ENERGIA RINNOVABILE - Recupero energetico da potature di vite, olivo e frutteti: un importante opportunità per gli agricoltori

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1 Newsletter n.67 Settembre 2009 Approfondimento_4 ENERGIA RINNOVABILE - Recupero energetico da potature di vite, olivo e frutteti: un importante opportunità per gli agricoltori All interno dello scenario energetico nazionale, il recupero energetico rappresenta un tema di fondamentale importanza ed interesse soprattutto in considerazione di due fattori contrapposti: la necessità di rispettare gli obiettivi di emissione dei gas serra previsti dal Protocollo di Kyoto e il crescente fabbisogno energetico che, se da una parte necessita di una organica politica di risparmio, dall altra impone la ricerca e lo sfruttamento di fonti rinnovabili in alternativa ai combustibili fossili. Gli impegni che l Italia dovrà rispettare in relazione a quanto sottoscritto dalla Comunità nell ambito del protocollo di Kyoto pongono seri e urgenti problemi in tema di utilizzo di fonti rinnovabili quale mezzo per produrre energia. In questo scenario si colloca l impiego energetico delle biomasse, definite dall articolo 2 del D. Lgs. 387/03 come la parte biodegradabile dei prodotti, rifiuti e residui provenienti dall'agricoltura (comprendente sostanze vegetali e animali) e dalla silvicoltura e dalle industrie connesse, nonché la parte biodegradabile dei rifiuti industriali e urbani. Come si evince dalla stessa definizione di biomassa, l agricoltura è uno dei principali settori per la produzione di combustibili rinnovabili. Il comparto agricolo è però in grado di fornire diverse tipologie di biomasse, passando dalle colture energetiche erbacee a quelle legnose, dalle produzioni dedicate a quelle residuali. Tuttavia, dal punto di vista dell utilizzazione in impianti per la produzione di energia elettrica e/o termica, al momento le fonti agricole concretamente utilizzabili sono le biomasse legnose e fra queste principalmente il residuale. Il potenziale di biomasse residuali in agricoltura è rappresentato dalle potature di vite, olivo e frutteto. L attuale gestione delle aziende agricole non prevede il recupero energetico di tale potenziale, ma al contrario lo smaltimento è eseguito mediante bruciatura in campo, in netta contrapposizione con quanto espressamente dichiarato dal D.lgs 22/97 (Decreto Ronchi). OBIETTIVO: il recupero e la valorizzazione energetica delle biomasse residuali prodotte in aziende agricole presenti sul territorio pugliese (sud orientale). Si tratta, in sostanza, di realizzare una filiera di produzione del cippato (biocombustibile) a partire dagli scarti di potatura di vigneti, oliveti e frutteti. La filiera consiste essenzialmente nel trattamento della biomassa residuale (triturazione ed essiccazione) per ottenere un biocombustibile (il cippato) da impiegare per la produzione energetica, elettrica e termica (riscaldamento e/o raffrescamento). La filiera presenta alcuni aspetti che devono essere ottimizzati, ma la sua applicazione comporta una serie di vantaggi quali, il vantaggio economico delle aziende agricole stesse, il risparmio di energia da fonte primaria fossile, lo sviluppo di sistemi di conversione dell energia da biomassa e lo sviluppo dell indotto legato alla filiera. Il problema principale dell utilizzo della biomassa per la valorizzazione energetica rimane quello dell approvvigionamento. In Italia non sono presenti in maniera significativa sul territorio colture dedicate altamente produttive (Short Rotation Forestry - SRF). Una possibile soluzione al problema è incentrata sul settore agricolo: ogni anno le aziende agricole si trovano a affrontare il problema di smaltire, a proprio costo, tonnellate di scarti della coltivazione e della lavorazione dei propri prodotti. 1

2 POTENZIALE DI BIOMASSE RESIDUALI DAL COMPARTO AGRICOLO IN ITALIA È necessario analizzare la fattibilità tecnico-economica di impianti per il recupero energetico degli scarti di potatura di vite, olivo e frutteti, evidenziando quale possa essere il potenziale di questo tipo di biomassa sia sul territorio nazionale che regionale. Le biomasse residuali derivanti dal comparto agricolo producono una ingente quantità di scarti legnosi che attualmente non vengono valorizzati in maniera adeguata. Infatti ancora oggi gli agricoltori considerano la gestione dei residui di potatura come un problema di smaltimento, piuttosto che un operazione potenzialmente produttiva. Tale situazione è estendibile a tutto il territorio nazionale. Ciò che cambia è il tipo di coltura prevalente (vite, olivo, frutteti, ecc.). L agricoltura è uno dei principali settori per la produzione di combustibili rinnovabili. Il comparto agricolo è però in grado di fornire diverse tipologie di biomasse, passando dalle colture energetiche erbacee a quelle legnose, dalle produzioni dedicate a quelle residuali. Tuttavia, dal punto di vista dell utilizzazione in impianti per la produzione di energia elettrica e/o termica, al momento le fonti agricole concretamente utilizzabili sono le biomasse legnose e fra queste principalmente il residuale. La stima della quantità di residui derivanti dal comparto agricolo è piuttosto complessa. Infatti la base informativa, costituita dalle dichiarazioni effettuate ai sensi della legge 25 gennaio 1994 n. 70 attraverso il modello unico di dichiarazione ambientale (MUD), non è adeguata per la stima dei rifiuti speciali prodotti dal settore agricolo, in quanto, ai sensi della normativa vigente, sono previste numerose esenzioni dall obbligo di dichiarazione per gli operatori agricoli. Sono esonerati dall obbligo della dichiarazione MUD, a norma dell art. 11 del D. Lgs 22/97 e successive modifiche e integrazioni: gli imprenditori agricoli che producono esclusivamente rifiuti speciali non pericolosi; gli imprenditori agricoli, di cui all art del Codice civile, con volume d affari annuo non superiore ai L obbligo di dichiarazione sussiste, pertanto, esclusivamente per i rifiuti pericolosi prodotti da aziende agricole con volume d affari annuo superiore ai La base dei dati MUD pertanto non è in grado di fornire un quadro esaustivo a causa l assenza dell obbligo di dichiarazione per la maggior parte delle tipologie dei rifiuti agricoli, tra cui i residui legnosi, e per una quota non irrilevante degli imprenditori in quanto non interessata al problema. La stima del quantitativo di residui di potatura, sul territorio nazionale è possibile effettuarla attraverso uno studio di settore. La quantità di residui agricoli può essere determinata semplicemente moltiplicando la Superficie Agricola Utilizzata (SAU) per un coefficiente che descrive la produttività di residui in t/ha. Questo coefficiente varia in base al tipo di coltura ed alla zona geografica. E stato determinato dal CESTAA (Centro Studi sull Agricoltura, l Ambiente ed il Territorio) e confermato dal SESIRCA (Servizio e Sperimentazione, Innovazione e Ricerca sull Agricoltura). La produzione media di residui (t/ha) ed il rapporto residuo/prodotto sul territorio nazionale sono riportati in Tabella 1. Tabella 1 Quantità di residuo prodotto (t/ha) ed il rapporto residuo/prodotto in Italia Pianta Residuo Residuo prodotto (t/ha) Residuo/prodotto (wet basis) Vite Sarmenti 2,9 0,2-0,8 Olivo Potatura 1,7 0,5-2,6 Melo Potatura 2,4 0,1 Pero Potatura 2,0 0,1 Pesco Potatura 2,9 0,2 Agrumi Potatura 1,8 0,1 Mandorlo Potatura 1,7 1,9 Nocciolo Potatura 2,8 1,9 La quantità di residuo prodotto varia con il tipo di specie e con la posizione geografica. Questo è confermato dalla Tabella 2 che riporta i residui prodotti (t/ha) per il nord, il centro ed il sud Italia. Le variazioni sono dovute alle differenti caratteristiche sia climatiche che del suolo. 2

3 Tabella 2 Quantità di residui (t/ha) nel nord, centro e sud Italia Pianta Residui (t/ha) Nord Centro Sud Vite 2,9 2,9 2,8 Olivo 1,6 2,2 2,1 Melo 2,6 1,6 1,4 Pero 2,3 1,5 1,2 Pesco 2,9 2,6 3,0 Agrumi 0,7 1 1,9 Mandorlo 1,9 1,1 1,7 Nocciolo 2,5 2,9 2,8 Considerando i dati ISTAT del 5 censimento generale dell agricoltura dell anno 2000, la superficie agricola utilizzata in base alle principali colture riportate in tabella 1 sono: Tabella 3 Superficie agricola utilizzata e residuo prodotto sul territorio nazionale Residuo SUA Umidità Pianta Residuo (mt wet (hax1000) (%) basis) Residuo (mt dry basis) Vite Sarmenti 1015,0 2, ,5 Olivo Potatura 1139,2 1, ,9 Melo Potatura 82,0 0, ,1 Pero Potatura 39,9 0, ,05 Pesco Potatura 78,7 0, ,1 Agrumi Potatura 183,4 0, ,2 Mandorlo Potatura 118,2 0, ,1 Nocciolo Potatura 69,3 0, ,1 Il grafico di figura 1 evidenzia come la vite e l olivo siano le colture con la maggior produzione di residui, rispettivamente circa 3 e 2 milioni di tonnellate annue. 3

4 DESCRIZIONE DELLA FILIERA DI RECUPERO DEGLI SCARTI DI POTATURA La filiera di recupero degli scarti di potatura consiste essenzialmente nel trattamento della biomassa agricola residuale (le potature) attraverso processi di triturazione ed essiccamento, per ottenere un biocombustibile (il cippato) da impiegare all interno della stessa azienda per il soddisfacimento delle sue esigenze energetiche (riscaldamento, raffrescamento, consumi elettrici). Questo biocombustibile può essere utilizzato sia direttamente (combustione in caldaia) sia indirettamente (impiego in un impianto di gassificazione). La filiera di produzione del cippato da scarti di potatura si articola nelle seguenti fasi: 1. Potatura. 2. Raccolta della potatura e cippatura. 3. Stoccaggio ed essiccazione del cippato. 4. Conversione energetica del cippato. In realtà, come di seguito specificato, si possono individuare due filiere che si differenziano nella fase di raccolta delle potatura e in quella di conversione energetica. Dopo la fase di potatura si procede alla raccolta delle stesse e alla loro successiva cippatura. Il cippato ottenuto è successivamente conferito, mediante trasporto su camion, ad un silos di stoccaggio. Al magazzino di stoccaggio del biocombustibile è collegata una coclea di alimentazione di una caldaia a cippato (nel caso di combustione in caldaia) la quale deve alimentare, a sua volta, un gruppo refrigerante/riscaldante ad assorbimento a doppio effetto, in grado quindi di produrre acqua calda e fredda, oppure alimentare un gassificatore (nel caso di gassificazione della biomassa). Di seguito si riporta una descrizione delle singole fasi. 1. Potatura La potatura é un'operazione destinata ad accrescere la produzione dei frutti e ad aumentarne il calibro, a limitare l'alternanza e a frenare l'invecchiamento dell'albero eliminando il legno superfluo. E un operazione pertanto che viene effettuata periodicamente ogni anno, precisamente nei mesi di dicembre, gennaio, febbraio e marzo e dalla quale è possibile ricavare un considerevole potenziale di biomassa che molto spesso non trova un impiego adeguato. La potatura, sia quella d allevamento che quella di produzione, è improntata su criteri di praticità ed economicità ed è finalizzata all ottenimento di produzioni abbondanti le cui qualità sono ottenibili con il minor costo di produzione. Gli scopi principali della potatura sono: dare forma alla pianta per sostenere le produzioni; consentire l equilibrio tra attività vegetativa e produttiva; facilitare la meccanizzazione e l esecuzione delle pratiche colturali; accelerare lo sviluppo dei giovani alberi al fine di ridurre al massimo la fase improduttiva; ottenere i massimi incrementi legnosi nelle piante da legno; migliorare la qualità dei frutti; mantenere la pianta in produzione il più a lungo possibile. E comunque indispensabile che la potatura poggi su basi fisiologiche; essa, infatti, ha il compito di mantenere un giusto equilibrio fra i diversi organi della pianta, chioma e radici, frutti, germogli e gemme che sono tra loro in competizione nella richiesta di risorse, convogliando però le maggiori risorse verso i frutti. 2. Raccolta delle potature Giocano un ruolo fondamentale nel contesto della filiera di valorizzazione delle biomasse la raccolta e la cippatura dei residui colturali. Infatti le potature si trovano sparse nel terreno agricolo ed è necessario dunque raccoglierle, concentrarle e trasportarle. Esistono diverse tipologie di macchine per la raccolta che determinano i requisiti fisici del materiale (massa volumica, forma, pezzatura); queste caratteristiche incidono sia sulle successive fasi (movimentazione, trasporto e stoccaggio), sia sulla scelta dell impianto di trasformazione. Con rarissime eccezioni le macchine per la raccolta delle potature derivano dalla modifica di attrezzature agricole destinate ad un altro tipo di lavorazione. Il recupero del legno può seguire due strategie molto differenti: una prevede l imballatura e la movimentazione delle balle verso l utenza, l altra la raccolta e la contemporanea sminuzzatura in campo delle potature. L imballatura è stata finora oggetto di maggior interesse essenzialmente perché basata su una tecnologia più matura, disponibile da anni a livello commerciale. Con l imballatura la movimentazione del residuo è facilitata, perché ne diminuisce l ingombro e lo organizza in 4

5 unità omogenee per forma e dimensioni. Inoltre è più agevole lo stoccaggio della biomassa anche in assenza di una preventiva stagionatura in campo e non si presentano problemi di fermentazione che limitano l uso del cippato. Le tipologie di macchine più idonee sono le imballatrici parallelepipede standard, le rotoimballatrici standard e le rotoimballatrici leggere. Per la sminuzzatura delle potature in campo si impiegano delle macchine che derivano da trinciasarmenti alle quali sono state apportate modifiche per consentire la movimentazione in campo del prodotto raccolto. La sminuzzatura in campo ancora non ha avuto grossa diffusione, anche se il cippato può semplificare moltissimo la logistica del recupero comportandosi come un fluido e potendo essere movimentato molto più agevolmente delle balle. Gli unici ad applicare questa tecnologia su scala commerciale sono gli americani che utilizzano però macchine troppo grandi e costose, difficilmente adattabili alla realtà italiana. La scelta del metodo di raccolta delle potature, con imballatrice o con trinciacaricatrici, comporta una differenziazione sostanziale della filiera e delle successive fasi. 3. Stoccaggio delle potature e cippatura Le due metodologie di raccolta sopra riportate presentano delle differenze sostanziali per quanto riguarda lo stoccaggio della biomassa. Nel caso delle trinciacaricatrici il cippato ottenuto deve essere opportunamente stoccato ed essiccato al fine di avere, al momento dell utilizzazione, un contenuto di umidità non troppo elevato (8-10 %). La fase di essiccazione del cippato può essere risolta con diverse approcci: essiccazione con ventilazione meccanica; essiccazione naturale in silos di stoccaggio coperti ed opportunamente areati, per evitare l innescarsi di processi di deterioramento causato da funghi o batteri. L essiccazione con ventilazione meccanica è la soluzione tecnicamente più efficiente per ottenere il desiderato contenuto di umidità della biomassa. La seconda ipotesi presenta dei problemi dovuti ad un aumento dell umidità del materiale di circa un 15 %. 4. Cippatura La fase di cippatura è necessaria per ottenere un biocombsutibile di caratteristiche dimensionali compatibili con le apparecchiature di conversione energetica, anche nel caso in cui si impieghino per la raccolta delle potature le trinciacariatrici, che producono un cippato di scarsa qualità, risultando necessaria una successiva fase di cippatura per ottenere un biocombustibile con caratteristiche idonee (pezzatura omogenea e dimensioni comprese fra 3 e 5 cm). Per ridurre la balle di potatura alla pezzatura richiesta dalle macchine di conversione energetica, cisi avvale di una macchina cippatrice; di queste macchine ne esistono vari modelli e di varie marche,ma le caratteristiche generali sono più o meno similari. In relazione all intera fase di cippatura è necessario sottolineare che le balle hanno dimensioni non compatibili con la bocca del cippatore e di conseguenza per automatizzare il processo occorrerebbe utilizzare una cippatrice con bocca di carico uguale o superiore. Ciò comporterebbe l acquisto di una macchina nella sezione di mercato dei grandi trituratori (la differenza con le cippatrici consiste nel diverso orientamento dell asse dei rulli dentati, orizzontale peri trituratori, verticale per le cippatrici) che, tradotto in valutazioni economiche, significherebbe un investimento di circa Conversione energetica del cippato La fase di conversione energetica del cippato può essere realizzata impiegando due differenti processi: - combustione; - gassificazione. La combustione prevede la conversione energetica del cippato mediante combustione in caldaia. La centrale termica deve essere progettata in modo da accogliere il dispositivo per il caricamento automatico della caldaia, di solito a coclea, un accumulo termico funzionante da serbatoio tampone, l impiantistica idraulica, la pompa primaria, il sistema anticonendensa, il sistema di sicurezza e di espansione, l impiantistica elettrica ed elettronica. Le tipologie di caldaia per la combustione del cippato possono essere di due tipi: ad acqua calda o ad olio diatermico. 5

6 La massificazione è un processo endotermico a due stadi in cui un combustibile solido (biomassa o carbone) è termochimicamente convertito in un gas a basso o medio potere calorifico inferiore, variabile tra 4000 e kj/nm3. Nel primo stadio i componenti più volatili sono vaporizzati a temperature inferiori a 600 C da un insieme di reazioni complesse. I componenti volatili sono gas di idrocarburi, idrogeno, CO, CO2, nerofumo e vapore acqueo. Le sostanze carbonizzate e la cenere sono prodotti non vaporizzabili, perciò nel secondo stadio questi composti devono essere gassificati in una reazione con ossigeno, vapore e idrogeno. La parte incombusta delle sostanze carbonizzate viene bruciata per fornire il calore necessario alle reazioni endotermiche di gassificazione. CONCLUSIONI Il potenziale di biomassa derivante dal settore agricolo è considerevole sia a livello nazionale che regionale, ma attualmente non è sfruttato in modo adeguato. Il recupero energetico dei residui di potatura, può offrire agli agricoltori un interessante opportunità di reddito, oltre che aiutarli a risolvere un problema pressante, quale quello del loro smaltimento. L impiego tradizionale degli scarti di potature prevede che essi vengano bruciati sul posto con pericolo non sempre trascurabile di incendi. Un impiego più oculato è rivolto alla trasformazione delle potature in concime organico. La valorizzazione energetica delle biomasse residuale mediante la realizzazione di una filiera di produzione e trasformazione energetica di un biocombustibile, il cippato. E possibile individuare due filiere che si differenziano per la fase di raccolta delle potature in campo e per la fase di conversione energetica. La filiera di recupero energetico degli scarti di potature presenta i seguenti vantaggi: - risparmio di energia da fonte primaria fossile; - vantaggio economico per le aziende agricole; - sviluppo dei sistemi di conversione dell energia da biomassa; - sviluppo dell indotto legato alla filiera. Tale filiera deve essere comunque ottimizzata, soprattutto per quanto riguarda la fase di raccolta delle potature, aspetto più critico dell intera filiera, dipendente dal tipo di potatura e dalle esigenze di essiccazione della biomassa. Via Acclavio, 86 - Taranto N. TEL. 099/ N. FAX. 099/ proind-ta@libero.it 6