Roadmap della ricerca e dell'innovazione in materia di fonti energetiche rinnovabili "emergenti" in Italia

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1 Roadmap della ricerca e dell'innovazione in materia di fonti energetiche rinnovabili "emergenti" in Italia Massimo Meghella, Pierangela Cristiani, Danilo Casarotti, Fabio Moia, Maximo Peviani, Vittorio Brignoli, Enrica Micolano, Claudio Casale, Filippo Carli, Sergio Chiesa, Marco Pagani Febbraio 2009 Area: Produzione e Fonti Energetiche

2 Rapporto ASV Ambiente e Sviluppo Sostenibile Pag. 1/227 Contratto Accordo di programma con il Ministero dello Sviluppo Economico ai sensi dell art. 3 comma 2 del D.M. 23 marzo 2006 per le attività di ricerca e sviluppo di interesse generale per il sistema elettrico. Piano Annuale di realizzazione Oggetto Roadmap della ricerca e dell'innovazione in materia di fonti energetiche rinnovabili "emergenti" in Italia Area Progetto Deliverable Note PRODUZIONE E FONTI ENERGETICHE Valutazione e proposte di possibili futuri progetti di ricerca su fonti energetiche rinnovabili 7.2 PUBBLICATO (PAD ) La parziale riproduzione di questo documento è permessa solo con l'autorizzazione scritta del CESI RICERCA. N. pagine 227 N. pagine fuori testo [inserire n.pagine fuori testo] Data 28/02/2009 Mod. RPRDS v. 01 ASV Massimo Meghella, ASV Pierangela Cristiani, ASV Danilo Casarotti, ASV Elaborato Meghella Massimo (ASV), Cristiani Pierangela (ASV), Casarotti Danilo (ASV), Moia Fabio (ASV), AUT AUT AUT AUT Fabio Moia, ASV Maximo Peviani, SSG - Vittorio Brignoli, SSG - Enrica Micolano, SSG Peviani Maximo Aurelio (ASV), Brignoli Vittorio (SSG), Casale Claudio Andrea (SSG), AUT AUT AUT - Claudio Casale Micolano Enrica (SSG) AUT Verificato ASV Sergio Antonio Chiesa, Negri Marco Pagani - CNR, Filippo Carli - Università della Tuscia Approvato Verificato SSG Negri Luigi Antonio Mazzocchi Nicola (ASV) VER Approvato Mazzocchi Luigi (SSG) APP CESI RICERCA S.p.A. Via R. Rubattino Milano - Italia Telefono Fax Capitale sociale Euro interamente versato Registro Imprese di Milano, C.F. e P.IVA N. R.E.A ISO 9001: 2000 CH-32919

3 Rapporto ASV Ambiente e Sviluppo Sostenibile Pag. 2/227 Indice SOMMARIO INTRODUZIONE ATTIVITÀ SVOLTA Moto ondoso, correnti marine, maree Geotermia a media e bassa entalpia Biomasse terrestri e marine, biogas Sistemi integrati, inclusi i sistemi di accumulo QUADRO COMPLESSIVO DELLE RICERCHE NEI SETTORI IN ESAME Principali programmi di ricerca in ambito nazionale Moto ondoso, correnti marine, maree Geotermia a media e bassa entalpia Biomasse terrestri e marine, biogas Sistemi integrati, inclusi i sistemi di accumulo Ricerca industriale in ambito nazionale Moto ondoso, correnti marine, maree Geotermia a media e bassa entalpia Biomasse terrestri e marine, biogas Sistemi integrati, inclusi i sistemi di accumulo Principali programmi e progetti di ricerca in ambito comunitario Moto ondoso, correnti marine, maree Geotermia a media e bassa entalpia Biomasse terrestri e marine, biogas Sistemi integrati, inclusi i sistemi di accumulo Principali attività di ricerca in altri ambiti internazionali Moto ondoso, correnti marine, maree Geotermia a media e bassa entalpia Biomasse terrestri e marine, biogas Sistemi integrati, inclusi i sistemi di accumulo OPPORTUNITA DI RICERCHE FUTURE Moto ondoso, correnti marine, maree Geotermia a media e bassa entalpia Biomasse terrestri e marine, biogas Sistemi integrati, inclusi i sistemi di accumulo RIFERIMENTI BIBLIOGRAFICI AREA 1: MOTO ONDOSO, CORRENTI MARINE, MAREE A1 INTRODUZIONE A1.1 Breve introduzione alla situazione energetica italiana ed internazionale A1.2 Obbiettivi ed attività della ricerca A2 ENERGIA DALLE ONDE Copyright 2009 by CESI RICERCA. All rights reserved - Activity code 10749I

4 Rapporto ASV Ambiente e Sviluppo Sostenibile Pag. 3/227 A2.1 Descrizione delle metodologie sviluppate nel mondo A2.2 Stato attuale dello sviluppo delle tecnologie e principali operatori di settore A2.2.1 Point Absorber A2.2.2 Overtopping A2.2.3 Oscillating Water Column A2.2.4 Attenuator A2.2.5 Oscillating Wave Surge Converter A2.2.6 Sistemi Combinati A2.3 Progetti di sviluppo italiani A3 ENERGIA DALLE MAREE E DALLE CORRENTI A3.1 Descrizione delle metodologie sviluppate nel mondo A3.2 Stato attuale dello sviluppo delle tecnologie e principali operatori di settore A3.2.1 Tidal Barrage A3.2.2 Current Stream A3.3 Progetti di sviluppo italiani A4 VALUTAZIONE DELLA DISPONIBILITA' ENERGETICA DELLA RISORSA MARINA A4.1 Disponibilità energetica dalle onde A4.2 Disponibilità energetica delle correnti A5 COSTI DI PRODUZIONE DI ENERGIA DA FONTI RINNOVABILI MARINE, IN TERMINI DI COSTO PER KWH PRODOTTO A5.1 Analisi dei costi per kwh prodotto A6 QUADRO NORMATIVO DI RIFERIMENTO IN ITALIA A6.1 Leggi vigenti sulla commercializzazione di energia da fonti rinnovabili A7 INDAGINE CONOSCITIVA CON GLI OPERATORI DEL SETTORE A7.1 Risultati dell indagine conoscitiva condotta con gli operatori del settore A7.2 Possibilità di sviluppo in Italia A8 CONCLUSIONI A9 BIBLIOGRAFIA AREA 2: GEOTERMIA A MEDIA E BASSA ENTALPIA B1 INTRODUZIONE B2 LE FONTI GEOTERMICHE B2.1 Classificazione delle risorse geotermiche B2.1.1 Risorse Idrotermali B2.1.2 Sistemi geotermici profondi B2.1.3 Risorse geopressurizzate e co-prodotte B2.1.4 Usi diretti B2.1.5 Utilizzo del calore stoccato nel sottosuolo attraverso l utilizzo di pompe di calore geotermiche B2.2 L attuale impiego delle risorse geotermiche in Europa B2.2.1 Produzione di energia elettrica B2.2.2 Impieghi diretti Copyright 2009 by CESI RICERCA. All rights reserved - Activity code 10749I

5 Rapporto ASV Ambiente e Sviluppo Sostenibile Pag. 4/227 B3 CLASSIFICAZIONE DELLE RISORSE GEOTERMICHE SUL TERRITORIO ITALIANO B4 DISTRIBUZIONE DELLA RISORSA GEOTERMICA IN ITALIA B4.1 Risorse geotermiche di Alta Entalpia B4.1.1 Larderello B4.1.2 Travale-Radicondoli B4.1.3 Monte Amiata: Bagnore e Piangastaio B4.2 Aree d interesse e alcuni esempi di impiego diretto di risorse geotermiche di media e bassa entalpia nel contesto italiano B4.2.1 Regione Campania B4.2.2 Regione Emilia-Romagna B4.2.3 Regione Toscana B4.2.4 Regione Veneto B4.2.5 Regione Puglia B5 CENNI SULL UTILIZZO DIRETTO INDUSTRIALE E CIVILE DELLA RISORSA GEOTERMICA IN ITALIA B5.1 Sistemi di teleriscaldamento basati sull utilizzo di risorse geotermiche B5.1.1 Alcuni esempi nel contesto italiano B5.2 Produzione di energia con risorse geotermiche di bassa entalpia B6 MODALITÀ DI CARATTERIZZAZIONE E ZONAZIONE DEL TERRITORIO B6.1 Alcuni esempi di zonazione geotermica di un territorio B6.1.1 Media e alta entalpia B6.1.2 I parametri fisici, geologici e geofisici più comunemente impiegati nella zonazione geotermica per risorse di bassissima entalpia B7 CARATTERISTICHE TECNICHE DELLE POMPE DI CALORE E SONDE GEOTERMICHE NEI PIÙ DIFFUSI SISTEMI DI SCAMBIO GEOTERMICO B7.1 Cenni sulle caratteristiche termiche del sottosuolo B7.2 Pompe di calore elettriche: brevi rimandi sulle principali caratteristiche B7.2.1 L efficienza delle pompe di calore geotermiche B7.3 Sistemi di prelievo/restituzione del calore dal terreno utilizzati in accoppiamento con pompe di calore: tipologie, modalità di installazione e principali caratteristiche tecniche B7.3.1 Sistemi aperti B7.3.2 Sistemi chiusi B7.3.3 Sistemi di perforazione e scavo per lo sfruttamento della risorsa geotermica superficiale 113 B7.3.4 Materiali di cementazione del foro in cui è calata la sonda geotermica verticale B7.3.5 I fluidi di circolazione impiegati in sonde geotermiche (sistemi a circuito chiuso) B7.3.6 Fisica del processo di scambio di calore tra terreno e sonda e simulazione del sistema di scambio: metodi e indicazioni progettuali B7.3.7 Cenni sulla progettazione (dimensionamento) di un sistema di sonde geotermiche B7.3.8 Thermal response test B7.3.9 Integrazione di pompe di calore geotermiche con altre fonti di energia rinnovabili B7.4 UTES (Underground Thermal Energy Storage) B7.4.1 Borehole thermal energy storage B7.4.2 Aquifer thermal energy storage B8 VALUTAZIONE DELLA NORMATIVA/LEGISLAZIONE ESISTENTE IN ITALIA PER L UTILIZZO DELLA MEDIA E BASSA ENTALPIA B8.1 Gli impatti legati all installazione di sonde e pozzi geotermici Copyright 2009 by CESI RICERCA. All rights reserved - Activity code 10749I

6 Rapporto ASV Ambiente e Sviluppo Sostenibile Pag. 5/227 B8.1.1 Impatto ambientale prodotto dall installazione di sonde geotermiche verticali B8.1.2 Impatto ambientale prodotto dall installazione di sonde geotermiche orizzontali B8.1.3 Impatto ambientale prodotto dall installazione di pozzi geotermici B8.1.4 Sostenibilità B8.2 Installazione di sonde geotermiche: aspetti normativi B8.2.1 L impianto di una norma per le sonde geotermiche B8.2.2 Certificazione di abilità e qualità dell installatore (e perforatore) B8.2.3 Alcuni esempi di normativa riferiti al contesto italiano B9 PROBLEMATICHE ARCHITETTONICHE E INGEGNERISTICHE LEGATE ALL UTILIZZO DI POMPE DI CALORE B9.1 Alcuni esempi di prototipi/applicazioni B9.2 L esempio MINERGIE B10 PROSPETTIVE DI RICERCA B10.1 Prospettive di crescita del mercato italiano B10.2 Sviluppo delle pompe di calore geotermiche B11 CENSIMENTO DATI UTILI PER LA RISORSA GEOTERMICA B11.1 Temperature del sottosuolo B Elaborazione sui dati delle temperature B11.2 Censimento dei Natural Analogue nel centro Italia B12 CONCLUSIONI B13 BIBLIOGRAFIA B14 ACRONIMI AREA 3: BIOMASSE TERRESTRI E MARINE, BIOGAS C1 INTRODUZIONE C2 TIPOLOGIE DI BIOMASSA C2.1 Residui agro-forestali e industriali C2.2 Coltivazioni energetiche terrestri C2.3 Coltivazioni energetiche algali C2.4 Biogas C3 PROCESSI PER LA TRASFORMAZIONE E LA CONVERSIONE ENERGETICA DELLE BIOMASSE C3.1 Biocarburanti: dalla prima alla quarta generazione C4 TECNOLOGIE PER LA PRODUZIONE ELETTRICA DA BIOMASSE C4.1 Combustione C4.2 Celle a combustibile C4.3 Celle a combustibile microbiche C5 SITUAZIONE EUROPEA C6 PRODUZIONE NAZIONALE DI ENERGIA ELETTRICA DA BIOMASSE C6.1 Produzione di energia elettrica da scarti agro industriali e colture dedicate C6.2 Produzione di energia elettrica da rifiuti solidi urbani Copyright 2009 by CESI RICERCA. All rights reserved - Activity code 10749I

7 Rapporto ASV Ambiente e Sviluppo Sostenibile Pag. 6/227 C6.3 Produzione di energia elettrica da biogas C7 EVOLUZIONE DELLA PRODUZIONE NAZIONALE DI ENERGIA ELETTRICA DA BIOMASSE C7.1 Stima della disponibilità potenziale delle biomasse prodotte in Italia C7.2 Stima della crescita delle biomasse in Italia per la produzione di energia elettrica C7.3 Stima della crescita della produzione di energia elettrica da biomasse in Italia C8 ANALISI COSTI DI PRODUZIONE CO 2 DEGLI IMPIANTI A BIOMASSA C8.1 Contributo delle Esternalità nella stima costi/benefici C9 REALTÀ INDUSTRIALI ITALIANE OPERANTI NEL SETTORE C9.1 Società Italiane produttrici di biocombustibili C10 PROPOSTE DI RICERCA C10.1 Possibili sinergie con il contesto della ricerca Europea e in ambito FP C11 CONCLUSIONI C12 BIBLIOGRAFIA AREA 4: SISTEMI INTEGRATI, INCLUSI I SISTEMI DI ACCUMULO INTRODUZIONE SISTEMI DI ACCUMULO DI ENERGIA SISTEMI DI ACCUMULO AD ARIA COMPRESSA (CAES) Principio di funzionamento, SISTEMI DI POMPAGGIO IDRAULICO Caratteristiche delle generazione da fonte eolica Caratteristiche della generazione da fonte idroelettrica L inserimento di fonti intermittenti e non programmabili nel sistema elettrico Integrazione fra impianti eolici ed impianti idroelettrici a deflusso regolato Il programma di ricerca del Task 24 dello IEA Wind Implementing Agreement SISTEMI DI GENERAZIONE INTEGRATI Energy Island Borehole Thermal Energy Storage (BTES) RIFERIMENTI BIBLIOGRAFICI Copyright 2009 by CESI RICERCA. All rights reserved - Activity code 10749I

8 Rapporto ASV Ambiente e Sviluppo Sostenibile Pag. 7/227 STORIA DELLE REVISIONI Numero revisione Data Protocollo Lista delle modifiche e/o dei paragrafi modificati

9 Rapporto ASV Ambiente e Sviluppo Sostenibile Pag. 8/227 SOMMARIO Il presente rapporto descrive la sintesi delle attività di ricerca svolte nel periodo gennaio 2008 febbraio 2009 nel progetto Valutazione e proposte di possibili futuri progetti di ricerca su fonti energetiche rinnovabili dell Area PRODUZIONE E FONTI ENERGETICHE, una delle quattro Aree di ricerca definite nell accordo di programma triennale tra il Ministero per lo Sviluppo Economico e CESI RICERCA S.p.A. stipulato il 21 giugno Gli obiettivi e l articolazione del progetto sono descritti nel documento Piano Annuale di realizzazione 2008 Prot. CESI RICERCA (Aprile 2008). Il progetto, a cui hanno contribuito sia le competenze interne di CESI RICERCA, sia competenze esterne qualificate, si è proposto di elaborare una Roadmap della ricerca e dell innovazione in materia di fonti energetiche rinnovabili emergenti, che possa facilitarne la diffusione ed orientare i futuri progetti da sviluppare in ambito Ricerca di Sistema. L attività si è articolata considerando quattro aree di interesse: 1) Moto ondoso, correnti marine, maree; 2) Geotermia a bassa e media entalpia; 3) Biomasse terrestri e marine, biogas; 4) Sistemi integrati, inclusi i sistemi di accumulo. Per ciascuna di queste aree, oltre ad una valutazione dello stato attuale delle tecnologie, della producibilità potenziale, delle prospettive industriali in Italia e nel mondo, ha consentito di identificare gli attuali limiti tecnologici e le relative necessità di ricerca, le politiche di diffusione e di incentivazione e il quadro normativo di riferimento. Infine, sono state elaborate alcune proposte di ricerca per il prossimo programma quadro RdS, individuando possibili sinergie con il contesto della ricerca europea, in ambito FP7.

10 Rapporto ASV Ambiente e Sviluppo Sostenibile Pag. 9/227 1 INTRODUZIONE Il presente rapporto descrive la sintesi delle attività di ricerca svolte nel periodo gennaio 2008 febbraio 2009 nel progetto Valutazione e proposte di possibili futuri progetti di ricerca su fonti energetiche rinnovabili dell Area PRODUZIONE E FONTI ENERGETICHE, una delle quattro Aree di ricerca definite nell accordo di programma triennale tra il Ministero per lo Sviluppo Economico e CESI RICERCA S.p.A. stipulato il 21 giugno Gli obiettivi e l articolazione del progetto sono descritti nel documento Piano Annuale di realizzazione Le fonti rinnovabili costituiscono, soprattutto in prospettiva futura, una componente essenziale per uno sviluppo sostenibile, consentendo di diminuire l impatto ambientale della produzione di energia, in particolare riducendo le emissioni di carbonio, concorrendo a garantire approvvigionamenti energetici più sicuri e costituendo uno stimolo ed un volano per lo sviluppo economico, in particolare nella aree più arretrate del mondo. Il mercato ad esse collegato sta crescendo a ritmi molto elevati (tra 20 e 60% annuo, per le fonti più mature ) e raccoglie un interesse sempre maggiore da parte di investitori pubblici e privati, spaziando dalla piccola impresa (che molto spesso si costituisce allo scopo) alle grandi compagnie multinazionali che intravedono un importante e promettente possibilità di integrazione e diversificazione del proprio business. A livello mondiale si stima che la potenza installata da energie rinnovabili dal 2004 ad oggi sia cresciuta del 50%, toccando quota 240 GW, e che nel corso del 2007 le tecnologie e le industrie legate alle energie rinnovabili abbiano registrato più di 100 miliardi di dollari di investimento per la ricerca, lo sviluppo e la costruzione di nuovi impianti e sistemi di produzione, ponendo un importante pietra miliare, a partire dalla quale è facile intravedere un forte tendenza di crescita futura. A fianco di quelle che possono definirsi mature (es.: idroelettrico, solare termico, fotovoltaico, eolico, ecc.), si stanno rapidamente sviluppando nuove e promettenti fonti di energia rinnovabile (es.: moti marini, biomasse terrestri e marine, biocarburanti di nuova generazione, geotermia a bassa e media entalpia, sistemi ibridi) per le quali, sia il potenziale di sviluppo, che il margine di crescita risultano ancora molto incerti ed è necessario identificarne i limiti attuali, le aree di miglioramento e le necessità di ricerca al fine di renderle più competitive e direttamente adattabili alle specificità del territorio italiano. Pertanto, l obiettivo di questo progetto è costituito dalla elaborazione di una roadmap italiana di ricerca e di innovazione in materia di nuove fonti energetiche rinnovabili (per ciascuna delle aree sopra indicate), sviluppata utilizzando sia le competenze interne di CESI RICERCA, sia competenze esterne qualificate. Lo sviluppo della roadmap, che ha previsto l esame delle informazioni e dei dati quanto disponibile in letteratura, il contatto con operatori ed esperti del settore rappresentativi della realtà italiana mediante questionari ed interviste ad hoc, si è articolata attraverso le seguenti attività: Valutazione della producibilità potenziale delle fonti rinnovabili in Italia Situazione attuale delle tecnologie Prospettive industriali in Italia e in Europa. Elenco degli operatori tecnologici Identificazione dei limiti attuali delle tecnologie, delle necessità di ricerca e delle relative risorse Proposte di ricerca per il prossimo programma quadro RdS. Possibili sinergie con il contesto della ricerca europea, con individuazione di partners da coinvolgere in eventuali proposte ambito FP7

11 Rapporto ASV Ambiente e Sviluppo Sostenibile Pag. 10/227 2 ATTIVITÀ SVOLTA 2.1 Moto ondoso, correnti marine, maree Nel corso del progetto è stato svolta una ricerca approfondita mirata alla verifica dello stato-dell'arte sulle tecnologie disponibili per lo sfruttamento dell'energia da fonte marina (moto ondoso, correnti marine e maree). Le conoscenze sul settore sono state acquisite tramite la ricerca in articoli scientifici, riviste specializzate, siti web, ed in alcuni casi tramite il contatto diretto con gli operatori. E stato inoltre inviato un breve questionario ai principali operatori del settore centri di ricerca e società produttrici, con domande relative alle tecnologie utilizzate e allo stato di avanzamento delle stesse. Sebbene non tutti gli interpellati siano stati disponibili alla diffusione di ulteriori dati sui propri studi (molti di questi sono protetti da brevetto), le informazioni raccolte hanno contribuito alla definizione del quadro generale sullo stato di avanzamento delle tecnologie, nonché sulle potenzialità di sviluppo ed applicazione delle stesse al contesto italiano. Inoltre, quando possibile, è stata riportata la stima del costo di produzione di energia per ogni tipologia di macchina; oltre ad una breve presentazione del quadro normativo italiano di riferimento per quanto riguarda la produzione di energia rinnovabile da questa fonte. 2.2 Geotermia a media e bassa entalpia Le attività di ricerca hanno abbracciato tutto il settore geotermico evidenziando dapprima la distribuzione in Italia della risorsa con riferimento all alta entalpia e alle centrali operanti e gestite dal principale produttore di elettricità italiano rappresentato dall ENEL; che si trovano principalmente in Toscana e nell alto Lazio. In quest ambito è stata eseguita una classificazione delle risorse geotermiche nazionali evidenziando i sistemi idrotermali anche profondi, quelli geopressurizzati e l hot dry rock suddividendole in funzione della temperatura/entalpia, del loro inquadramento geologico con alcuni cenni sulle risorse disponibili ad elevata profondità e nell ordine dei metri. La ricerca è proseguita focalizzandoci sulla problematica del teleriscaldamento a bassa e media entalpia e ai sistemi di scambio geotermico con l utilizzo di pompe di calore. La problematica è stata affrontata sia dal punto di vista tecnologico che geologico, con esempi applicativi e particolare cura nella ricerca delle grandezze caratteristiche che rendono la tecnologia utilizzabile, quali: porosità primaria, porosità cinematica, stabilità termica, temperature del terreno, gradiente geotermico, trasmissività e conduttività termica delle rocce e influenza della falda freatica e dei suoi flussi nel tempo. Per avere indicazioni dettagliate circa la distribuzione della risorsa geotermica è stato eseguito uno studio sui profili 1:1000 degli oltre 1600 pozzi divenuti pubblici e perforati nel passato per la ricerca degli idrocarburi. Tutte le misure sperimentali di temperatura sotterranea disponibili sono state estratte unitamente alle corrispondenti caratteristiche litologiche dei terreni in cui è stata eseguita la misura e alla presenza di eventuali mineralizzazioni ad acqua dolce e salata. Queste informazioni, unitamente a quelle provenienti da uno studio svolto dall AGIP e pubblicato nel volume Temperature Sotterranee edito nel 1977, sono state informatizzate e introdotte nel database di un SIT-Sistema Informativo Territoriale basato su ArcGis, per consentire delle dettagliate analisi sulle temperature del sottosuolo e sul gradiente geotermico locale; esempi applicativi sono stati eseguiti per la Lombardia e l Emilia Romagna che sono le regioni con un elevato numero di informazioni sperimentali. Sono state trattate anche le problematiche architettoniche e ingegneristiche legate all utilizzo della tecnologia basata sulle pompe di calore soffermandoci sugli aspetti tecnici legati alle costruzioni civili e industriali già esistenti e su quelle in via di costruzione. La ricerca è proseguita con la creazione di una roadmap che evidenza le linee di ricerca e di sperimentazione necessarie per uno sviluppo più incisivo e mirato della risorsa nel contesto energetico italiano affrontando anche le problematiche legate ad un suo uso intensivo in aree ristrette, ad esempio a livello di quartiere. Si è affrontata anche la problematica sulla certificazione dei tecnici e delle imprese con particolare riferimento ai requisiti necessari per l esecuzione delle perforazioni e la messa in posa e opera delle sonde geotermiche. Infine, un aspetto particolarmente importante della ricerca, ha riguardato l analisi della normativa che regola il settore delle installazioni geotermiche in Italia che risulta molto frammentaria, disomogena e

12 Rapporto ASV Ambiente e Sviluppo Sostenibile Pag. 11/227 spesso incoerente. Mancano, infatti, un indirizzo e linee guida coerenti a livello nazionale, essendo la legislazione vigente molto variabile secondo l ente di riferimento (stato, regione, provincia e comune) con situazioni molto disomogenee tre loro e spesso inique. Provvedimenti specifici sulle sonde geotermiche (verticali) sono stati emessi dai seguenti enti: Regione Toscana Regione Lombardia Provincia di Bergamo Provincia di Vicenza Provincia Autonoma di Bolzano Provincia di Bologna 2.3 Biomasse terrestri e marine, biogas Nel corso del progetto è stato svolto un approfondimento dello stato-dell'arte delle tecnologie disponibili per lo sfruttamento delle diverse tipologie di biomassa per la produzione di energia elettrica e sullo sviluppo attuale di queste tecnologie nella realtà italiana, riportando anche una valutazione di costi/benefici relativa alla produzione di energia elettrica da tipologie differenti di impianto e anche in comparazione con le altre diverse fonti disponibili. L aggiornamento dello stato dell arte è stato condotto sulla base di pubblicazioni scientifiche aggiornate, riviste specializzate, siti web, partecipazione a convegni e manifestazioni dedicate al settore delle energie rinnovabili e tramite il contatto diretto con alcuni dei principali esperti ed operatori italiani. L attività è stata quindi indirizzata all individuazione delle tecnologie più promettenti, mettendo in luce gli aspetti che necessitano di essere sviluppati ed approfonditi in nuovi programmi di ricerca. Uno degli argomenti che ha suscitato maggiore attenzione riguarda l uso sostenibile e razionale della risorsa boschiva, di cui è ricco il territorio italiano. Sulla base di esperienze positive già esistenti nel territorio, soprattutto nel nord-est, relativi all uso di legna boschiva per l approvvigionamento di combustibile utilizzata localmente in piccoli impianti termoelettrici distribuiti, è stata analizzata la possibilità di studiare e sviluppare piani di gestione atti ad incrementare e ottimizzare la resa dei boschi. Sui processi e sulle tecnologie di combustione delle biomasse ed in particolare riguardo agli aspetti più innovativi relativi alle celle a combustibile microbica l Italia (ENEA e CESI RICERCA in particolare) detiene un know how all avanguardia, sviluppato anche nell ambito di recenti progetti europei e del precedente triennio RdS. In collaborazione con ENEA, il 17 Settembre 2008 è stato organizzato un evento promozionale presso il Parlamento Europeo dedicato alle Microbial fuel cells, con l obiettivo di presentare alle autorità e alla comunità scientifica afferente alle energie rinnovabili le potenzialità di sviluppo offerte da questa frontiera tecnologica. In collegamento all evento di Bruxelles e in collaborazione con gli altri partner del progetto europeo EA-BIOFILM (terminato nel settembre 2007 e indirizzato agli studi sui batteri elettroattivi) Cesi Ricerca ha partecipato e promosso uno dei primi convegni scientifici europei (e mondiali) dedicato interamente alle celle a combustibile microbiche tenuto (Parigi,19-21 Novembre 2008, a cura del CNRS e del CEA francesi). Infine, sullo stesso tema di ricerca, è stata presentata una proposta di Azione Concertata di ricerca in ambito Europeo nell ambito del programma COST. A tale proposta, oltre ad CESI RICERCA ed ENEA, hanno già aderito altri 10 Partner di 9 differenti Paesi Europei. 2.4 Sistemi integrati, inclusi i sistemi di accumulo Nel corso del progetto è iniziata, dopo una fase di raccolta ed analisi delle informazioni disponibili presso associazioni di settore, media (web, stampa specializzata), istituti di ricerca ed operatori industriali, la disamina critica delle relative potenzialità ed adattabilità al contesto nazionale. Le tecnologie disponibili per l accumulo energetico, di natura molto eterogenea tra loro, si possono raggruppare nelle seguenti categorie: Batterie convenzionali ed avanzate (PSB, VRB, ZnBr, NaS, Li-Ion, Metal-Air, Lead-Acid) Sistemi di accumulo con magneti superconduttivi (SMES) Volani meccanici (Flywheels)

13 Rapporto ASV Ambiente e Sviluppo Sostenibile Pag. 12/227 Sistemi idrolizzatore / fuel-cell Supercondensatori / Ultracondensatori Sistemi di accumulo ad aria compressa (CAES) Sistemi di accumulo termici(tes) Centrali idroelettriche di pompaggio In questo progetto, oltre a documentare le esperienze e i progetti più interessanti a livello mondiale sui sistemi ibridi (integrazione di diverse fonti rinnovabili e di sistemi di accumulo), si sono studiati in particolare le potenzialità dei sistemi di accumulo ad aria compressa e degli impianti idroelettrici di pompaggio integrati con generatori eolici. Sistemi di accumulo ad area compressa CAES La tecnologia di accumulo di energia ad aria compressa (CAES Compressed Air Energy Storage) ha cominciato ad essere studiata in modo approfondito a partire dagli anni settanta. I CAES sono tipicamente sistemi di taglia molto grande, dell ordine di centinaia di MW, e possono essere utilizzati in applicazioni di load levelling in alternativa ai tradizionali impianti di pompaggio. L aria compressa può essere utilizzata direttamente in tutti i processi che presentano azionamenti di tipo pneumatico (ad esempio centrali a turbogas o a ciclo combinato). I sistemi di accumulo ad aria compressa utilizzano l energia elettrica a basso costo prodotta nelle ore di basso carico, tipicamente nelle ore notturne, per comprimere aria a pressioni molto elevate, da 35 fino a 85 bar, in cavità naturali o artificiali. Generalmente per ridurre i costi di realizzazione dell impianto si sfruttano strutture geologiche esistenti purché siano ermetiche, quali caverne naturali, ex miniere di calcare o caverne di sale. Gli impianti ad aria compressa che utilizzano serbatoi artificiali presentano chiaramente dimensioni ridotte. Nelle ore di pieno carico l aria compressa viene utilizzata per produrre potenza di picco espandendosi in una turbina. Nonostante nel corso degli anni siano stati progettati diversi impianti di accumulo ad aria compressa, attualmente sono stati realizzati e sono operativi solamente due impianti. L impianto di Hundorf è il primo e il più longevo sistema di accumulo ad aria compressa, realizzato in Germania nel 1978 e ancora in funzione. L impianto ha una potenza di 290 MW e ha funzioni di peak shaving/load levelling e riserva rotante. In tempi più recenti ha cominciato ad essere utilizzato per compensare le fluttuazioni di potenza dei numerosi generatori eolici che sono stati installati nella zona. Il secondo impianto è stato realizzato negli Stati Uniti nel Si tratta di un impianto da 110 MW situato nei pressi di McIntosh in Alabama. Sempre negli Stati Uniti è in progetto la realizzazione di altri due impianti, il primo a Norton in Ohio [139], impianto da 2700 MW (una volta realizzato sarà il più grande impianto a livello mondiale) che sfrutta come serbatoio una ex miniera di calcare situata a 670 metri di profondità, il secondo nei pressi di Matagorda, in Texas, da 540 MW. In alternativa i sistemi CAES possono essere utilmente impiegati per immagazzinare l energia prodotta da diverse fonti rinnovabili. In questo caso, è particolarmente significativa l esperienza dell IOWA Stored Energy Park (ISEP), un impianto ibrido da 150 MW che utilizza l energia prodotta da un campo eolico per comprimere aria in una a formazione geologica sabbiosa in profondità. Integrazione della generazione eolica ed idroelettrica Fra le tecnologie di integrazione di fonti rinnovabili e sistemi di accumulo sono da considerare anche le sinergie che si potrebbero ottenere fra impianti eolici ed impianti idroelettrici dotati di serbatoi di accumulo per pompaggio. Queste sinergie si possono realizzare sia in sistemi elettrici di medie e grandi dimensioni, sia su isole e in altre località remote, laddove la disponibilità e localizzazione delle risorse e la struttura della rete elettrica siano tali da consentire un utile integrazione tra le due fonti rinnovabili in questione. È noto che la crescente penetrazione di una fonte fortemente variabile e non facilmente prevedibile come il vento nei sistemi elettrici (a fine 2007 erano installati nel mondo 94 GW di impianti eolici) pone ai gestori di rete problemi e costi crescenti per il bilanciamento dei carichi e in particolare richiede la disponibilità di una quota crescente di generazione di riserva particolarmente flessibile per far fronte all intermittenza della produzione eolica. Dal momento che gli impianti idroelettrici sembrano i più adatti sia a fornire tale flessibilità che ad accumulare nei serbatoi l energia eolica eventualmente prodotta in eccesso nei momenti di vento intenso

14 Rapporto ASV Ambiente e Sviluppo Sostenibile Pag. 13/227 e bassi carichi, diverse società elettriche si stanno fortemente interessando ai vantaggi tecnici ed economici che un integrazione ben studiata tra le due fonti potrebbe apportare sia al servizio elettrico che alla gestione delle acque nel territorio. 3 QUADRO COMPLESSIVO DELLE RICERCHE NEI SETTORI IN ESAME In questo capitolo è illustrato il quadro complessivo delle ricerche nel settore in esame. In particolare, il capitolo individua i principali programmi di ricerca in ambito nazionale (par. 3.1), le attività di ricerca industriale in ambito nazionale (par. 3.2), i principali programmi e progetti di ricerca in ambito comunitario (par. 3.3), le principali attività di ricerca in altri ambiti internazionali (par. 3.4). La descrizione è integrata con le analisi dei risultati dei programmi nazionali paralleli al fine di documentare, al termine del triennio , le migliori opportunità di ricerche future. 3.1 Principali programmi di ricerca in ambito nazionale Moto ondoso, correnti marine, maree Attualmente in Italia, il settore delle energie rinnovabili da moti marini è ancora poco sviluppato in confronto ad altri paesi europei ed internazionali. La principale iniziativa nel settore riguarda la Turbina Kobold, proposta dalla società Ponte di Archimede International [1], che ha progettato e realizzato prove sperimentali di un impianto a turbina per lo sfruttamento delle correnti marine nello stretto di Messina, in collaborazione con il CNR, l Università degli Studi Federico II di Napoli e l Institute of Energy Conversion della Accademia Cinese delle Scienze, che sta sviluppando un progetto analogo per lo sfruttamento delle correnti marine nello stretto di Jintang, nell arcipelago di Zhoushan. Tali impianti sono ancora in fase di sviluppo. Altre due iniziative, ancora nelle fasi iniziali di sperimentazione, sono degne di nota. La prima riguarda la Macchina Acchiappaonde [2], ideata dal Dr. Grassi dell'università di Pisa, i cui dettagli non sono per il momento disponibili, ma che concettualmente si basa sullo stesso principio dei sistemi di generazione eolica per lo sfruttamento del vento in quota del tipo KiteGen [3], sfruttando anziché il vento in quota il moto delle correnti marine in profondità. La seconda è il GIANT-GIEM, proposta dai tecnici Boito & Peterle [4], che sfrutta l'energia del moto ondoso mediante due dispositivi, il GIANT (Generatore Integrato Autonomo Non Tradizionale) e il GIEM (Generatore Integrato Elettro Magnetico), concettualmente simili alle macchine di tipo Point Absorber a magnete fisso [5]; ma in grado di garantire una maggiore efficienza energetica. Anche in questo caso, non sono al momento disponibili maggiori dettagli sulla tecnologia e sulla fase di sviluppo Geotermia a media e bassa entalpia La geotermia rappresenta una fonte di energia rinnovabile di grandissimo potenziale, in particolare in Italia, che per le ben note favorevoli caratteristiche geomorfologiche del suo territorio si presta particolarmente allo sfruttamento di questa importante risorsa, sia nel campo dell alta entalpia (Tabella 1) per la produzione di energia elettrica, che, nel campo della bassa entalpia, per gli usi diretti in forma di teleriscaldamento e mediante l utilizzo di pompe di calore. Classificazione delle risorse geotermiche in base alla temperatura ( C) (a) (b) (c) (d) Risorse a bassa entalpia <90 <125 < Risorse a media entalpia * Risorse ad alta entalpia >150 >225 >200 >150 (a) Muffler e Cataldi, 1978, (b) Hochstein, 1990, (c) Benderitter e Cormy, 1990 (d) Nicholson, 1993 Tabella 1: Classificazione delle risorse geotermiche in base alla temperatura ( C)

15 Rapporto ASV Ambiente e Sviluppo Sostenibile Pag. 14/227 Qualunque approccio verso la geotermia non può prescindere dal fatto che l Italia ha un ruolo di primato nel mondo ottenuto dall ENEL e certificato nel salto di qualità avvenuto negli anni 70 nelle conoscenze del fenomeno geotermico e documentati in due congressi scientifici tenutisi rispettivamente a Pisa nel 1970 e a San Francisco nel 1975 e patrocinati dalle Nazioni Unite. Sull utilizzo dell alta entalpia il quadro è piuttosto chiaro ed è sufficiente ricordare le centrali dell ENEL a Larderello e quella denominata The Geysers in California [122] per ricordarne le potenzialità cui si sono aggiunti il teleriscaldamento e l hard dry rock. Il teleriscaldamento consiste nell impiego dei fluidi geotermici in uscita dalla turbina e raffreddati nel condensatore a temperatura di C prima di essere restituiti al bacino di scarico, mentre l hard rock dry consiste nell eseguire perforazioni a elevata profondità (superiori anche a 5000 metri) e creare un serbatoio geotermico artificiale allargando le fratture naturali. La potenza geotermica attualmente installata a livello mondiale non raggiunge i 2000 MW, di cui il 93% è installato nei paesi industrializzati, sebbene la maggior parte delle risorse geotermiche sia localizzata in paesi in via di sviluppo, che però non hanno i mezzi tecnologici e scientifici per poterne usufruire. Nei paesi industrializzati invece, questa forma di energia è in rapida crescita e il futuro ci vedrà impegnati a scoprire come sfruttare al meglio i sistemi geotermici a partire dall alta entalpia, dall hot dry rock per arrivare fino alla bassa entalpia e allo sviluppo delle pompe geotermiche. A questo proposito, negli USA molte investitori pubblici e privati, tra cui Google tramite la sua fondazione Google.org [7]che rappresenta il braccio filantropico del colosso della rete americano, stanno finanziando in modo consistente la ricerca, in particolare per i sistemi EGS-Enhanced Geothermal Systems, con una pressione sul governo federale per incentivare la ricerca nel settore. In ambito italiano, secondo le stime riportate in Il Manifesto della Geotermia [8], le applicazioni negli usi diretti della geotermia hanno prospettive di sviluppo decisamente più ampie di quelle per la produzione di energia elettrica. In particolare per quest ultima, a fronte degli 810,5 MW installati e dei 5,5 TWh prodotti nel 2006, si può prevedere un raddoppio per il 2020, mentre per gli usi diretti, a fronte dei 650 MW installati nel 2006 si può giungere nel 2020 a 6000 MW, con un incremento del 1000%. Nell insieme quindi, gli usi elettrici (alta entalpia) e non elettrici (bassa entalpia) del calore terrestre potrebbero per il 2020 coprire l 1,2% del consumo totale lordo di energia del paese e ciò è da considerarsi un punto di partenza importante verso traguardi molto più ambiziosi, essendo le risorse di calore naturale sfruttabili per applicazioni dirette almeno 100 volte superiori a quelle necessarie a raggiungere i suddetti obiettivi. Le principali iniziative a livello nazionale attualmente in corso si possono così riassumere: La Regione Lombardia da alcuni anni ha intrapreso un percorso per la promozione dell impiego della risorsa geotermica attraverso l installazione di pompe di calore con sistemi di scambio geotermico. In particolare, nel Documento di Programmazione Economica e Finanziaria Regionale (DPEFR) si prevede di promuovere la diffusione di questa tecnologia sia con interventi di semplificazione normativa sia con interventi di sostegno economico. La Regione Friuli Venezia Giulia con l Istituto Nazionale di Oceanografia e Geofisica Sperimentale di Trieste [9] nell ambito del progetto denominato GeRe geotermica regionale ha realizzato una carta geologico tecnica relativa alla risorsa geotermica regionale e ha provveduto alla definizione delle linee guida per il suo utilizzo. La Regione Friuli Venezia Giulia nell ambito del progetto denominato Progetto geotermia Grado [10] ha realizzato un pozzo esplorativo, con una profondità di 1100 m, nella località di Grado per lo sfruttamento della risorsa geotermica. Il pozzo esplorativo ha individuato una discreta disponibilità di acqua calda (circa 45 C) da impiegare nel riscaldamento di alcuni edifici pubblici (Della Vedova et al, 2008). Nell immediato futuro è prevista la realizzazione di un secondo pozzo, necessario per completare l impianto di teleriscaldamento che dovrebbe servire alcuni edifici pubblica. La Provincia di Bolzano promuove da tempo l impiego di sistemi di riscaldamento basati sull utilizzo di risorse geotermiche superficiali [11]. A tal proposito ha emanato una normativa sull'impiego e utilizzo delle pompe di calore che tratta l installazione, la messa in opera, la sicurezza, esecuzione dei sondaggi (Delibera della Giunta Provinciale n del 26/09/2005).

16 Rapporto ASV Ambiente e Sviluppo Sostenibile Pag. 15/227 L Università degli Studi di Siena, Centro di Geotecnologie [12] svolge ricerca nel campo della geotermia a bassa entalpia considerandone soprattutto i risvolti a livello geologico. L Università di Brescia (Prof. C. Piemonte, [13]) svolge attività di ricerca volta allo sviluppo di pompe di calore di grosse dimensioni. L Istituto per la Dinamica dei Processi Ambientali (CNR) compie attività di monitoraggio ambientale; nel caso della geotermia a bassa entalpia sta attuando un progetto di monitoraggio di un campo sonde con sensori di temperatura sepolti a varie profondità Biomasse terrestri e marine, biogas In Italia, l utilizzazione di biomasse a fini energetici ha ricevuto un impulso significativo dopo il 1999, grazie alla incentivazione fornita dal meccanismo dei Certificati Verdi, ed è tuttora in progressiva crescita. Questo quadro si evince dai dati presentati nel rapporto del GSE del 2007 [54], secondo cui gli impianti a Biomassa in esercizio sono 257, comprendendo quelli alimentati da colture e altri rifiuti agroindustriali, da biogas da discariche, da biogas da fanghi, da biogas da deiezioni animali e da biogas da colture e altri rifiuti agro-industriali. La potenza elettrica lorda efficiente di tali impianti assomma a 743 Mwe, pari ad una produzione lorda di 3,9 Twhe, equivalente al 1.2% dell energia richiesta sulla rete nazionale. Nel periodo il tasso di crescita medio è stato del 12,5%, con un vistoso rallentamento negli ultimi due anni (4.2%), dati nettamente inferiori a quelli necessari per allinearsi sia ai target previsti a livello comunitario al 2010, sia per raggiungere lo share attuale della produzione elettrica da biomassa dell UE. Inoltre, è da osservare che circa il 32% della produzione è dovuta da gas di discarica, destinato ad esaurirsi nel tempo. L utilizzazione delle biomasse presenta una grande varietà di casi in funzione della tipologia del materiale disponibile e, nel tempo, sono state sviluppate molte tecnologie di conversione energetica, delle quali alcune largamente impiegate su scala industriale, mentre altre, più recenti e complesse, richiedono ulteriore sperimentazione, soprattutto per contenerne i costi di conversione energetica e aumentarne i rendimenti. Ad eccezione della combustione diretta delle biomasse ligno-cellulosiche (la tecnologia più matura, consolidata e affidabile), tutte la altre forme di sfruttamento energetico delle biomasse prevedono pretrattamenti, finalizzati ad aumentarne la resa termica specifica del biocombustibile o a recuperare materie prime da riutilizzare in ambiti diversi dalla produzione di energia (biogas, biocarburanti, prodotti per l industria chimica). I processi attualmente impiegati sono riconducibili a due categorie: processi termochimici e processi biochimici, nell ambito dei quali si individuano le differenti tecnologie. Tutte le tecnologie sono attualmente oggetto di studio in numerosi istituti e centri di ricerca italiani, che spesso agiscono sinergicamente in progetti comuni, dovendo disporre di competenze distribuite in campi scientifici di estrazione molto differente (biologica, agraria, ingegneristica, termo-energetica, chimica, ecc), necessarie data la natura multidisciplinare delle tecnologie afferenti all uso energetico delle biomasse. In sintesi, si possono identificare i seguenti sistemi di approvvigionamento di biomassa per usi energetici diversi tra loro: recupero di biomasse dalla gestione di boschi pubblici o privati recupero di residui dell industria del legno recupero di residui di coltivazioni, scarti e rifiuti vegetali coltivazione di biomasse specifiche per l uso energetico (specie terrestri e acquatiche) trasformazione chimico-fisica di biomasse grezze in biocombustibili specifici produzione di biocombustibili da processi biotecnologici (fermentazione anaerobica di fanghi di depuratori acque e letame da allevamento) importazione di biomassa legnosa o bio-oli suscettibili di trasformazione in biocombustibili. Per quanto riguarda le colture energetiche, si sottolinea che le microalghe, fra le specie viventi, hanno la più elevata capacità di fissare e convertire l anidride carbonica con la fotosintesi, pertanto, la più elevata efficienza di sintesi di biomassa. Per questo sono divenute oggetto di diversi studi, inizialmente in

17 Rapporto ASV Ambiente e Sviluppo Sostenibile Pag. 16/227 Giappone e negli USA e ultimamente i diversi paesi europei, compreso il nostro, per la produzione di energia rinnovabile. In Italia, l ENEA ed il CNR hanno condotto numerose attività di ricerca relative alle differenti tematiche bioenergetiche delle biomasse. In quest ultimo ventennio, e tuttora, sono numerosi gli Istituti ed i Centri di Ricerca dislocati su tutto il territorio Nazionale, impegnati ad approfondire con specifiche attività sperimentali e di ricerca i diversi aspetti (agronomico, biotecnologico, energetico ecc.), connessi all impiego energetico delle biomasse. L Istituto per la Valorizzazione del Legno e delle Specie Arboree (IVALSA) del CNR [55], nato nel settembre del 2002 dalla fusione di tre precedenti Istituti CNR (l Istituto per la Propagazione delle Specie Legnose IPSL, l Istituto per la Ricerca sul Legno IRL, l Istituto per la Tecnologia del Legno ITL), raccoglie oggi le competenze acquisite con le numerose ricerche svolte fin dagli anni 90 sulla produzione di biomasse forestali su Alpi e Appennini e sulla meccanizzazione forestale e raccolta della biomassa. L Istituto per lo studio degli ecosistemi ISE del CNR [56] ha maturato presso la sezione di Firenze competenze riconosciute in campo internazionale per quanto riguarda la coltura massiva di microalghe e cianobatteri, anche in collaborazione con l Università di Firenze. Il gruppo di specialisti risulta attivo anche sul tema della selezione di ceppi di microalghe e batteri fotosintetici capaci di produrre elevate rese d idrogeno. A Milano è stato istituito un Master del CNR in Gestione delle Biomasse e dei Processi per la Produzione di Energia [57]. Il Master, su iniziativa dell Istituto di Biologia e Biotecnologia Agraria (IBBA) del CNR. Il master è svolto in collaborazione con l Università degli Studi di Milano, l AMSAF (Associazione Milanese Laureati in Scienze Agrarie e in Scienze Forestali), l ordine dei Dottori Agronomi e dei Dottori Forestali di Milano ed aziende della filiera. Un altro esempio è dato dall Istituto di chimica biomolecolare (Icb) del Cnr di Pozzuoli (Napoli) [58] che, in collaborazione con l Istituto di chimica dei composti organometallici (Iccom) del CNR di Sesto Fiorentino (Firenze), ha in corso ricerche sulla produzione biologica di idrogeno da rifiuti e sul suo utilizzo energetico in celle a combustibile. Si cita, infine, il CNR Dipartimento Energia e Trasporti di Napoli, attivo sulle tematiche dei biocarburanti, ma anche sulle altre tematiche energetiche della combustione di biomasse [59]. Le attività relative alle biomasse di ENEA sono attualmente centrate su due temi: il primo riguarda l introduzione di tecnologie innovative di gassificazione più efficienti per la produzione di energia elettrica e termica; il secondo, la messa a punto di processi finalizzati alla produzione di biocarburanti di seconda generazione (etanolo e sundiesel), provenienti dalla conversione di biomasse ligno-cellulosiche di varia natura, incluse quelle ottenute da specifiche colture energetiche terrestri (ENEA Trisaia) [58] e algali (ENEA Casaccia) [61]. Presso ENEA Bologna, si segnala che sono, inoltre, in corso prove di sviluppo di celle a combustibile microbiche utilizzando reflui urbani [62]. In ambito Universitario, sono numerosi gli Istituti con specialisti autorevoli che operano in collaborazione con diversi Istituzioni internazionali. Tra i numerosi Istituti Universitari e Centri di ricerca Italiani attivi su temi inerenti l uso energetico delle biomasse, si citano le competenze dell Università di Ancona per gli impianti di combustione ); il CRB (Centro di Ricerca sulle Biomasse) Istituito dal Ministero dell Ambiente, al quale la legge attribuisce un ruolo fondamentale nella certificazione della filiera energetica delle biomasse, e la fondazione onlus CRPA (Centro Ricerche Produzioni Animali di Reggio Emilia), attiva dal 1972 nelle ricerche sulla produzione di biogas da deiezioni animali, presso la quale è operativo dall'aprile scorso un servizio di supporto tecnico-informativo sulle energie rinnovabili da biomasse, realizzato nell ambito del progetto comunitario Life Seq-Cure [63]. Recentemente, è stato fondato un consorzio interuniversitario a Pisa interamente dedicato alle biomasse da energia: il CRIBE (Centro Interuniversitario di Ricerca sulle Biomasse da Energia) [64], frutto dell intesa tra più Unità di ricerca dell ateneo Pisano e della Scuola Superiore Sant Anna, già da anni impegnate, ognuna per il proprio settore d interesse, nelle sperimentazioni sull utilizzo energetico delle fonti rinnovabili.

18 Rapporto ASV Ambiente e Sviluppo Sostenibile Pag. 17/227 Varie sono le associazioni ed i programmi nati per valorizzare direttamente o indirettamente l impiego energetico delle biomasse legnose forestali a livello Nazionale. Si citano tra le più attive e qualificate: ITABIA (Italian Biomass Association) [66], FIPER (Federazione Italiana dei Produttori di Energia da fonti rinnovabili) [67], ISES Italia [68]. Quest ultima, è la principale associazione tecnico-scientifica no profit legalmente riconosciuta per la promozione delle Fonti Energetiche Rinnovabili (biomasse, solare termico, solare fotovoltaico, energia eolica, ecc.) Ricordiamo inoltre il Centro di Ecologia Teorica ed Applicata CETA di Gorizia (ONLUS) [69] presso il quale vengono condotti studi di fattibilità tecnico-economici finalizzati alla realizzazione di nuovi impianti energetici: combustione e gassificazione delle biomasse ligno-cellulose, produzione di biodiesel da oli vegetali, biometanazione dei liquami organici. Su incarico di enti sovranazionali, inoltre, il Centro ha svolto ricerche e sperimentazioni applicate, oltre che sul territorio Nazionale, anche all estero (nella foresta temperata e tropicale). Tra le associazioni private, un importante know how è detenuto anche dalla cooperativa CRPV di Cesena, che promuove ricerca, sperimentazione e divulgazione nel comparto delle produzioni vegetali energetiche. Recentemente, ha preso avvio anche in ambito Nazionale la piattaforma tecnologica SUSCHEM (SUStainable CHEMistry, 3.3.3) a cui hanno aderito numerosi operatori privati e potenziali investitori interessati a sostenere lo sviluppo del mercato e della ricerca. Si contano 65 aderenti tra Università e Consorzi interuniversitari, 64 compagnie industriali e Centri di ricerca privati, oltre ad altre Associazioni Centri di ricerca di vario tipo. In stretto collegamento con SUSCHEM, la Piattaforma BIOFUELS Italia [71] è impegnata su biocarburanti (per trasporti) e biocombustibili, soprattutto bioetanolo e biodiesel Sistemi integrati, inclusi i sistemi di accumulo Come è noto le tecnologie che sfruttano le fonti di energia rinnovabile, in particolare quelle più diffuse e consolidate come le turbine eoliche e i moduli fotovoltaici, sono caratterizzate da un forte aleatorietà ed intermittenza in termini di producibilità oraria, giornaliera e stagionale. Ciò rende particolarmente problematica la loro integrazione nelle reti elettriche di trasmissione e di distribuzione, essendo la potenza richiesta dalle utenze soggetta a considerevoli variazioni orarie, giornaliere e stagionali. Per favorire una maggiore penetrazione e un utilizzazione ottimale delle fonti rinnovabili nel sistema energetico, è pertanto opportuno studiare e valutare diverse possibilità di accoppiamento/integrazione di fonti rinnovabili di natura eterogenea, eventualmente con sistemi di accumulo di energia, tenendo conto in particolare dei livelli sempre più stringenti sulla qualità della fornitura di potenza elettrica. Ciò naturalmente deve tenere conto della specificità del territorio, delle reali potenzialità delle fonti disponibili, del quadro normativo e delle politiche di incentivazione al riguardo. Il Libro Bianco dell'unione Europea sulle energie rinnovabili prevede, ad esempio, al 2010 la realizzazione in Europa di 100 comunità (regioni, isole e aree rurali), alimentate al 100% con sistemi che utilizzano le varie forme di energia solare. Attraverso un efficace integrazione con i sistemi di accumulo, le diverse fonti rinnovabili localmente disponibili (solare, eolico, biomasse, idroelettrico) possono essere sfruttate congiuntamente garantendo in modo continuativo il soddisfacimento della domanda.. Laddove poi l integrazione con la rete diventa problematica o non conveniente, l accoppiamento con sistemi di accumulo consente la realizzazione di impianti off-grid o ad isola in grado di soddisfare il fabbisogno energetico di intere comunità, alleggerendo al contempo il carico elettrico veicolato dalla rete. A questo riguardo, nel mondo ed in Europa le esperienze applicative sono innumerevoli ed in rapido aumento. Nel corso del primo semestre è iniziata, dopo una fase di raccolta ed analisi delle informazioni

19 Rapporto ASV Ambiente e Sviluppo Sostenibile Pag. 18/227 disponibili presso associazioni di settore, media (web, stampa specializzata), istituti di ricerca ed operatori industriali, la disamina critica delle relative potenzialità ed adattabilità al contesto nazionale. Nel seguito si segnalano alcuni progetti PRIN (Progetti di Ricerca di Rilevante Interesse Nazionale), in corso o conclusi recentemente, presso alcune università italiane, relativi allo studio della problematica dell integrazione di fonti rinnovabili con la rete elettrica e ai sistemi di accumulo mediante idrogeno. PRIN Integrazione di fonti rinnovabili e sistemi di accumulo per generazione distribuita di energia elettrica - Università degli Studi di Napoli "Federico II", Università degli Studi di Padova, Università degli Studi di Cassino e Politecnico di Milano [118] PRIN Gestione di sistemi di generazione distribuita da fonte solare - Università degli Studi di Napoli "Federico II", Università degli Studi di Catania e Università della Calabria [119] PRIN Sviluppo sostenibile della generazione da fonti rinnovabili nei sistemi elettrici liberalizzati: aspetti tecnici, economici e gestionali. - Università di Pisa, Università degli Studi di Cagliari, Universita'degli Studi di Catania, Università degli Studi di Genova, Politecnico di Bari, Politecnico di Torino, Seconda Università degli Studi di Napoli (Caserta), Università degli Studi di Bologna, Università degli Studi di Padova e Università degli Studi di Cassino [120] PRIN Sintesi e caratterizzazione di materiali per l'immagazzinamento di idrogeno allo stato solido Università degli Studi di Roma "La Sapienza, Università degli Studi di Padova e Università degli Studi di Perugia [121] 3.2 Ricerca industriale in ambito nazionale Moto ondoso, correnti marine, maree La ricerca industriale italiana nel settore è in una fase ancora pionieristica e non quindi in grado di supportare la produzione industriale di questi tipi di macchine, sebbene le iniziative al riguardo stiano registrando una crescita rapida e costante. Il progetto più prossimo a uno sfruttamento industriale sembra essere il dispositivo proposto dalla sopra citata Ponte Archimede International, benché siano ancora necessari test migliorativi riguardanti i componenti per la trasmissione meccanica e la connessione con il generatore elettrico Geotermia a media e bassa entalpia Si elencano, relativamente al contesto nazionale, alcuni tra i più importanti progetti di ricerca industriale in corso e alcune tra le realtà industriali più innovative nel settore. La società AGEA S.p.A. (Ferrara) ha avviato a partire dagli anni 1980 un progetto di sistema energetico integrato in cui la componente geotermica occupa una posizione rilevante [14]. La sorgente geotermica è situata a circa 1000 m di profondità, in corrispondenza di deposito carbonatico mesozoico mineralizzato ad acqua salata capace di fornire acqua con temperatura a bocca pozzo di circa 100 C (portata di circa 400m 3 /h). La potenza termica nominale dell impianto è di 14MW t. La società AIM (Vicenza) amministra dall inizio degli anni 1990 un impianto di teleriscaldamento che sfrutta parzialmente fonti geotermiche [15]. La sorgente geotermica dell impianto di teleriscaldamento in questo caso è un pozzo Agip con una profondità di 2150 m La società AEM (ora A2A) [16], già nel 2005 ha varato in collaborazione con il Comune di Milano un piano per la produzione di energia attraverso impianti di teleriscaldamento basato sull impiego di pompe di calore di grosse dimensioni che sfruttano l energia termica residente nell acqua di falda. Il progetto prevede la realizzazione di impianti lungo nella cerchia insediativa esterna della città di Milano in corrispondenza di aree già di proprietà della società. A titolo d esempio, l impianto di Canavese ha le seguenti caratteristiche:

20 Rapporto ASV Ambiente e Sviluppo Sostenibile Pag. 19/227 o 13.5 MW t da cogenerazione mediante n. 3 motori a gas da circa 4.5 MW t e 5 MWe ciascuno o 30 MW t da pompe di calore, mediante n. 2 pompe di calore da 15 MW t ciascuna o 30 MW t da caldaie a gas ad alto rendimento o serbatoi d accumulo ad acqua calda della capacità di 80 MWhth e di potenza pari a 20 MWth o Una riserva costituita da n. 1 caldaia a gas da 15 MW t La Società Navigli Lombardi S.c.a.r.l. [17] ha commissionato uno studio di fattibilità per la teleclimatizzazione con utilizzo di pompe di calore acqua-acqua del territorio di propria competenza. Realtà industriali italiane operanti nel settore: Turboden - Brescia [18] - Produce impianti ORC (Organic Rankine Cycle) per centrali geotermiche a ciclo binario adatti, soprattutto, nel caso di sistemi geotermici ad acqua dominante. Robur Zingonia (BG) [19] Produce sistemi di riscaldamento ad alta efficienza (es. pompe di calore ad assorbimento). Hiref S.p.A. Padova [20] - Sviluppa sistemi di refrigerazione avanzata. Recentemente ha realizzato un apparecchiatura per il TRT (Thermal Response Test). Ha stabili collaborazioni con l Università di Padova. Onda Lonigo (VI) [21] - Produce scambiatori termici per diverse finalità, compreso l utilizzo nella produzione di acqua calda in impianti a pompa di calore. EGEO [22] - Società che progetta e realizza sistemi di riscaldamento e condizionamento basati sulla risorsa geotermica a bassa entalpia. Geocalor [23] - Progetta impianti per la climatizzazione invernale ed estiva con la tecnologia della geotermia a bassa entalpia, utilizzando esclusivamente sonde geotermiche verticali. Gli impianti con pompa di calore possono essere integrati con solare termico e fotovoltaico. Acquaservice [24] - Progettazione e realizzazione di sistemi di scambio geotermico, thermal response test Biomasse terrestri e marine, biogas Vari sono i programmi che direttamente o indirettamente mirano alla valorizzazione delle biomasse legnose forestali a livello nazionale. I principali progetti finanziati dalle Istituzioni Italiane risalgono alla fine degli anni 90. Nel 1998, in particolare, è stato istituito un Programma Nazionale Energia Rinnovabile da Biomasse (PNERB) e nel 1999 un conseguente Programma Nazionale per la Valorizzazione delle Biomasse Agricole e Forestali (PNVBAF), finalizzato al raggiungimento degli obiettivi programmati con le scadenze previste dal protocollo di Kyoto. Tra i progetti operativi già dal 2000, si cita il Programma Nazionale Biocombustibili PROBIO, [72] predisposto dal Ministero delle Politiche Agricole e Forestali quale primo strumento di attuazione operativa della delibera italiana CIPE n.137 del , in collegamento con il Programma Nazionale Energia Rinnovabile da Biomasse (PNERB) del 24 giugno 1998, e al conseguente Programma Nazionale per la Valorizzazione delle Biomasse Agricole e Forestali (PNVBAF) del 18 giugno Il Programma è stato orientato alla realizzazione di attività dimostrative/divulgative con una forte connotazione territoriale, in grado di stimolare sia le Amministrazioni locali che gli imprenditori agricoli ed industriali e favorire un ulteriore sviluppo dei biocombustibili. Nel programma PROBIO, tuttora operativo, le Amministrazioni Regionali con il primo triennio ( hanno avviato numerosi progetti, quali: Piano d azione per il decollo delle filiere bioenergetiche - Basilicata, La filiera del biodiesel - Emilia Romagna;

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