Follonica, 26 aprile Giuseppe Tomassetti

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1 Le applicazioni del settore delle biomasse: le filiere produttive e di approvvigionamento, le opportunità disponibili, l evoluzione delle tecnologie, la massima valorizzazione economica della fonte Follonica, 26 aprile 2007 Giuseppe Tomassetti Definizione Con il termine biomasse si indicano tutte le materie di origine biologica, il termine è spesso corretto in quello di materie di origine biogenica. Considerando le numerose contaminazioni fra chimica organica e chimica inorganica (basti pensare al guano del Cile o alle montagne di corallo, come le Dolomiti), una definizione meno ideologica e meno simbolica è basata su una prova di attacco acido, in corso di definizione in ambito CEN. Fig. 1 1

2 Quali biomasse sono potenzialmente disponibili come fonte energetica Le biomasse disponibili possono essere di origine naturale o prodotte dalle attività umane; esse possono essere sia di origine vegetale (di gran lunga prevalenti) o di origine animale. Sono biomasse utilizzabili per uso energetico di origine vegetale: - le produzioni delle attività agricole dedicate; - le produzioni delle attività forestali; - i residui e gli scarti delle attività forestali, dell industria del legno, delle attività agro industriali, delle attività agricole; - alcuni prodotti della raccolta differenziata dei rifiuti; - i prodotti di legno a fine vita. Sono biomasse di interesse energetico di origine animale: - le farine animali e i materiali di scarto della macellazione; - i reflui liquidi e solidi degli allevamenti; - i fanghi dei depuratori delle città e delle agro industrie. Le biomasse disponibili per uso energetico possono essere utilizzate tal quali o essere il risultato di attività di trasformazione in prodotti di uso più facile. Posiamo avere: - combustibili solidi (legno nelle varie pezzature, prodotti agricoli, farine animali); - combustibili liquidi (oli vegetali, alcool da fermentazione delle zucchiere, biodiesel); - combustibili gassosi (da fermentazioni anaerobiche e da gassificazione termica). Queste suddivisioni si complicano ancora di più se si considera anche come i vari materiali arrivano alla fase di uso energetico, di quali sono le applicazioni alternative ed in concorrenza con le applicazioni energetiche; ne deriva quindi l esistenza di varie filiere, tra loro a volte in concorrenza, a volte indipendenti, caratterizzate o dal tipo di combustibile o dalle modalità d impiego. Il settore è attualmente in forte evoluzione e le diverse filiere sembrano essere scoperte una dopo l altra, con picchi di interesse che, sotto lo stimolo degli incentivi non sembrano tenere sempre conto dei vari vincoli esistenti. Combustibile o rifiuto Vi è stata negli ultimi anni una forte contaminazione/confusione sul tema della appartenenza delle biomasse al mondo dei rifiuti o a quello dei combustibili. La legislazione definisce il rifiuto come una cosa di cui il proprietario si vuole o si deve disfare, quindi non si basa su specifiche costitutive, ma su caratteristiche di responsabilità di chi lo produce. 2

3 Conseguentemente il letame delle mucche è prodotto intermedio molto importante per l azienda agricola con proprie superfici agricole da concimare, mentre è un rifiuto per l azienda di allevamento al chiuso, senza terreni che deve smaltirlo al di fuori del suo sito di attività. È perciò fondamentale che la biomassa da utilizzare non si configuri mai nella categoria dei rifiuti. Il decreto DPCM 8 marzo 2002 ha definito come combustibili vegetali non sottoposti al regime dei rifiuti tutte le sostanze, provenienti dalle attività forestali, dall agricoltura, dalle industrie agroalimentari, dall industria del legno che abbiano subito solo lavorazioni meccaniche. Nel decreto sono stati poi fissati i limiti per la presenza di metalli pesanti (come controllo dei processi di origine del materiale) e sono state specificate le emissioni di inquinanti ammesse dalla loro combustione (specie per polveri). La definizione aveva ancora carattere ideologico, per cui escludeva la sansa esausta che ha subito un processo di essiccazione e di estrazione dell olio, mentre includeva la sansa vergine, peraltro difficilmente gestibile a causa dell umidità e degli odori, questa discrepanza è stata sanata da un DPCM dell 8 ottobre 2004 che ha modificato il DPCM dell 8 marzo 2002 ed ha ammesso la sansa disoleata fra i combustibili vegetali. La legislazione europea, in avvio, definisce invece i combustibili vegetali come materiali non contaminati da metalli pesanti e prodotti alogenati, rinviando alle norme tecniche per le modalità di verifica e per le soglie. Rimane, in ogni caso, l importanza che i combustibili vegetali, prodotti a valle di altre attività, non entrino nel ciclo dei rifiuti. La dichiarazione di non volersi disfare di tale materiale deve, presumibilmente, entrare nella descrizione dell attività produttiva dell impresa, quindi, ad esempio, una segheria può essere ufficialmente produttrice di tavolame e di pellet di segatura, per combustione in caldaie domestiche. Rimane invece l interesse alla realizzazione di impianti dedicati alla valorizzazione energetica di materiali definiti come rifiuti, tenendo conto degli specifici problemi sia di trasporto, di combustione, di corrosione, che di trattamento degli effluenti, interesse legato al fatto che questi combustibili non hanno un costo ma c è invece un prezzo per il loro smaltimento. Disponibilità potenziale di biomasse La disponibilità potenziale di biomasse in Italia è un tema complesso sia per la molteplicità delle fonti di materiali, sia per la potenzialità di produzione dipende fortemente dallo sviluppo degli infrastrutture e di tecnologie destinate a rendere accessibile un certo prodotto sia infine perché questa potenzialità va condivisa con altre applicazioni; infatti le biomasse vegetali per uso energetico sono ottenibili sia dall attività del settore cartario, che dal settore del legno, per costruzione ed arredo ed infine anche dal settore agricolo. In questo mercato operano dal lato 3

4 dell offerta sia operatori delle aree tropicali che partono dal taglio di foreste naturali, sia di paesi industrializzati che gestiscono una forestazione da coltura, totalmente rinnovabile ed ambientalmente del tutto sostenibile. Fig. 2 Trattandosi spesso di tecnologie non sviluppate in Italia, è quasi indispensabile che le prime utilizzazioni si basino su materiale biomasse importato; se però non si avvia anche una filiera produttiva nazionale non è pensabile mantenere incentivi su attività del tutto dipendenti dalle importazioni, così come avviene per gli idrocarburi. Le disponibilità di sottoprodotti dalle attività agricole italiane sono abbastanza definite; vi è però ampia incertezza su quanta parte sia poi commerciabile a costi convenienti e sull effetto di sottrazione ai terreni di sostanze vegetali, incertezza legata alla mancanza di tecnologie di raccolta adatte alle nostre condizioni ed alla mancanza di una logistica dedicata, temi sui quali ci sono esperienze in corso che hanno bisogno di tempo per dare risultati estrapolabili al territorio nazionale. I boschi italiani sono in crescita da anni per superficie ed inventario di quantità ed avrebbero bisogno di cure culturali, compreso il taglio periodico. Purtroppo la disposizione pedologica è prevalentemente difficile. Le tradizionali attività delle montagne sono scomparse e non vi è stato sviluppo tecnologico ne imprenditoriale, come in altri paesi ove la manutenzione dei boschi è 4

5 sempre stata garantita da leggi specifiche. Attualmente molti schemi di incentivazione delle biomasse, specie a livello regionale, sono finalizzati a rilanciare le attività di gestione delle foreste, nella speranza che possa riformarsi una rete di imprenditori nel settore. Per ora sono proponibili economicamente gli interventi che hanno più obiettivi e che perciò hanno due fonti di finanziamento, ad es. recupero da incendi, da attacchi di parassiti e sistemazione di aree golenali. La disponibilità dei prodotti di scarto è un tema costituito da singole nicchie di mercato, collegate con la normativa di gestione dei rifiuti e con la logistica di ogni specifico prodotto. Finché un certo prodotto non è commercializzato regolarmente non è possibile avere dati certi sulle potenzialità e sui costi. Basti considerare la concorrenza degli impieghi delle attività di pioppicoltura per carta, o pannelli per mobili o per combustione, legata ad andamenti dei mercati mondiali ed anche alla cogenza di norme ambientali. D altro canto l industria dei pannelli per mobili da anni ricicla, a costi bassi, grandi quantità di legno dalle demolizioni di abitazioni di provenienza tedesca, materiale che essendo contaminato da vernici ed impregnanti, sarebbe bruciabile solo in impianti qualificati per rifiuti pericolosi; tale disponibilità potrebbe sparire se venissero realizzati questi impianti. È da ricordare che la normativa ambientale dell Unione Europea privilegia il riuso dei prodotti ed il riciclaggio della materia prima, rispetto al recupero di energia, quindi vi è concorrenza con il Consorzio Rilegno che si occupa di recupero del legno da imballaggi, In conseguenza di questa situazione mentre nei paesi del nord Europa le biomasse arrivano strutturalmente dalla coltivazione delle foreste e dalle segherie, in Italia c è un ruolo molto forte degli scarti dell industria dei mobili, delle industrie agro-alimentari, delle attività agricole e da attività boschive poco strutturate, con una molteplicità di nicchie non comunicanti, spesso con commercializzazione non ufficiale, con limitate garanzie di continuità delle forniture. Le colture dedicate alle applicazioni energetiche sono un attività che ha un suo sviluppo autonomo da pochi anni, dopo i tentativi falliti di importare soluzione dal Nord Europa e non adattabili alle nostre condizioni (d inverno i nostri campi sono fangosi e non permettono l accesso alle pesanti macchine usate in Scandinavia su terreni gelati). È stato necessario scegliere specie di cloni più produttivi, diversi da quelli per l industria della carta ed adattare le macchine esistenti; si è partiti dal pioppo perché è la specie più conosciuta della quale si sa quasi tutto, con tagli biennali per rimanere nelle tecniche colturali agricole e non passare a quelle forestali. Vari cantieri in attività danno confidenza a produzioni di cippato da pioppo comprese fra tonnellate/anno di sostanza secca. Altre produzioni permettono produzioni maggiori (ad es. miscanthus) ma sono meno conosciute e sperimentate. Purtroppo si sono persi molti anni nel disinteresse ed oggi non c è più tempo per esplorare le potenzialità delle varie specie. 5

6 Forte interesse c è anche per le produzioni di cereali, il cui prezzo sul mercato dell energia, a posto delle pellet, è circa il doppio di quello spuntato sui mercati alimentari. In questo settore però occorre da una parte sviluppare tecniche colturali e relativi cloni delle varie specie più energeticamente ed ambientalmente più sostenibili (meno acqua e meno lavorazioni), dall altra occorre tener conto che i cereali con i loro contenuti di zolfo e cloro pongono problemi di corrosione e con le loro ceneri a bassa temperatura di fusione (specie il mais) richiedono particolari accorgimenti nelle caldaie. Uno dei principali motivi di interesse è nel fatto che gli agricoltori accettano più facilmente colture annuali, mentre si sentono espropriati del loro ruolo rispetto a proposte di bloccare il terreno per 20 anni per un attività per loro del tutto nuova. La superficie agraria italiana è di circa 15 milioni di ettari, volendo produrre biodiesel per 2 Mtep come indicato dalla U.E. ne occuperebbe ben 2 milioni! Ci sono quindi limiti evidenti dalla disponibilità di territorio. Già oggi l Italia importa olii e produce biodiesel all 80% da materiale importato. Uno studio IEA per l Unione Europea indica che in tempi brevi la maggior disponibilità sarà fornita dai residui di vario tipo, perché già raccolti e quindi meno costosi, in tempi medi quantità maggiori saranno fornite dalle colture energetiche dedicate, mentre solo in tempi più lunghi sarà disponibile un rilevante contenuto dei boschi tradizionali che si spera possano rappresentare un tetto ai prezzi delle biomasse se saranno più costose di un certo valore allora si potrà attivare anche la filiera forestale). La Fig. 3 presenta una stima delle biomasse consumate a scopo energetico nel Fig. 3 Dati AIEL Consumo di combustibili legnosi nei diversi settori energetici (2006) valori in Mt 4,95% 1,71% 5,17% 13,99% 2,85% 71,35% Legna da ardere uso domestico; Cippato (Ind. Legno) Cippato (teleriscaldamento) Pellet uso domestico; Cippato (cogenerazione) Cippato (EE) 6

7 Prezzi delle biomasse in Italia e loro potere calorifero I prezzi delle biomasse combustibili (ben distinte dai rifiuti da smaltire) sono correlati oltre ai cosi della produzione, anche al valore del combustibile sostituito. Fig. 4 Dati AIEL MWh Prezzo Prezzo /MWh Rapporto t cippato (30%) 3,4 72,6 21,35 1,00 t cippato (40%) 2, ,35 1,00 t legna (25%) 3, ,23 1,65 t pellet (8%) sfuso 4, ,55 1,99 t Pellet (8%) sacchi 15 Kg 4, ,83 2, mc metano servito ,90 1 t gasolio agricolo 10, ,14 2,82 1 t gasolio da riscaldamento 10, , l GPL (bombola proprietà) 6, ,24 6, l GPL (bombola comodato) 6, ,42 6,11 Gli impianti di teleriscaldamento acquistano cippato (legno in scaglie) e segatura dalle segherie a prezzi attorno ai 60 80ton/sostanza secca. I grandi impianti di generazione elettrica per la rete, si approvvigionano sul mercato mondiale con costi che dipendono dalla logistica del sito. Nel mercato internazionale, su grandi navi ( ton), il materiale ha costi marcatamente più bassi che il prodotto italiano. Le pellet nel mercato austriaco, tedesco costavano all ingrosso attorno ai 150 /ton, mentre al minuto sono arrivate nel 2006 fino a /ton. La legna da ardere, quercia in tronchetti, portata in casa ha prezzi intorno ai 130 /ton. I prodotti agro-industriali quali gusci e sansa variano a seconda delle quantità disponibili in ogni stagione, ad esempio nel viterbese i gusci di nocciola passano da 120 a 60 /ton da una anno all altro; peraltro gusci di importazione costano attorno ai 100 /ton. Le pellet e i gusci, ben secchi, hanno potere calorifero attorno ai kcal/kg. Per il cippato e la segatura di legno fresca, in funzione della quantità di acqua il valore scende anche a meno della metà. Per il materiale fresco è preferibile l acquisto a volume e non a peso. 7

8 Modalità di recupero energetico Il recupero energetico delle biomasse può avvenir in quattro diversi modi, funzione non solo del tipo di materiale, ma anche del tipo di utilizzo previsto: 1) combustione diretta di combustibili solidi in caldaie o, per oli, in motori per produzione di calore o elettricità o entrambi, o infine di biodiesel e bioalcool nel trasporto stradale; 2) gassificazione per via biologica delle sostanze, con fermentazione, anaerobica e produzione di biogas (CH 4 e CO 2 ); 3) gassificazione termica o pirolisi delle sostanze secche solide, producendo gas costituito principalmente da CO e H 2, da impiegare per alimentare motori a ciclo Otto; 4) gassificazione termica delle sostanze solide e successiva sintesi di benzine o gasolio. La gassificazione per via termica è di prevalente interesse per le località isolate e, a meno di sviluppi tecnologici della pirolisi rapida, non è d interesse commerciale oggi in Italia, mentre per la tecnologia della sintesi, di grandissimo interesse perché valorizza tutta la pianta e non solo la piccola frazione estratta come olio dai soli semi, è ora in costruzione il primo impianto, in Germania, a scala significativa (2 t/ora di bioalcooll). Il biodiesel è attualmente prodotto dalla fermentazione degli zuccheri, in Italia come sottoprodotto delle attività enologiche e per usi alimentari, negli USA da mais, in Brasile da canna, ed è impiegato in miscela per la trazione stradale. Nelle condizioni attuali non esistono spazi economici per la produzione in Italia. Sono in corso attività di ricerca, tramite esplosione a vapore ed idrolisi per poter far fermentare tutta la cellulosa aumentando di molto la resa delle colture. I sistemi di incentivazione per l uso energetico delle biomasse I meccanismi di incentivazione delle biomasse sono numerosi, se si produce l elettricità si accede ai certificati verdi,se si produce calore si accede ai certificati bianchi o titoli di efficienza energetica, se si produce un combustibile per il trasporto si può accedere ad una defiscalizzazione parziale delle accise, se si effettua un servizio energia si può applicare un aliquota IVA del 10%, gli investimenti sugli impianti danno diritto ad un credito di imposta del 36%, infine la produzione di energia all interno di aziende agricole, con materiale di propria produzione è considerata come attività agricola e quindi non costituisce reddito ai fini fiscali. I vari incentivi sono stati decisi in epoche diverse, hanno una diversa influenza sulle scelte, non sempre sono fra di loro coerenti per entità e regole; nella fase attuale esse hanno l obiettivo prevalente di far decollare le tecnologie; una volta superata questa fase essi dovranno essere rivisti per controllare le distorsioni create quali quelle relative all incentivazione degli incendi delle foreste 8

9 naturali all equatore per piantare palme per produrre olio da trasportare e portare in Europa (l Olanda ne importa già 2 3 Mton) grazie agli incentivi per la protezione dell ambiente. Nelle analisi delle potenzialità delle varie filiere occorre tener conto, in parallelo, degli incentivi dell UE nelle attività agricole. La P.A.C., politica agricola comunitaria è evoluta recentemente passando da un premio proporzionale alla produzione (schema che aveva provocato enormi eccedenze e proteste dei paesi in via di sviluppo) ad un premio fisso di 420 /ha/anno, indipendente dalle attività svolte; è previsto un ulteriore premio di 45 /ha/anno per la destinazione a produzioni energetiche. La modifica del meccanismo è molto recente per cui non ha ancora prodotto effetti evidenti sui comportamenti degli imprenditori agricoli. Le tecnologie per la produzione di elettricità A. Combustione in caldaie Le biomasse possono essere bruciate in caldaie, per la produzione di vapore, che alimenterà direttamente un ciclo Rankine a vapore o per il riscaldamento di olio diatermico per alimentare un ciclo Rankine a fluido organico (ORC). A seconda del tipo del materiale bruciato, dell umidità e della dimensione le caldaie possono essere del tipo a griglia fissa, a griglia mobile, a letto fluido bollente o riciclante. La complessità del ciclo termico è fondamente legato alla taglia, al crescere della stessa è possibile aumentare sia la pressione che la complessità e quindi il rendimento ottenibile nelle trasformazioni in elettricità, passando da valori del 15% per pochi MW fino a circa il 30% per taglie da MW. Per taglie molto piccole l uso del vapore è svantaggiato sia dalla necessità di avere personale in turno (obbligo italiano ma superabile in altri paesi europei) sia per i bassi rendimenti; per taglie da 0,5-1,5 MW si stanno imponendo in Europa le caldaie ad olio diatermico accoppiato a cicli a fluido organico con rendimenti netti attorno al 16-18%; sono però usati in impianti con produzione molto variabile, anche motori a vapore d acqua di moto alternativo, con numero di pistoni attivi variabile col carico. Una soluzione per ottener rendimenti elevati è quella della cocombustione, nella stessa caldaia a carbone o in una linea a parte, in grandi impianti di almeno un centinaio di MW, dotati di cicli termici di adeguata complessità ad es. inceneritore di Brescia. Il progetto delle caldaie a biomasse tiene conto del modo complesso della combustione, con tre fasi che si susseguono nel tempo e nello spazio in funzione della pezzatura del materiale. 9

10 Dapprima si ha l essiccazione del materiale, assorbendo calore dalle fiamme o dall aria preriscaldata, segue poi la fase di gassificazione con combustione parziale e decomposizione delle grandi molecole del legno, segue poi la terza fase di combustione completa. Fig. 5 Il processo di combustione delle biomasse solide su griglia Legno Paglia o erba Calore CH m O n N o, ceneri (K,P) CH m O n N o, CI, S, ceneri (1 stadio) essiccazione C Aria primaria (O 2 +N 2 ) (2 stadio) gassificazione pirolisi Aria primaria <600 C; Λ < 1 H 2 O + polveri + gas combustibili Carbone di HC, CO, CH 2, CH 3 OH, NH 3, HCN legna Aria secondaria (3 stadio) ossidazione λ > 1; >800 C Fumi di combustione Cenere sotto griglia Prodotti voluti: CO 2, H 2 O, N 2, O 2 Prodotti non desiderati: NO, CO, HCI, SO 2, polveri Tempi di residenza > secondi Calore 9 Questo processo richiede perciò sia un meccanismo per smuovere il materiale caricato, sia il controllo a zone dell aria sotto griglia, con riciclo parziale dei fumi, un ingresso d aria secondaria comandato dal sensore dei fumi, un ampia zona di solo refrattario per completare la combustione prima di scambiare calore con il fluido da scaldare. Il settore della caldaie a biomassa ha avuto un fortissimo sviluppo negli ultimi due decenni, mutando tecnologie da quelle sviluppate per la combustione dei rifiuti e dallo sviluppo della sensoristica della combustione. (Fig. 6, 7, 8, 9, 10). Fig. 6 Schema di caldaia a griglia MAWERA 12 10

11 Fig. 7 11

12 Fig. 8 Fig. 9 12

13 Fig. 10 B. Combustione in motori Gli oli vegetali possono essere usati per alimentare motori diesel. I motori dei trattori agricoli ed i grandi motori di tipo marino possono usare gli oli talquali, purché di caratteristiche costanti, con piccole modifiche del motore. Per potenze di qualche MW si hanno rendimenti elettrici superiori al 40 42%. Gli oli sono spremibili a freddo dai semi quali quelli di colza o girasole e palma; in Italia le tecniche di coltura assorbono circa il 15% dell energia dell olio; le rese sono attorno ad 1 tep all ettaro, 2 ton di pannello per zootecnica e 4 ton di paglie, le tecniche colturali assorbono circa il 15% dell energia. Ben superiori sono le produttività dalle palme da olio, coltivate nelle zone equatoriali umide. Per poter usare gli oli vegetali nei motori degli automezzi è necessario un processo chimico che elimini le acidità producendo un estere chiamato biodiesel e glicerina; globalmente il biodiesel assorbe il 30% del suo potere energetico nelle attività di coltura e produzione. C. Il biogas Il biogas è il prodotto dell attacco della biomassa animale e vegetale da parte di batteri che operano in condizione di mancanza di ossigeno (anaerobiosi) ed è costituito per circa il 50% da metano. Al contrario i batteri aerobici, come nella produzione di compost, producono solo anidride carbonica. Perché i batteri anaerobici operino occorre che nella biomassa il rapporto fra carbonio e azoto sia inferiore a 30, è quindi necessaria una certa quantità di reflui dagli allevamenti. Oggi in Italia la sorgente più sfruttata di biogas è costituita dalle discariche di rifiuti, ove è obbligatoria l estrazione del gas e la sua combustione per il controllo degli odori e limitare la 13

14 dispersione nell atmosfera di metano che ha un effetto serra 21 volte superiore all anidride carbonica. Esistono ancora molte discariche, specie abusive, ove questo non avviene. L uso ottimale del biogas da discarica, tenendo conto delle distanze da punti di consumo termico, è nella produzione di elettricità con motori a ciclo Otto per elettricità da immettere nella rete. Il biogas prima dell utilizzo deve essere depurato dall umidità e composti organici di vario tipo, polveri; un processo tipico è quello della condensazione delle sostanze estranee, tramite raffreddamento. Il recupero del biogas dagli allevamenti ha avuto poco successo negli anni 80 salvo alcuni impianti consortili, sia per le produzioni limitate sia per le difficoltà burocratiche e fiscali nell uso del gas. La digestione anaerobica semplifica la gestione dei liquami che diventano meglio pompabili, riduce la carica patogena, ma da sola non è sufficiente per la corretta gestione degli scarichi. Infatti non vengono eliminati nitrati per cui occorrono ampie zone per lo spargimento, in funzione delle sensibilità dei terreni (direttiva UE sui nitrati), per tener conto della stagionalità può essere necessario un bacino di accumulo. Nel corso degli anni 90 è stata sviluppata nell area germanica la tecnologia dai fermentatori a carica mista, operanti a temperatura intorno ai 50 C. grazie all aggiunta di altre biomasse la taglia degli impianti della fattoria cresce di volte, fino a 1-1,2 MW, taglie che con il contributo dei certificati verdi diventano economicamente molto interessati. Fig. 11 Impianto di fermentazione anaerobica a carica mista 8 14

15 Nel di gestore si possono aggiungere prodotti propri dell azienda agricola quali silomais, triticale, erba medica, rimanendo sempre nel regime delle attività agricole oppure si possono aggiungere scarti e residui della macellazione e delle agroindustrie locali, o anche la frazione biogenica della raccolta separata dei rifiuti urbani. In questo secondo caso però ci si avvicina molto alle attività di smaltimento di rifiuti, sia pure non pericolosi, con problemi nelle fasi d autorizzazione, del trasporto e soprattutto della possibilità si spandere il digestato finale scaricato dall impianto. Le filiere produttive delle biomasse per la produzione elettrica Il nome filiera indica l insieme delle azioni che collega la fase di produzione di una biomasse, a quelle di trasformazione, a quelle di trasporto a quella di utilizzo. Abbiamo così esempi di filiere cortissime quale la captazione di biogas da una discarica, il trattamento del gas stesso e la combustione in un motore con l immissione dell elettricità nella rete; simile è il caso della produzione di biogas in un azienda zootecnica con immissione di elettricità nella rete. All altro estremo abbiamo delle filiere lunghissime quali quelle di una centrale termoelettrica da 20 MWe di un industria metallurgica che importa cippato dal Brasile o dal Canada o quelle di una ESCO che installa un diesel in cogenerazione da 1.5 MW in un ospedale da far funzionare ad olio di palma acquistato sul mercato indonesiano. Nel primo caso un unico imprenditore controlla tutte le fasi del processo, ha la garanzia della disponibilità delle biomasse e può ottimizzare il valore aggiunto, nel secondo caso produttore e consumatore non sono direttamente connessi, possono avere logiche commerciali diverse, può esserci una limitata garanzia sia per il produttore agricolo che per il consumatore italiano, infatti in un mercato molto poco trasparente può non essere facile reperire un altro fornitore o un altro cliente. Le Fig. 12 e 13 mostrano la potenza degli impianti per produzione di elettricità di fonti rinnovabili in Italia. Il valore delle ore di funzionamento a pieno carico, da un idea della disponibilità della fonte e dell affidabilità degli impianti, purtroppo il valore è sottostimato per la mancata eliminazione dalla tabella della potenza degli impianti non più funzionati. La potenza degli impianti alimentati da rifiuti urbani è aumentata nel periodo per formalizzazione della possibilità di cocombustione in impianti esistenti, non per nuove realizzazioni, potenzialità che non si è però ancora attuata come si vede dalla Fig. 13 sulla produzione d elettricità. 15

16 Fig. 12 Tipo di fonte Potenza 2001 Potenza 2003 Potenza 2004 Potenza 2005 Ore di funzionamento a pieno carico 2005 Idrica MW MW MW MW Eolica 663 MW 873 MW MW MW Fotovoltaico 6,5 MW 7 MW 7 MW 7 MW 780 Geotermica 573 MW 707 MW 681MW 711 MW Rifiuti urbani 319 MW 445 MW 510 MW 1.160* MW Colture e scarti agroindustriali 222 MW 382 MW 836 MW 829 MW Biogas 197 MW 257,1 MW 267 MW 283 MW Fig. 13 Produzione lorda degli impianti da fonti rinnovabili in Italia Un confronto fra le potenzialità delle varie filiere La Fig. 14 riporta un tentativo, derivato dalla rielaborazione di dati AIEL di confrontare fra loro varie filiere nazionali, a parità di territorio occupato. Questi confronti si basano su forti approssimazioni, non tutti i terreni accettano gli stessi prodotti, il valore economico delle energie generate dipende dal tipo di utenza, ma in ogni caso sono necessari per schematizzare le situazioni, la trasformazione da fonte ad energia; sono abbastanza lineari se si genera calore (i rendimenti delle 16

17 caldaie sono simili) mentre la trasformazione in energia elettrica dipende dalla dimensione, per cui può convenire passare per la gassificazione, con sue perdite, pur di avere un gas che può generare elettricità a piccole taglie in modo più efficiente. In un ottica di analisi strategica, con i dati del momento si sono classificate le varie filiere sulla base della quantità di petrolio sostituito. Diversa diventerebbe una classifica sulla base economica per la quale occorrerebbe considerare sia il conto degli impianti che il diverso carico fiscale dei vettori energetici generati, che gli incentivi. Ad un estremo si ha la filiera del riscaldamento residenziale, filiera spesso corta, con limitati insediamenti, validi anche su base locale, che produce calore di valore elevato (11-13 c /kwht) perchè sostituisce gasolio e gas molto tassati; però gli incentivi sono limitati ai certificati bianchi (15 40 /ton di secco in 5 anni). All altro estremo si ha la filiera lunghissima della centrale a vapore che deve assorbire biomasse da una larga area, quindi importandoli, con investimenti negli impianti elevati, con basso valore del vettore prodotto (5-10 c /kwe) perché si sostituisce un combustibile non tassato; però l incentivo è il certificato verde, molto elevato ( /ton legna assidra o 650 /ton di olio per 12 anni). La prima filiera si è sviluppata autonomamente, con forti ricadute occupazionali, anche di piccole imprese manifatturiere locali. Il secondo tipo di filiera invece si è avviata solo a valle degli incentivi, massimizza l utilizzo degli stessi quando questi finiranno probabilmente chiuderanno, però il decreto ambientale li ha premiati dandogli 4 anni di guadagno; questa situazione di privilegio e di grandi investimenti spiega ampiamente la presenza di una lobby invece inesistente per la filiera corta. La filiera della digestione aerobica è in una posizione per ora ottimale, è corta ma accede agli incentivi, grazie alla cogenerazione ha anche risparmio elevato (ma il calore come è poi realmente utilizzabile nelle fattorie oltre a scaldare il di gestore stesso?). La soluzione tedesca è quindi particolarmente sostenibile sia dal punto di vista ambientale che da quello economico. Naturalmente il limite alla potenzialità e replicabilità è dato dalla disponibilità di una carica di nitrati di origine naturale. Valutazioni finali Le biomasse sono una fonte dispersa, che si valorizza al massimo con una filiera corta e che valorizzi tutta la massa a disposizione. Con le tecnologie attuali questo è valido solo per il riscaldamento residenziale, anche senza incentivi. 17

18 Il mondo politico nazionale e comunitario ha spinto sull elettricità, con le tecnologie di oggi questo chiede grandi impianti e forti incentivi ed il prodotto combustibile nazionale non è competitivo con quello importato. Questa situazione è forse necessaria per il decollo delle tecnologie, è tollerabile economicamente solo finché riguarderà qualche Mtep. Per quantitativi maggiori il costo elevato e le proteste del mondo agricolo faranno saltare il sistema degli attuali incentivi che spingono ad importare. In ogni caso ci saranno tensioni sui prezzi delle biomasse Secondo la nostra tradizione chi avrà avuto si terrà il suo diritto acquisito, chi sarà colto a metà del guado si bagnerà. Tre sembrano i possibili suggerimenti: 1) tenere la filiera più corta possibile; 2) puntare sulla valorizzazione anche del calore, per molte ore all anno; 3) scegliere le soluzioni a più alta efficienza, meno sensibili al costo delle biomasse. Infine, per le grandi (medio grandi?) imprese nazionali che hanno perso il treno delle tecnologie attuali, sarebbe opportuno investire risorse nelle tecnologie future che valorizzando tutta la pianta possano far uscir le biomasse nazionali da una dimensione interessante ma sempre di nicchia. Fig. 14 Prodotto della coltura Resa agricola per ettaro Processo R. di conv. Energia finale Tonnellate di petrolio sostituite Silomais secco 19 ta Combustione pianta 75% kwh calore 7,1 intera Silomais fresco 19 ta Produzione biometano 60% m 3 biometano 5,2 Silomais fresco 19 ta Ferm. per produzione 53% kwh calore 8,8 calore ed energia elettr. ed energia elettr.. Salice da s.r.f. 10 ta Combustione 85% kwh calore 4,7 Granella di 11 t w15 Combustione 88% kwh calore 4,5 mais Granella di 11 t w15 Prod. etanolo 54% litri etanolo 2,5 mais Silomais fresco 19 ta Prod. biogas 28% kwh elettr. 6,2 Salice da s.r.f. 10 ta Prod. energia elettrica 30% kwh elettr.. 3,6 Salice da s.r.f. 10 ta Produzione in 75% kwh elettr. 6,9 cogenerazione kwh calore Seme di colza 3,5 t w10 Esterificazione 87% litri RME 1,2 (fonte AIEL rielaborazione FIRE) 18