Dal bosco: legno, energia e ambiente

Transcript

1 Dal bosco: legno, energia e ambiente

2

3 Dal bosco: legno, energia e ambiente Realizzato con il contributo congiunto di Comunità Europea, Stato Italiano e Regione Lombardia nell ambito del Piano di Sviluppo Rurale

4 Presidente Virginio Brivio Assessore Attività Produttive Italo Bruseghini Dirigente Settore Attività Economiche Bruno Rigoldi La pubblicazione è stata curata da: Antonella Denti Francesco Radrizzani Francesco Mazzeo del Servizio Agricoltura e Foreste della Provincia di Lecco Si ringraziano, per la collaborazione e i contributi forniti: Dario Gerosa (Servizio Agricoltura e Foreste della Provincia di Lecco) Giorgio Schenone (Biotermica srl) Eliseo Antonini (Aiel - Associazione Italiana Energia dal Legno) Ipla (Istituto per le Piante da legno e l ambiente) Le immagini fotografiche sono in parte tratte dall archivio della Provincia di Lecco e in parte fornite da Biotermica srl.

5 Dal bosco: legno, energia e ambiente Indice Presentazione 4 Parte I Risorse forestali e opportunità di sviluppo economico 5 Introduzione 6 Le biomasse vegetali 9 Le biomasse forestali in provincia di Lecco 13 La filiera forestale legno-energia 16 Il Consorzio Forestale Lecchese 22 Il servizio energia 24 Parte II Gli impianti termici a biomassa 27 Introduzione 28 Gli impianti termotecnici 29 Aspetti economici 40 Come scegliere ed utilizzare correttamente un impianto di riscaldamento a biomasse 42 I vantaggi ambientali 46 3

6 4Presentazione Le politiche per l energia stanno assumendo un ruolo sempre più rilevante in tutti i Paesi del mondo. L energia è ovunque un fattore centrale per lo sviluppo economico, per la sicurezza internazionale e per gli effetti indotti sull ambiente, che si ripercuotono a livello globale. A livello locale si può dare un importante contributo attraverso l adozione di strategie appropriate di valorizzazione delle fonti rinnovabili. Il territorio lecchese dispone di un importante fonte di energia rinnovabile, costituita dai boschi che coprono circa metà dell intera superficie provinciale. In passato i boschi hanno dato un fondamentale contributo allo sviluppo economico, alimentando officine e opifici che hanno contribuito in modo determinante a costruire la ricchezza della popolazione locale. Dopo decenni di abbandono, conseguenti all uso di fonti energetiche più competitive, la tecnologia consente oggi di guardare ai boschi con rinnovato interesse. Rivolgere l attenzione ai nostri boschi ci permette non solo di utilizzare razionalmente una risorsa energetica rinnovabile che non danneggia l ambiente, ma attraverso la loro utilizzazione possiamo anche migliorare i prodotti forestali, intervenire sul territorio montano per preservarlo dai dissesti idrogeologici, garantire maggiori condizioni di sicurezza alla popolazione, rendere l ambiente accogliente e vitale e favorire, quindi, l economia agro-forestale del territorio e quella indotta. La valorizzazione delle risorse forestali costituisce, pertanto, un obiettivo strategico della Provincia di Lecco, la quale ha già costituito, insieme alle Comunità Montane, il Consorzio Forestale Lecchese. Numerosi Comuni lecchesi hanno aderito al Consorzio, con il quale ci proponiamo di sviluppare un efficace politica forestale territoriale, mettendo in rete i vari operatori del bosco, per dare nuove prospettive di sviluppo a questo settore. Con questo opuscolo, quindi, intendiamo portare ad evidenza la risorsa forestale locale e di informare gli operatori agroforestali e i potenziali utenti che l impiego delle risorse boschive, per ottenere energia in modo moderno e razionale, è un obiettivo perseguibile e opportuno. Dicembre 2006 Italo Bruseghini Vice Presidente e Assessore alle Attività Produttive della Provincia di Lecco

7 Risorse forestali e opportunità di sviluppo economico

8 6Introduzione Gli investimenti per la produzione di energia, soprattutto da parte dei paesi più industrializzati, sono sempre molto consistenti. Le strategie adottate e l attività di ricerca, oltre che mirate a garantire adeguati approvvigionamenti di risorse energetiche, puntano anche a ridurre il loro impatto ambientale. È noto che le fonti energetiche derivanti dai combustibili fossili, come il carbone ed il petrolio, sono responsabili dell incremento di diverse sostanze inquinanti nell atmosfera, tra cui l anidride carbonica che è la principale responsabile dell effetto serra. Negli ultimi anni, inoltre, le tensioni internazionali e la crescente domanda di energia, soprattutto da parte di paesi emergenti come Cina e India, hanno provocato un repentino incremento dei prezzi e lo sviluppo di una crescente preoccupazione in merito alla possibilità di garantirsi un approvvigionamento energetico costante nel lungo periodo. Per fare fronte a tale esigenza la ricerca è rivolta soprattutto verso fonti di energia rinnovabili e a basso impatto ambientale, che possono dare maggiore autonomia energetica, fondamentale anche per le generazioni future, e contenere le emissioni di sostanze inquinanti e gas serra nell atmosfera, come richiesto dal protocollo di Kyoto. Il protocollo di Kyoto ha infatti l obiettivo di stabilizzare le concentrazioni dei gas serra in atmosfera a un livello abbastanza basso per prevenire interferenze derivanti dall azione umana dannose per il sistema climatico. Esso prevede l'obbligo che nel periodo i paesi industrializzati operino una riduzione delle emissioni di elementi inquinanti (biossido di carbonio e altri cinque gas serra) almeno del 5,2% rispetto alle emissioni registrate nel L energia oggi utilizzata è disponibile sotto diverse forme (termica, elettrica, meccanica, chimica), convertibili fra loro: ad esempio, una cascata (energia meccanica) alimenta una turbina che produce energia elettrica la quale alimentando un motore riproduce energia meccanica.

9 emissioni secondarie da fonti fossili Carbonio atmosferico costante fissazione del carbonio ossidazione del carbonio fonti rinnovabili di carbonio emissioni secondarie da fonti fossili Carbonio atmosferico aumenta fonti fossili non rinnovabili di carbonio Introduzione Raccolta Processo Sottoprodotti Sottoprodotti Raccolta Processo Combustibili per veicoli Trasporto Stoccaggio Combustibili per veicoli Trasporto Stoccaggio Conversione in calore ed energia Distribuzione di calore ed energia Conversione in calore ed energia Distribuzione di calore ed energia Calore Elettricità Energia Meccanica Calore Elettricità Energia Meccanica Essa proviene sia da fonti rinnovabili (solare, eolica, idrica, da biomasse), sia da fonti non rinnovabili (carbone, gasolio, metano, nucleare). Lo sfruttamento delle energie rinnovabili è oggi assicurato da moderni impianti che permettono elevate produzioni. L energia eolica è sfruttata mediante l impiego di generatori eolici, ossia moderni mulini a vento che trasformano la forza meccanica del vento in energia elettrica. L energia solare è utilizzata sia con impianti fotovoltaici che trasformano l energia solare in energia elettrica (sfruttando le proprietà di materiali semiconduttori come il silicio), sia con impianti solari termici che trasformano la radiazione solare in energia termica (riscaldando un liquido). Fiumi e laghi costituiscono una fonte energetica ampiamente utilizzata per la produzione di energia idroelettrica e l energia geotermica, presente nel sottosuolo in alcune aree della Terra, è impiegata per produrre calore e elettricità. Anche l utilizzo del legno nella produzione di calore, nonostante sia necessaria una fase di combustione per liberare l energia contenuta, non contribuisce all aumento dell anidride carbonica presente in atmosferica. Il legno è un prodotto derivante dall accumulo dell energia solare attraverso un processo biochimico denominato fotosintesi. Per completare questo ciclo ed accrescersi la pianta ha bisogno di fissare il carbonio, che è presente nell atmosfera principalmente sotto forma di anidride carbo- 7

10 Introduzione nica (CO 2 ), un gas innocuo per l uomo, ma maggiore responsabile dell effetto serra, causa principale del riscaldamento atmosferico e dei collegati cambiamenti climatici. Il carbonio in natura ha un ciclo chiuso, cioè un processo senza variazioni quantitative. Durante la produzione di sostanza organica (foglie, erba, legno, frutti) la pianta libera nell aria ossigeno e fissa nei proprio tessuti carbonio; quando il legno brucia, libera il carbonio accumulato precedentemente. Per questo l utilizzo di legno, per produrre energia sotto forma di calore, non contribuisce all aumento di anidride carbonica (CO 2 ) nell atmosfera, in quanto viene liberata la stessa quantità di carbonio fissato durante la crescita. Al contrario, il consumo dei combustibili fossili determina un immissione netta di CO 2 in atmosfera, in quanto durante la combustione si libera del carbonio fissato milioni di anni or sono. Basta ricordare che, a parità di quantità di calore prodotto, la quantità di CO 2 immessa in atmosfera dal gasolio è di circa 20 volte maggiore di quella derivante dalla combustione del legno con moderni apparecchi termici. 8

11 Il termine biomassa indica i materiali di origine biologica non fossile, quali residui agricoli, colture energetiche specializzate, residui forestali, scarti dell'industria agro-alimentare e dell'industria del legno, reflui degli allevamenti zootecnici e parti organiche dei rifiuti urbani. Essi possono essere impiegati per la produzione di energia (legno, rifiuti organici, biogas da deiezioni animali, sansa di olive, lolla di riso, stocchi di mais e altri). La biomassa storicamente più utilizzata per la produzione di energia è la legna (definita genericamente biomassa forestale), ancora oggi ampiamente utilizzata a livello familiare in quanto diffusa e di agevole impiego. È reperibile come: prodotto tal quale, ottenuto direttamente dal taglio dei boschi e della vegetazione arborea; residuo di interventi agricoli e/o forestali (potature colturali, pulizia boschi, diradamenti, ecc.) e di processi di lavorazione del legname da opera; rifiuto di particolari processi di lavorazione (es. legname impregnato e/o incollato, multistrati ecc.) da smaltirsi con specifici e spesso costosi procedimenti, nel rispetto di normative specifiche. Le biomasse vegetali Le biomasse vegetali da destinare alla produzione di energia possono, dunque, derivare da diverse fonti: Boschi d alto fusto: forniscono principalmente legname da opera di elevata qualità tecnologica, garantita dalla rinnovazione naturale delle piante, sia latifoglie che aghifoglie, attraverso la produzione di semi. Tale forma di governo si applica principalmente nei boschi di conifere (larice, abete rosso,...). Alla produzione di energia vengono destinati gli scarti di lavorazione e i sottoprodotti degli interventi forestali. 9

12 Le biomasse vegetali Boschi cedui: forniscono elevati quantitativi di legna, di scarsa qualità tecnologica, che viene utilizzata prevalentemente come combustibile o per la realizzazione di manufatti di scarso pregio (paleria). Le piante si rinnovano mediante polloni, caratteristica esclusiva delle latifoglie, generando nuovi tronchi dalle ceppaie. Le nuove piante si sviluppano rapidamente garantendo intervalli di tempo tra due tagli successivi (turni di taglio) decisamente contenuti (10-20 anni). 10 Arboreti da legno: si tratta di impianti di alberi, coltivati in pieno campo o in siepi e/o filari, allo scopo di ottenere in tempi relativamente brevi legno per prodotti ad alto valore aggiunto. Un esempio tipico è costituito dai pioppeti, dai quali si ottiene legname destinato alla produzione di carta, di materiali da imballaggio o di fiammiferi. In tale caso solo i residui degli interventi forestali in campo e delle successive lavorazioni vengono destinati alla produzione di energia. Nel corso degli ultimi anni, a seguito dell impiego sempre più consistente delle biomasse per la produzione di energia, molti operatori del settore agro-forestale stanno valutando l opportunità di attuare impianti a rapidissimo accrescimento (short-medium rotation sistem) per la produzione specifica di legno da energia.

13 Vegetazione di margine: comprende la vegetazione arborea che si sviluppa soprattutto lungo i corsi d acqua (vegetazione ripariale) e lungo le fasce di rispetto delle strade. Tale copertura vegetale viene sottoposta periodicamente ad interventi forestali di manutenzione per motivi di sicurezza e, pertanto, può costituire un interessante fonte di biomassa a costi contenuti da destinare alla produzione di energia. Molte delle operazioni necessarie per il recupero del materiale sono già comprese e finanziate nell ambito degli interventi di manutenzione obbligatori. Le biomasse vegetali Colture legnose agricole: si tratta di coltivazioni di piante arboree come vite, olivo e piante da frutto in genere, sottoposte annualmente ad operazioni di potatura. I residui prodotti possono essere impiegati come biomassa per la produzione di energia. In provincia di Lecco, in particolare, le colture legnose agricole sono rappresentate da vigneti, uliveti e in minore misura frutteti, coltivati su una superficie complessiva di circa 170 ettari. 11

14 Le biomasse vegetali Verde urbano: comprende tutta la vegetazione arborea ed arbustiva che si concentra in un area urbanizzata: filari alberati, aiuole, parchi pubblici e privati. La manutenzione periodica di dette aree produce notevoli quantità di residui legnosi che possono essere facilmente impiegati per la produzione di energia, ferma restando l osservanza delle norme sui rifiuti. Scarti e residui delle lavorazioni: di particolare interesse sono quelli derivanti dalle prime lavorazioni del legno. Si tratta infatti di materiale non trattato chimicamente che, se non destinato ad altre lavorazioni, può essere direttamente impiegato come fonte di energia (legna a pezzi, segatura, pellets, cippato). In alcuni contesti territoriali l alta concentrazione di industrie di lavorazione del legno ha consentito la realizzazione di grossi impianti a biomasse, che utilizzano esclusivamente tali residui. Alcune segherie delle province di Sondrio e Lecco hanno invece provveduto ad installare autonomamente impianti per la produzione diretta di cippato e/o pellets. Il valore di mercato raggiunto da questi prodotti consente infatti un buon margine di guadagno. Rifiuti legnosi: sono i residui prodotti da processi secondari di trasformazione del legno o i residui legnosi misti ad altri rifiuti (per esempio rifiuti solidi urbani- RSU). Nel caso specifico di residui di legno contenuti in RSU, ottenuti a seguito della raccolta differenziata, lo smaltimento può avvenire all interno di grossi impianti di compostaggio, senza produzione di energia. Nel caso invece di rifiuti misti, di sottoprodotti di lavorazioni secondarie del legno e di materiale derivato dallo scarto di vecchi manufatti (mobili, solai, paleria trattata, traversine ferroviarie, ecc.) lo smaltimento e la conseguente produzione di energia è consentita solo all interno di particolari impianti che rispettano specifiche norme in materia. 12

15 Per valutare la convenienza di impiegare la biomassa forestale come fonte di energia integrativa, in una realtà locale come la provincia di Lecco, è necessario esaminare la disponibilità potenziale locale della risorsa, tenendo conto di aspetti di ordine tecnico, economico ed ambientale, al fine di elaborare progetti sostenibili. La Provincia di Lecco possiede una notevole estensione di boschi, che coprono oltre ettari di superficie, per la maggior parte di proprietà privata: Tipologie forestali ha massa (mc/ha) massa totale (mc) provvigione (mc) (stimata nel 35% della massa) Boschi di acero e frassino 1.481, Boschi ad ontano 1.133, Boschi di betulla 1.540, Boschi di Castagno 7.486, Boschi di nocciolo 43, Boschi di faggio , Pioppeti 6, Boschi a mugo 144, Boschi a carpino nero 6.167, Querceti 2.230, Rimboschim. di conifere 81, Rimboschim. di latifoglie 1, Boschi di robinia 2.474, Altre formazioni 1.119, Pinete 205, Boschi di abete bianco 790, Boschi di abete rosso 810, Boschi di larice 850, Totale // Elaborazione di dati ottenuti dagli studi in corso per la redazione dei Piani di Indirizzo Forestale degli Enti forestali. Le biomasse forestali in provincia di Lecco 13

16 Le biomasse forestali in provincia di Lecco Partendo dai dati riportati in tabella, relativi alle tipologie forestali diffuse sul territorio provinciale, e considerando valori medi di provvigione che tengono conto delle differenze esistenti tra le diverse aree forestali esaminate per la quota, il clima, la fertilità del terreno, l età media degli impianti boschivi, è possibile stimare il volume di legname complessivo disponibile in provincia di Lecco. Tale valore, pari a circa di metri cubi, per quanto approssimativo, permette di quantificare la massa legnosa ipoteticamente utilizzabile in oltre mc (applicando una percentuale di prelievo stimata nell ordine del 35%). Questo valore, a carattere indicativo, è stato stimato in base a diversi fattori, quali il tipo di governo dei boschi, l accessibilità delle aree boscate ed il tasso di incremento annuo. Si tratta di stime da valutare con la necessaria prudenza, che tuttavia forniscono delle indicazioni di massima circa la potenzialità della filiera bosco-legno in provincia di Lecco. A tale proposito è utile sottolineare che il legname prodotto dai nostri boschi, per le specifiche caratteristiche qualitative, è utilizzabile quasi esclusivamente come legna da ardere e solo in minima parte per la produzione di paleria. 14 La valutazione relativa all impiego delle biomasse forestali per la produzione di energia deve inoltre considerare che l utilizzo di una risorsa

17 locale offre l opportunità di attuare interventi finalizzati al miglioramento del bosco, alla manutenzione, alla prevenzione idrogeologica e alla fruibilità turistica del territorio. Le biomasse forestali in provincia di Lecco Distribuzione delle aree boscate in provincia di Lecco 15

18 La filiera forestale legno-energia 16 Il termine "filiera" indica un insieme organico e integrato di operatori attivi in un determinato comparto produttivo, ciascuno dei quali svolge un proprio ruolo nella produzione e nella commercializzazione di un dato prodotto o servizio. Nel caso della filiera legno-energia il bosco e le relative operazioni selvicolturali costituiscono i punti di avvio della filiera, che passa poi attraverso le imprese di trasformazione del legno, i produttori di impianti termici e gli operatori dei servizi di gestione degli impianti. In provincia di Lecco è stato compiuto di recente un primo e fondamentale passo verso l organizzazione di una filiera locale, con la costituzione del Consorzio Forestale Lecchese, al quale nel seguito è dedicato uno specifico paragrafo. Le operazioni forestali Il taglio è la prima operazione necessaria per la produzione di biomasse da destinare alla produzione di energia e può comportare: abbattimento di piante che possono essere destinate interamente alla produzione di energia (legna da ardere), oppure sottoposte a processi di lavorazione (legna da opera) i cui scarti, non diversamente riutilizzati dalle industrie del legno, possono essere impiegati per alimentare impianti energetici a biomassa sotto forma di segatura, pellets, cippato, legna a pezzi; diradamento e potature, interventi a cadenza pluriennale effettuati al fine di migliorare le attitudini produttive di piante di

19 pregio (arboreti da legno, frutteti, uliveti, ecc.) o per prevenire fenomeni di dissesto e garantire la sicurezza pubblica (alberature del verde urbano, vegetazione ripariale, alberature stradali). L esbosco costituisce l insieme delle operazioni attuate per trasferite il legname tagliato sino al luogo di raccolta e di carico per il definitivo allontanamento. Può essere effettuato per mezzo di macchine, teleferiche a motore o a gravità, elicotteri, ecc. In passato erano utilizzati muli o cavalli da tiro. La scelta del sistema di esbosco dipende da diversi fattori: tipologia di materiale da trasferire (piante intere abbattute, ramaglie di potatura e diradamento), quantità e qualità di legname da allontanare, distanza dell area di intervento da sentieri, piste forestali e/o viabilità ordinaria. La filiera forestale legno-energia L allestimento comprende tutte le operazioni eseguite sul legname tagliato per facilitarne il trasporto e le successive lavorazioni: sramatura: asportazione dei rami; depezzatura: taglio dei tronchi in pezzi di varia lunghezza in base al loro successivo utilizzo; scortecciatura: asportazione della corteccia dai tronchi per evitare l infestazione di insetti, per ridurre i tempi di essiccazione del legname o per agevolare le operazioni di esbosco; cippatura: riduzione di materiale legnoso in scaglie delle dimensioni di 2-5 cm. L allestimento costituisce una fase importante della filiera legno-energia. Mediante un attenta e razionale organizzazione delle diverse operazioni eseguibili sul piazzale di raccolta è possibile, infatti, ottimizzare tempi e costi degli interventi, destinando alla produzio- 17

20 La filiera forestale legno-energia ne di energia materiali altrimenti scartati. Effettuando la sramatura sul piazzale forestale di raccolta, anziché nell area di taglio, è conveniente reimpiegare anche il materiale legnoso di diametro inferiore ai 15 cm, di norma abbandonato in bosco, come consente la normativa vigente in materia. Soprattutto nel caso in cui si tratta di legname da opera l utilizzo di macchine durante l allestimento, come la cippatrice e la scortecciatrice, permette di incrementare notevolmente il valore aggiunto di prodotti come ramaglie e cortecce, ritenuti secondari o di scarto. Successivamente il materiale legnoso prodotto con le precedenti operazioni deve essere trasportato presso gli impianti di lavorazione. I prodotti Legname da opera: adeguatamente depezzato in fase di allestimento, viene trasferito presso segherie ed industrie del legno per la produzione di lavorati e semilavorati (segato, tondame, tranciato, sfogliato, lamellare, mobili, ecc.). Tali processi di lavorazione producono scarti di legno che possono essere successivamente destinati alla produzione di energia. 18 Legno da energia: il legno destinato ad alimentare impianti per la produzione di calore e/o energia elettrica è disponibile in tre diverse tipologie: Legna in pezzi: tronchetti di cm di lunghezza, impiegati per alimentare camini, stufe e caldaie a carica manuale. Risulta essere il prodotto più remunerativo per le aziende agricole e boschive che lo producono, anche di piccole dimensioni, poiché non comporta grossi investimenti di tempo e risorse finanziarie e garantisce un buon guadagno netto. Le operazioni di taglio, esbosco e depezzatura vengono effettuate con l impiego delle attrezzature normalmente in dotazione a ciascuna ditta boschiva, come motoseghe, palorci, blonden, trattore e rimorchio, spaccalegna professionale.

21 Il materiale, prima dell utilizzo, deve essere sottoposto ad essiccazione per ridurne il contenuto di umidità, la quale incide notevolmente sul potere calorico del legno. Maggiore è l umidità della legna e maggiore è il calore utilizzato per fare evaporare l acqua in essa contenuta, con perdita di calore disperso in canna fumaria insieme al vapore prodotto. Il materiale legnoso al momento del taglio ha generalmente un contenuto di umidità di circa il 60%; per ottimizzare la combustione è necessario ridurre tale valore tra il 30% ed il 25%. La legna in pezzi in genere raggiunge il grado di essiccazione ottimale in mesi, lasciando circolare l aria naturalmente all interno delle cataste, debitamente protette dalle precipitazioni ed eventualmente sollevate da terra. È possibile ridurre anche della metà i tempi per l essiccazione della legna, accatastandola appena tagliata in tronchetti di lunghezza non superiore ai 35 cm e riparandola dalla pioggia. Attualmente la legna a pezzi è venduta sul mercato al prezzo di circa 12 /q. La filiera forestale legno-energia Cippato di legno: scaglie di 2-5 cm ottenute dallo sminuzzamento della legna. È conveniente produrre cippato a partire da ramaglie, scarti di potatura e residui prodotti dalle industrie del legno, dei quali viene notevolmente incrementato il valore aggiunto. Non è consigliabile, invece, destinare a cippato legname che potrebbe essere venduto come legna a pezzi, poiché il prezzo di mercato del cippato è inferiore ed è gravato dell ammortamento del costo della cippatrice. La produzione del cippato può rappresentare una buona integrazione del reddito per le aziende che producono materiale legnoso di scarso valore, come scarto delle proprie attività principali: ditte boschive 19

22 La filiera forestale legno-energia dedite alla produzione di legna a pezzi, aziende florovivaistiche e di gestione del verde, industrie di lavorazione del legno. Dall esame di alcune esperienze già avviate è emerso che per l operatore forestale può costituire un interessante prospettiva di guadagno la fornitura dell intero servizio energia, cioè la fornitura non solo del combustibile (cippato da materiali di scarto), ma anche del servizio di gestione dell impianto, soprattutto se la caldaia è realizzata dall utente del servizio stesso, in quanto non costituisce un costo da ammortizzare per la ditta boschiva. Il cippato è un ottimo prodotto per l alimentazione di caldaie di impianti di medie-grandi dimensioni, a caricamento automatico. 20 Pellets: cilindretti di 1-2 cm di lunghezza e diametro di circa 6 mm, preparati con legno a basso contenuto d umidità. I pellets o cilindretti sono ottenuti mediate un processo di compressione e pressatura a partire da legno di varia natura derivante dalla lavorazione di segheria (segatura, sfridi di lavorazioni, cortecce ecc..), da lavori agro-forestali (rami, residui di potatura ecc..) e da prodotti in legno a fine ciclo (mobili, imballaggi, ecc.). La miscelazione di diversi tipi di legno per la produzione dei pellets deve essere attentamente studiata e mantenuta costante per non compromettere i macchinari e per ottimizzare i tempi di essiccazione del materiale.

23 La produzione dei pellets è prerogativa principalmente di industrie del legno (segherie, industrie per la produzione degli imballaggi di legno, ), che hanno a disposizione i sottoprodotti dei processi produttivi da utilizzare come materia prima e possono effettuare significativi investimenti, attualmente ammortizzabili con relativa facilità per l elevato valore raggiunto dal prodotto finale sul mercato. I pellets possono essere impiegati come combustibili in stufe (per il riscaldamento dell aria) ed in caldaie (per il riscaldamento dell acqua). Il legno in pellets si trova in commercio in sacchi di piccole dimensioni (10-20 Kg), particolarmente adatti per l uso familiare, in sacchi di grandi dimensioni (anche maggiori di 100 kg) studiati per medi impianti dotati di strutture di stoccaggio; per impianti di medie grandi dimensioni è commercializzato anche sfuso, consegnato tramite autobotti dotate d impianto di pompaggio che lo immette direttamente nel silo di stoccaggio. I vantaggi del legno in pellets sono: a. la possibilità di programmare l impianto; b. il minor ingombro e la facilità di trasporto, unica fra le biomasse legnose; c. la semplicità di stoccaggio con assenza di fermentazione e di sviluppo di processi di biodegradazione; d. la combustione ottimale con bruciatori o stufe apposite, che hanno valori di emissione di sostanze inquinanti e di CO 2 molto contenute. Attualmente il legno in pellets, con umidità di circa il 7-10%, è disponibile sul mercato ad un prezzo di 0,30-0,40 /Kg, la cui variazione è determinata dalla crescente domanda, concentrata nel periodo autunno-inverno, a seguito dell installazione di molte stufe a carattere familiare. Il prezzo finale più elevato del pellets, rispetto alla legna in pezzi ed al cippato, è indotto dal costo di produzione, influenzato soprattutto dall impiego energetico necessario per la compressione e trafilatura del cilindretto. La filiera forestale legno-energia 21

24 22Il Consorzio Forestale Lecchese L iniziativa di costituire un consorzio forestale, intrapresa congiuntamente dalla Provincia di Lecco e dalle Comunità Montane lecchesi, nasce dall esigenza di sviluppare l associazionismo tra proprietari e conduttori forestali, pubblici e privati, per rilanciare le molteplici attività e servizi che il settore agro-silvo-pastorale può svolgere nel territorio provinciale. Il Consorzio ha lo scopo di promuovere lo sviluppo dell attività agrosilvo-pastorale e la gestione delle risorse ambientali presenti nelle proprietà che gestisce. Quale ente strumentale esso fornisce supporto ai consorziati per le funzioni da questi esercitate; potrà operare per la gestione programmata e integrata delle attività di tutela, ricerca, sviluppo, valorizzazione e gestione delle risorse ambientali, agro-silvo-pastorali ed energetiche nell ambito del territorio e delle competenze affidategli, tra le quali si ricordano: 1. la conservazione, la difesa e la valorizzazione delle risorse forestali, agricole e zootecniche, ivi compresa la fauna selvatica; 2. lo sviluppo dell alpicoltura, attraverso il miglioramento e la valorizzazione dei pascoli, la lavorazione e la commercializzazione dei suoi prodotti; 3. la tutela dell ambiente naturale e in particolare il miglioramento dell assetto idrogeologico dei terreni, anche mediante l esecuzione di opere e di lavori di sistemazione idraulico forestale; 4. la sperimentazione, la divulgazione, l informazione, l assistenza tecnica, la consulenza aziendale e la formazione professionale nei settori agricolo e forestale, del turismo rurale, nonché in quelli ambientali e delle risorse energetiche; 5. la gestione di iniziative, strutture ed impianti per la produzione, la distribuzione e la vendita di energia da biomasse e in generale da fonti rinnovabili Tra le iniziative strategiche di medio periodo il Consorzio si prefigge di organizzare e sviluppare il settore forestale provinciale, costruendo nuove possibilità di sviluppo e di reddito per gli operatori del settore, anche attraverso l organizzazione e la gestione di una filiera locale "legno - energia". Questa filiera, attualmente non strutturata, consentirà di sviluppare l impiego delle biomasse forestali a scopo energetico, offrire un alternativa all abbandono del bosco o alle utilizzazioni di "rapina", creare nuove

25 prospettive al prodotto forestale di minor pregio (legname di scarsa qualità, cascami, potature,..). Indirettamente consentirà sia di valorizzare il legno locale destinandolo agli usi più opportuni, compresa la parte oggi considerata come scarto di lavorazione (cimali, residui di prima lavorazione, cascami di potature), sia di diffondere standard di buona gestione forestale, adottando un sistema di certificazione forestale. Il raggiungimento degli obiettivi prefissati dipenderà dalla capacità di valorizzare e ottimizzare tutti gli aspetti positivi e di potenziale sviluppo del settore. Già numerosi comuni nei quali sono presenti boschi di proprietà pubblica hanno deliberato l adesione al Consorzio, delegandolo alla gestione del proprio patrimonio forestale. Al Consorzio possono aderire, in qualità di soci conferenti, anche le proprietà forestali private, la cui ampia frammentazione richiede tuttavia un opera di sensibilizzazione di medio-lungo periodo. Conferire la gestione dei boschi al Consorzio non comporta infatti alcun problema sui diritti di proprietà, che rimangono pieni e tutelati in capo al legittimo proprietario. L aggregazione all interno del Consorzio della proprietà forestale privata, che rappresenta la maggior parte dei boschi della provincia di Lecco, costituisce pertanto un importante obiettivo di gestione coordinata e razionale di queste risorse. Anche le imprese che svolgono attività affini e attinenti agli scopi consortili, fra cui quelli inerenti la filiera bosco-legno-energia, possono diventare soci del Consorzio. Il Consorzio Forestale Lecchese 23

26 24Il servizio energia L elevato livello di automazione raggiunto dalle caldaie a biomasse e la possibilità di monitorare a distanza il loro corretto funzionamento permette di abbattere notevolmente i costi di gestione e di manutenzione degli impianti termici. Ciò rende economicamente interessante la vendita all utenza dell intero servizio energia (introdotto con il D.P.R. 412/93), cioè un contratto mediante il quale un unico soggetto fornisce all utenza l energia termica richiesta, assumendosi il compito di realizzare e/o gestire la centrale termica, di fornire il combustibile, di provvedere alla manutenzione e alla gestione complessiva dell intero impianto. Le aziende agricole, in particolare, possono sfruttare l opportunità offerta dalle normative vigenti che considerano la produzione e la cessione a terzi di energia termica e/o elettrica prodotte da biomasse rientrante fra le attività connesse a quella agricola. Questo modello di gestione si sta affermando in Austria e vi sono già realtà operanti anche in Lombardia e in altre regioni italiane. La principale difficoltà che ostacola l attivazione del servizio energia da parte delle piccole aziende agricole e boschive della provincia di Lecco è rappresentata dagli ingenti investimenti iniziali necessari per realizzare gli impianti termotecnici. Nel nord Italia ed in Lombardia questa difficoltà è stata superata sfruttando i finanziamenti pubblici specifici e la collaborazione tra imprese boschive, termotecniche e imprenditori di altri settori (es. edilizia e industria), che hanno contribuito a sostenere il costo dell impianto. Un esempio è l inserimento di impianti di riscaldamento a biomassa in nuovi complessi residenziali, dove il maggiore costo dell impianto è ridistribuito sulle singole unità abitative ed è ammortizzato dagli acquirenti con il risparmio energetico. Prima di progettare e costruire impianti per la produzione di calore con l utilizzo di biomasse occorre effettuare alcune verifiche preliminari e sviluppare opportune azioni informative. La disponibilità locale di combustibile legnoso e la sua provenienza (residui delle attività di taglio boschi, segatura proveniente dalla prima lavorazione del legno in segheria, altri prodotti disponibili localmente come residui di potatura, ) è uno dei primi aspetti da valutare. La fase di progettazione vera e propria deve essere preceduta dall individuazione di edifici idonei ad ospitare impianti a biomasse e da azioni di informazione e divulgazione verso la comunità locale, che in maniera diretta o indiretta sarà coinvolta dal progetto. La condivisione

27 Il servizio energia ampia del progetto, infatti, facilita la comprensione delle finalità e dei vantaggi che queste iniziative apportano. Indispensabile per la buona riuscita dell iniziativa è l utilizzo di impianti termotecnici di elevata qualità, in particolare le caldaie, fornite da ditte consolidate. Le caldaie d ultima generazione consentono di raggiungere livelli di efficienza termica superiore al 85%, con emissioni di anidride carbonica inferiori a 200 mg/mc e polveri inferiori a 150 mg/mc. È opportuno orientarsi, inoltre, su impianti dotati di sistemi automatizzati di carico, di pulizia degli scambiatori di calore e di scarico delle ceneri. 25

28

29 Gli impianti termici a biomassa

30 28Introduzione Con questa parte dell opuscolo si intendono dare utili informazioni di base a quanti potrebbero avere interesse a prendere in considerazione l installazione di un impianto termico alimentato a biomasse. Sono descritti sinteticamente alcune tipologie di impianto e i loro principali componenti, corredati di alcune indicazioni di costo che, comprensibilmente, assumono valore puramente indicativo. Scopo principale di questa parte è di fare conoscere, quindi, lo stato della tecnologia disponibile e le soluzioni impiantistiche che con essa si possono realizzare. Oggi, infatti, è possibile realizzare soluzioni termotecniche rispondenti ad esigenze specifiche e diversificate, facendo ricorso alle differenti tipologie di componenti base esistenti sul mercato ed al corretto dimensionamento degli impianti.

31 Prima di descrivere i componenti di un moderno impianto di produzione di calore è necessario definire le categorie dimensionali, in quanto la tecnologia costruttiva varia considerevolmente a seconda della potenza necessaria a riscaldare una singola abitazione, un edificio condominiale, un piccolo nucleo di edifici o un intero paese. Gli impianti possono essere distinti in: piccoli impianti, dimensionati su una singola abitazione o su un nucleo plurifamiliare, con potenza installata fino a 35 kw; medi impianti, con potenza nominale da 40 kw fino a 1 Mw, sufficienti per scaldare un nucleo rurale oppure un edificio ad uso pubblico (biblioteca comunale, scuola ecc.); grandi impianti collettivi con potenze di alcuni megawatt, collegati ad una rete di teleriscaldamento; I piccoli impianti sono principalmente a servizio di una singola abitazione o di un limitato numero di utenze, alimentati con legna in pezzi. Nel caso più semplice sia ha un camino aperto, caricato con tronchetti di legna, adatto a riscaldare piccole superfici; ha resa molto limitata e comporta un elevato consumo di legna. Negli ultimi anni l evoluzione tecnologica si è concentrata soprattutto sulle stufe a legna e sui caminetti chiusi. Le rese in calore ed i rischi legati alla produzione di sostanze tossiche, quali il monossido di carbonio, sono ampiamente migliorati, raggiungendo livelli di assoluta sicurezza. Questi impianti possono essere collegati a serbatoi d acqua con funzione d accumulatori di calore. Le stufe e le caldaie domestiche sono costruite utilizzando principalmente due tecnologie: 1. le caldaie a tiraggio naturale, con carica diretta della legna nella zona di combustione e la fiamma che si alimenta per convezione dal basso verso l alto. Queste stufe hanno un rendimento calorico massimo del 55-60%, con emissione in atmosfera di parte di gas incombusti e composti inquinanti; 2. le caldaie a fiamma inversa, con due camere: in quella superiore è caricata la legna e in quella inferiore avviene la combustione (vds. schema 3). A questa caldaia è abbinato un sistema d aria forzata che spinge i fumi nella camera di combustione sottostante dove, facilitata anche dalla presenza dell ossigeno contenuto nell aria immessa, Gli impianti termotecnici 29

32 Gli impianti termotecnici 30 avviene la completa combustione dei fumi e la liberazione dell energia ancora contenuta in essi. I principali vantaggi di questa tecnologia sono: l ottimo rendimento calorico con valori prossimi al 90%, l immissione in atmosfera di gas con scarso contenuto di composti inquinanti, la facile manutenzione e un buon controllo del calore prodotto. I medi e grandi impianti utilizzano principalmente cippato di legno, che permette l alimentazione automatica della caldaia. L impianto è costituito da un silos per lo stoccaggio del cippato, da una coclea di caricamento che trasporta il materiale al bruciatore e da un bruciatore a fiamma inversa ad alto rendimento. Il costo di realizzazione dell impianto ne consiglia l installazione in strutture di medie dimensioni quali, gruppi di case, scuole, strutture agricole. I principali vantaggi dell impianto sono: la completa automazione, la buona resa calorica, la riduzione dell immissione di anidride carbonica in atmosfera, la robustezza e la semplicità di gestione. Gli aspetti limitativi sono costituiti principalmente dal costo dell intero impianto, in ragione del quale si consiglia la verifica economica prima della realizzazione. In sintesi un impianto di medie e grandi dimensioni è costituito da: a. aree di stoccaggio, coperte o a cielo aperto, per il deposito del materiale cippato, di dimensioni adeguate al consumo previsto, che è nell ordine di centinaia di tonnellate/anno. Il dimensionamento del silos di stoccaggio dovrà tener conto della frequenza dell approvvigionamento (mediamente 2 3 settimane); b. sistema automatico d alimentazione, che trasporta il combustibile dal silos al bruciatore; c. sistema di carico a griglia mobile; d. bruciatore ad alto rendimento; e. sistemi informatizzati di controllo e gestione del processo di combustione, dell energia prodotta, dell eventuale malfunzionamento; f. sistemi ausiliari di riscaldamento, a combustibili fossili o biomasse, che assicurano la fornitura di calore in caso di avarie dell impianto principale. Gli impianti così realizzati consentono una serie di vantaggi rispetto agli impianti familiari, legati alla possibilità di ottenere la completa automazione, una migliore resa calorica, un elevata riduzione dell immissione di anidride carbonica in atmosfera e la riduzione dei costi gestionali.

33 Questi impianti, quando raggiungono produzioni superiori al megawatt, sono normalmente collegati ad una rete locale di teleriscaldamento, ossia una rete sotterranea di tubature coibentate che servono a consegnare il calore, sotto forma d acqua calda, ai vari edifici distanti tra loro da decine a miglia di metri. Il calore così fornito sarà utilizzato tramite appositi scambiatori, generalmente forniti dalla stessa ditta che gestisce l impianto a biomasse. Attualmente esistono già numerosi impianti con produzione di alcuni megawatt di energia termica, che riscaldano interi paesi o estese località montane. Tra i più rappresentativi si citano gli impianti di teleriscaldamento di Tirano e Sondalo (SO), quello di La Villa (BZ), quelli d Ormea e Zubiena (BI) e numerosi altri in provincia di Torino. Gli impianti termotecnici Lo schema-tipo di un moderno impianto I moderni impianti, che garantiscono un elevata resa calorica con consumi limitati di biomassa, sono costituiti da vari componenti integrati, che ne permettono la piena automazione. Schema 1: Schema-tipo impianto termotecnico 31

34 Gli impianti termotecnici Lo schema-tipo di un impianto termico a biomasse comprende le seguenti parti: 1. generatore di calore; 2. vaso di espansione aperto; 3. accumulatore termico; 4. impianto di riscaldamento; 5. bollitore sanitario. 6. deposito per il combustibile 1. Generatori di calore Esistono due diverse tipologie di generatori di calore a combustibili legnosi: le caldaie alimentate con legna in pezzi, a carica manuale, e le caldaie a combustibili triti come cippato e pellets. L efficienza di un generatore di calore è ottimizzata da: tecnologia avanzata di costruzione; corretto dimensionamento rispetto alle esigenze dell utenza; corretta installazione e regolazione dell impianto; corretto utilizzo dell impianto da parte dell utenza; disponibilità costante di combustibile legnoso di qualità, a basso contenuto in umidità. Le caldaie a legna sono indicate per il riscaldamento di superfici fino a circa 500 mq, con potenze nominali di circa kw. Sul mercato è disponibile un ampia gamma di caldaie a legna con potenze nominali da 10 fino a 200 kw. I dati illustrati nel grafico n. 1 mostrano come il costo unitario di un impianto a legna diminuisce al crescere della potenza della caldaia installata e come il miglior rapporto prezzo/potenza si ottiene con caldaie di kw. Con caldaie di potenza superiore è necessario ricordare che, poiché la carica del combustibile è manuale, può richiedere notevole impegno da parte dell utente. 32

35 Schema 2: Stufa a legna Gli impianti termotecnici Grafico 1: Costi impianto a legna Euro/kW Potenza caldaia (kw) I costi segnalati sono indicativi e si riferiscono all acquisto di caldaia a legna, accumulatore termico, bollitore sanitario e centralina di controllo (Iva esclusa) 33

36 Gli impianti termotecnici Lo sviluppo tecnologico degli ultimi anni ha consentito la costruzione di caldaie a legna decisamente più efficienti rispetto ai vecchi impianti. Le caldaie a legna di ultima generazione presentano il sistema di combustione a fiamma inversa, che permette di recuperare il calore contenuto nei gas prodotti durante la prima fase della combustione, prima che vengano liberati nell atmosfera. Tali caldaie si compongono di un vano magazzino in cui viene deposta la legna da ardere, con una griglia alla base che lo mette direttamente in comunicazione con la camera di combustione sottostante. La combustione viene innescata mediante l aria primaria introdotta nel vano magazzino, appena al di sopra della griglia. La legna alla base della pila inizia a bruciare producendo braci e gas, come monossido di carbonio e idrogeno. Schema 3: Caldaia a legna Combustione a fiamma inversa I gas prodotti durante la pirolisi vengono risucchiati verso il basso, attraverso la griglia, per effetto della depressione che si crea nella camera di combustione sottostante, dove completano il processo di combustione per effetto dell aggiunta di aria secondaria. Il calore sprigionato dalla combustione dei gas viene utilizzato per riscaldare l acqua attraverso uno scambiatore di calore, mentre i gas residui vengono definitivamente allontanati. Le diverse fasi della combustione del legno Aria primaria Legno Essiccazione ( C) Gassificazione e pirolisi (< 600 C) 1 a fase 2 a fase Carbone di legna Aria secondaria Ossidazione (> 800 C) 3 a fase Fumi 34 Calore 4 a fase

37 Nel sistema a fiamma inversa la combustione avviene procedendo dall alto verso il basso, in direzione antigravitazionale. Ciò consente di bruciare progressivamente solo il materiale legnoso a diretto contatto della griglia e permette di controllare al meglio la combustione, ottimizzando il rendimento e riducendo le emissioni di sostanze inquinanti, attraverso la regolazione dell aria con l impiego della sonda lambda. Le caldaie a cippato, con potenze nominali a partire dai 100 kw, sono particolarmente adatte per la realizzazione di impianti di medie e grandi dimensioni, anche a servizio di numerose utenze collegate al generatore di calore tramite la rete di teleriscaldamento. Il costo unitario di un impianto a cippato diminuisce al crescere della potenza della caldaia installata e il miglior rapporto prezzo/potenza si ottiene utilizzando caldaie con potenze superiori a 750 kw. Tale potenza è sufficiente per garantire il servizio energia ad un utenza di circa m 3 (equivalenti a circa 60 appartamenti). Gli impianti termotecnici 35

38 Gli impianti termotecnici 36 Schema 4: Caldaia a cippato Gli impianti a cippato si caratterizzano per la presenza della caldaia (1) collegata al silos, contenente il legno sminuzzato (4), mediante un sistema automatico (3-5) per la raccolta ed il trasporto del combustibile. Per evitare che la fiamma possa arrivare al silos, in caso di malfunzionamento dell impianto, si interrompe la continuità delle condotte per il trasporto del combustibile predisponendo all uopo adeguati sistemi di sicurezza (2). In base alla potenza della caldaia e all autonomia di combustibile che si vuole garantire all impianto, il silos contenete il cippato può avere diverse dimensioni: da piccoli serbatoi facilmente collocabili all interno del locale caldaia fino a grossi depositi interrati e/o capannoni. L evoluzione tecnologica consente la realizzazione di impianti a cippato altamente meccanizzati: carico automatico del combustibile dal sito di stoccaggio; accensione programmabile automatica; estrazione automatica della cenere; pulitura automatica delle condotte di allontanamento dei fumi (caldaie moderne); regolazione automatica mediante sonda lambda e conseguente modulazione del carico di combustibile e della fiamma.

39 Gli impianti di riscaldamento a cippato, grazie all elevato livello di automazione raggiunto ed alla semplicità del ciclo produttivo del cippato, consentono l attivazione del servizio energia (vds. Parte I) anche da parte di aziende agro-forestali. Tale servizio permette di abbattere notevolmente i costi di gestione e di manutenzione degli impianti termici, rendendo economicamente interessante la vendita di calore all utente. Il soggetto che si incarica di erogare il servizio energia si impegna a realizzare e/o a gestire la centrale termica, a fornire il combustibile e la manodopera specializzata per la manutenzione ed il controllo dell intero impianto. Gli impianti termotecnici Schema 5: Caldaia a cippato/pellets Le caldaie a pellets sono tecnologicamente avanzate ed offrono notevoli vantaggi sia rispetto alle caldaie a legna sia rispetto a quelle alimentate a cippato. Rispetto alle caldaie a legna, in particolare, offrono il vantaggio di essere totalmente automatizzate anche per quanto riguarda il carico del combustibile. Rispetto alle caldaie a cippato garantiscono un potere calorico superiore (pellets 4,8 kw/kg, cippato al 30% di umidità 3,4 kw/kg) ed una più alta densità energetica (pellets kw/m 3, quattro volte quella del cippato, pari a circa 800 kw/m 3 ). I pellets si comportano come un fluido e questa proprietà rende più semplice la movimentazione del combustibile, che può essere pompato all interno delle condutture ed ottimizza il funzionamento degli impian- 37

40 Gli impianti termotecnici to in fase di accensione e spegnimento, rendendo opzionale l installazione dell accumulatore termico. Un altro vantaggio delle caldaie a pellets consiste nella possibilità di poterle facilmente convertire a gasolio tramite la semplice sostituzione del bruciatore, senza ulteriori interventi sugli impianti. In Italia le caldaie a pellets vengono impiegate quasi esclusivamente per la realizzazione di impianti termotecnici di piccole e medie dimensioni, soprattutto in alternativa alle caldaie alimentate con legna a pezzi, proprio perché garantiscono un alto rendimento in calore, sono completamente automatizzate e risultano facilmente convertibili a gasolio. Per la realizzazione di impianti di dimensioni medio-grandi vengono preferite le caldaie a cippato, poiché il minore rendimento in calore è adeguatamente compensato dal costo decisamente inferiore e più costante del combustibile: 2. Il vaso di espansione aperto Il vaso di espansione aperto costituisce un efficace sistema di sicurezza per evitare che il calore prodotto in eccesso dalla caldaia danneggi l intero impianto. Si tratta sostanzialmente di un vaso che permette il rilascio di vapore acqueo nell atmosfera qualora, in mancanza di energia elettrica o a causa di un qualunque altro guasto, il calore prodotto dalla caldaia non possa essere utilizzato dalle utenze collegate e rischi di surriscaldare l intero impianto. Le caldaie alimentate con materiali legnosi, soprattutto legna e cippato, non sono in grado, infatti, di arrestare immediatamente la produzione di calore; la temperatura dell acqua, che può raggiungere rapidamente i 100 C, potrebbe compromettere in tal caso il corretto funzionamento di alcuni componenti dell impianto. In presenza di un accumulatore termico il vaso di espansione aperto costituisce un ulteriore sistema di sicurezza a servizio dell impianto termico L accumulatore termico L accumulatore termico consiste in un serbatoio chiuso e coibentato in grado di immagazzinare il calore (sottoforma di acqua calda) quando non viene richiesto dall utenza. Il serbatoio può avere una capacità da 500 a 5000 litri e deve essere dimensionato in base alla potenza del generatore di calore a cui è collegato. Esso non costituisce un componente indispensabile dell impianto ma il suo impiego, diffuso ormai da anni nei Paesi più all avanguardia nell installazione di impianti termici a biomasse, come Svizzera, Austria e Germania, ne ha dimostrato i notevoli benefici: