Valutazione dell impatto sulla qualità dell aria per diversi scenari di utilizzo della biomassa per scopi energetici.

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Annabella Salvi
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1 Valutazione dell impatto sulla qualità dell aria per diversi scenari di utilizzo della biomassa per scopi energetici. Enel Ingegneria e Ricerca

Obiettivo Obiettivo dello studio è la valutazione dell impatto sulla qualità dell aria conseguente all implementazione degli scenari di utilizzo energetico delle biomasse definiti nell ambito del

2 Obiettivo Obiettivo dello studio è la valutazione dell impatto sulla qualità dell aria conseguente all implementazione degli scenari di utilizzo energetico delle biomasse definiti nell ambito del progetto Biopower, con particolare riferimento ai principali macro - inquinanti (polveri, ossidi di azoto e di zolfo) derivanti dalla produzione, trasporto e utilizzo delle biomasse per la produzione di energia elettrica. Nell ambito del progetto è stata identificata la disponibilità nella regione Toscana di 33 MWe derivanti dallo sviluppo di un sistema energetico a biomassa e per i vari scenari è stato fatto riferimento a tale capacità produttiva. SCENARI: Scenario base produzione a olio combustibile (C.le di Piombino) Scenario di revamping a biomassa (C.le di Piombino) Scenario di generazione distribuita (gassificatore e motore) Scenario di generazione distribuita (EFMGT)

3 Metodologia La valutazione dell impatto ambientale è stato fatto tramite modellistica a dispersione (Calpuff Model System): modello a puff Lagrangiano non stazionario, configurato su una griglia di 300 km x 300 km con risoluzione di 3.0 km che copre l intera regione Toscana e le zone limitrofe. Le emissioni sono state calcolate da dati sperimentali e, dove non disponibili, da dati di letteratura; Il contributo del sistema di approvvigionamento è stato valutato tramite codice Calpuff e le relative emissioni sono state stimate tramite tool AP42 di US EPA, COPERT III ed all Atmospheric Emission Inventory Guidebook dell EEA; Elaborazione dei dati meteorologici relativi ad un anno solare utilizzando i dati delle stazioni meteorologiche ARPA (Database archivio meteo ARPA- SMR - EMR) e ricostruzione tramite modello MM5, per la totalità dei parametri di interesse.

500 N 30.56 m2 21.3 m/s 130 C circa 195 m sul livello del suolo NOx = 200 mg/nm3 SOx = 350 mg/nm3 CO = 35 mg/nm3 PM10 = 20 mg/nm3 Scenario revamping (33 MWe a biomassa).

4 Emissioni Scenario base (33 MWe ad olio). Coordinate UTM WGS 84 Sezione interna camino Velocità uscita fumi Temperatura effluente Altezza del camino Concentrazioni alle emissioni Dati medi di impianto E N m m/s 130 C circa 195 m sul livello del suolo NOx = 200 mg/nm3 SOx = 350 mg/nm3 CO = 35 mg/nm3 PM10 = 20 mg/nm3 Scenario revamping (33 MWe a biomassa). Coordinate UTM WGS 84 Sezione interna camino Velocità uscita fumi Temperatura effluente Altezza del camino Concentrazioni alle emissioni Dati previsti di emissione E N m m/s 130 C circa 195 m sul livello del suolo NOx = 100 mg/nm3 SOx = 100 mg/nm3 CO = 130 mg/nm3 PM10 = 15 mg/nm3

5 Emissioni Scenario di generazione distribuita (Gassificatore e motore - 33 MWe a biomassa) Numero identificativo combustibile Tecnologia Portata Effluente Sezione interna camino Velocità uscita fumi Temperatura effluente Altezza del camino Concentrazioni alle emissioni Dati medi da test sperimentali CHP A 600 KWe Biomassa Gassificazione + Motore 6400 Nm3/hr m m/s 130 C circa 14 m sul livello del suolo NOx = 318 mg/nm3 SOx = 40 mg/nm3 CO = 318mg/Nm3 PM10 = 15 mg/nm3 Scenario di generazione distribuita (EFMGT- 33 MWe a biomassa) Numero identificativo combustibile Tecnologia Portata Effluente Sezione interna camino Velocità uscita fumi Temperatura effluente Altezza del camino Concentrazioni alle emissioni Dati medi da test sperimentali CHP B 600 kwe biomassa EFMGT 9400 Nm3/hr m m/s 160 C circa 14 m sul livello del suolo NOx = 200 mg/nm3 SOx = 150 mg/nm3 CO = 200 mg/nm3 PM10 = 10 mg/nm3 Localizzazione degli impianti di produzione di energia distribuiti sul territorio della Toscana e dei relativi bacini di approvvigionamento della biomassa

6 Sist. di approvvigionamento Approvvigionamento olio via mare Rotta di approvvigionamento del combustibile da e per la centrale ENEL di Piombino. I fattori di emissione sono stati calcolati utilizzando a riferimento EMEP/EEA Guideline for emission inventory for Transport-Navigation, National and International, che fornisce indicazioni sia per le emissioni durante la normale navigazione che per i periodi di stazionamento in banchina. Approvvigionamento biomassa su gomma Arterie viarie selezionate per l approvvigionamento del combustibile biomassa da e per i 55 siti di localizzazione di impianti di microgenerazione CHP. I coefficienti di emissione utilizzati sono quelli per mezzi pesanti (da 28 a 35 ton di portata) derivati dalle base di dati EMEP-CORINAIR e COPERTIV

7 Sorgenti diffuse È stato valutato inoltre il contributo sulla qualità dell aria legato alle operazioni di movimentazione dei combustibili. Scenario TS 33 MWe CHP A 600 kwe CHP B 600 kwe Combustibile biomassa Biomassa biomassa Tecnologia CALDAIA a RECUPERO GASSIFICATORE EFMGT Mezzi d opera / 1 Packer + 1 pala 1 Packer + 1 pala 3 Packer + 1 pala gommata Movimentazione interne gommata gommata Impianto di cippattura Esterno al processo Esterno al processo Interno al processo senza con emissioni di con emissioni di emissioni di polveri polveri polveri Inquinanti NOx, CO, SOx, NOx, CO, SOx, NOx, CO, SOx, Polveri Polveri Polveri Per la stima dei fattori di emissione delle macchine e dei mezzi d opera impiegati è stato fatto riferimento al database del programma di calcolo COPERT III ed all Atmospheric Emission Inventory Guidebook dell EEA. Per la stima dei fattori di emissione derivanti dagli impianti di cippatura meccanica e movimentazione interna all'impianto della biomassa è stato fatto riferimento al database AP42 di US EPA

8 Risultati modellistici Generazione localizzata PM10 µg/m volte inferiore al limite di legge Scenario base: valori di PM10 espressi in µg/m 3 come media annuale per le emissioni dirette della centrale ad olio da 33 MWe. Scenario biomassa concentrata: valori di PM10 espressi in µg/m 3 come media annuale per le emissioni equivalenti e dirette della centrale a biomassa da 33 MWe.

Risultati modellistici Generazione distribuita 1000 volte inferiore al limite di legge PM10

µg/m 3 come media annuale per le emissioni dei 55 impianti distribuiti con tecnologia

Scenario generazione distribuita (EFMGT): Valori di PM10 espressi in EFMGT alimentati a

9 Risultati modellistici Generazione distribuita 1000 volte inferiore al limite di legge PM10 µg/m 3 Scenario generazione distribuita (gassificatore + motore): valori di PM10 espressi in µg/m 3 come media annuale per le emissioni dei 55 impianti distribuiti con tecnologia Gassificazione + Motore a Syngas alimentati a biomassa per una potenza totale di 33 MWe. Scenario generazione distribuita (EFMGT): Valori di PM10 espressi in µg/m 3 come media annuale per le emissioni dei 55 impianti distribuiti con tecnologia EFMGT alimentati a biomassa per una potenza totale di 33 MWe.

10 Risultati modellistici Sist. di approvvigionamento PM10 µg/m 3 PM10 µg/m 3 Sist. Approvvigionamento biomassa alla C.le di Piombino: valori di PM10 espressi in µg/m 3 come media annuale per le emissioni indiretta da approvvigionamento della biomassa alla centrale (33 MWe). Sist. Approvvigionamento biomassa agli impianti distribuiti: valori di PM10 espressi in µg/m 3 come media annuale per le emissioni indiretta da approvvigionamento e movimentazione nei 55 impianti distribuiti.

11 Conclusioni Sono stati quantificati, sull intero anno solare 2006, i valori di concentrazione degli inquinanti valutati (NOx, SO2, CO e polveri PM10) sull intera area di studio e sui principali centri urbani della Toscana; Per tutti gli scenari identificati nell ambito del progetto Biopower, le ricadute nelle aree circostanti ai siti di produzione sono del tutto trascurabili, specie se confrontate con i dati di qualità dell aria (Dlgs 155/2010). In tutti gli scenari i valori di concentrazioni di polveri, intesi come valore medio annuale, previsti dal modello a dispersione, sono dell ordine delle decine di ng/m 3, totalmente irrilevanti rispetto ai dati reali di qualità dell aria (decine di µg/m 3 ); Considerazioni analoghe valgono per le emissioni gassose i cui impatti risultano essere trascurabili per tutti gli scenari identificati; Indipendentemente dallo scenario che viene preso a riferimento, lo sviluppo di sistemi a biomassa a fini energetici può essere una valida opzione per lo sviluppo sostenibile del sistema energetico toscano, senza alterazioni significative dello stato di qualità dell aria.

12 Grazie dell attenzione. Ringraziamenti: Si ringrazia per la preziosa collaborazione l Ing. C. Grassi e l Ing. S. Verrilli che hanno contribuito allo sviluppo delle attività riportate nel presente studio. Riferimenti: Giancarlo Potenza Enel Ingegneria e Ricerca S.p.A. Litoranea Brindisi Casalabate Tuturano, Brindisi Telefono: giancarlo.potenza@enel.com

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