Valorizzazione energetica delle biomasse da colture dedicate: l esperienza dell Unità di Ricerca per le Produzioni Legnose fuori Foresta (CRA-PLF)

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1 ECODENS eco stabilizzazione delle sanse mediante densificazione Convegno Finale - Palermo, 30 Gennaio 2014 DICGIM, Università di Palermo. Valorizzazione energetica delle biomasse da colture dedicate: l esperienza dell Unità di Ricerca per le Produzioni Legnose fuori Foresta (CRA-PLF) Dott. Domenico Coaloa CRA-PLF Consiglio per la Ricerca e la sperimentazione in Agricoltura Unità di Ricerca per le Produzioni Legnose fuori Foresta strada Frassineto, 35 Casale Monferrato (AL) 1

2 Casale Monferrato PLF- Unità di ricerca per le Produzioni Legnose fuori Foresta già ISTITUTO di SPERIMENTAZIONE per la PIOPPICOLTURA Roma

3 Bioenergie in Italia Potenza e numerosità degli impianti alimentati da bioenergie per gruppo e per combustibile B i o m a ss e d a r i f i u t i u r b a n i a l t r e b i o m a ss e / V a r i a z i o n e % n M W n M W n M W , , , , , , 0 1 9, 7 3, 7 0, 0 3, 7 3 9, 4 3, 7 B i o g a s , , 4 8 1, 6 5 2, 3 d a r i f i u t i , , 4 14, 0 4, 4 d a f a n g h i 47 14, , 7 27, , 0 d a d e i e z i o n i a n i m a l i , , 5 73, , 3 d a a tt i v i t à a g r i c o l e e f o r e s t a l i , , 9 312, , 7 B i o li q u i d i , , , 5 27, 0 o l i v e g e t a l i g r e zz i , , 9 172, 1 2 8, 2 a l t r i b i o li q u i d i , , 5 272, 7 2 0, 1 B i o e n e r g i e , , 3 8 1, 3 2 0, 1 Bilancio elettrico 2011 (GSE 2011) Produzione elettrica naz. 335 TWh Rinnovabili 24,3% 81 TWh Bioenergie 3,1% 10 TWh consumi agricoli 1,9%

4 4 Politiche energetiche e Politiche agricole Le politiche di incentivazione per le energie da fonti rinnovabili (idriche, eoliche, solari e biomasse) stanno avendo anche in Italia una certa efficacia e rappresentano buone prospettive per il raggiungimento dell obiettivo previsto dal Piano di azione nazionale per le energie rinnovabili (Pan) (17% al 2020 di rinnovabili sul consumo lordo). L uso dei terreni agricoli per la produzione di biomassa a fini energetici ha preso consistenza a partire dai primi anni duemila con gli aiuti economici introdotti dalla PAC per favorire l imboschimento dei terreni agricoli.

5 5 Politiche energetiche e Politiche agricole La produzione di energia da fonti rinnovabili si sostiene con incentivi PAC Contributi all impianto di arboricoltura Imboschimento dei terreni agricoli prod. biomassa Tariffa incentivante per kw h prodotto Certificati bianchi GSE prod. elettrica/term. dal 2010

6 Incentivi per le colture arboree a ciclo breve Superfici coltivate con specie legnose a ceduo con turni brevi (SRC) per la produzione di biomasse ha altre Emilia Romagna Friuli V. G. Veneto Lombardia Piemonte concentrazione degli impianti in Lombardia e Veneto dovuto agli aiuti per l impianto iniziale e annuali per mancato reddito, manutenzione ha ha ha Piemonte Lombardia Veneto Friuli V. G Emilia Romagna altre totale Cessazione aiuti, riconversione della filiera bieticolosaccarifera verso le agroenergie 6

7 7 Colture energetiche I dati di sintesi di seguito esposti riguardano le produzioni e valutazioni sulla redditività delle colture poliennali (pioppo, robinia, eucalipto e canna comune) e colture erbacce annuali (girasole, colza, brassica e sorgo da fibra), per complessivi ha coltivati in 11 regioni; 312 le aziende agricole (progetto SUSCACE ). Tra il 2008 e il 2010 sono stati realizzati circa 550 ha di piantagioni; il pioppo (P. xcanadiensis AF2 e Monviso) è la specie maggiormente impiegata, seguono in misura minore robinia (R. pseudoacacia), eucalipto (E. camaldulensis e gonphocephalus) e canna comune (Arundo donax). Nello stesso periodo erano coltivati girasole, colza, brassica carinata e sorgo da fibra per circa ha.

8 8 Colture energetiche Modelli colturali densità spaziatura ciclo di raccolta durata piante/semi ha -1 mxm anni anni pioppo x3, robinia ,8x3, eucalitto ,9x3, canna c ,0x1, sorgo ,07x0, girasole ,30x0, colza ,02x0, brassica ,02x0,50 1 1

9 Produzioni e valutazioni economiche: Bilancio colturale 9 costi totali * produzioni costo produzione ricavi VAN ha ha -1 a -1 tss ha -1 a -1 tss -1 ha -1 a -1-1 ha -1 a 43 pioppo 706,30 9,00 78,48 779,10 72,80 4 robinia 553,10 8,50 65,07 735,80 182,70 3 eucalitto 657,40 9,00 73,04 779,10 121,70 13 canna comune 968,80 11,00 88,07 966,50-2, sorgo da fibra 988,27 14,89 66, ,60 197, girasole 689,19 2,65 260,22 794,54 105, colza 525,72 2,18 240,65 655,39 129,67 37 brassica carinata 650,96 1,55 420,41 464,52-186,44 (*) comprende costi interni e costi esterni saggio interesse 3% per attualizzazione costi e ricavi

10 10 Bilancio energetico di coltivazione 300 8,8% 5,9% ,1% 5,9% 6,1% GJ/ha/a ,5% 42,0% 49,8% 0 pioppo robinia eucalitto canna c. sorgo girasole colza brassica energia per la produzione contenuto energetico In sintesi l energia spesa per la produzione rispetto a quella prodotta, in biomassa per le piantagioni e in olio per le colture oleaginose, risulta di circa 6% per pioppo, robinia, eucalipto e canna comune, 9% per il sorgo, il 42% per girasole e colza, fino al 50% per brassica carinata.

11 11 Mercato delle biomasse e sostenibilità Nello specifico settore delle biomasse i prezzi del cippato da piantagioni dedicate o da scarti dell abbattimento dei boschi e dei pioppeti possono raggiungere /t presso le centrali. Le piante in piedi in piantagioni cedue a breve rotazione sono quotate circa 20 /t. Le quotazioni attuali di mercato sono attualmente insufficienti per rendere remunerativa la coltivazione arborea senza un adeguato incentivo diretto almeno nella fase iniziale di realizzazione dell impianto. Soltanto alte produzioni ottenibili con nuovi cloni di pioppi, eucalitti e robinie coltivati nei siti più idonei possono risultare economicamente sostenibili se vengono impiegate in ambito di filiera corta in aziende agricole per produrre in sistema di cogenerazione (elettrico e termico) Le coltivazioni per uso energetico, rappresentano una alternativa interessante in agricoltura ma devono essere valutate attentamente le potenzialità produttive e la redditività in base ai modelli colturali adottati e nell ambito dei distretti energetici

12 Energia da biomasse ligncellulosiche Studio di casi concreti : due tipologie di impianti - Piccola taglia teleriscaldamento (200 kw th) - Media taglia per energia elett./cogenerazione ( 1 MW e) Da GSE 2012

13 Microfilera di teleriscaldamento a biomassa legnosa 200 kw CRA- PLF caratteristiche tecniche caldaia 13 Caldaia Binder mod TSRF 200 kw Accumulatore di acqua calda 5 m 3 Alimentazione automatica a griglia mobile uffici serra volume riscaldato m3 consumo cippato 100 t funzionamento anno h

14 Microfilera di teleriscaldamento a biomassa legnosa 200 kw CRA- PLF caratteristiche piantagioni SRC 14 pioppo robinia salice olmo sib. Modello colturale Piantagioni ceduo turno breve (SRC) Densità impianto piante per ha Ciclo di taglio 2 anni x 5 Irrigazione soccorso primi 2 anni

15 Microfilera di teleriscaldamento Produzioni biomassa Composizione del cippato alla caldaia 60,00 50,00 40,00 53 % % 30,00 20,00 29 % 10,00 0,00 16 % 2 % pioppo salice robinia olmo Superficie coltivata per le 4 specie componenti il cippato per la caldaia ha 5,00 4,50 4,00 3,50 3,00 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 0,00 pioppo salice robinia olmo 15

16 Microfilera di teleriscaldamento Produzioni biomassa Produzione di legno cippato (t) e contenuto idrico alla raccolta (%) t ha -1 a -1 w% 30,00 25,00 20,00 15,00 10,00 5,00 0,00 pioppo salice robinia Olmo sib. produzione Conten. idrico % 60,00 50,00 40,00 30,00 20,00 10,00 0,00 cloni di pioppo più produttivi cloni tss/ha/anno t/ha/anno Baldo 14,4 31,1 Orion 12,0 26,7 Oglio 11,8 24,4 Lena 11,0 26,2 Costo medio di produzione del cippato alla caldaia è circa 80 /t (w=23%) risulta piuttosto elevato rispetto alle normali condizioni operative su vasta scala (60-70 /t) Nella pianura padana centrale si raggiungono produzioni annue di 40 t/ha/anno con impianti medio fitti con tagli a 5 anni 16

17 17 Microfilera di teleriscaldamento Caratteristiche tecniche e costi a confronto di due sistemi di riscaldamento (legno cippato e gasolio) unità di misura tipo impianto Cippato Gasolio Volume edificio m Fabbisogno energetico unitario W/m 3 0,01 0,01 Periodo di funzionamento h/anno Produzione energia kwh/anno Potenza della caldaia kw Rendimento della caldaia % 90,0% 90,0% Potere calorifico combustibile (pci)* kwh/kg 3,25 11,86 Consumo annuo del combustibile t/anno 100,59 17,86 Costo centrale termica, posa in opera e collaudo Costo del combustibile /kg 0,082 1,5 Costo combustibile per unità energetica prodotta /kwh 0,041 0,135 Costo annuale del combustibile 8.202, ,16 Altri costi annuali di gestione (ammort.elett.manut, ecc.) 8.422, ,27 Costo complessivo di gestione annuale , ,43 Costo di produzione dell'energia termica /MWh 83,74 148,75

18 18 Microfilera di teleriscaldamento Caratteristiche tecniche e costi a confronto di due sistemi di riscaldamento (legno cippato e gasolio) Soglia di redditività impianto Cash flow x eucalipto year La produzione di cippato in azienda determina un risparmio in costi operativi di circa 65 Euro per MWh di energia termica prodotta: 83,74 Euro per MWh con cippato rispetto a 148,75 Euro con caldaia a gasolio. Il risparmio annuo è di circa Euro; Euro (60%) se si considera gratuito il cippato (utilizzazioni di piantagioni a fine sperimentazione)

19 19 Centrale biomassa media dimensione (999 kwe) Caratteristiche centrale potenza installata kw 999 funzionamento ore/anno produzione energia elettrica kwh consumo legno t/anno

20 20 Centrale biomassa media dimensione (999 kwe) METODOLOGIA I costi calcolati includono costi, funzionamento e materie prime, produzione e fornitura costi finanziari. I margini operativi di unità sono calcolati sulla base dei dati di produzione di energia, sui costi sostenuti e sulla risultante dalla tariffa onnicomprensiva per kwh. Per quanto riguarda il calcolo dei costi finanziari per il capitale esterno, consideriamo 20 anni come il tempo di rimborso e il tasso d'interesse del 4,5%. La durata dell'investimento coincide con la durata della tariffa incentivante. Nella determinazione dei costi è stata considerata un'efficienza energetica di 400 kwh per tonnellata di cippato di pioppo, (50% contenuto idrico), con una produzione media di 25 tonnellate per ettaro all'anno. Nel caso di sottoprodotti o residui forestali si è considerato circa 100 tonnellate ha di legno di pioppo (rami e toppi in pioppeto di 10anni).

21 Centrale biomassa media dimensione (999 kwe) Costo di gestione annuale per un impianto di potenza installata di 999 kw BIOMASSA costo totale costo per energia kwh -1 Manodopera aziendale ,006 Full service ,008 Manutenzione ordinaria ,004 Manutenzione straordinaria ,002 Analisi e altro ,002 Totale ,023 21

22 22 Centrale biomassa media dimensione (999 kwe) Risultati economici in sintesi kwh - 1 Costo di gestione Costo finanz Costo biomas. SRC (1) Costo totale (1) Tariffa incentivante (1) Margine operativo (1) Costo biomas. (residui forestali) (2) Costo totale (2) Tariffa incentivante (2) Margine operativo(2) L'uso della biomassa prodotta da SRC determina un margine operativo positivo (0,046 kwh). Tuttavia, la quantità di biomassa necessaria per un impianto di questa capacità richiede una superficie coltivata molto elevata. Questo scenario è quindi sostenibile solo in caso di cooperazione con aziende confinanti. D'altra parte utilizzando biomassa da silvicoltura e arboricoltura e da scarti di lavorazione del legno aumenta i costi di approvvigionamento, tariffa incentivante è superiore, il margine operativo è leggermente superiore, (0,050 kwh).

23 23 Centrale biomassa media dimensione (999 kwe) Fabbisogno annualmente e provenienza cippato da SRC ha residui da pioppeto ha 200

24 24 Centrale biomassa media dimensione (999 kwe) Produrre energia elettrica e termica da biomasse legnose in aziende agricole risulta conveniente in presenza di incentivi Criticità dal punto di vista dell approvvigionamento, attualmente la disponibilità di legno da parte dell arboricoltura è in diminuzione poiché in competizione con l industria del legno. Sono in gioco notevoli quantità di legno che il nostro Paese importa in grande misura dall estero. Dalla arboricoltura da legno, pioppicoltura in particolare e dalle colture dedicate possono essere disponibili annualmente 600 mila tonnellate (40 MW). Gli incrementi medi annuali del bosco in Italia sono stimati in circa 20 milioni di tonnellate (1.300 MW).

25 25 Grazie per la cortese attenzione Dott. Domenico Coaloa CRA-PLF Unità di Ricerca per le Produzioni Legnose fuori Foresta strada Frassineto, 35 Casale Monferrato (AL)

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