Benefici per lo sviluppo dell economia locale Lo sviluppo di un mercato locale della biomassa può offrire interessanti opportunità economiche sia ai produttori che agli utenti di energia. Oltre a contribuire attivamente alla riduzione della dipendenza dalle importazioni di combustibili fossili da paesi terzi,l attivazione di filiere locali contribuisce allo sviluppo rurale, alla diversificazione dell economia locale, alla creazione di posti di lavoro e di ricchezza che si distribuisce fra gli operatori della filiera (produttori, trasportatori, fornitori di servizi etc.), rimanendo nel territorio locale anziché essere trasferita nelle casse dei grandi produttori petroliferi o fornitori di gas naturale. Per quanto sopra riportato si può evincere il ruolo centrale che la biomassa può ricoprire nell integrare le azioni di diverse politiche di settore (industriale, agricolo, ambientale, energetico etc.) ricoprendo un ruolo importante nella transizione verso un economia sostenibile. Rispetto alle fonti tradizionali ed ad altre fonti di energia rinnovabile, le biomasse mostrano particolari specificità che possono rappresentare dei fattori critici per lo sviluppo dei progetti industriali. A differenza di altre rinnovabili come il solare fotovoltaico o l eolico, la biomassa, sia essa di origine forestale che agricola, è una risorsa energetica distribuita su un vasto territorio, che deve essere raccolta e concentrata presso l impianto di conversione; questo comporta problematiche di natura logistica ed il costo di raccolta della biomassa è sovente una voce importante del costo finale della risorsa, che può incidere sulla competitività economica dell energia prodotta. Questo fattore è particolarmente rilevante in caso di grandi bacini di approvvigionamento, con distanze di molte decine di chilometri tra i luoghi di raccolta della biomassa e la centrale. La necessità di reperire grandi quantitativi di biomassa su un territorio relativamente ampio richiede la partecipazione di vari soggetti all interno della filiera (produttori, trasportatori, contoterzisti, manutentori etc.), il che impone la necessità di dedicare tempo e risorse nella gestione coordinata ed efficiente di tutte queste figure. 9

10 Le caratteristiche qualitative dei biocombustibili solidi possono variare sensibilmente a seconda dell origine della biomassa, mentre gli impianti di conversione delle centrali, (come la maggior parte dei processi industriali), dovrebbero operare in condizioni il più possibile costanti e standardizzate; Nel caso di produzione di energia elettrica, sebbene il rendimento elettrico dei sistemi a biomassa sia spesso superiore a quello di altre forme di produzione di energia rinnovabile (es. fotovoltaico circa 13%) i sistemi di generazione elettrica tramite combustione diretta producono sempre una grande quantità di calore residuo. Poiché la risorsa con cui l impianto produce energia (la biomassa) ha un costo, a differenza del sole o del vento che sono disponibili gratuitamente, la redditività di un impianto per la produzione di energia elettrica da biomassa è strettamente legata non solo all economicità della risorsa, ma spesso anche alla possibilità di recuperare il calore residuo dell impianto (cogenerazione e di valorizzarlo economicamente (ad esempio cedendo il calore ad una rete di teleriscaldamento). Questo è particolarmente vero per impianti di piccola taglia, che presentano rendimenti elettrici relativamente bassi e che dunque possono essere economicamente competitivi solo se funzionanti in cogenerazione per un numero elevato di ore. 10

11 SOSTENIBILITA DELL UTILIZZO ENERGETICO DEI COMBUSTIBILI LEGNOSI La produzione di bioenergia, come tutte le attività economiche e produttive, può avere un impatto ambientale e socio-economico sul territorio. Negli ultimi anni l attenzione dei media si è rivolta in modo particolare agli aspetti negativi ed ai potenziali rischi ambientali della produzione di bioenergia. E importante puntualizzare che il settore della bioenergia è molto vasto. I biocombustibili (etanolo, biodiesel, pellet, cippato, biogas etc.) possono essere prodotti da una gran varietà di biomasse e convertiti in energia con processi e tecnologie molto diversi; ciascuno di questi presenta vantaggi e criticità specifici, da considerare caso per caso. Fortunatamente, i tipi di biocombustibili solidi e le tecnologie presentati in questo studio non destano particolari preoccupazioni riguardo la sostenibilità ambientale ed economica della loro utilizzazione, per i seguenti motivi; Le materie prime usate per la produzione di biocombustibili solidi (cippato, pellet etc.) utilizzati per i sistemi di riscaldamento e cogenerazione a biomassa, sono diverse da quelle usate per la produzione di biocarburanti, principalmente prodotti con olio di palma, soia e colza (per il biodiesel), mais e canna da zucchero (per l etanolo); Questa distinzione è altamente significativa per quanto concerne il bilancio energetico ed il contributo alla riduzione di emissioni di gas serra; i biocombustibili solidi infatti in questo caso presentano performances nettamente superiori ai biocarburanti per i trasporti; I rischi di competizione fra colture energetiche ed alimentari, spesso segnalati dagli organi di informazione per la produzione di biocarburanti, non sussistono per le colture dedicate alla produzione di biomassa quali le piantagioni a ciclo breve. Queste occupano in Italia e nel mondo una percentuale ridottissima di superfici agricole (circa ha in Italia, ossia circa 5 kmq). Nonostante le previsioni di crescita del mercato e del numero di impianti a biomassa, è evidente che le colture SRF resteranno nel medio termine una produzione fortemente legata al territorio ed al consumo locale, che difficilmente potrà creare disequilibri sui mercati delle materie prime agricole (cereali, colture industriali) che sono soggette a dinamiche di prezzo mondiali e fortemente influenzate da fattori speculativi finanziari. Nonostante che gli scambi commerciali internazionali di combustibili solidi (prevalentemente pellet) si stiano intensificando, la biomassa è l unica tra le fonti rinnovabili esistenti in cui il combustibile legnoso, ottenuto da una sua prima lavorazione deve essere prodotto, trasportato e accumulato localmente, pertanto proprio in virtù di tale forte radicamento con il territorio, nella scelta della tecnologia e dell impianto più adatto, devono essere opportunamente studiate, per un suo utilizzo energetico, la sostenibilità e l impatto generale sull ecosistema: qualsiasi soggetto che voglia dotarsi di impianti alimentati a combustibile solido legnoso deve pertanto sincerarsi che l utilizzo non implichi uno sfruttamento eccessivo delle risorse locali e sia pienamente compatibile con l ambiente in cui l impianto è inserito. La tabella sotto, riportando sinteticamente utili informazioni in funzione della taglia di impianto e della specifica tipologia di utenza, mostra la superficie ipotetica di colture energetiche necessaria per alimentare totalmente l impianto, in una prospettiva sostenibile. E evidente la necessità, per gli impianti di trasformazione energetica di prodotti agricoli, di una opportuna superficie territoriale di riferimento per 11

12 l approvvigionamento della materia prima che deve essere sufficientemente estesa in modo da soddisfare i fabbisogni dell impianto. Come regola generale il territorio, da cui si attinge la materia prima, deve presentare caratteristiche di produzione concentrate, al fine di contenere i costi di raccolta e trasporto all impianto. Bilancio energetico positivo e ridotta produzione di CO2 L'utilizzo a fini energetici delle biomasse deve necessariamente rispettare i criteri di sostenibilità ambientale: bisogna che siano calcolati, in modo completo il contributo energetico ed emissivo delle diverse fonti di energia che concorrono al processo produttivo (input), dalla coltivazione al consumo finale (carburanti per trasporti, fertilizzanti, energia elettrica, manodopera...) e la quantità di energia che se ne ricava (output). Varie ricerche sono state condotte negli ultimi anni sull analisi del ciclo vita e sul bilancio energetico delle colture legnose dedicate. Nonostante le differenze significative tra le condizioni sperimentali considerate, si può ragionevolmente sostenere che il bilancio energetico di queste colture è nettamente positivo, ed indicativamente variabile fra le 10 e le 30 unità di energia rinnovabile prodotta per ogni unità di energia spesa nella coltivazione, raccolta trasporto e trasformazione della biomassa. Dal punto di vista delle emissioni in atmosfera, l utilizzo energetico dei combustibili legnosi in impianti di considerevoli dimensioni richiede l adozione di filtri per la riduzione totale delle polveri sottili: la normativa italiana ha posto dei I filtri riducono del 99% le maggiori emissioni in termini di polveri sottili dei combustibili legnosi. limiti sufficientemente stringenti alle emissioni e la tecnologia è assolutamente matura da un punto di vista tecnologico e sostenibile economicamente. 12

13 Emissioni di particolato (in mg/mj di energia utilizzabile) Legna Gasolio Metano Emissioni dovute alla combustione 109 0,106 0,103 Emissioni dovute all'ottenimento del combustibile Emissioni indirette dovute alla costruzione dell'impianto e della gestione 5,29 8,22 3,82 2,71 1,53 1,91 Totale 117 9,86 5,83 La seguente tabella mostra come nell intero ciclo di vita per la produzione di un TJ di energia il combustibile legnoso incida notevolmente meno rispetto al metano e al gasolio e abbia quindi un bilancio notevolmente più vantaggioso da un punto di vista dell effetto serra. Più la produzione è locale e minore sarà il contributo emissivo, in quanto si riduce l apporto di CO2 derivato dal trasporto su mezzi di biomassa legnosa. Emissioni di anidride carbonica (kg/tj di energia utilizzabile) Legna Gasolio Metano Emissioni dovute alla combustione Emissioni dovute all'ottenimento del combustibile Emissioni indirette dovute alla costruzione dell'impianto e della gestione Totale Da un punto di vista energetico il valore positivo del rapporto output/input si ha quando l'energia solare immagazzinata e poi liberata dalla combustione della biomassa (output) è maggiore di quella proveniente da fonti non rinnovabili utilizzata lungo tutto il processo produttivo (input). L'anidride carbonica fissata nei combustibili fossili in processi durati milioni di anni, viene liberata in atmosfera nello spazio brevissimo della combustione con il rilascio in atmosfera di CO2 principale causa l'effetto serra. Come ricordato in precedenza, nella fase di accrescimento delle piante la CO2 viene utilizzata nel processo di fotosintesi per la produzione di nuova biomassa che compensa la CO2 prodotta dalla combustione della biomassa e pertanto non contribuisce agli effetti negativi sul clima. 13

14 Le colture arboree a ciclo breve per la produzione di biomassa ad uso energetico Per colture energetiche dedicate si intendono colture appositamente realizzate per destinare il loro prodotto ad un uso energetico. Trascurando le colture erbacee per la produzione di biocarburanti liquidi (etanolo e biodiesel) e limitandosi alle colture lignocellulosiche destinate alla combustione diretta, ad oggi esistono varie specie sia erbacee che arboree coltivate a questo scopo. Alcune tra le specie erbacee più interessanti sono il sorgo da fibra, il miscanto, la canna comune, il panico, mentre tra le arboree sono ampiamente impiegati cloni di pioppo e salice, ed in misura molto minore la Robinia e l Eucalyptus. Veduta dall alto di un impianto di short rotation forestry in provincia di Perugia, in fase di riposo vegetativo, gestito da CNER-Atena srl. In Italia gli impianti arborei di pioppo a ciclo breve (detti anche impianti di short rotation forestry ) sono la principale coltura ligno-cellulosica coltivata a scopo energetico. Rispetto alla pioppicoltura da legno tradizionale questi impianti presentano alcune differenze sostanziali. In primo luogo il ciclo di produzione più corto: nel caso della pioppicoltura tradizionale le piante sono allevate a fusto singolo ed il taglio avviene una sola volta dopo circa 15 anni. Nella short rotation forestry invece si utilizza il medoto della ceduazione, ossia del taglio dei fusti a pochi centimetri dalla base ad intervalli periodici (turni), che possono variare da 1 fino a 5 anni a seconda del tipo d impianto. Successivamente ad ogni taglio le piante emettono nuovi germogli dalla ceppaia, assumendo un portamento policaule (più fusti da una sola ceppaia), che vengono nuovamente tagliati al turno successivo. La durata di un impianto SRF è di circa anni, per cui nell arco di questo tempo si possono effettuare diversi cicli di taglio. La caratteristica di poter sopportare numerosi cicli di taglio è un altra differenza significativa fra gli impianti SRF ed i pioppeti tradizionali, dovuta in primo luogo all impiego di materiale di propagazione selezionato per questo specifico uso. La ricerca sul miglioramento genetico condotta anche nel nostro paese ha permesso infatti di selezionare cloni di pioppo rustici, con una buona capacità di ricaccio e tolleranti allo stress provocato dai tagli ripetuti, che invece nei cloni tradizionali di pioppo da legno o carta provocano un indebolimento delle piante ed una progressiva diminuzione della produttività dopo pochi tagli. Un altra caratteristica distintiva degli impianti SRF è la densità d impianto, molto maggiore 14

15 rispetto ai pioppeti tradizionali. I primi impianti realizzati in Italia avevano densità d impianto molto alte, da fino a piante ad ettaro e turni di ceduazione annuali, secondo il modello adottato in molti paesi del nord Europa con gli impianti SRF di salice (Svezia in primis). Tuttavia le esperienze accumulate durante gli ultimi anni hanno permesso di mettere a punto un modello più adatto alla coltura del pioppo nei nostri climi, basato su turni di ceduazione biennali o triennali (in certi casi anche quinquennali) e densità d impianto inferiori, pari a piante ad ettaro). In Italia allo stato attuale ci sono circa ettari di piantagioni SRF, distribuite soprattutto nel Nord (Pianura padana) ed in parte al Centro (Umbria, Marche Lazio). La biomassa prodotta è destinata prevalentemente al conferimento presso centrali di medio-grandi dimensioni non operanti in cogenerazione. Un mercato alternativo è quello dell industria dei pannelli per la produzione di mobili. Impianto di Short Rotation Forestry a turno triennale durante la raccolta eseguita da CNER Atena srl in provincia di Perugia I vantaggi: L impiego di colture dedicate per la realizzazione di filiere agri-energetiche può comportare una serie di vantaggi significativi, rispetto all uso delle altre risorse di biomassa Nonostante sia importante sottolineare che la scelta del modello di filiera più adeguato è strettamente legata alle specificità ed alle caratteristiche intrinseche di ogni territorio (disponibilità di risorse e di infrastrutture, tipo e livello di imprenditoria esistente, fattori socio-economici etc.), è tuttavia utile riassumere qui di seguito i punti di forza ed i vantaggi che possono derivare dall impiego di colture energetiche dedicate: Le colture SRF possono integrare o sostituire le fonti di biomassa di origine forestale laddove non vi sia disponibilità sufficiente di risorse forestali o nelle aree rurali dove le attività forestali non sono particolarmente sviluppate (com è il caso di molte regioni italiane, se si escludono le zone montane dell arco alpino). Le colture SRF sono realizzate su terreni agricoli, quasi esclusivamente in pianura, facilmente accessibili ai mezzi di trasporto e vicini alle vie di comunicazione (aspetto tutt altro che scontato nel caso di recupero di biomassa residuale di origine forestale). Questo comporta evidenti vantaggi di tipo logistico e potenziali risparmi nel trasporto della biomassa all impianto. 15

16 Trattandosi di colture agricole appositamente prodotte per uso energetico, le SRF consentono di pianificare l approvvigionamento di biomassa in modo accurato, rispetto alle biomasse residuali (specialmente se di origine forestale, la cui disponibilità nel tempo è legata al periodo di esecuzione di altre attività quali il taglio dei boschi, la manutenzione degli alvei, la potatura dei frutteti etc.). Le SRF sono colture relativamente semplici da realizzare che richiedono agli agricoltori un impiego di manodopera limitato, un ridotto uso di fertilizzanti e diserbanti e pressoché alcun ricorso a pesticidi ed insetticidi. Le ricerche condotte negli ultimi anni sia in Italia che all estero hanno messo a punto vari sistemi per la meccanizzazione pressoché completa di queste colture, rendendo possibile la produzione di biomassa a costi competitivi. Allo stesso tempo, numerosi cloni di pioppo specifici per la produzione di biomassa sono stati registrati. La standardizzazione dei metodi di coltivazione e l impiego di cloni selezionati permette di ottenere biomassa con caratteristiche qualitative omogenee, caratteristica molto importante per consentire il corretto funzionamento degli impianti industriali. Per quanto la coltivazione e la raccolta di SRF richiedano l impiego di energia da fonti fossili, il bilancio energetico della coltura (energia ottenuta-energia spesa) rimane fortemente positivo. Inoltre queste colture contribuiscono significativamente ad aumentare il contenuto di sostanza organica dei terreni (aspetto particolarmente desiderabile sotto il profilo agronomico) attraverso la grande quantità di biomassa fogliare che producono e che viene restituita al suolo con la caduta delle foglie. COLTIVAZIONE E RACCOLTA DI COLTURE SRF Il presente capitolo fornisce solo una breve introduzione agli aspetti agronomici delle colture SRF, una trattazione esaustiva dei metodi e delle tecniche di coltivazione esula dallo scopo del presente manuale. Le attività di ricerca condotte in Italia e all estero nel corso degli ultimi dieci anni hanno prodotto numerose pubblicazioni specifiche su questi temi, alle quali si rimanda il lettore per una trattazione più approfondita (vedi bibliografia) Realizzazione dell impianto: Come per tutte le colture arboree, la realizzazione dell impianto inizia con un accurata preparazione del terreno, in modo tale da creare le migliori condizioni non solo affinché le piante possano svilupparsi velocemente soprattutto nelle fasi iniziali di crescita, quando sono più vulnerabili, ma anche perché possano trovare un ambiente pedologico favorevole per i dieci anni ed oltre di durata dell impianto. Gli ambienti ideali per queste colture sono caratterizzati da terreni freschi e profondi, possibilmente con falde superficiali, ma anche ben drenati. Benché i nuovi cloni attualmente disponibili siano adatti a molti tipi di terreni, e si possano coltivare anche in ambienti che non presentano queste condizioni ideali, è opportuno sottolineare che per ottenere produzioni soddisfacenti ed economicamente sostenibili per tutta la durata dell impianto, è importante scegliere terreni dotati comunque di condizioni di 16

17 fertilità media o medio-elevata in quanto pur trattandosi di colture facili da realizzare e relativamente poco esigenti, gli impianti di pioppo SRF non sono colture propriamente adatte ai terreni marginali; le esperienze poco soddisfacenti ottenute con alcuni impianti realizzati nei primi anni del duemila lo hanno dimostrato. In casi particolari casi è comunque possibile realizzare impianti su terreni relativamente poco fertili, a patto di rispettare alcune condizioni, quali l adozione di una densità d impianto ridotta e di un turno di ceduazione più lungo (da tre a cinque anni) e di accettare comunque rese produttive leggermente inferiori alla media. Lavori di preparazione del terreno. La preparazione del terreno dovrebbe essere eseguita a partire da una prima lavorazione profonda (aratura o rippatura), in modo da consentire agli apparati radicali una veloce affrancatura. Anche una prima concimazione di fondo con almeno fosforo e potassio è importante (circa 100 unità ad ettaro), mentre l azoto può essere eventualmente distribuito anche successivamente (almeno 50 unità ad ettaro). Successivamente l affinamento del terreno deve essere tale da consentire un agevole messa a dimora delle talee. Messa a dimora delle talee Gli impianti si realizzano tramite la messa a dimora diretta di talee di pioppo 8di circa cm) nel periodo primaverile. L operazione viene eseguita con una trapiantatrice meccanica. La distanza fra le piante e dunque la densità d impianto adottate variano in funzione del turno di taglio. Messa a dimora delle talee di pioppo I primi impianti in Italia sono stati realizzati per il taglio annuale. Con questo modello la densità di piantagione è molto elevata (da fino a piante ad ettaro); le piante sono disposte in file binate, ad una distanza di 2,50 m fra le file e cm sulla fila. E ormai appurato che gli impianti ad alta densità con taglio annuale non rappresentano un modello sostenibile per le condizioni italiane, molti impianti realizzati inizialmente con questo metodo hanno mostrato un decadimento progressivo della produttività negli anni. la tendenza attuale è verso la realizzazione di impianti a turno biennale e triennale. In questo caso le distanze tra le file variano fra 2,50 e 3 metri e cm sulla fila, pari ad una densità d impianto fra le e le piante ad ettaro. Per gli impianti a turno medio (taglio ogni 4-5 anni), adatti ad ambienti meno favorevoli, si possono impiegare sesti d impianto proporzionalmente più ampi, fino a 3 metri per due (1.700 piante ad ettaro) e si possono usare direttamente pioppelle (giovani piante già radicate), trapiantate a mano, al posto delle talee. Questo favorisce il rapido sviluppo della coltura. 17

18 Il turno biennale rappresenta un buon compromesso tra quantità e qualità del prodotto. Questo modulo di rotazione è una soluzione intermedia, rispetto a quella annuale produce fusti più sviluppati, con un rapporto migliore tra fibra e corteccia, pertanto in grado di fornire un cippato di qualità superiore(la corteccia contiene molte più ceneri rispetto al legno). Rispetto al turno quinquennale, invece, garantisce un minor tempo di attesa tra le raccolte, favorendo un flusso di cassa più bilanciato. Il turno medio invece ha il vantaggio di produrre materiale di ottima qualità (in quanto il rapporto tra legno e corteccia è molto elevato) e di poter consentire produttività elevate anche in terreni meno vocati. Gestione e manutenzione dell'impianto: Il controllo degli infestanti è un operazione importante da effettuare soprattutto nel primo anno di coltivazione e durante la primavera successiva al taglio. Nel primo anno gli interventi devono essere tempestivi per contrastare l'eventuale sviluppo di infestanti in quanto le talee hanno un apparato radicale superficiale ed una competizione eccessiva per le risorse idriche e nutritive con le malerbe potrebbe compromettere la crescita iniziale dell impianto. Questo rischio è molto più limitato dal secondo anno in poi, quando le piante hanno già sviluppato un apparato radicale profondo ed una copertura tale da sovrastare le infestanti. Gli interventi di controllo delle infestanti possono essere effettuati sia con l impiego di diserbanti che con metodi meccanici. Per quanto riguarda l irrigazione, si dovrebbe ricorrere solo a qualche irrigazione di soccorso, ma è una scelta che va operata in funzione del costo dell'acqua, dell'andamento climatico, delle caratteristiche del suolo, delle rese che si intende raggiungere. Si stanno comunque diffondendo tecniche di irrigazione con impianti a goccia particolarmente indicati per questa coltura, perché riducono in maniera sostanziale il consumo idrico, contengono lo sviluppo della flora infestante, consentono di intervenire anche quando la pianta ha raggiunto altezze tali da non poter intervenire con altre tipologie di irrigazione. Produttività Nelle condizioni ideali le colture di pioppo SRF possono produrre in media fino a tonnellate ad ettaro si sostanza fresca (55-60% umidità); seppure non sia sempre possibile raggiungere queste produttività, in condizioni medie una resa di 35 tonnellate ad ettaro è abbastanza frequente. La produttività varia comunque durante il ciclo di vita della piantagione aumentando progressivamente dopo il primo taglio e diminuendo verso la fine. Negli impianti a turno annuale questo decadimento è molto più marcato che negli impianti biennali o a turno medio, per il fatto che i tagli ripetuti comportano uno stress maggiore alle piante, che nel tempo mostrano segni di indebolimento progressivo. Per dare un idea del rendimento dal punto di vista energetico, si può affermare che mediamente una resa di 35 tonnellate ad ettaro al 55% di umidità (con un potere calorifico di circa 1,9 kwh/kg) permetterebbe di sostituire l equivalente dell energia contenuta in circa litri di gasolio. RACCOLTA Nelle condizioni ideali le piante di pioppo si sviluppano molto rapidamente, raggiungendo altezze fino a 8 metri al secondo anno e diametri del fusto di 6-7 cm. La raccolta si effettua durante il riposo vegetativo della coltura (da dicembre fino a marzo-aprile) e richiede una 18

19 meccanizzazione dedicata. La ricerca agricola ha messo a punto negli anni recenti varie tipologie di macchine per la raccolta, sia semoventi che trainate, che hanno raggiunto ormai livelli di efficienza ed affidabilità elevati. I fattori che condizionano la scelta della tecnologia sono principalmente due: in primo luogo la durata del turno, in quanto ad essa sono legate la dimensione delle piante ed il sesto d impianto, ed in secondo luogo l estensione delle superfici da raccogliere. Le varie soluzioni sviluppate dai produttori di macchine agricole sono classificabili in due ampie categorie: le macchine semoventi e quelle portate (che ricevono la potenza motrice da una trattrice agricola). E evidente che le macchine semoventi, in grado di esprimere una capacità di lavoro nettamente superiore alle macchine portate, hanno anche un costo sensibilmente maggiore, pertanto devono essere impiegate per un numero di ore relativamente più elevato rispetto alle seconde, richiedendo dunque superfici di raccolta proporzionalmente maggiori, per mantenere basso il costo orario. Impanti a turno breve ceduazione annuale e biennale Ad oggi il sistema più efficace per raccogliere il ceduo a turno annuale è costituito da un cantiere basato su una falcia-trincia-caricatrice Claas, identica a quelle per la raccolta del mais da insilato, dotata di una testata modificata per il taglio dei fusti. Questo sistema è già impiegato per la raccolta del salice in Nord Europa fina dagli anni novanta. Nelle condizioni ideali questo tipo di cantiere consente di raccogliere da 28 a 35 tonnellate di biomassa fresca per ora netta di lavoro. Ipotizzando una resa media di tonnellate tal quale. ad ettaro, il costo stimato della raccolta (comprensivo dell impiego della macchina e di tre trattori con carro rimorchio a seguito) è di circa /t (t.q.), a cui bisogna aggiungere indicativamente circa 10 /t per il trasporto alla centrale. L alta produttività è il vantaggio principale di questo sistema, tuttavia la versione messa a punto per il taglio annuale è concepita per tagliare fusti molto numerosi ma di piccolo diametro (max 6 cm di diametro), mentre difficilmente si adatta alla raccolta del pioppo biennale, dove aumentano i bloccaggi e le rotture. Per superare questo ostacolo è stata sviluppata in Italia negli ultimi anni una testata modificata (testata GBE) in grado di tagliare agevolmente sia il ceduo a turno biennale che triennale. Le numerose prove di raccolta effettuate hanno permesso di dimostrare ampiamente l efficienza e l affidabilità di questa testata. Il costo delle falciatrinciacaricatrici Claas è piuttosto elevato, come pure quello della testata GBE; pertanto l acquisto di queste macchine sarebbe giustificato soltanto in presenza di comprensori di SRF di ampie dimensioni, così da distribuire i costi fissi (ammortamento etc.) su un numero maggiore di ore di lavoro annuali. Tuttavia è da considerare che la stessa macchina può essere impiegata in estate per la raccolta del mais da insilato (ampiamente usato per l alimentazione dei bovini) ed in inverno (sostituendo la testata da mais con quella modificata da SRF) per la raccolta del pioppo. In questo modo è possibile aumentare il numero di ore di lavoro e ridurre i costi operativi. 19

20 Falciatrinciacaricatrice Claas con testata modificata GBE su impianto a turno triennale gestito da CNER Atena srl in provincia di Perugia Un alternativa al cantiere Claas è costituita dalle trincia-caricatirci Spapperi. La differenza principale è che mentre il primo cantiere richiede l uso di una macchina semovente Claas, in questo caso la macchina può essere montata su un trattore comune da circa 150 kw, preferibilmente a guida retroversa. Questa macchina deriva dalla modifica di una collaudata cippatrice a disco di origine finlandese, ottenuta montando due seghe circolari di fronte alla bocca di alimentazione. Le seghe circolari ruotano sullo stesso asse di due rulli dentati, che servono a convogliare i fusti tagliati nella cippatrice. Il cippato prodotto è qualitativamente buono, ed il merito è da ricondurre alla cippatrice a disco di concezione forestale studiata allo scopo specifico di produrre materiale già calibrato. Si tratta dunque di una soluzione che presenta un costo d investimento nettamente inferiore alla prima, adatta per la raccolta su superfici ridotte (indicativamente entro gli ettari); tuttavia presenta una produttività oraria inferiore alla Claas (circa 17 t/h o 0,34 Ha/h), e pertanto un costo unitario di raccolta maggiore per l intero cantiere, che è stato stimato in circa /t (t.q.). Trinciacaricatrice Spapperi su impianto SRF a turno biennale gestito da ARSIA presso azienda sperimentale di Cesa (AR) Entrambe queste macchine producono un cippato di buona qualità, adatto all impiego in caldaie di medie e grandi dimensioni. Tuttavia è ben noto il fatto poiché alla raccolta il legno ha un umidità del 55-60%, il cippato fresco tende a fermentare durante lo stoccaggio, specie se tenuto all aperto e senza coperture. Le perdite di sostanza secca per fermentazione possono essere considerevoli (nell ordine del 5% al mese). Per offrire una soluzione a questo problema, un altra macchina portata è stata messa a 20

21 punto. Si tratta della raccoglitrice-pezzatrice prodotta da Spapperi. Come la trincia caricatrice anche questa macchina è azionata da un trattore. Anziché cippato, la macchina produce del materiale più grossolano, di pezzatura maggiore(da 5 a 15 cm) e meno omogenea. Questo materiale può essere accumulato agevolmente all aperto, dove va incontro ad una essiccazione naturale, eliminando sensibilmente le perdite di sostanza secca per fermentazione, ma necessità di una successiva fase di pre-trattamento per poter essere utilizzato nelle caldaie. Inoltre la produttività di questa macchina è ancora relativamente bassa, conseguentemente il costo unitario di raccolta è ancora piuttosto elevato. Pezzatrice Spapperi su fusti di SRF di tre anni e (a destra) il pezzato prodotto cantiere di raccolta CRA-ISMA presso azienda Spapperi, Città di Castello (PG), Un ulteriore soluzione impiegabile per la raccolta del turno biennale e triennale, è quello basato su un cantiere a due fasi: la prima fase prevede il taglio dei fusti con un abbattitrice forestale o con macchine portate, che tagliano ed allineano le piante in terra nell interfila. Successivamente le piante possono essere concentrate ai margini dell appezzamento con l impiego di un trattore con forca, per essere cippate con una cippatrice a punto fisso, oppure cippate direttamente nell interfila utilizzando una trincia-caricatrice. Il vantaggio principale di questo tipo di cantiere risiede nella possibilità di estendere il periodo di raccolta della biomassa anche ai mesi primaverili, successivamente alla ripresa vegetativa delle piante, rendendo più facile la pianificazione delle operazioni. In secondo luogo, i fusti tagliati lasciati in campo, subiscono una naturale essiccazione e dunque presentano un umidità inferiore alla raccolta. Prototipo di abbattitrice portata sviluppata dal CRA-ISMA di Monterotondo e (a destra) i fusti abbattuti di SRF di tre anni. Cantiere di raccolta CRA-ISMA presso azienda Spapperi, Città di Castello (PG), 21

22 Impianti a turno medio-rotazione quinquennale In questo tipo di impianto la raccolta si esegue quando le piante hanno un diametro, a un metro da terra, di cm ed un altezza fino a 15m. Questo presuppone l impiego di cantieri e macchine di tipo forestale, la cui scelta dipende dalla taglia delle piante, dall estensione dei campi e dall indirizzo produttivo scelto dall agricoltore: solo cippato o produzione mista di cippato e legno da opera o da cellulosa. Il turno quinquennale è il modulo che, fino ad oggi, ha dato le migliori performance produttive, con un ottimo rapporto tra qualità e quantità del prodotto. I costi di gestione sono contenuti ed i cantieri di raccolta collaudati ed efficienti, si utilizzano processori ed harvester di vario genere e cippatori con elevata capacità lavorativa. Spesso un harvester dedicato ha una produttività maggiore rispetto agli altri mezzi, ma richiede investimenti di capitale superiori, ipotizzabili unicamente per un utilizzo della macchina a tempo pieno,dunque solo in particolari condizioni dove oltre a grandi superfici di SRF da raccogliere esiste anche la possibilità di impiegare gli stessi mezzi in attività forestali. Ovviamente i costi di raccolta dipendono dal tipo di cantiere adottato, ma si riducono progressivamente all'aumentare delle dimensioni delle piante pianta. In via generale, sulla base di numerose ricerche condotte negli ultimi anni si può sostenere che il costo di raccolta e movimentazione del cippato raccolto da piantagioni a turno quinquennale possa essere contenuto entro gli 8-15 euro/ton t.q. di biomassa, purché le piantagioni abbiano una buona resa produttiva ed i cantieri siano ben organizzati. In conclusione, le falciatrinciacaricatrici hanno riscontrato ottimi risultati su impianti a rotazione annuale e biennale. Gli impianti a rotazione quinquennale, invece, utilizzano macchine tipicamente forestali; nel dettaglio, la scelta dipende dalla dimensione delle piante, dall'estensione delle superfici e dall'indirizzo produttivo scelto dall'imprenditore. E' opportuno, per controllare e contenere i costi di raccolta dei piccoli appezzamenti, stabilire una superficie minima degli appezzamenti al di sotto della quale si sconsigli l'impianto di pioppeti a turno brevissimo e breve. Gli impianti a rotazione quinquennale sono quelli che offrono una maggiore flessibilità di gestione, alla variabilità dei cantieri per l'ottenimento di prodotti di una certa complementarietà, si unisce la possibilità di garantire una più omogenea e rapida stagionatura del legname prima della cippatura. La qualità del prodotto è di gran lunga superiore per il maggior contenuto in fibra ed il cippato che si ottiene è subito pronto per uso energetico. 22

23 IL CIPPATO La preparazione e trasformazione del combustibile è una fase fondamentale della filiera, atta a rendere la biomassa idonea all' utilizzo negli impianti per la produzione di energia. I fattori che incidono sui pre-trattamenti del combustibile, sono relativi alla forma ed alla misura della biomassa, nonchè al suo tenore in umidità. Per rendere omogenea la composizione dei materiali legnosi si ricorre alla cippatura, operazione meccanica che riduce il legno di varia misura in scaglie di piccole dimensioni chiamate con il termine cippato. In tal modo si agevola la movimentazione del materiale e l'alimentazione degli impianti. La dimensione dei chip è funzione dell' impiego finale del combustibile (impianti di modesta potenza hanno bisogno di cippato a pezzatura ridotta ed omogenea per favorire la fase di alimentazione automatica, mentre impianti a potenza più rilevante hanno maggiore capacità digerente). Le macchine per la cippatura possono operare sia a punto fisso che semoventi o azionate dalla presa di forza di un trattore. La produttività di una cippatrice è strettamente correlata alla dimensione dei pezzi cippati; pezzi troppo grandi rischiano di causare intasamenti e rallentare il ritmo di lavoro. Le piante intere sono il materiale ideale per la cippatura, perché la maggiore lunghezza del fusto massimizza l operatività della macchina, limitando l'incidenza delle pause che ci sono tra gli inserimenti di due carichi successivi. L'impiego di una cippatrice e stazionaria consente di ridurre il costo di cippatura ad un terzo o un quarto di quanto ottenibile con una cippatrice mobile, seppur efficace. La cippatura realizzata su impianti intermedi mediante cippatrici mobili è più economica rispetto a quella effettuata all'imposto, grazie alla migliore organizzazione raggiungibile in un'area più grande, alla possibilità di lavorare materiale di diversa provenienza e del migliore coordinamento col trasporto e con operazioni accessorie. E' fondamentale che il luogo di cippatura sia scelto tenendo conto del costo combinato della stessa e del trasporto. I costi di trasporto sono strettamente correlati alla densità del materiale, e la capacità di carico dei veicoli è limitata dal volume piuttosto che dal peso (densità del cippato 170/250kg s.s./m 3 ). Il cippato è legno sminuzzato sotto forma di scaglie di piccole dimensioni di vario tipo (chiamati in inglese chips ) di forma regolare e pezzatura fine (10 x 20 x 20 mm) più o meno omogenea. Con il cippato è possibile alimentare automaticamente le caldaie di piccola media/taglia (prelevandolo da un serbatoio di stoccaggio e portandolo nella camera di combustione nella quantità che necessita) o alimentare, come combustibile 23

24 primario o ausiliario, grandi centrali per la produzione di energia elettrica e/o termica. Il cippato fresco presenta generalmente un contenuto idrico superiore al 40%, talvolta anche superiore al 55%, per cui è fondamentale garantire nella fase di stoccaggio, una giusta aerazione per evitare fermentazioni che possono deteriorarne la qualità e incidere sulla densità (la densità del cippato ottenuto da legname fresco di taglio può variare fra 150 e 450 kg/m³). Il potere calorifico inferiore varia, in funzione dell umidità e della specie legnosa, tra e kcal/kg. Caratterizzazione fisica ed energetica del cippato - Fonte: AlpEnergyWood CARATTERISTICA UNITA' DI MISURA VALORE MEDIO Densità bulk kg/m st Umidità % Potere calorifico Inferiore kwh/kg 3-3,6 Densità energetica kwh/m st Ceneri % 0,2-0,5 COMBUSTIBLI : COSTI A CONFRONTO - Fonte: UnionCamere, 2007 Combustibile Pci Prezzo Prezzo Rapporto kwh/kg /t /MWh 1 t cippato (30%) 3, ,00 1,00 1 t cippato (40%) 2, ,00 1,00 1 t legna (25%) 3, ,52 1,63 1 t Pellet (8%) sfuso 4, ,30 1,92 1 t Pellet (8%) sacchi 15 kg 4, ,47 3, mc Metano ,00 3,25 1 t Gasolio agricolo 11, ,13 2, l Gasolio riscaldamento 10, ,79 4, l GPL (bombola proprietà) 6, ,97 8, l GPL (bombola comodato) 6, ,97 8, kg GPL (bombola 15 kg) 1, ,46 8,37 1 t Olio combustibile BTZ (S=0;95%) 11, ,93 2,35 La specifica tecnica europea CEN/TS (Solid biofuels, fuel specification and classes, 2005) e la relativa specifica tecnica italiana UNI/TS (Caratteristiche della legna da ardere, briquette e cippato, 2007) hanno permesso di definire principi univoci e chiari per una facile caratterizzazione della legna da ardere in ciocchi, delle briquettes e del cippato per usi energetici, prendendo in considerazione aspetti tecnici ed ambientali. 24

25 Parametri di caratterizzazione dei biocombustibili solidi Le caratteristiche fisico chimiche delle biomasse solide influenzano direttamente non solo le loro prestazioni dal punto di vista energetico, ma sono determinanti anche per la scelta delle tecnologie più opportune per la loro utilizzazione. Di seguito si fornisce una breve descrizione dei parametri più importanti e più comunemente usati per la caratterizzazione dei biocombustibili solidi. Potere Calorifico superiore (PCS) Questo parametro è una misura dell energia contenuta in un combustibile. E definito come la quanità di calore rilasciata dalla combustione completa di un unità di biocombustibile, al lordo del calore di condensazione contenuto nel vapore acqueo generato dalla combustione. Tuttavia il calore di condensazione può essere recuperato solo raffreddando il vapore contenuto nei gas di scarico al di sotto di 100 C. Tuttavia poiché è in genere difficoltoso raffreddare i fumi di combustione al di sotto di 130 C, questo calore viene spesso perso. Potere calorifico inferiore (PCI) Considerato quanto sopra un parametro importante è il potere calorifico inferiore, che indica la quantità effettiva di energia prodotta dalla combustione completa di un combustibile, al netto del calore contenuto nel vapore acqueo. In genere per il legno il PSC è superiore al PCI del 6-7%. Umidità Il contenuto di umidità è espresso in percentuale di peso sulla biomassa fresca o secca. In genere il parametro più usato è il contenuto su base fresca, perché fornisce un indicazione chiara della quantità di acqua contenuta nel legno. Maggiore è il contenuto di umidità e minore è il potere calorifico del materiale per unità di peso, in quanto è solo la sostanza organica che rilascia energia durante la combustione. Densità o massa volumica La densità misura la massa di biocombustibile contenuta in un unità di volume, inclusi gli spazi vuoti tra le particelle. (kg/m3). Ad esempio il pellet ha una densità di circa 660 kg/m3, mentre il cippato ha circa 250 kg/m3 Dimensione delle particelle I sistemi a biomassa richiedono la movimentazione meccanica del combustibile dallo stoccaggio alla camera di combustione. La dimensione delle particelle è un parametro importante in quanto deve essere compatibile con le caratteristiche dei sistemi automatici di alimentazione, che altrimenti possono andare in contro a bloccaggi e malfunzionamenti. Alcuni sistemi di alimentazioni possono accettare particelle di dimensioni relativamente variabili, ma in genere ogni sistema è tarato per uno specifico intervallo di dimensioni. Contenuto di ceneri La quantità di ceneri prodotte dipende in parte dall efficienza della combustione, ma in misura rilevante anche dalle caratteristiche del combustibile. In genere i materiali legnosi (cippato legna etc.) hanno un contenuto di ceneri di circa 1-3% in volume, inferiore a quello dei materiali erbacei (miscanto, canna comune, sorgo da fibra etc.). A seconda della composizione le ceneri possono andare incontro a fusione in camera di combustione, vetrificando e formando dei residui solidi che aderiscono alla griglia di combustione ed alle pareti. Per questo è opportuno che il loro contenuto nella biomassa sia il più basso possibile. Contenuto di minerali La quantità e qualità di sali minerali (Magnesio, Cloro, Silice etc.) contenuti nella biomassa ha un effetto diretto ed indiretto sulla qualità delle emissioni in atmosfera, in particolare sui livelli di particolato. Ad esempio, elementi come il cloro e lo zolfo, in genere presenti in quantità molto limitate nelle biomasse legnose, possono concorrere alla formazione di sostanze acide nei fumi che possono attaccare le parti metalliche degli impianti. 25

26 LOGISTICA E STOCCAGGIO La gestione della logistica è un aspetto importante per assicurare l'approvvigionamento della biomassa con le caratteristiche fisiche ed energetiche desiderate dalla centrale (pezzatura, omogeneità, contenuto idrico, contenuto in ceneri, etc.) e può incidere notevolmente sia sugli aspetti economici che sulla sostenibilità ambientale delle filiere agrienergetiche. La pianificazione dei conferimenti alla centrale deve essere effettuata in relazione al periodo annuale ed alla distanza degli appezzamenti dalla centrale. La distanza degli appezzamenti di SRF dalla centrale incide notevolmente sia sui costi di trasporto che sul bilancio energetico della filiera (la differenza fra la bioenergia prodotta e l energia fossile spesa nella sua produzione), in quanto il trasporto richiede l impiego di carburanti tradizionali, che contribuiscono negativamente al bilancio. Ogni fase della filiera, dalla raccolta, movimentazione, trasporto, stoccaggio fino al conferimento all'industria, deve essere necessariamente ottimizzata tenendo conto dei mezzi produttivi presenti, della rete viaria poderale e interpoderale, della localizzazione dell'industria di trasformazione finale, dei siti di stoccaggio intermedi. Tutto per garantire il minore costo di conferimento per unità di prodotto ed il minore impatto ambientale sul territorio. Sia che si impieghino cantieri di raccolta a una o a due fasi (taglio e successiva raccolta), la biomassa viene trasportata fuori dall appezzamento sotto forma di cippato. Nel caso di impiego di falcatrinciaraccoglitrici il cippato è prodotto dalla macchina stessa, che attraverso un convogliatore lo scarica in un rimorchio agricolo che segue parallelamente la raccoglitrice. In linea generale, se la distanza dell appezzamento dalla centrale è ridotta (indicativamente entro un raggio di 10 km, la soluzione più pratica ed economicamente vantaggiosa è il trasporto diretto con lo stesso rimorchio agricolo. Nel caso di distanze superiori invece è opportuno valutare la possibilità di impiegare automezzi più rapidi e con una capacità di carico maggiore, come autocarri o autoarticolati, tuttavia poiché questi mezzi non possono accedere direttamente agli appezzamenti come i rimorchi agricoli, questa soluzione comporta un dispendio notevole di tempo per le necessarie operazioni di carico e scarico. Le centrali dovrebbero funzionare tutto l anno, mentre la raccolta della biomassa è effettuata solo un arco di tempo ridotto, pertanto il cippato prodotto deve essere sovente stoccato per alcuni mesi prima di essere utilizzato. Il cippato fresco inoltre non è un gran combustibile in quanto durante la combustione una larga parte del suo potere calorifico viene dispersa con il vapore acqueo, pertanto in condizioni ideali sarebbe opportuno conservarlo per qualche tempo in attesa che si riduca la sua umidità. Il problema è che durante lo stoccaggio il cippato viene attaccato da microrganismi xilofagi (che mangiano il legno), che ne riducono il contenuto di sostanza secca e dunque il potere calorifico. Lo stoccaggio è dunque un momento estremamente importante della filiera legno-energia in quanto durante questa fase si ha sia una perdita di umidità dal cumulo di cippato (che aumenta il pci della biomassa) che una perdita di sostanza secca (che lo riduce). La scelta 26

27 del metodo di stoccaggio deve quindi rappresentare un compromesso accettabile fra questi due fattori. Le ricerche condotte negli ultimi anni hanno dimostrato che lo stoccaggio all'aperto comporta una certa riduzione di umidità solo nel caso di fusti interi o di pezzato. Il cippato, invece, non si asciuga all aperto, si deteriora, perdendo anche una certa percentuale in contenuto energetico, in quanto è un materiale poroso che ha la tendenza a riassorbire umidità dall aria e soprattutto dalla pioggia. Sarebbe dunque opportuno stoccarlo in un capannone o sotto una tettoia, altrimenti si corre il rischio di andare incontro a perdite di sostanza secca anche del 5-6% al mese. Lo stoccaggio al coperto è una soluzione praticabile facilmente solo laddove vi sia la disponibilità di strutture già esistenti ed inutilizzate (capannoni, vecchi fienili, tettoie etc.), mentre la realizzazione di strutture ex novo è ovviamente piuttosto onerosa. Un alternativa interessante è rappresentata dall impiego di teloni di materiale geotessile che favoriscono una graduale diminuzione del contenuto idrico nel cippato impedendo, allo stesso tempo, che si verifichino infiltrazioni di acqua meteorica. Il telone, pertanto, oltre ad accelerare e garantire processi di essiccazione, è ottimo per la conservazione del cippato già essiccato. Seppure ancora relativamente costosi, questi teloni rappresentano una valida alternativa in assenza di strutture coperte. Un contenuto di umidità elevato: riduce la temperatura massima di combustione, ciò comporta un aumento del tempo di residenza del combustibile all'interno del combustore; aumenta il volume dei gas prodotti dalla combustione, ciò comporta il dover disporre di camere di combustione di maggiori dimensioni, dunque costi di investimento superiori; l'efficienza del sistema di combustione diminuisce all'aumentare del contenuto di umidità della biomassa. E importante sottolineare che un accurata progettazione dei sistemi di conferimento, stoccaggio e movimentazione del cippato è importante per ottenere un funzionamento efficiente e regolare dell impianto. Qualsiasi soluzione scelta dovrà essere adatta per tutta la durata di vita dell impianto (circa 20 anni). Tipicamente, le caratteristiche ideali di un buon sistema di stoccaggio sono: - Facilità di consegna con veicoli standard per consentire la possibilità di approvvigionamento da vari fornitori; - Facilità e rapidità di scarico del materiale; - Riparo dall acqua; - Ventilazione; - Rispetto delle normative di sicurezza antincendio; - Costi ridotti. Quest ultimo aspetto è particolarmente importante in quanto i sistemi di stoccaggio al coperto possono costituire talvolta una voce considerevole nei costi d investimento iniziali di un impianto a biomassa, e pertanto necessita di particolare attenzione in fase progettuale. 27

28 La scelta del sistema più appropriato dipende dalle condizioni specifiche del sito, e dovrebbe essere fatta cercando il miglior compromesso tra le seguenti caratteristiche: - Adattabilità a diversi sistemi di consegna del cippato; - Disponibilità di ampi spazi di manovra; - Vicinanza e facilità di accesso rispetto al locale caldaia; - Costo. A seconda della taglia d impianto e delle scelte progettuali operate, i sistemi di stoccaggio del cippato si possono genericamente classificare in 4 categorie: - Stoccaggio interrato; - Stoccaggio in superficie (aperto o coperto); - Stoccaggio integrato in edifici esistenti; - Stoccaggio in container modulari. Nella progettazione dei vani per lo stoccaggio del cippato dovrebbero essere tenuti inoltre in considerazione i seguenti principi: - Prevenire l ingresso di acqua ma anche consentire sufficiente ventilazione per l evaporazione dell umidità dal cumulo di cippato; - Prevedere un sistema di ispezione del cumulo semplice e pratico; - Evitare il passaggio di impianti elettrici (cavi, interruttori etc.) all interno del locale; - Assicurare che la consegna e lo scarico del cippato possano avvenire in modo sicuro e pratico; - Mantenere al minimo la distanza dal locale caldaia. CONVERSIONE ENERGETICA Produzione di calore ed eventuale produzione di elettricità in cogenerazione I processi che consentono di convertire l'energia chimica contenuta nelle biomasse in un'altra forma di energia si possono suddividere in due categorie: processi termochimici e processi biochimici. I primi impiegano le alte temperature per trasformare le biomasse direttamente in energia termica, gli altri, che non verranno approfonditi in questo manuale, trasformano le biomasse in prodotti chimici a più alta qualità energetica e comprendono la fermentazione aerobica, la fermentazione anaerobica, l'idrolisi acida e l'idrolisi enzimatica. I sistemi di conversione termochimica si basano sull uso del calore in presenza di quantità variabili di aria. Il processo di combustione, è una reazione mediante la quale il carbonio e l'idrogeno contenuti nella sostanza organica del combustibile reagiscono con l'ossigeno dell aria (comburente) per formare CO2 e H2O (prodotti di reazione) e liberando calore. Altri processi termochimici sono la gassificazione (attuata in condizioni di limitata presenza di ossigeno) e la pirolisi (che avviene di assenza di ossigeno). Gli impianti alimentati a cippato rappresentano una tecnologia tecnicamente matura ad elevato rendimento termico e con buone rese in fase di cogenerazione, sono completamente automatizzati e non presentano limiti dimensionali, potendo raggiungere taglie di diverse decine di MW termici. Poiché il caricamento del combustibile in caldaia avviene automaticamente, è opportuno che il locale o sito per lo stoccaggio del 28

29 combustibile,sia posizionato il più vicino possibile al generatore. Dal silo di alimentazione, il cippato è estratto automaticamente e convogliato, mediante una coclea dosatrice, nella caldaia, dove avviene la combustione tramite l'immissione di aria primaria e secondaria. La combustione avviene in caldaie a griglia fissa o mobile, la prima è indicata per la combustione di materiali fini e a basso contenuto di umidità, la seconda per bruciare combustibili di pezzatura maggiore, con un contenuto in ceneri più elevato e un'umidità fino al 50%. Per impianti che richiedono una grande potenza termica (nell ordine dei megawatt o decine di megawatt), esistono inoltre caldaie a letto fluido, in cui il combustibile è fatto bruciare insieme ad una miscela di inerti granulari (tipicamente silice e dolomite), in un contenitore cilindrico attraversato da una corrente di aria dal basso verso l alto che mantiene in sospensione il materiale. In queste condizioni si realizza uno scambio termico molto intenso ed una buona miscelazione del materiale, che consentono di ottenere una combustione ottimale della biomassa. Le caldaie a griglia fissa Sono generatori di piccola e media potenza, da 25 kw a circa 400kW, impiegati su scala domestica fino a piccole reti di teleriscaldamento. Sono dotate di un focolare fisso con diverse modalità di alimentazione. Il deposito del cippato può essere disposto in vari modi rispetto al vano tecnico della caldaia. La qualità del cippato è determinante per la resa del sistema termico: il contenuto in ceneri del combustibile deve essere basso ed è necessario che il cippato sia di ridotte dimensioni e abbia una pezzatura piuttosto omogenea, sia per la più piccola dimensione della griglia, sia perchè pezzi troppo grandi potrebbero causare blocchi alla coclea di trasporto o di caricamento. Data la scarsa inerzia termica di questa tipologia di apparecchi, il contenuto idrico non deve essere superiore al 30%, in quanto l'inserimento di materiale troppo umido abbasserebbe notevolmente la temperatura di combustione. Il campo di regolazione della potenza si attesta dal 25 al 100%, con un rendimento nominale utile pari all'80-85% circa. Le caldaie a griglia mobile Sono generatori di potenza medio-grande, da 500kW a qualche MW, utilizzati su scala industriale e per reti di teleriscaldamento. Sono caldaie adatte alla combustione anche di cippato con un più alto tenore in umidità, pezzatura variabile e alto contenuto in ceneri (fino al 10%). Il campo di regolazione della potenza si 29

30 attesta dal 30 al 100%, con un rendimento nominale utile che può arrivare al 90%. La caldaia è dotata di diversi dispositivi che garantiscono una omogenea distribuzione del cippato e del letto di braci sull'intera superficie della griglia, l'aria primaria è, in questo modo, equamente distribuita. Si alternano schiere fisse e mobili della griglia ed il movimento di avanzamentoarretramento alternato permette un ottima distribuzione del combustibile sulla griglia. Essa presenta varie sezioni che possono essere mosse a velocità diverse a seconda delle condizioni di combustione. Produzione elettrica e cogenerazione La generazione di energia elettrica tramite combustione può essere ottenuta tramite cicli termodinamici chiusi o aperti. I cicli aperti sono usati in genere per combustibili liquidi o gassosi, con motori a combustione interna o con turbine a gas. In questo caso il combustibile è bruciato direttamente nel motore o in una camera di combustione ed inviato direttamente ad una turbina a gas, dove si espande. Nei cicli chiusi invece, la combustione e la generazione di energia elettrica sono separate da un trasferimento di calore dal gas di combustione ad un vettore di calore che viene usato in un ciclo secondario (es. vapore acqueo). Il vantaggio principale di questo sistema è che il generatore elettrico è in contatto con una sostanza pura, libera dai residui di combustione e le impurità che possono causare danni alla macchina. Esistono oggi numerose tecnologie per la generazione di energia elettrica da biomassa, tuttavia nel presente capitolo saranno descritte solo le tecnologie ritenute più commerciali ed affidabili. Poiché i gas di combustione della biomassa contengono elementi che possono danneggiare i generatori elettrici (particolato, metalli, composti clorurati etc.), le tecnologie più usate oggi e descritte di seguito, appartengono tutte alla categoria dei sistemi a ciclo chiuso. La cogenerazione, utilizzando lo stesso combustibile per due usi differenti, mira ad un uso più efficiente dell'energia primaria, con relativi risparmi economici sopratutto nei processi produttivi in cui esiste forte contemporaneità tra prelievi elettrici e termici. La produzione combinata può incrementare l'efficienza di utilizzo del combustibile fino e oltre l'80% dell energia contenuta nel combustibile. Da ciò emerge come gli impianti combinati di energia elettrica e calore consentano un uso più completo delle fonti energetiche, soprattutto mediante l'associazione della produzione di elettricità con il recupero di calore residuo. I principali vantaggi sono di natura economica ed ambientale. Di natura economica perchè la cogenerazione comporta un miglioramento dei rendimenti globali di utilizzo e quindi, a parità di potenza, una riduzione dei consumi delle fonti energetiche tradizionali, limitando, in tal modo, la dipendenza da queste ultime. Dal punto di vista ambientale perchè, a parità di energia utile ricavata, si utilizza una minore quantità di combustibile e l'emissione dei prodotti di combustione è di gran lunga inferiore. Infine, la cogenerazione consente un utilizzo più efficiente delle risorse energetiche tradizionali, limitando gli sprechi. La combustione nelle centrali a cogenerazione raggiunge risparmi fino al 40% nell'utilizzo delle fonti primarie di energia. 30

31 Tubine a vapore Le turbine a vapore sono di gran lunga la tecnologia più usata nel mondo per la generazione di energia elettrica da combustione di biomassa. In queste macchine il calore liberato dalla combustione è usato per produrre vapore acqueo ad alta pressione (da 20 a 200 bar), ed ulteriormente riscaldato per aumentare il rendimento del processo e produrre vapore secco. Il vapore viene successivamente espanso nella turbina, liberando l energia cinetica sufficiente ad azionare un generatore elettrico. Le turbine a vapore sono ampiamente usate sia in impianti di potenza elevata (> 5MWe) operanti in condensazione, che come sistemi detti di back pressure in impianti di media potenza (500 kwe 5 MWe), seppure con efficienza elettrica inferiore. Le turbine di piccola potenza possono essere a flusso sia radiale che assiale, a singolo stadio, mentre quelle di grande potenza sono ormai esclusivamente a flusso assiale e multistadio. Nelle turbine multistadio si possono ottenere alti gradienti di pressione fra l ingresso e l uscita, nettamente superiori a quelli del singolo stadio (ottenendo quindi una maggiore efficienza nella conversione energetica). All ingresso nella turbina il vapore ha in genere una velocità assiale di 60 m/s, che viene convertita in velocità radiale dalle pale della turbina fino a 300 m/s, mentre la pressione del vapore scende. Il vapore espanso scorre lungo la turbina in senso assiale, attraversando più pale di dimensioni decrescenti a seconda delle condizioni operative. L efficienza elettrica dei cicli termodinamici Rankine (con cui operano le turbine a vapore) è proporzionale alla differenza fra la pressione in ingresso e quella in uscita dalla turbina; ciò significa che per ottenere alti rendimenti è necessario usare vapore ad alta pressione. All uscita dalla turbina il vapore espanso viene condensato in un condensatore. Minore è la temperatura d esercizio del condensatore, maggiore è il gradiente di pressione fra ingresso ed uscita dalla turbina e di conseguenza il rendimento elettrico. Negli impianti non operanti in cogenerazione (dove non è previsto il recupero del calore residuo), il condensatore è raffreddato ad aria ed opera ad una temperatura d esercizio di approssimativamente 30 C ed una pressione di 0,04 bar. Questo permette di ottenere un gradiente di pressione elevato fra ingresso ed uscita. Per questo motivo i grandi impianti con turbine multistadio di elevata potenza (> 50Mwe) possono raggiungere rendimenti elettrici anche del 35-40%, tuttavia nella maggior parte dei casi, e nel range di potenze elettriche che è possibile ipotizzare per impianti decentralizzati basati su piccole filiere corte locali, oggetto di questo manuale, (nell ordine di qualche megawatt) i rendimenti sono tipicamente inferiori. Infatti negli impianti di cogenerazione la temperatura d esercizio del condensatore è in genere compresa fra 90 e 140 C, e la pressione è di 1-5 bar. Questo implica una riduzione del rendimento elettrico delle macchine di circa il 10% rispetto ai sistemi non in cogenerazione, poiché l energia contenuta nel vapore è sfruttata solo in parte per la generazione elettrica. 31

32 Le centrali a condensazione di dimensioni medie (5-10 MWe) non operanti in cogenerazione hanno in genere rendimenti compresi fra il 20 ed il 25%, mentre gli impianti di piccole dimensioni (circa 1 MWe) operanti in cogenerazione raggiungono un rendimento elettrico del 8-12%. Ciò nonostante, l efficienza globale dell impianto, considerando la somma del rendimento elettrico e dell energia termica recuperata è nettamente superiore a quella delle centrali non operanti in cogenerazione, potendo superare l 80%. La tabella seguente mostra vantaggi e svantaggi dell uso delle turbine a vapore in impianti di combustione della biomassa. Vantaggi Tecnologia affidabile e commercialmente matura Possibilità di utilizzazione in un ampio intervallo di potenze Efficienza elevata per impianti di grandi dimensioni Possibilità di fare co-combustione con combustibili fossili per raggiungere efficienze maggiori Svantaggi Efficienza elettrica limitata in impianti di piccole dimensioni Bassa efficienza se funzionanti a carico inferiore alla potenza nominale Costo elevato per impianti di piccole dimensioni Necessità di produrre vapore surriscaldato e ad alta pressione Turbogeneratori a ciclo Rankine organico Le turbine OCR (a ciclo Rankine organico) permettono la generazione di elettricità utilizzando la tecnologia del ciclo Rankine (lo stesso ciclo termodinamico delle turbine a vapore); la differenza principale sta nel fatto che invece dell acqua, il mezzo per lo scambio di calore è un fluido organico con una temperatura di ebollizione inferiore. Questa proprietà permette il funzionamento del ciclo a temperature relativamente basse (da 70 a 300 C). In questo modo il calore necessario per l evaporazione del fluido può essere fornito da una caldaia olio diatermico, anziché da una caldaia a vapore, (oppure può essere recuperato da una sorgente di calore a bassa temperatura, ad esempio una fonte geotermica o dei cascami termici di un processo industriale). Questo può consentire di risparmiare sui costi d investimento, ma soprattutto sui costi di manutenzione ed operativi, sensibilmente maggiori per una caldaia a vapore. Un altro importante vantaggio di questa tecnologia è la possibilità di operare anche a potenze inferiori alla potenza nominale (fino al 30%). I turbogeneratori sono disponibili in un range di potenze compreso fra 250 kwe e 2MWe, ed hanno un rendimento energetico variabile a seconda della potenza e delle condizioni operative fra il 12 ed il 18%. Sono quindi macchine adatte ad impianti di piccola e media taglia. Il calore di condensazione del turbogeneratore è recuperato ed usato per produrre acqua calda a circa C. Queste macchine trovano un' ottima applicazione nelle centrali di cogenerazione a biomassa in quanto permettono l utilizzo di risorse locali disponibili in quantità modeste e le ridotte taglie di impianto oltre a ridurre la generale complessità impiantistica e la logistica legata al trasporto ed allo stoccaggio del combustibili. Secondo Turboden, (l azienda europea con il più alto numero di impianti ORC installati, circa 90 dal 1994), le utenze più adatte per l utilizzo di turbogeneratori per la cogenerazione con biomassa legnosa possono essere: Società di teleriscaldamento che forniscono calore a nuclei abitativi utenze pubbliche o industriali; Segherie che utilizzano il calore per l essiccazione del legname; 32

33 Produttori di pellet che utilizzano il calore per l essiccazione della segatura; Produttori di pannelli MDF (pannelli di fibra di legno a media densità). La seguente figura mostra un esempio di uno schema d impianto di un turbogeneratore Turboden alimentato da una caldaia a biomassa. La linea rossa indica il ciclo dell olio diatermico, riscaldato dalla caldaia, che scambia calore con il turbogeneratore; la linea azzurra indica invece il circuito dell acqua calda recuperata dal condensatore. Schema di impianto con modulo ORC Turboden Il primo ciclo avviene in una normale caldaia a biomassa (griglia fissa o mobile) che impiega l'olio diatermico come fluido termovettore di calore a bassa temperatura (300 che offre numerosi vantaggi, tra cui bassa pressione nella caldaia, elevata inerzia termica e stabilità nei cambiamenti di carico, regolazione e controllo semplici e sicuri). Un turbogeneratore ORC è utilizzato per convertire il calore a disposizione in elettricità. I turbogeneratori ORC hanno un rendimento complessivo pari a circa il 97% (dipendente dall'efficienza della caldaia ad olio diatermico e dalla presenza di un economizzatore) pari a circa il 18% elettrico e il 79% di potenza termica cogenerata. L ORC può funzionare senza problemi a carico parziale fino al 10% del carico nominale ed ha un eccellente efficienza a carico parziale con rendimento pressoché costante per carichi fino al 50% del carico nominale. 33

34 Tabella: Esempi di alcune applicazioni a biomassa in Italia con moduli ORC Turboden Esempio: Impianto di trigenerazione di Fussach (Austria). L impianto di Fussach (Austria) è stato inaugurato nel 2002 e rientra in un progetto dimostrativo nazionale austriaco. Tale impianto è provvisto di una caldaia a biomassa studiata appositamente per bruciare diversi tipi di legname tra cui: cippato, corteccia, segatura e legname trattato, ovvero tutti scarti provenienti da aziende locali dell industria del legno. Il modulo ORC Turboden preleva calore dalla caldaia tramite un fluido vettore (olio diatermico) e lo sfrutta per produrre energia elettrica e calore. Il calore serve ad alimentare una piccola rete locale di teleriscaldamento ed un chiller ad assorbimento, al servizio di una azienda che produce bottiglie di plastica. La generazione del freddo viene utilizzata nel ciclo produttivo al fine di raffreddare la plastica calda dopo la formatura delle bottiglie. La caldaia è fornita di sistemi di alimentazione e pulizia automatici nonché di un sistema di abbattimento dei fumi tramite ciclone ed filtro a maniche. Dati tecnico-economici Potenza termica dell impianto: 6200 kwth Potenza elettrica netta: 1100 kwel Potenza termica del chiller: 2400 kwth Consumo di biomassa: circa t/a Produzione annua di calore: MWh/a Produzione annua di elettricità: 8250 MWh/a Produzione annua di freddo: MWh/a 34

35 Esempio: Impianto di teleriscaldamento di Tirano (SO). La centrale termica del teleriscaldamento di Tirano utilizza come combustibile principalmente il materiale di scarto prodotto dalla lavorazione del legno, che viene consegnato settimanalmente dalle segherie locali. L impianto è provvisto di due caldaie ad acqua calda da 6 MW, una caldaia ad olio diatermico da 8 MW ed una caldaia a gasolio di riserva da 6 MW per garantire il funzionamento del teleriscaldamento anche in casi di emergenza o in presenza delle punte di carico stagionali. L impianto, entrato in esercizio inizialmente con le due caldaie ad acqua da 6MW termici ciascuna, nel 2003 si è integrato con una ulteriore caldaia ad olio diatermico collegata al modulo ORC Turboden T1100- CHP, il quale genera c.a 1100kW di potenza elettrica e c.a 6000kW di potenza termica. L energia elettrica così prodotta viene immessa nella rete di distribuzione nazionale e valorizzata tramite il sistema dei Certificati Verdi, mentre il calore viene ceduto alle utenze tramite una locale rete di teleriscaldamento. La centrale è gestita con un sistema di controllo informatizzato attraverso il quale l operatore può intervenire su tutti i parametri delle caldaie dell ORC e dei sistemi ausiliari lavorando al terminale. Il sistema di distribuzione del calore è costituito da una rete di tubazioni di diametro decrescente in funzione del carico termico e su tutto il percorso è attivo un monitoraggio per il rilevamento delle perdite che segnala esattamente il guasto agli operatori in centrale. Le sottostazioni di utenza sono dotate di uno scambiatore di calore a piastre che fornisce calore al circuito interno dell abitazione; inoltre, ogni sottostazione è attrezzata con strumenti per la misura della portata e della temperatura ed è attivo di un sistema di regolazione che è gestito direttamente dalla sede centrale attraverso un collegamento informatizzato. Grazie al sistema di teleriscaldamento in tutte le utenze servite non è più necessario avere una caldaia con conseguenti spese di installazione manutenzione, ma basta semplicemente avere un piccolo scambiatore al cui interno circola acqua. Dati tecnico-economici Potenza termica dell impianto: 20 MWth Produzione elettrica netta: 1100 kwel Consumo di biomassa: t/anno 35

36 Area stoccaggio biomassa: 3600 m 2 Sviluppo rete teleriscaldamento: m Numero di utenze allacciate: 664 Energia elettrica fatturata: 5274 MWh/anno Energia termica fatturata: MWh/anno Emissioni di CO 2 evitate: kg/anno Esempio: Pellettificio di Mudau (Germania). L impianto di Mudau (Germania) trasforma gli scarti di legno provenienti dalle vicine segherie in pellet, combustibile sempre più utilizzato nelle caldaie domestiche. La centrale termica dell impianto è formata da una caldaia alimentata con corteccia e con altre parti del legno non adatte ad essere trasformate in pellet, e da un modulo ORC Turboden che trasforma il calore generato dalla caldaia in energia elettrica ed acqua calda. Un fluido vettore (olio diatermico) ha il compito di trasferire il calore dalla caldaia al modulo ORC. L energia elettrica così prodotta, alla quale vengono riconosciuti gli incentivi previsti per le fonti rinnovabili dalla normativa tedesca, viene valorizzata per i consumi interni dell impianto e gli eventuali esuberi ceduti alla rete nazionale. Il calore prodotto dal modulo ORC, sotto forma di acqua calda a c.a 90 C, alimenta un essiccatoio a nastro che ha il compito di essiccare la segatura che sarà poi trasformata in pellet. Uno studio effettuato da Turboden ha evidenziato come impianti con capacità produttiva di 4 t/h pellet di siano competitivi se il prezzo a cui viene venduta l energia elettrica è uguale o superiore a 0,16 euro/kwh mentre questa soglia si abbassa a 0,10 euro/kwh se l impianto ha una capacità produttiva di 8 t/h. Le emissioni della caldaia sono ridotte al minimo grazie ad un ciclone depolveratore e quindi un elettrofiltro. Dati tecnico-economici Potenza termica dell impianto: 5335 kw Potenza elettrica netta: 1124 kw Consumo di biomassa: t/anno di cippato; Consumo di biomassa per la produzione di pellet: t/anno di segatura umida; Temperatura dell acqua in uscita: 85 C 36

37 PRINCIPALI STRUMENTI DI SUPPORTO ALLA PRODUZIONE DI BIOENERGIA Come per molte altre tecnologie per la produzione di energia da fonti rinnovabili, anche per la bioenergia esistono vari strumenti pubblici di supporto agli investimenti. Il panorama normativo a livello nazionale è in continua evoluzione, tuttavia è possibile individuare allo stato attuale, tre tipi di misure di sostegno: - finanziamenti pubblici per il sostegno agli investimenti; - agevolazioni fiscali; - incentivi per la vendita di energia elettrica da fonti rinnovabili Finanziamenti pubblici per il sostegno agli investimenti I costi iniziali d investimento per la realizzazione di impianti a biomassa sono ancora relativamente alti rispetto ai costi per l acquisto di tecnologie tradizionali e rappresentano sovente un fattore limitante per lo sviluppo di iniziative imprenditoriali in questo settore. Esistono vari strumenti di finanziamento pubblico a sostegno di questi investimenti, principalmente fondi europei, ma anche nazionali. Uno tra i primi è il Piano di Sviluppo Rurale , introdotto dal regolamento CE 1698/05. Si tratta dello strumento previsto dalla politica agricola europea per favorire gli investimenti nel settore agricolo e lo sviluppo delle aree rurali europee, che è articolato in quattro assi strategici: Asse I - Miglioramento della competitività del settore agricolo-forestale; Asse II - Miglioramento dell'ambiente e dello spazio rurale; Asse III - Qualità della vita nelle zone rurali e diversificazione dell'economia rurale. Asse IV Approccio Leader: (una linea di finanziamenti destinati a partenariati locali fra soggetti pubblici e privati) Seppure non sia una linea di finanziamento specifica, il sostegno allo sviluppo delle energie rinnovabili e della bioenergia in ambito agricolo è uno degli obiettivi del piano, che ricorre in varie misure all interno di ogni asse. Alcune fra le azioni finanziabili sono: - le spese per la realizzazione di impianti short rotation; - le spese per acquisto di macchinari per la produzione e raccolta di biomasa ad uso energetico; - le spese per l acquisto di tecnologie per la produzione di calore, energia elettrica e rigenerazione e per la realizzazione di reti di teleriscaldamento. I PSR sono implementati e gestiti dalle singole regioni (che talvolta delegano parte della gestione alle province), i finanziamenti sono rivolti a sia a soggetti privati che pubblici. Nel primo caso i destinatari sono gli imprenditori agricoli e forestali, nel secondo, gli enti locali (comunità montane, comuni etc.) ricadenti in aree rurali. I contributi del PSR sono in genere erogati sotto forma di finanziamenti in conto capitale a fondo perduto. La percentuale di contribuzione varia a seconda delle misure e dei destinatari, ma è in genere compresa fra il 35% ed il 55% (solo in particolari casi) delle spese ammissibili. 37

38 Un altro strumento di finanziamento europeo per gli investimenti nella produzione di energie rinnovabili è rappresentato dai Piani Operativi Regionali (POR), adottati dalle varie regioni italiane ed europee, e previsti dal Regolamento CE 1083/2006. I POR sono strumenti per la promozione di investimenti per l aumento della competitività nelle imprese dell industria, del commercio e dei servizi (è escluso il settore agricolo che beneficia dei PSR) finalizzati ad uno sviluppo qualificato, nell ambito di un quadro di sostenibilità ambientale. Per le imprese private i POR finanziano in genere progetti che investono in attività di ricerca, innovazione e acquisizione di servizi qualificati. Agli enti pubblici vengono concessi contributi per la realizzazione di infrastrutture e interventi nei settori della salvaguardia dell ambiente, del rinnovamento nella produzione di energia, dei trasporti della qualificazione delle aree urbane e delle zone montane. I contributi vengono concessi attraverso modalità diverse: prestiti a tassi agevolati, prestiti da restituire che confluiscono in fondi di rotazione, contributi a fondo perduto. In Italia sono inoltre attivi vari bandi a carattere regionale per l incentivazione di impianti di riscaldamento, cogenerazione e trigenerazione a biomasse di potenza nominale generalmente non superiore a 300 kw termici e 100 kw elettrici. I soggetti che possono beneficiare di questi incentivi sono solo quelli privati, in particolare: P.M.I. Persone fisiche anche in qualità di rappresentanti legali di Onlus. L'intensità della sovvenzione è variabile ma tendenzialmente pari al 30% dei costi ammissibili e fino ad un massimo di 50,000. Questi aiuti non sono generalmente cumulabili con altri aiuti comunitari, statali o regionali relativamente ai soli aiuti agli investimenti. Sono, invece, cumulabili, entro le intensità di aiuto massime consentite dalle vigenti normative dell'unione Europea, con altri aiuti concessi in forma di garanzia Agevolazioni fiscali Per i piccoli impianti ad uso di privati la Finanziaria 2008, come già la finanziaria 2007, prevede che gli interventi specifici di riqualificazione energetica e di utilizzo di tecnologie avanzate abbiano diritto ad una detrazione irpef pari al 55% delle spese sostenute, più l'iva agevolata. In questo contesto la sostituzione di un generatore di calore tradizionale con una caldaia a biomassa può accedere alla detrazione fiscale applicando il comma 34 della finanziaria prorogata fino al 2010, e considerando pari a zero il fabbisogno di energia primaria per la climatizzazione invernale. I requisiti minimi di efficienza energetica richiesti sono: per caldaie a biomassa con potenza inferiore a 300 kw, l'efficienza deve essere compatibile con la classe 3 della norma EN per caldaie a biomassa con potenza superiore a 300 kw, l'efficienza deve essere maggiore o uguale all'82%. 38

39 Incentivi per la vendita di energia elettrica da fonti rinnovabili La delibera dell AEEG (Autorità dell energia elettrica e gas) ARG/elt 1/09, pubblicata il 12 gennaio 2009 ha completato il nuovo quadro normativo di sostegno alla produzione di energia elettrica da fonti rinnovabili così come stabilito dalle leggi n.222/07 (Collegato alla Finanziaria) e n. 244/07 (Legge Finanziaria 2008) e attuato dal decreto interministeriale del 18 dicembre 2008 (GU n. 1 2 gennaio 2009): con tali leggi si introduce accanto al sistema già esistente dei Certificati Verdi (ossia un contributo riconosciuto al produttore di energia da fonte rinnovabile, il cui valore variabile è definito dalla libera contrattazione di mercato) la possibilità di beneficiare di un nuovo regime di incentivazione. Questo sistema prevede una tariffa fissa onnicomprensiva, comprendente sia le componenti remunerative di mercato che quelle di incentivazione vere e proprie, garantita da un unico soggetto nazionale, il Gse (il Gestore Servizi Elettrici). Per impianti di produzione di energia elettrica da biomasse valgono le seguenti condizioni: Durata: per gli impianti entrati in esercizio in data successiva al 31 dicembre 2007, il periodo di diritto ai certificati verdi o alla tariffa fissa omnicomprensiva è pari a 15 anni. Gli impianti alimentati a biomasse entrati in esercizio precedentemente beneficiano dei C.V. per 12 anni complessivi, più un periodo di ulteriori 4 anni ma nella misura del 60% dell energia elettrica incentivata. Da quando si applicano: per il settore delle biomasse, hanno diritto ai nuovi incentivi gli impianti che hanno iniziato a cedere energia elettrica alla rete successivamente al 31 dicembre 2007, che corrisponde alla data in cui è avvenuta la prima (gli impianti che hanno iniziato a vendere energia elettrica durante il 2007 possono beneficiare soltanto dei certificati verdi previsti nella vecchia disciplina, senza coefficienti di moltiplicazione e senza tariffa omnicomprensiva) Gli incentivi: si considerino le due categorie: Per gli impianti di potenza nominale media annua non superiore a 1 MWe il produttore può scegliere tra: - ricevere una tariffa ominicomprensiva (quota energia + quota incentivo) che per le biomasse è pari a 28 euro cent. per ogni kwh immesso in rete. - in alternativa può richiedere il rilascio dei Certificati Verdi per ogni MWh di energia elettrica incentivata prodotta, maggiorato di un coefficiente 39

40 moltiplicatore dei C.V. variabile fra 1,3 ed 1,8 a seconda del tipo e dell origine della biomassa. Per gli impianti di potenza nominale media annua superiore a 1 MW il produttore ha diritto esclusivamente al rilascio dei C.V. con un riconoscimento del coefficiente di moltiplicazione massimo di 1,8. Cumulabilità: e prevista la possibilità di cumulo tra questi incentivi ed altri di natura nazionale, regionale, locale e comunitaria, in conto capitale e in conto interessi, non eccedenti il 40% del costo dell investimento. ESEMPI DI FILIERE AGROENERGETICHE I modelli di filiera che consentono la massimizzazione dei vantaggi ambientali e socioeconomici per il territorio e la comunità sono modelli che prevedono diversi assetti societari delle imprese in forma singola e/o associata. In linea generale si può sostenere che le imprese possono ottenere adeguati livelli di remunerazione dalla filiera legnoenergia quando l'uso energetico del legno avviene in impianti in grado di valorizzare le biomasse solide nell'ambito dei seguenti modelli di filiera: Filiera completa dell'autoconsumo: dalle SRF all energia Il modello più semplice ed a piccola scala è quello della filiera di autoconsumo. E il caso tipico di un azienda agricola che realizza colture SRF destinate ad alimentare un impianto realizzato per coprire i fabbisogni termici dell azienda stessa (riscaldamento di edifici abitativi, serre, calore di processo). Il vantaggio immediato derivante da questo modello, e quindi dall'istallazione di un moderno impianto termico, è la sostituzione dei combustibili fossili o di apparecchi a legna obsoleti o di bassa efficienza energetica. Questo si traduce da un lato in un miglioramento più o meno consistente del fattore di emissione e dall'altro in un risparmio, anche considerevole, sul costo del combustibile. Esempio - L Azienda florovivaistica Cascina Ronchi a Casteldidone (CR) si estende su un area di circa mq comprendente serre calde e serre fredde riscaldate tramite una caldaia a biomassa dimensionata in base ai carichi termici relativi alle colture praticate: la caldaia è dotata di alimentazione automatica, di pulizia automatica dei fasci tubieri, di estrazione automatica della cenere e di sistema di abbattimento delle polveri nei fumi in modo da garantire la massima efficienza termodinamica unita alla massima pulizia in termini di emissioni. La caldaia è inoltre dotata di un secondo circuito per alimentare le due abitazioni adiacenti e garantirne sia il riscaldamento che la produzione di Acqua Calda Sanitaria, svincolando di fatto l intera azienda dall utilizzo di combustibili tradizionali per quanto riguarda l aspetto termico. Il cippato che alimenta la caldaia proviene da un ettaro di biomasse da SRF a turno biennale che provvede a circa un terzo del fabbisogno annuale e da cippato 40

41 forestale locale. Il modello di caldaia adottata può essere alimentata con cippato fino al 45% di umidità relativa, oppure con pellet di legna. Dati tecnico-economici Costo totale impianto (comprensivo di impianto da arboricoltura: ,00) Necessità annua: q di cippato da SRF con umidità media pari al 35 % e Potere calorico di 3,0 kwh/kg Energia termica disponibile annualmente: kwh(di cui per usi aziendali: kwh) Potenza resa media: 500 kw Ore di funzionamento annuo: 2700 ore Volumetria riscaldata: mc Esempio - L azienda agricola Casarosio (CR) ad indirizzo cerealicolozootecnico ha destinato 25 ha dei 65 complessivi all arboricoltura, usufruendo dei contributi offerti dal Reg. CEE 2080/1992. Nel 1999 e 2000 sono stati realizzati dei lotti di impianto di 28 ha con tradizionali specie di latifoglie pregiate e cloni di pioppo caratterizzati da ottimi tassi di crescita. Nel 2002 l azienda ha installato una caldaia a biomassa legnosa con il finanziamento derivante dalla L.R. 10 del 1991: l impianto termico, con una potenza pari a 78 kw alimentata a cippato di legna, o trasformabile, secondo necessità, a pellet, è completamente automatico in tutte le sue funzioni e permette di riscaldare la casa padronale e l adiacente edificio per mc 1500 ( il volume riscaldabile potenziale è di 3000 mc). Attualmente il quantitativo di cippato utilizzato è di 60 t (con umidità inferiore al 45%) interamente prodotte in azienda: la raccolta avviene manualmente con l ausilio di motoseghe e cippatura in posto. Il prodotto viene stoccato sotto i porticati aziendali, una volta secco viene automaticamente caricato in caldaia a mezzo sistema di estrazione e trasporto in coclea. Il cippato in esubero è utilizzato per alimentare caldaie per la produzione di energia termica in altre realtà aziendali. Dati tecnico-economici Costo totale impianto da arboricoltura: ,00 (Finanziamento: 100% Reg. CEE 2080/1992) Costo impianto termico: ,8 (Finanziamenti: 55% L.R. 10/1991) Potenza della caldaia: 78 kw Volumi risaldati: 1500 mc Consumo medio annuo: 600 q di cippato da SRF 41

42 Esempio - L azienda agricola Cascina Colombarone di San Giovanni alla Croce (CR) di 25 ha a seminativo (cereali quali frumento, pisello proteico e barbabietola da zucchero) e circa 10 ha di diversi cloni di pioppo (su 1 ha di superficie è stata condotta una prova sperimentale che valuta nuovi sesti di impianto, nuovi cloni e nuovi principi attivi di diserbanti a cura di IBAF, realizzati nell ambito della misura H (2.8) del PSR Regione Lombardia Imboschimento delle superfici agricole ). Nel 2005 è stata installata una caldaia di 30 kw di potenza con alimentazione dal basso, accensione e rimozione della cenere completamente automatica, finanziaria con la L.R. 7 Norme per gli interventi regionali in agricoltura della Lombardia. Il consumo di cippato si aggira intorno a 10 Kg/ora con materiale al 30% di umidità. Sulla base di un funzionamento annuale di 3000 ore, il consumo medio complessivo è di 300 q di cippato per un volume potenzialmente riscaldabile è di 1200 mc ( essendo l impianto sovradimensionato, in previsione di ampliamenti dei vani aziendali, quello effettivamente riscaldato è di 900 mc). Il cippato viene prodotto raccogliendo la pianta intera che dopo essicazione all aperto per 90/100 giorni, è cippata con cippatore statico munito di griglia per rendere il prodotto più omogeneo possibile. La produzione di biomassa stimata in azienda è di circa 400 t/anno, di cui il 6% è utilizzato per la produzione di energia termica. Per la rimanente parte vi è un progetto di trasformazione diretta in energia mediante un impianto di gassificazione posto in una vicina zona industriale con successiva vendita di energia elettrica ed energia termica. Dati tecnico-economici Costo dell impianto termico: ,00 (Finanziamenti: ,00 L.R. 7 Norme per gli interventi regionali in agricoltura Modello della caldaia: USV D 30 kw) Potenza della caldaia: 30 kw Volumi risaldati: 900 mc Combustibile: cippato da SRF Consumo medio annuo: 300 q Esempio - La Cascina Meardi, sita nel comune di Voghera, adibita ad abitazione collettiva per una comunità di recupero di ex tossicodipendenti, è riscaldata da una caldaia a biomassa avente potenza termica nominale di 440 kw legnosa finanziata dalla Regione Lombardia nell ambito delle Azioni incentivanti l attuazione di programmi intesi a produrre energia da fonti rinnovabili in attuazione della D.G.R /2004 Nel 2003 e nel 2004, sono stati realizzati sulle 42

43 proprietà impianti di arboricoltura misti a specie di pregio e di biomassa, per un totale di circa 23 ettari. Parte degli impianti (circa 9 ha) sono stati realizzati nel territorio della Provincia di Pavia con il contributo della misura H (2.8) del P.S.R della Regione Lombardia Imboschimento delle superfici agricole, mentre la restante parte, sita nella Provincia di Alessandria, e costituita da specie di pregio tra cui robinia e pioppi, realizzato con il contributo della misura H1 del P.S.R della Regione Piemonte. La raccolta della biomassa, che proviene prevalentemente dai pioppi, avviene con mezzi meccanici, ad opera di contoterzisti. La produttività media è bassa in quanto si tratta di impianti sperimentali misti con specie di pregio e specie da biomassa; essa è stimabile in 85 q.li/ha/anno, per un totale di circa q.li/anno. La biomassa di approvvigionamento della caldaia ha un umidità di circa il 45% con un consumo di 350 t/anno. L energia, ricavata dal funzionamento di circa ore/anno, viene utilizzata per la produzione di calore per il riscaldamento e per il condizionamento delle abitazioni e dei laboratori, oltre che delle serre. Attualmente la parte utilizzata dello stabile è pari a circa mc anche se è previsto un ampiamento, per un volume totale di mc riscaldato da una seconda caldaia dotata di motore Stirling per la cogenerazione elettrica. Dati tecnico-economici Costo impianto arboricoltura: ,00 (Finanziamento: 60% PSR Regione Lombardia - 75% PSR Regione Piemonte) Costo dell impianto termico: ,00 (Finanziamento: 30% D.G.R /2004) Potenza: 440 kw Volumetria riscaldata: 4000 mc Combustibile: cippato da SRF Consumo medio annuo: 350 t/anno Esempio: Il Comune di Apiro, teleriscaldamento e cogenerazione di media taglia Il progetto Energia pulita è stato introdotto dal Comune di Apiro, (un piccolo comune del Centro Italia con una popolazione di circa 2500 abitanti), con lo scopo di iniziare una gestione territoriale innovativa e sostenibile e la produzione di energia rinnovabile nel territorio comunale. Lo scopo del progetto è stato non solo l ottenimento per il Comune dell indipendenza energetica ma anche la promozione di iniziative dimostrative che potessero stimolare iniziative simili, a livello locale, nel settore agricolo: il progetto prevede l utilizzo di cippato ottenuto da colture energetiche dedicate (30-40%) e prodotto nell ambito di filiera corta gestita da agricoltori locali. Il progetto prevede l istallazione di un impianto di cogenerazione che provvede al riscaldamento di cinque edifici comunali in teleriscaldamento (il municipio, due scuole, un teatro e un ospizio) e che in seguito fornirà calore a residenze private ed edifici commerciali. Nel 2007 sono stati piantati 10 ettari di pioppeto la cui biomassa verrà raccolta nel corso dei primi mesi del 2009 e l obiettivo è di salire fino a 60 ettari di colture a ciclo breve, in più sono previste delle aree coltivate a sorgo da fibra per uso energetico e raccolti tradizionali 43