Una visione di medio e lungo periodo sul mondo dell energia e sulla microcogenerazione distribuita ed i sistemi ibridi

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1 NEXT ENERGY Una visione di medio e lungo periodo sul mondo dell energia e sulla microcogenerazione distribuita ed i sistemi ibridi Il presente documento non ha più subito aggiornamenti dal marzo 2010, pertanto risulta incompleto ed inesatto in varie sue parti. Chi fosse interessato a prendere visione del documento aggiornato è cortesemente pregato di farne richiesta a : e.mail : autecind@libero.it Pagina 1 di 49 Emiss : marzo 2002 (rev.0) - 20 maggio 2011 (rev.42 )

2 INDICE GENERALE 1.0 ENERGIA E PROGRESSO 2.0 LA SITUAZIONE ENERGETICA 2.1 Energia - petrolio - gas metano - carbone - biomasse 3.0 LA PROSSIMA RIVOLUZIONE INDUSTRIALE ED AMBIENTALE 3.1 La produzione energetica centralizzata o distribuita? 3.2 Le nuove soluzioni impiantistiche di piccola taglia 3.3 Energia dalle fonti rinnovabili ( idroelettrico - eolico - geotermico - solare) 3.4 Energia da FORSU - BIOMASSE - CDR - BIO-COMBUSTIBILI 3.5 L elettro-nucleare e le sue difficoltà 4.0 LE NUOVE TECNOLOGIE PER L ECONOMIA AL METANO 4.1 Le turbine a gas ed i cicli combinati di grande potenza 4.2 I motori endotermici in assetto CHP 4.3 Le microturbine a gas e la micro-cogenerazione distribuita 4.4 Lo schema CHP con microturbine a gas 4.5 Le celle a combustibile ( Fuel Cells ) 4.6 I combustibili per le Fuel Cells ed il Fattore H2 4.7 Il caso della cella combustibile SOFC (Solid Oxyde Fuel Cell) 4.8 I sistemi ibridi ( SOFC + micro TG+ ORC + Motore Stirling ) 4.9 La visione della futura rete energetica ( WEB ENERGY) 5.0 LE APPLICAZIONI E IL MERCATO 5.1 I clienti idonei per la cogenerazione distribuita 5.2 I protagonisti di questa rivoluzione e le ESCO ( Energy Service Company) 5.3 Il vantaggio ambientale 6.0 LO SVILUPPO SOSTENIBILE 6.1 Cina e India : il nuovo mondo energetico 6.2 La transizione : economia all idrogeno o economia al metano? 6.3 Il metano ed il suo futuro come energia primaria mondiale 7.0 IL FATTORE CO2 8.0 INDICATORI ENERGETICI ED AMBIENTALI 9.0 RIFERIMENTI DI LEGGE 9.1 Le direttive CE, le delibere, i decreti - La Certificazione Energetica degli Edifici 9.2 Il 6 programma quadro UE DL 42/ CONCLUSIONI E ASPETTI SOCIO-AMBIENTALI Pagina 2 di 49 Emiss : marzo 2002 (rev.0) - 20 maggio 2011 (rev.42 )

3 1.0 ENERGIA E PROGRESSO I sistemi energetici sono le strutture essenziali del rapporto tra l uomo e la natura e costituiscono i fondamenti dello sviluppo delle società ; sostanzialmente la storia dell energia è la storia del progresso umano e probabilmente, se non si pongono i limiti, anche il suo declino nel tempo. Infatti, tale corso, con il pesante sfruttamento delle fonti combustibili fossili e la continua violazione delle leggi della natura effettuati da parte del mondo industriale in questi ultimi 200 anni, si è rivelato un esperimento senza controllo e troppo invasivo le cui conseguenze ultime potrebbero essere inferiori soltanto a quelle di una guerra nucleare planetaria. In questi ultimi decenni, dalla crisi del Golfo del 1973 sino alla crisi del gas del 2005, il problema dell energia è diventato un argomento capace di creare grandi ansie e squilibri nelle popolazioni nonché preoccupanti conflitti mondiali. Soltanto attraverso la conoscenza e comprensione profonda del processo storico di medio e lungo periodo dei processi energetici, tali conflitti e contraddizioni potranno essere sanati. Dal 1800, quando i principi della termodinamica assunsero con Sidi Carnot, J.P Joule, W.J Rankine, e J.Watt, il ruolo guida della disciplina, il pensiero storico dell energia è stato sottomesso a puri interessi di potere e di business snaturando quei fondamenti in grado di garantire l equilibrio dei processi naturali del nostro eco-sistema. La nostra generazione, pur non avendo ancora mezzi politici e legislativi sufficienti, ha oggi i mezzi tecnologici, per avviare un inversione di tendenza e realizzare quel modello di sviluppo sostenibile, richiamato nel Protocollo di Kyoto del 1997, assolutamente necessario al nostro pianeta ed alle persone che lo vivono e lo vivranno. Scopo di NEXT ENERGY è quello di seguire, cercando di comprendere al meglio, i mutamenti di questo processo che ripone nella Legge dell Entropia la sua verità assoluta e incontrovertibile ricordando inoltre quanto affermò il grande filosofo Eraclito in un suo frammento : bisognerebbe spegnere la dismisura più che le fiamme di un incendio Pagina 3 di 49 Emiss : marzo 2002 (rev.0) - 20 maggio 2011 (rev.42 )

4 2.0 LA SITUAZIONE ENERGETICA Le crescita della domanda mondiale di energia è concentrata essenzialmente : nel mondo occidentale, per via dell aumento dei consumi nei paesi in via di sviluppo, a causa del forte incremento della popolazione e per il fatto che all inizio del XXI secolo oltre 2 miliardi di persone nel mondo sono ancora prive d'elettricità. La popolazione mondiale, nel 2009, ha raggiunto circa i 6,9 miliardi di individui con un incremento del 70 % circa rispetto al 1970, contro un incremento del consumo di combustibile fossile di circa il 72 % è presumibile che, verso il 2020 ( quando la popolazione mondiale avrà superato la soglia dei 7 miliardi di persone ) la necessità di combustibile fossile possa raggiungere circa i 15 miliardi di Tep*, cioè il 63% in più rispetto al 2005 che si è collocato sui 9,2 miliardi di Tep. (*) 1 Tep equivale a circa 7,3 barili di petrolio cioè 10 milioni di Kilocalorie ( 1 barile = 42 galloni USA = circa 159 litri) Riserve di petrolio ( in miliardi di barili ) e potenzialità presunte IPP nel mondo al 2006 Riserva I.P.P * Metano Riserva I.P.P* Metano 1 Arabia Saudita % 11 G.Bretagna Emirati Arabi Norvegia - Mare nord % 3 Iran India Nigeria Gabon Canadà Ex - Russia % 15 Algeria ,5% 6 Iraq + Kwait Angola Kazakistan Messico Libia ,5 % 18 Indonesia - Asia Venezuela Stati Uniti d America % 10 Brasile Cina Varie mondo A 50 - Varie mondo B 25 Totale riserve mondiali A+ B = 1200 miliardi di barili petrolio I.P.P ( Indicatore Potenziale Petrolifero ) elaborato dal Politecnico di Torino, rappresenta la misura non solo attuale di un paese sulla base di quanto petrolio possiede ed esporta, ma anticipa sulla base di 10 indicatori, quella che potrebbe essere la sua capacità futura di estrazione di petrolio e gas. Nuove fonti d idrocarburi sono state scoperte nel 2002 a Kashagan ( Kazakhstan ) a 5000 metri sotto il livello del Mar Caspio avente una riserva di 13 miliardi di barili di petrolio con una previsione d estrazione di circa 1,5 milioni di barili al giorno e nel 2006 a Al-Ghawar (Arabia Saudita), in un area di 280 x 30 Km è stato identificato un giacimento di petrolio della potenzialità d estrazione di circa barili al giorno, nonché un serbatoio di gas naturale della potenzialità di 12 milioni di m3 al giorno. In Messico la PEMEX ha individuato riserve per 9 milioni di barili di petrolio mentre nei Mari del Nord, ad oltre 4 Km di profondità Canadà, USA, Norvegia, Danimarca e Russia si contendono 10 miliardi di tonnellate d idrocarburi. Nel 2005, circa 12 miliardi di KWEh (10 Ttep), del fabbisogno energetico mondiale, sono stati prodotti dalle seguenti fonti d energia primaria. Fonte energetica nel mondo 2005 nel mondo 2009 in Italia 2005 in Italia 2009 Olio combustibile 34% 32% 30% Metano 26% 38% 40% Carbone 20% 12% 12% Idroelettrico 6% 14% 14% Nucleare 8% 0 0 Biomasse di origine legnosa - - Rinnovabili varie 6% 3% 4% Pagina 4 di 49 Emiss : marzo 2002 (rev.0) - 20 maggio 2011 (rev.42 )

5 2.1 Energia - Petrolio - Gas metano - Carbone In Italia nel 2005, si è consolidata una domanda d energia elettrica di circa 325 TWEh Produzione lorda 325 TWh Pompaggi 15 TWh Produzione netta 310 TWh Importazione dall estero circa 45 TWh Consegna alle utenze 325 TWh max Perdite di rete 30 TWh Potenza disponibile In rete 355 TWh Fabbisogno Nazionale d energia elettrica e fonti di produzione al 2005 n Fonti di produzione n centrali 2008 MWE installati Totale prodotto nel 2008 (GWh ) Totale prodotto nel 2010 ( GWh ) Previsione al 2012 (GWh) 1 NUCLEARE ( chiuso nel 1987) IDROELETTRICO E MINI-IDRO % 15% 3 TURBOGAS E TERMOELETTRICO % 73% 4 ENERGIA DA R.S.U % 4,5% 5 ENERGIA DA BIOMASSE - BIOGAS % 4% 6 MICROCOGENERAZIONE ( sino 1 MWE) - (vedi 3) (vedi 3) GEOTERMICO ,5% 1,8% 8 EOLICO % 9 SOLARE ( Fotovoltaico ) ,5% - TOTALE (*) IMPORT DALL ESTERO (45.000) 14% - TOTALE LORDO ancora necessario Totale potenza installata da rinnovabili % 2010 % Punte di max potenza richieste alla rete : estiva = MWe ( ore 11 del 19/7/2007 ) - invernale = MWe ( ore 17 del 14/12/2005 ) Nota (*) : escluse le perdite = GWh circa - Il 23/7/2004 si è avuto in Italia il record giornaliero di GWh d energia richiesta Nota (+ ) : nord = kwh/anno pro-capite - centro = kwh/anno pro-capite - sud = kwh/anno pro-capite Nota ( ) : Il fattore medio di utilizzazione della potenza installata, in ore anno, è circa il 60%. Il giorno 4 novembre 2006 alle ore 22,10 è avvenuto il più grave Black out elettrico Europeo di questi ultimi 50 anni Sulla base di quanto esposto è necessario considerare seriamente il problema alla luce dell impatto strategico che l energia avrà nella stabilità dei rapporti internazionali, come già avvenne con la prima crisi energetica del 1973, quando il mondo si rese conto della propria dipendenza dal petrolio ed ancor più pesantemente con i conflitti bellici in Kwait nel 1990 ed in Irak nel Ricordiamo che gli USA, nel 1940, erano il primo produttore mondiale di petrolio e, nel 1972, la sua capacità estrattiva era ancora di 12 milioni di barili al giorno per poi ridursi progressivamente nel 2002 a circa 8 milioni di barili giorno. Al 2005 la produzione mondiale di petrolio, si era collocata intorno ad 85 milioni di barili al giorno per un totale di circa 25 miliardi di barili/anno il che significa che, ad ogni secondo, circa 1000 barili di petrolio si spostano da un luogo all altro del pianeta. Pagina 5 di 49 Emiss : marzo 2002 (rev.0) - 20 maggio 2011 (rev.42 )

6 Gli studi realizzati nel 1956 dal geo-fisico M. King Hubbert affermavano come la produzione petrolifera, iniziata con la prima trivellazione della storia alla profondità di 21 metri con 4 ton/giorno, effettuata da Edwin L. Drake e William Smith nel 1859 a Titusville creek oil in Pennsylvania, avrebbe raggiunto intorno al 1970 il suo punto critico o peak oil, cioè quando sarebbe stato estratto circa la metà delle risorse terrestri di petrolio ; da quel momento l offerta globale dello stesso in USA e nel mondo non avrebbe più potuto soddisfare la domanda creando serie ripercussioni sullo sviluppo industriale ed economico dell occidente. Occorre evidenziare che tali proiezioni furono fatte da geologi senza ancora una visione globale dei possibili giacimenti petroliferi mondiali e quando, all epoca, gli USA erano tra i primi produttori mondiali di petrolio nonché autosufficienti per tale combustibile. I geologi petroliferi americani J. Colin Campbell, Laherrère, Ivanhoe, confermando la validità degli studi di Hubbert ed attraverso ulteriori valutazioni e ricerche finanziate anche dal governo americano arrivarono a considerare che intorno al 2010 l offerta globale di petrolio comincerà a non soddisfare più la domanda interna U.S.A né quella mondiale pertanto, da quel momento, il mondo industrializzato dovrà obbligatoriamente diminuire la produzione ed i consumi se non si troveranno le adeguate soluzioni energetiche. Pertanto nuovi giacimenti terrestri, fondali marini o sabbie bituminose dei deserti o le recenti estrazioni dalle roccie argillose shale offriranno ulteriori possibilità di estrazione di gas e petrolio il che significa che, con le attuali risorse mondiali valutate in miliardi di barili ed con gli attuali consumi mondiali ( circa 25 miliardi di barili anno ), si potrà garantire all umanità almeno anni di rifornimento garantito. Tale valore non prende in considerazione la recenti scoperte di potenziali riserve d idrocarburi nei fondali marini sparsi nel mondo, come ad esempio il giacimento scoperto nel 2008 sulle coste del Brasile valutato in almeno 90 miliardi di barili di petrolio. Comunque il problema principale di tali estrazioni in profondità marine risiede nell ignavia dell uomo che troppo spesso adotta soluzioni tecniche improprie con costi al ribasso, in luogo di tecnologie appropriate con il giusto costo in grado di fornire garanzie e soluzioni definitive e sicure. Tali scelte approssimative rappresentano un danno per tutta l umanità che possono soltanto far scaturire disastri ambientali d enorme rilevanza come avvenne alla Centrale nucleare di Chernobyl nel 1986 e recentemente, nel maggio 2010, al pozzo sottomarino Macondo della Bp nel Golfo del Messico con la fuoriuscita di circa 900 milioni di litri di petrolio grezzo in mare. Ancora recentemente l ASPO, associazione per lo studio del picco di petrolio, riunitasi a Lisbona nel giugno 2005, per valutare lo scenario delle possibili riserve di petrolio sino al 2010, conferma che la produzione globale di greggio nel mondo si aggira sui 25 miliardi di barili anno (contro i 30 miliardi di barili stimati dal Servizio Geologico Americano). Pertanto se la domanda mondiale di petrolio continuerà ad essere vicino o superiore ad 85 milioni di barili al giorno e non si troveranno nuove aree d estrazione, entro il 2030 saremo realmente alla soglia di quel picco annunciato da Hubbert nel Pagina 6 di 49 Emiss : marzo 2002 (rev.0) - 20 maggio 2011 (rev.42 )

7 PROIEZIONI ASPO SU DOMANDA E OFFERTA MONDIALE DI PETROLIO ( in milioni di barili al giorno) Circa milioni di tons / anno ,5 86,5 86 Ml. Barili / day Ml. Barili / day Ml. Barili / day Ml. Barili / day Ml. Barili / day Ml. Barili / day Ml. Barili / day Ml. Barili / day Costo barile 31 dollari Costo barile 41 dollari Costo barile 55 dollari Costo barile 61 dollari Costo barile 70 dollari Costo barile 80 dollari Costo barile 90 dollari Costo barile 100 dollari Domanda mondiale in milioni barili giorno Produzione mondiale in milioni barili giorno ( 1 barile = 158,98 litri ) ( Una tonnellata di petrolio grezzo equivale a circa 7,3 barili ) Sulla base dell analisi sopra esposta, ricavata da fonte Cibg/Wm, nel 2010 dovrebbero mancare circa milioni di barili al giorno, che rappresentano l attuale produzione del Kuwait. Alla luce di questa situazione il ruolo del gas naturale ( CH4 ) sta assumendo sempre più rilevanza nel panorama dei combustibili fossili destinati alla produzione d'energia elettrica e termica anche in virtù dei grandi giacimenti disponibili, come quelli della ex-russia. che possiede circa un quinto delle riserve mondiali di gas. Purtroppo il problema del prezzo alla fonte del metano (circa dollari ogni 1000 m3), ancorato al prezzo del barile di petrolio rimane un fatto politico e di potere ancora troppo penalizzante per le aziende ed i consumatori. Anche i ricercatori dell European Fuel Cell Forum preferiscono parlare realisticamente più di una economia al metano, che già esiste, piuttosto che di una economia all idrogeno ancora distante ed onerosa e che sarà destinata principalmente alle necessità di piccoli insediamenti e veicoli urbani, alla soft energy per l alimentazione di computers, televisori, centri di calcolo, piccoli elettrodomestici. La produzione mondiale di metano si è collocata, nel 2003, intorno ai miliardi di m3 e si conferma come la fonte combustibile a crescita più rapida, specie per la produzione energetica a supporto dell industria e del settore residenziale e terziario. I 20 giganti mondiali del gas naturale al 2005 ( produzione in miliardi di m3/anno ) Russia 608 Indonesia 80 Turkmenistan 59 Messico 42 U.S.A 541 Iran 78 Uzbekistan 57 Cina 39 Canadà 182 Norvegia 77 Malasya 50 Australia 36 Regno Unito 108 Olanda 73 Argentina 44 Qatar 30 Algeria 87 Arabia Saudita 60 Emirati Arabi 43 Nigeria 21 Nell Europa a quindici il metano, come combustibile destinato al fabbisogno energetico ha ormai raggiunto il petrolio e lo supererà abbondantemente entro il L Italia, grazie alla SNAM, possiede la migliore rete mondiale di gas metano con Km di tubazioni da 50 mm a 1,2 metri Pagina 7 di 49 Emiss : marzo 2002 (rev.0) - 20 maggio 2011 (rev.42 )

8 Nel 2008 in Italia si sono consumati circa 85 miliardi di m3 di gas metano e prevede entro il 2010 un incremento di circa il 20 %. Nel nostro paese nel corso del 2003 circa GWh, sono stati prodotti dalla combustione di CH4 e circa GWh attraverso la combustione di olio combustibile e gasolio. La Società EDISON importa dall estero circa 2 miliardi di m3/anno di CH miliardi Nm3 100 miliardi Nm3 90 miliardi Nm3 85 miliardi Nm3 80 miliardi Nm3 75 miliardi Nm3 70 miliardi Nm3 Trend Nazionale del consumo di CH4 Residenziale e terziario = 38 % Industria = 35 % Produzione termo-elettrica = 22 % Agricoltura e varie = 5 % L importazione di metano in Italia nel 2005 è stata di 75 miliardi di m3/anno, mentre l estrazione locale si attestava a circa il 14%. Al 2008 i principali paesi fornitori sono per il : 32 % l Algeria + 31% la Russia + 14% da Olanda e Norvegia + 1% Libia, il restante 14% proviene da varie destinazioni secondo le circostanze e disponibilità per un totale complessivo dell 86%. Le riserve di CH4 nel nostro Paese ammontano, al 2004, in 12,8 miliardi di m3 ( 7,7 ordinarie + 5,1 strategiche ) Considerando che per questi combustibili l Italia dipende per circa l 80% dall estero è evidente l importanza del corretto utilizzo degli stessi e delle scelte ingegneristiche ed impiantistiche per la costruzione delle centrali di produzione energetica non più basate su costi di primo investimento al ribasso bensì sulle loro reali efficienze e sostenibilità. Inoltre di rilevante importanza e necessità è la costruzione, sul nostro territorio, degli impianti per la ri-gassificazione del gas naturale liquido ( GNL ) da troppo tempo contrastati dalle autorità locali. Fra le fonti convenzionali si osserva oggi, sul mercato mondiale, un cauto ritorno alle centrali termoelettriche alimentate a carbone che è una risorsa stabile, concorrenziale ed abbondante, con un P.C.I medio di circa kcal/kg ed un costo di 70 euro/tons decisamente inferiore al metano ed al gasolio e con una grande varietà geopolitica d offerta, quindi non soggetto a forti variazioni economiche ed a stretti monopoli di potere. Il beneficio economico si accentua qualora la centrale termoelettrica a carbone sia realizzata in prossimità del giacimento stesso oppure di un porto, come nel caso della centrale a carbone pulito di Torrevaldaliga ( Civitavecchia ) avente una potenzialità totale di MWE ( attraverso tre moduli da 660 MWE ) dove si potranno realizzare circa GWEh/anno ad un costo del 20-25% inferiore rispetto a quello realizzato con centrali alimentate con combustibile metano. Ancora oggi l apporto energetico mondiale del carbone non è comunque da sottovalutare, infatti dei 9,2 miliardi di Tep necessari all umanità, circa il 20 % è realizzato con questo combustibile inoltre, in Europa, circa il 25% dell elettricità è prodotta da centrali termoelettriche alimentate a carbone Nel 2002, nell ambito delle iniziative del Programma Quadro di Ricerca & Sviluppo dell Unione Europea, è stato avviato un progetto chiamato Advanced 700 C - PF Power Plant finalizzato alla realizzazione entro il 2012 di una centrale termoelettrica a carbone con efficienza del 50% ed emissioni di CO2 ridotte del 25%, utilizzando il ciclo a vapore tradizionale in grado di lavorare a temperature sino a 700 C e pressioni intorno ai 370 bar, grazie all utilizzo di materiali speciali e strumentazioni avanzate. Possiamo pertanto asserire che, grazie alle moderne Clean Coal Technologies relative al processo di stoccaggio e combustione del carbone e trattamento dei fumi di scarico con sequestro della CO2, è ora possibile realizzare centrali termoelettriche alimentate a carbone conformi alle nuove esigenze ambientali con un costo intorno ai euro per MWE ( contro i euro per MWE di quelle alimentate a metano ). Pagina 8 di 49 Emiss : marzo 2002 (rev.0) - 20 maggio 2011 (rev.42 )

9 3.0 LA PROSSIMA RIVOLUZIONE INDUSTRIALE ED AMBIENTALE Metano, biogas, syngas, bio-combustibili, idrogeno, fuel cells, microturbine, sistemi ibridi, reti globali efficienti e mini-grids interconnesse telematicamente con formula energy on demand, non sono sogni bensì rappresentano le basi del nuovo mondo della NEXT ENERGY dove il paradigma delle 4F ( Fossil Fuel Free Future) sarà una alternativa integrata, ma non sostitutiva all attuale modello esistente delle 3F ( Fossil Fuel Future). Nell ambito di tali nuovi modelli tecnologici la produzione elettrica distribuita o meglio di sistemi cogenerativi distribuiti, stanno assumendo crescente importanza soprattutto per il fatto che oggi l energia è vista come un bene soggetto alle dinamiche del libero mercato. Anche in Italia le istituzioni, pur lentamente, stanno programmando e prefigurando nuovi strumenti e soggetti per il rilancio del settore. Ricordando come, già nel 1882 Thomas Edison, nel realizzare la prima rete elettrica che si sviluppava su un area di m2 nella città di New York, evidenziò l importanza di produrre l energia in modo distribuito con piccole centrali collocate direttamente su luogo di utilizzo. E pertanto necessario, oggi più che mai, progettare sistemi di produzione energetica che si allontanino dai modelli consolidati nei decenni precedenti, cioè centralizzati e di grande o grandissima potenza, non sempre in grado di fornire le dovute coperture ed efficienze sul territorio. I nuovi impianti di piccola taglia, più flessibili e in grado di garantire elevata modularità, brevi tempi d installazione, basse emissioni, alti rendimenti, possono essere d aiuto alle necessità energetiche industriali e civili del nostro Paese riducendo inoltre l energia primaria necessaria. Enti specializzati nella gestione delle reti elettriche, del gas e dell energia e nuove Energy Service Company (ESCO) capaci di vendere efficienza energetica, sorrette da un adeguata politica governativa e progettuale dovrebbero proiettarci nel mondo della NEXT ENERGY SCENARIO DEI SISTEMI DI PRODUZIONE ELETTRICA NEL MEDIO PERIODO % rendimento kwe [1] Microturbine e Turbine a gas [2] Cicli combinati con turbogas e turbina a vapore [3] Motori endotermici a gas [4] Fuel cells e sistemi ibridi ( Fuel cell / microturbina / ORC/ Stirling ) Pagina 9 di 49 Emiss : marzo 2002 (rev.0) - 20 maggio 2011 (rev.42 )

10 Nell ambito dei sistemi energetici l area di business di maggior rilevanza nel medio termine è senz altro, per il nostro Paese e per l Europa, la piccola e media cogenerazione distribuita, in grado di fornire rilevanti efficienze a basso impatto ambientale. Ad oggi la produzione energetica Europea, realizzata con piccoli o medi impianti in assetto cogenerativi o trigenerativo CHP/CHCP, rappresenta una quota di circa il 9% della produzione totale di energia elettrica, se tale valore aumentasse ad un 15-20% si potrebbe realizzare un risparmio energetico complessivo annuo intorno al 3% del fabbisogno totale di Tep. Un semplice esempio di questi benefici è possibile verificarlo attraverso il calcolo sottostante che valuta la differenza di consumo d energia primaria tra le produzioni separate di energia elettrica e calore e la produzione di entrambe in assetto cogenerativo, per un periodo di ore/anno con un sistema CHP da 100 KWE KWT, alimentato con circa 37 sm 3 /h di gas metano avente un potere calorifico inferiore P.C.I = Kcal/sm3. Basandosi sulle prestazioni di una microturbine da 100 KWE ( vedi tabella pag 30 ) si ha : Er = ( E1 + E2 ) Ecog x ore/anno Er = energia primaria risparmiata attraverso sistema CHP TA 100R alimentato con CH4 E1 = 270 KW ( energia primaria necessaria alla produzione di 100 kwe con impianto elettrico autonomo con resa 37%) E2 = 184 KW ( energia primaria necessaria alla produzione di 160 kwt con impianto termico autonomo con resa 87% ) Ecog = 355 KW ( energia primaria necessaria per la produzione congiunta di kwe + kwt ) per cui : Er = ( ) x = 99 KW x ore = KWh che corrispondono a circa 596 milioni di Kcal, cioè circa 59 Tep di energia primaria risparmiata alla fonte con un costo evitato di circa euro ogni ore di lavoro. Con il D.Lgs 20 luglio 2006, relativo ai certificati bianchi o T.E.E, per l incentivazione dell efficienza sugli usi finali d energia, da parte del G.M.E d intesa con l AEEG, il beneficio economico sino a 100 euro per ogni Tep risparmiato ( sulla base del rapporto KWE/KWT prodotti ), migliorerà ulteriormente il ritorno economico di tali sistemi. In materia di incentivi economici, contrariamente a quanto accade per i pannelli solari termici e fotovoltaici, nell ambito delle leggi-beneficio relative alla riduzione della CO2 in atmosfera ( che è di circa 20 euro per ogni Ton in meno di CO2 nonché per la legge Net metering ( conto energia ) che concede un beneficio di 40 cent/euro per ogni KWE ceduto alla rete, le microturbine a gas non usufruiscono, ad oggi, dei benefici e/o incentivi idonei a favorirne lo sviluppo. Si evidenzia che, grazie alla sue caratteristiche costruttive ed efficienze, una microturbina a gas da 100 KWE, in assetto CHP, evita circa 144 Tons di CO2 in atmosfera ogni ore di lavoro. Il decreto Bersani n 79/99, che percepisce in tema di liberalizzazione dell energia la direttiva comunitaria 96/92 CE, il D.M 125/2001 per l incremento l efficienza energetica ed il recente D.Lgs 42/2002, provvedono a fornire interessanti ( ma non sufficienti ) defiscalizzazioni, per il gas metano in centrali CHP di piccola taglia se in possesso degli indici energetici stabiliti dall Autorità quali l Indice di Rendimento Energetico I.R.E ed il Limite Termico L.T. Pagina 10 di 49 Emiss : marzo 2002 (rev.0) - 20 maggio 2011 (rev.42 )

11 TREND DI SOSTITUZIONE DELLE FONTI PRIMARIE COMBUSTIBILI % di utilizzo su scala mondiale solidi liquidi E interessante evidenziare come, nella progressiva uilizzazzione delle fonti combustibili primarie, sta sempre più verificandosi un processo di decarbonizzazione delle stesse. Con il graduale passaggio dai combustibili solidi a quelli liquidi ed infine a quelli gassosi e, con l avvento dell idrogeno, come combustibile alternativo destinato alla soft energy ed ai mezzi di trasporto urbano, tale processo sarebbe in parte completato. CH4 H2 avvio Nel 2010 il metano, superando nei consumi il gasolio, sarà la maggiore fonte di energia primaria utilizzata per la produzione di KWE e KWT Nell ambito della produzione energetica, per realizzare la transazione dall utilizzo di metano e dei combustibili fossili ad un mix di combustibili alternativi o rinnovabili, occorrerà un tempo non breve ma soprattutto saranno necessarie consistenti capacità tecnologiche, economiche e politiche. I prossimi anni saranno comunque caratterizzati da una sempre maggiore disponibilità e utilizzo del combustibile metano e si andrà progressivamente a vivere quello che possiamo già definire come il periodo dell economia al metano. L accordo ENI-GAZPROM del 14 novembre 2007, per la fornitura di 26 miliardi di m3 di metano sino al 2035 ne è la conferma. L idrogeno ed una possibile economia all idrogeno, in questo contesto, ci appare come una distrazione ai problemi emergenti che ci assillano. Le barriere In Italia un problema di particolare rilevanza, per questa trasformazione e per l avvento della produzione energetica distribuita ( GD), è il superamento di alcune barriere quali : la liberalizzazione dell energia elettrica attraverso la formazione di nuovi enti privati l adeguamento delle reti elettriche ed il controllo dei carichi il miglioramento della competenza tecnica la semplificazione e la sburocratizzazione degli iter autorizzativi che ancora gravano sugli impianti di piccola taglia. Riportiamo nella tabella a seguire quelli che sono i documenti e gli iter burocratici che occorre elaborare per poter realizzare ed avviare una centrale CHP di piccola taglia evidenziando come manchi ancora nel nostro Paese una seria incentivazione alle iniziative come ad esempio il riconoscimento, da parte dell Autorità, del giusto prezzo del KWE ceduto alla rete in conto energia, nonché una partecipazione dell ENEL ai costi di adeguamento delle cabine di MT e BT per i nuovi insediamenti sul territorio delle centrali CHP. Pagina 11 di 49 Emiss : marzo 2002 (rev.0) - 20 maggio 2011 (rev.42 )

12 Documenti e iter burocratico d autorizzazione alla produzione d energia elettrica ( al 2004 ) 1.0 DOCUMENTI PROGETTUALI PER AUTORIZZAZIONI 4.0 AUTORIZZAZIONI MINIST. ATTIVITA PROD. ED EMISSIONI 1.1 Schema elettrico per UTF-ENEL-GRTN 4.1 Dichiarazione di min. e max. attività produttiva 1.2 Relazione tecnica per ENEL DIS. 4.2 Dichiarazione emissioni in atmosfera/suolo 1.3 Relazione tecnica per U.T.F 5.0 AUTORIZZAZIONI UTF 1.4 Relazione tecnica per V.V.F 5.1 Denuncia produzione elettrica 1.5 Lay-out e disegno d assieme sistema CHP 5.2 Richiesta esenzione fiscale metano 1.6 P&I impianto CHP 5.3 Richiesta sopralluogo e tempo preavviso U.T.F 1.7 Calcolo sostenibilità energetica ed economica 5.4 Dichiarazione avvenuto deposito cauzionale 2.0 AUTORIZZAZIONI IMPIANTO TERMICO 5.5 Rilascio licenza di esercizio 2.1 Invio progetto a Ispettorato Utilizzazione 6.0 AUTORIZZAZIONI DISTRIBUTORE E.E ( GRTN ) 2.2 Richiesta sopralluogo I.U 6.1 Invio progetto elettrico e distribuzione 2.3 Sopralluogo e approvazione I.U 6.2 Richiesta verifiche protezioni elettriche 3.0 AUTORIZZAZIONI V.V.F 6.3 Invio di verifica a GRTN 3.1 Domanda di conformità progetto, esame, soprall. V.V.F 6.4 Richiesta autorizzazione al parallelo 3.2 Domanda inizio attività e CPI 6.5 Richiesta e firma autorizzazione di esercizio 3.1 Produzione energetica centralizzata o distribuita? Grazie al rapido progresso tecnologico nel settore delle macchine di piccola taglia per la produzione di energia in assetto CHP e CHCP, nello sviluppo della tecnologia informatica e delle reti di telecomunicazione, si sta definendo uno scenario che può essere sintetizzato con lo slogan : small is profitable Si comincia così a prefigurare, come già avvenne per l informatica nel passaggio dai main frames all attuale struttura distribuita di Personal Computer collegati ad Internet, un nuovo paradigma da applicare ai sistemi energetici : la produzione distribuita dell energia dove ogni nodo della rete è interconnesso, regolato e controllato in maniera coerente rispetto alle esigenze dell utenza e del sistema complessivo. Con la cogenerazione distribuita le unità di piccola o media taglia sono tecnologicamente eterogenee ed in grado di produrre energia con ottime efficienze localmente, dove serve, attraverso un mix di combustibili di varia natura (metano, propano, biogas, bio-combustibili, syngas da biomasse, R.S.U, C.D.R ed anche idrogeno quando sarà disponibile) Argomenti a favore della cogenerazione distribuita sono principalmente : elettricità e calore dove serve (con riduzione del 22-25% d energia primaria) riduzione delle perdite e dei costi di trasporto più agevole ed economico uso delle macchine emissioni ridottissime a basso impatto ambientale maggior flessibilità di gestione della rete G.R.T.N. stimolo alla competizione tra i vari energy service provider creazione di servizi energetici più efficienti e customer-oriented scelta strategica a beneficio delle PMI e del settore Civile ristrutturazione della rete e delle cabine MT e BT modifica della rete di distribuzione da passiva ad attiva Il sito: fornisce ben 207 esempi dei benefici derivanti dalla CHP-DG Pagina 12 di 49 Emiss : marzo 2002 (rev.0) - 20 maggio 2011 (rev.42 )

13 3.2 Le nuove soluzioni impiantistiche di piccola taglia Negli ultimi anni, nel settore della produzione di energia, si è assistito a uno straordinario sviluppo d innovazione tecnologica ed il problema della disponibilità delle fonti fossili è sul tavolo dei ricercatori e dei tecnici i quali hanno riposto molta attenzione allo sviluppo di sistemi CHP di piccola taglia ad elevata efficienza, alle fonti energetiche rinnovabili, nonché alla diffusione delle reti per l utilizzo strategico del gas naturale Per quanto riguarda lo sviluppo di sistemi avanzati per la produzione d energia alimentati con gas metano risultano essere in primo piano : le microturbine a gas e in futuro le celle a combustibile che, utilizzate in assetto IBRIDO, potranno garantire rendimenti elettrici intorno al 45-60% e complessivi dell 86%, impensabili fino ad oggi, andranno a prefigurare un modo nuovo di produrre energia. Risultati qualitativamente significativi di sistema si ottengono anche attraverso la trigenerazione o CHCP ( Combined Heat - Cool & Power ), cioè la produzione combinata di elettricità, calore in H2O calda a 90 C e raffrescamento con H2O alla temperatura di 7-12 C. Queste soluzioni ingegneristiche permettono di ridurre notevolmente l utilizzo dell energia primaria di origine fossile, con servizio reso pari o migliore delle attuali centrali. Lasciando al futuro il compito di definire il "mix" ottimale fra impianti di grande, media e piccola taglia, non c'è dubbio che : in un'ampia varietà di situazioni oggi la cogenerazione distribuita d energia elettrica e termica si presenta complessivamente come la più razionale ed efficiente Un primo significativo avanzamento, in direzione della diffusione capillare della generazione distribuita, potrebbe venir conseguito con la produzione di serie e la diffusione su larga scala delle micro-turbine a gas con ciclo rigenerativo e potenze comprese tra kwe a cui potranno fare seguito la produzione di Fuel Cells alimentate con gas metano, tramite reformer, avviando così un innovazione tecnologica tra le più interessanti dell età moderna. Le microturbine a gas, in particolare modo nel settore civile residenziale e terziario e nelle piccole e medie aziende, possono essere l apripista per la produzione energetica distribuita e sostenibile. Pagina 13 di 49 Emiss : marzo 2002 (rev.0) - 20 maggio 2011 (rev.42 )

14 3.3 Energia dalle fonti rinnovabili Fermo restante la necessità e importanza delle grandi centrali termoelettriche a ciclo combinato con turbine a gas di grande potenza e d impianti di piccola e media cogenerazione, che ad oggi producono circa il 68% del fabbisogno Nazionale di energia elettrica, per quanto riguarda la produzione di energia elettrica da fonti rinnovabili esistono interessanti scenari di sviluppo. Produrre energia attraverso le fonti rinnovabili, anche se non può essere considerato il motore trainante per la produzione industriale è di notevole importanza sia per l ambiente che per lo sviluppo della co-generazione distribuita nell ambito delle piccole e medie utenze industriali e civili. Al 2005 in Italia sono state realizzate circa 430 centrali ecologiche, purtroppo non tutte sostenibili, alimentate da varie fonti rinnovabili ( vento, radiazione solare, biomasse, biocombustibili, mini-idro ) per una produzione complessiva di 3,5 miliardi di KWh/anno a cui dovrebbero aggiungersi altri 220 nuovi impianti nel prossimo decennio. Le direttive Europee impongono e incentivano, nei vari Paesi, strategie per realizzare entro il 2010 una produzione d energia elettrica da fonti rinnovabili intorno al 20% del fabbisogno totale rispetto la media del 2003 che era intorno al 16 %. Incentivi per questo sviluppo sono i RECS ( Renewable Energy Certificate System) detti comunemente Certificati Verdi ( C.V) che sono titoli attestanti la produzione d energia elettrica da fonti rinnovabili ( solare, vento, biomasse, olii vegetali, salti d acqua, etc ) da parte del GSE del valore di euro per ogni 4,5 MWEh di energia elettrica prodotta, per la durata di 10 anni. Sviluppando una sintetica analisi delle principali tecnologie, per la produzione d energia elettrica attraverso fonti rinnovabili, si evidenziano le seguenti tipologie d impianti : Produzione idroelettrica e mini-idrolelettrica Il settore idroelettrico italiano è tra i più avanzati d Europa e rappresenta circa il 14% dell energia necessaria al nostro Paese. Sfruttati ormai quasi tutti i grandi salti d acqua, con portate sino a 50 m3/sec, interessanti e di utilità possono essere i piccoli salti con portate da 1-4 m3/sec, cioè il cosiddetto micro-hydro, con potenze installate da 10 a 200 KWE, in grado di garantire energia elettrica in piccole comunità montane o aziende a valle degli stessi. Tali impianti, realizzati con le corrette valutazioni di impatto ambientale, possono aggiungersi alle circa 314 centrali idroelettriche esistenti per un totale di circa MWE installati. L ultima grande centrale idroelettrica, da 150 MWE, avviata nel 2004, dall IRIDE di Torino, a Pont Ventoux nella Valle di Susa con un costo finale previsto in 350 milioni di Euro. Le centrali idroelettriche presentano comunque insorgenti problemi, come la mancanza di adeguate portate d acque per via delle scarse piogge e nevicate nonché il ritiro dei ghiacciai nel periodo estivo con il danno indotto causato della riduzione delle portate d acqua a valle delle centrali stesse che penalizzano le irrigazioni, la raccolta dei bacini e riserve d acqua degli acquedotti e l agricoltura. Nel corso del , nel nostro paese, la produzione idroelettrica sugli impianti esistenti è diminuita del 6% circa per i motivi sopra elencati. Pagina 14 di 49 Emiss : marzo 2002 (rev.0) - 20 maggio 2011 (rev.42 )

15 3.3.2 Produzione eolica La produzione di energia elettrica, da fonte eolica, è alquanto controversa a causa dei valori ottimali richiesti alla velocità del vento ( 3-30 m/sec ), alla sua disponiblità per almeno 2500 ore/anno, nonché danni all avifauna, all impatto paesaggistico ed al pericolo di crolli. Ricordando che con una velocità minima del vento di circa 1 m/sec si può ottenere da un generatore eolico di diametro metri e rendimento 0,5% circa 300 KWE, si presume che nuove soluzioni di generatori eolici con pale di turbina con diametri più grandi, in resine speciali, funzionanti a giri/min, potranno meglio definire il futuro di questa tecnologia. A livello globale l Europa detiene il 70% dell energia prodotta dal vento contro il 14% degli USA. Al 2007 la Germania, con circa MWE installati è uno dei paesi d Europa più impegnati nel programma eolico seguita dalla Spagna con circa MWE installati. Al 2007 in Italia sono state realizzate circa 40 centrali eoliche, per un totale di circa MWE, installati, tra cui la recente centrale Enel di Caltabellotta, nei pressi di Agrigento, in grado di erogare 7,5 MWE con pale di 22 metri, rotanti con velocità sino a 30 giri/min. L iniziativa d installare, entro il 2007, presso Troia ( Foggia), una delle città più ventose d Italia, 42 turbine eoliche G.E da 1,5 MWE/ cad aggiungerà alla rete circa 63 MWE complessivi di potenza usufruibili per ore anno. Nel giugno 2006 è stato inaugurato presso la località di Littigheddu a Sedini (Sassari) il più grande impianto eolico italiano dell ENEL composto da 36 aeroimpianti da 1,5 MWE cad, per un totale di circa 54 MWE in grado di produrre circa 120 milioni di KWEh/anno Comunque, ad oggi, l impianto con la tecnologia più avanzata al mondo è quello off-shore realizzato dalla General Electric sul banco sabbioso di Arklow, a 10 Km dalla costa Irlandese, in grado di produrre circa 25 MWE d energia elettrica attraverso 7 turbine eoliche con pale di 60 metri. L EWEA ( European Wind Energy Association ha avviato un programma eolico denominato Beatrice del tipo off-shore-wind, nel Mare del Nord nei pressi di Aberdeen (Scozia), per la realizzazione entro il 2012 di 100 piattaforme con aereo-generatori da 5 MWE cadauno, pale di circa 100 metri con un costo di realizzazione superiore a 800 milioni di euro che rappresenta il 50-60% in più rispetto gli impianti tradizionali Produzione geotermica La geotermia, che è l energia che si sviluppa nelle profondità di certi terreni, sfrutta il calore sottoforma di vapore acqueo (soffioni) ad alta temperatura ( C) generato da certe rocce profonde e convogliato in superficie per essere utilizzato come vettore energetico in turbine a vapore o scambiatori, per produrre energia elettrica e termica per oltre 6000 ore anno. Le origine di questa tecnologia risalgono al 1904, presso la zona di Larderello (Pisa), grazie al Principe Ing.Ginori Conti che per primo riuscì a sfruttare il calore endogeno per produrre elettricità con una piccola centrale sperimentale che oggi ha raggiunto una potenzialità di circa 450 MWE. In Italia le 9 centrali geotermiche, per un totale di circa 700 MWE installati, rappresentano da sole circa il 1,5 % della produzione elettrica nazionale. Le più importanti centrali geotermiche sono inoltre dislocate in Islanda, U.S.A, Messico, Giappone, Nuova Zelanda, Indonesia, Filippine con un totale della potenza installata intorno ai MWE realizzati in particolare con sistemi a Ciclo Organico Rankine dalla società ORMAT (USA) Pagina 15 di 49 Emiss : marzo 2002 (rev.0) - 20 maggio 2011 (rev.42 )

16 3.3.4 Produzione solare termica (PST) La radiazione solare sul nostro Pianeta, fuori dall atmosfera, è di circa 9000 W/m2 ed è in grado di fornire circa 4 KWT su ogni m 2 di territorio a mezzo delle proprie onde elettromagnetiche. Le tecnologie per produrre H2O calda da tale fonte stanno crescendo a ritmi sostenuti, soprattutto grazie agli incentivi governativi ed alle necessità dei paesi in via di sviluppo Con collettori solari sottovuoto, da qualche tempo disponibili sul mercato, si può produrre acqua calda sino a 90 o C con efficienze superiori al 70%. Nel nostro Paese esiste una buona irradiazione solare e si può valutare che da 1 m2 di pannello solare termico, posizionato in centro Italia con una inclinazione dei raggi del sole di circa 45 C, è possibile ottenere 0,7 KWT in H2O a 60 C con un costo d impianto di circa euro/m2 Pertanto da un impianto di 40 m2 di PTS in zona con 2800 g.g è possibile ottenere 2,8 KWTp realizzando circa KWh/anno di H2O a 50 C con un costo complessivo di circa euro. Pur rimanendo ad oggi una tecnologia assistita sempre più spesso si vedono sulle facciate e sui tetti degli edifici integrazioni di pannelli solari con altri sistemi ( come ad esempio caldaie e microturbine ) con taglie variabili da 10 a 50 kwtp ; tali soluzioni definite ibride rappresentano un modello ingegneristico interessante anche se, i conti economici non sono sempre favorevoli anche per la scarsa disponibilità nell arco dell anno. Esistono nel nostro Paese pannelli solari termici di piccola e media taglia per abitazioni o centri per un totale di oltre 100 MWT installati contro i 280 MWT della Germania. Da evidenziare il parco solare termico più grande al mondo, in costruzione dal 2009, presso S.Bellino (Rovigo) avente una potenza di circa 70 MWT attraverso l utilizzo di m2 di pannelli, in grado di fornire acqua calda ad un intero quartiere Produzione solare fotovoltaica (PSFV) La produzione d energia elettrica, attraverso pannelli solari fotovoltaici con celle di silicio monocristallino + inverter, non è ancora una tecnologia sostenibile in virtù degli elevati costi d investimento, che si collocano sui euro per KWEp installato ed impianto finito, nonché per la bassa disponibilità dell irradiazione solare sulle zone con gradi-giorno non ottimali. Mediamente da una superficie di circa 10 m2 di pannelli solari fotovoltaici, con celle di buona qualità con rendimento del 16% è possibile ottenere circa 1,4 KWEp. Applicazioni con basse potenze installate e ridotta disponibilià energetica annua o per specifiche necessità o aree produttive in stabilimenti a bassa intensità energetica o altro simile possono giustificare l installazione di pannelli solari fotovoltaici grazie soltanto agli incentivi derivanti del conto energia di 0,40 euro/kwe fornito in rete, beneficio che viene sovvenzionato attraverso la bolletta elettrica del singolo cittadino. Sul mercato, oltre ai tradizionali wafer a silicio amorfo o cristallino, nuove tecnologie del tipo a film-sottile costituite da semiconduttori CIGS (Copper - Indium - Gallium di Sclenide) con metodi produttivi sottovuoto in grado di garantire grandi superfici di scambio e rendimenti superiori al 16% oppure celle solari costruite con nanocristalli, che sfruttano il fenomeno carrier multiplication, o polimeri plastici speciali fanno ben sperare per lo sviluppo del settore. In Italia sono in attività alcune centrali fotovoltaiche tra cui quella di Serre Persano, vicino a Salerno, che con i suoi 3,3 MWEp è tra le più grandi del mondo ma con problemi tecnici tali da non rappresentare certamente un modello di riferimento proponibile. Le più grandi centrali solari del mondo dovrebbero sorgere, grazie ad un progetto U.S Army e Actus Lend Lease, nell isola di Oahu nelle Hawaii con installati 7 MWEp, ed in Italia nell area petrolchimica di Brindisi con un progetto ENEL da 11 MWEp. Pagina 16 di 49 Emiss : marzo 2002 (rev.0) - 20 maggio 2011 (rev.42 )

17 Con l obiettivo di raggiungere 100 MWEp in impianti F.V con potenze da 3 a 20 KWEp, il nostro il Governo ha varato nel 2005 la Legge del Conto Energia definita Net metering, per cui l energia prodotta da PSFv può essere ceduta alla rete GRN e pagata da 40 a 45 cent di euro a KWE. Nonostante i finanziamenti a fondo perso l ammortamento degli impianti con pannelli solari termici, per la produzione di H2O calda si aggira sui 10 anni e quelli con pannelli fotovoltaici, per la produzione di energia elettrica si aggira sui 20 anni ; cifre ancora molto elevate che, in ultima analisi, ricadono sulle tasche del cittadino e sull impatto ambientale e architettonico causato dalle lastre solari su prati, tetti, muri, edifici e facciate varie. Grazie alle nuove tecnologie delle parabole a concentrazione solare CPS, abbinate a cicli con turbine a vapore, o cicli organici del tipo ORC, è possibile realizzare centrali solari termodinamiche di alta potenzialità con rendimenti elettrici intorno al %. Mediamente per tali impianti sono richieste zone molto assolate, aree d installazione minime di circa 2500 m2 per ottenere 240 KWE con un costo di realizzazione intorno ai 2,5-3 milioni di euro. A tale scopo l ENEL ha avviato nel 2008 presso la centrale di Priolo Gargallo (Siracusa) il Progetto Archimede dove grazie ad una superficie di m2 di specchi parabolici tipo Fresel è possibile tramite i raggi solari riscaldare a circa 550 C l acqua di processo e produrre vapore in grado di alimentare una turbina della potenzialità di 20 MWE. Gli elevati costi di realizzazione, la scarsa disponibilità solare e le grandi superfici necessarie allo scopo pongono comunque seri problemi alla diffusione di tale teconologia. In merito all energia solare la conclusione che ad oggi ne deriva è che : là dove è disponibile il combustibile CH4, i sistemi di produzione elettrica con PSFv o Pannelli solari termodinamici a concentrazione non sono da considerare, ad oggi, come tecnologie sostenibili. Pagina 17 di 49 Emiss : marzo 2002 (rev.0) - 20 maggio 2011 (rev.42 )

18 3.4 Energia da FORSU - BIOMASSE - CDR - BIO-COMBUSTIBILI Energia dai rifiuti Come più volte è stato detto la parola rifiuto in natura non esiste ma, con l aumento inarrestabile dei consumi il problema si pone pesantemente in tutto il mondo occidentale. Il nostro Paese nel 2006 ha raggiunto una media produttiva di Kg/anno di rifiuti a persona per un totale di circa milioni di tons/anno. Attenendosi all enunciato di Lavoisier che nulla si crea, nulla si distrugge, tutto si trasforma anche per lo smaltimento dei rifiuti la regola è applicabile : il problema è definire la corretta tecnologia su come realizzare un progetto ma soprattutto come definire una strategia globale per la soluzione del problema. Ad oggi le strategie adottate si sono dimostrate in molti casi inadeguate soprattutto perché è impensabile considerare il rifiuto come un entità singola ed omogenea e trattarlo di conseguenza tramite un processo unico ed onnivoro infatti come non esiste nella medicina un farmaco che guarisca tutti i mali, non esiste un procedimento che elimini tutti i rifiuti prodotti dalla nostra società. Il trattamento dei rifiuti necessita l utilizzo di diverse tecnologie indipendenti l una dall altra in un ottica gestionale comune e multi-funzionale Se ad esempio si mettesse in atto una politica rivolta anche a massimizzare il riciclaggio si avrebbe una riduzione della quantità di rifiuti da smaltire e/o termovalorizzare creando uno squilibrio che di fatto porta ad avere impianti sovradimensionati con tutte le conseguenze del caso. Cosa assurda comunque è non considerare ancora ad oggi, con le tecnologie disponibili, i rifiuti come una fonte energetica rinnovabile in grado di ottenere da 1 Kg di FORSU - R.S.U - CDR, circa 0,7-1, KWE nonché energia termica. Tale anomalia è soprattutto dovuto alle forti pressioni politiche imposte dai grandi produttori di petrolio e gas naturale nonché alle scarse competenze tecnologiche di chi progetta e realizza tali tipologie di centrali. Rompere questo velo d ignoranza e d interessi non è cosa facile. La suddivisione percentuale di RSU, per una città industriale come Milano, dove la raccolta differenziata ha raggiunto nel 2002 valori intorno al 15% può essere orientativamente così suddivisa : Tipologia RSU-FORSU % Tipologia RSU-FORSU % Organico e scarti di cucina 30-35% Materiali ferrosi 3-4% Carta e cartone 28-30% Materiali non- ferrosi 3-4% Plastica - Gomma -Tessuti 12-14% Scarti di legno 5-6% Vetro 6-7% Inerti e vari 2-3% Pagina 18 di 49 Emiss : marzo 2002 (rev.0) - 20 maggio 2011 (rev.42 )

19 Uno schema orientativo per una strategia globale di smaltimento rifiuti è così rappresentabile : R R R Metalli Vetro Carta FORSU (Frazione Organica Rifiuti Solidi Urbani) RIFIUTI E SCARTI VARI Fanghi - Bio-sostanze Grassi - Liquami Fermentazione anaerobica R Plastica RSU - CDR Biomasse legnose FORNI A GRIGLIA PIROLISI GASSIFICAZIONE PIROLISI GASSIFICAZIONE TERMODISTRUZIONE KWE- KWT KWE - KWT KWE- KWT Per i grandi centri urbani dopo il periodo delle discariche controllate ( più o mene realizzate a regola d arte) con produzione di biogas per alimentare dei motori endotermici per la produzione d energia elettrica si è, al momento, sviluppata per la termodistruzione dei rifiuti attraverso la tecnologia della griglia mobile, con grandi potenzialità di smaltimento per ovvi interessi economici ma non sostenuta da adeguate strategie globali di contorno. Nella sola area di New-York (State Island) a fine 2000, l unica discarica controllata ed attiva disponibile, ed ormai in fase d esaurimento, trattava circa tons/giorno di rifiuti. Entro il 2006 cinque impianti di termovalorizzazione dovrebbero essere stati realizzati dal governo locale per la soluzione del problema emergente. La centrale per la termovalorizzazione di RSU dell ASM di Brescia, attiva dal 1998, in grado di smaltire ton/giorno di RSU per un totale di 7 milioni /anno, è ritenuta tra le più avanzate al mondo in fatto di tecnologia e basso impatto ambientale. La TRM (Trattamento Rifiuti Metropolitani) di Torino prevede entro il 2012 la costruzione di un termovalorizzatore a griglia mobile raffreddata in grado di smaltire su tre linee di produzione circa ton/anno di RSU realizzando, attraverso i fumi caldi del processo energia elettrica e termica. Un particolare interesse dovrebbe essere riservato agli impianti di piccola e media taglia con potenze comprese da 5 a 10 MWT, per lo smaltimento locale dei prodotti di scarto, rifiuti, biomasse in grado di produrre energia elettrica e termica per piccole reti di teleriscaldamento (Disticts Heating). Pagina 19 di 49 Emiss : marzo 2002 (rev.0) - 20 maggio 2011 (rev.42 )

20 3.4.2 Energia dalle biomasse e sistemi di termovalorizzazione La biomassa è la materia organica a base di carbonio prodotta dalla fotosintesi clorofilliana grazie alla radiazione solare che fornisce l apporto energetico necessario per formare le molecole organiche complesse a partire dall acqua e dalla CO2. In senso più pratico per biomassa si intende tutta la materia organica d origine vegetale o animale che contiene sostanze come : H2, CO, CO2 e legami di CH4 Secondo l ambito considerato, il termine biomassa assume delle connotazioni e delle problematiche molto diverse, indicando di volta in volta differenti tipologie di prodotti : residui agricoli, forestali, agro-alimentari, coltivazioni energetiche e biomasse organiche di altra provenienza, quali i rifiuti solidi urbani ed i rifiuti solidi industriali dalla composizione eterogenea. Le biomasse, in particolare quelle di natura ligneo-cellulosa, sono una delle maggiori fonti rinnovabili e disponibili sul nostro pianeta. Tra le colture energetiche hanno un posto di rilievo le Short Rotation Forestry, che sono delle coltivazioni legnose a turno di taglio breve (2-5 anni), caratterizzate da crescita molto rapida con conseguente notevole produzione di biomassa legnosa che è tanto maggiore quanto più i cicli di crescita sono rapidi e la coltura è densa. Ricordiamo che la biomassa è la più antica e durevole forma di energia impiegata nelle attività umane, infatti ancora nel 1850 negli Stati Uniti d America circa il 90% dei fabbisogni energetici erano derivati da biomasse d origine legnosa. Una tappa importante nel settore specifico delle biomasse e dell energia rinnovabile in genere sono state le Leggi 9 e 10 del 1991 e la disposizione C.E del 7/12/05, denominata Biomass Action Plan, nate con lo scopo di promuovere, attraverso incentivi e agevolazioni, lo sviluppo del settore. Centrali di produzione energetica alimentate con biomasse dovrebbero passare dai circa 800 MW installati del 2005 ad un raddoppio entro il L utilizzo delle biomasse, come combustibile, crea vantaggi ambientali rispetto a quelli di origine fossile, infatti la combustione delle biomasse non incrementa il contenuto di CO2 in atmosfera poiché la quantità di carbonio emessa durante il processo di combustione è pari a quello che la pianta d origine aveva assorbito durante il suo ciclo vitale pertanto neutra ai fini dell effetto serra ; di contrasto si hanno però elevate emissioni di NOx che devono essere abbattute. Anche la miscelazione della biomassa con altri residui o scarti di vario tipo quali teloni agricoli, PET, imbottiture a base di cellulosa, pellami, etc può dare origine ad un Combustibile Derivato dal Rifiuto (C.D.R) avente un buon potere calorifico se ben realizzato ed assimilabile alla biomassa. In ogni caso la qualità e potenzialità del combustibile biomassa o scarto assimilabile alla stessa è strettamente legato alle realtà locali, dal costo della raccolta e altri vari fattori di ordine sociale.. A tale fine si ritiene indispensabile, per una corretta realizzazione di un impianto di smaltimento e produzione energetica : adeguati termovalorizzatori, un indagine locale sul campo affiancata da opportuni studi di fattibilità, bilanci costi - benefici e V.I.A. In merito alle tecnologie ad oggi disponibili la combustione diretta della biomassa è l unica che si è affermata a livello industriale mentre per la gassificazione e la pirolisi permangono seri problemi di affidabilità e continuità funzionale collocandole ancora a livello di sperimentazione o di produzione artigianale. L ENEL, nell ambito dei CIP 6, s impegna al ritiro dell energia elettrica prodotta da impianti alimentati con bio-combustibili a prezzi interessanti attraverso i Certificati Verdi valutati in di media sino a 180 euro per ogni MWEh prodotto per la durata di 10 anni. ( di cui 65 euro/mweh di valore commerciale per l energia elettrica prodotta e 115 euro per MWEh come Certificato Verde. Il D.Lgs 18 dicembre n.244, e successivi aggiornamenti, attraverso il beneficio del Conto Energia di 28 cent/euro per KWE prodotto da centrali CHP alimentati con biomassa legnosa con potenza max di 1 MWE e consegnato in rete per 15 anni può fornire un notevole contributo per uno sviluppo sul territorio. Pagina 20 di 49 Emiss : marzo 2002 (rev.0) - 20 maggio 2011 (rev.42 )