Filiera del legno-energia per il riscaldamento delle serre

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1 Legnaro, 19 novembre 2013 Filiera del legno-energia per il riscaldamento delle serre Cenni sugli aspetti tecnici ed economici Settore Bioenergie e Cambiamento Climatico dott. Loris Agostinetto

2 Il legno combustibile nelle sue forme

3 1. Schema della filiera legno-energia Caldaia a pellets Processo industriale (grossi investimenti) Siepi campestri, arboreti, boschi Linea dei pellets Silos per maturazione e stoccaggio del cippato Boschi Caldaia a cippato Macchine cippatrici Alberate Linea del cippato Vegetazione golenale e dei letti di fiumi e torrenti Siepi ripariali Cantiere utilizzazioni forestali Caldaie a pezzi di legna Macchine combinate taglia-spacca Bande boscate a prevalente funzione fonoassorbente Stagionatura e soccaggio Linea della legna in pezzi Arboreti da legno di pregio o da biomassa Assorbimento CO2 Emissione CO2

4 Legno energia Un cenno sulla filiera del pellet

5 IL pellet Il pellet di legno è un combustibile densificato, ottenuto mediante processo industriale, costituito da cilindretti di diametro variabile tra 6 e 8 mm e lunghezza di mm La materia prima di partenza è la segatura con un contenuto idrico non superiore al 11-12%. La segatura si può ottenere anche da ulteriori sminuzzature del cippato che non arriva mai ad umidità inferiori al % e la segatura che ne deriva va essiccata

6 IL pellet Il processo di fabbricazione dei pellets: il pellettificio CARICAMENTO TRITURAZIONE DEFERRIZZAZIONE ESSICCAZIONE LE FASI MACINAZIONE CONDIZIONAMENTO PELLETTIZZAZIONE RAFFREDAMENTO SEPARAZIONE INSACCAMENTO IMMAGAZZINAMENTO

7 Il pellet Trafile attraverso cui viene pressata la segatura diventando pellets Legante: crusca o 3% di amido di mais

8 Per il riscaldamento delle serre, quindi per impianti termici di dimensioni ben superiori a quelli domestici, il pellet potrebbe rappresentare una vantaggiosa alternativa ai combustibili fossili, quali metano e gasolio. Rispetto al cippato presenta i seguenti vantaggi: -Omogeneità del prodotto -Volumi di trasporto ed immagazzinamento 3,5 volte inferiori Presenta però uno svantaggio: -Il costo è più elevato Infatti: Prezzo pellet euro/tonn Prezzo cippato 30% umidità euro/tonn Il pellet ha un 68 % in più di costo d acquisto Il pellet ha un 26,1 % in più di contenuto energetico

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11 Legno energia Le Stufe e le caldaie a pellets Stufa a pellets Molto efficienti dal punto di vista della combustione ottenendo dei rendimenti fino al 90% Caldaia a pellets L alimentazione è automatica tramite coclea che trasporta il pellets da un silos alla camera di combustione

12 Legno energia LA FILIERA DELLA LEGNA IN PEZZI

13 Legno energia Stufe e camini di tipo tradizionale La combustione del legno non è completa ed i gas residui che escono in atmosfera attraverso la canna fumaria contengono molte sostanze non ancora combuste Il rendimento della combustione non supera il 30-40%

14 Legno energia Le caldaie a pezzi di legna Moderne caldaie sono anche dette a fiamma inversa, ad alto rendimento o a gassificazione totale In esse si ha una doppia combustione: Nella prima camera di combustione il legno brucia a C e produce fumi che contengono ancora sostanze incombuste Queste caldaie devono essere caricate manualmente due volte al giorno con legna in pezzi ben stagionata I fumi passano nella seconda camera di combustione e mescolati con aria esterna ricca di ossigeno. Qui a C avviene la seconda combustione Alto rendimento (circa il 70-80%), rispetto a circa il 30-40% delle stufe o caldaie tradizionali

15 Rispetto al cippato presenta i seguenti vantaggi: -Costo di realizzazione impianto molto inferiore -Non serve il silos stoccaggio cippato con relativi meccanismi di estrazione Presenta però degli importanti svantaggi: -Caricamento manuale 1-3 al giorno Caldaia a fiamma inversa kw Portello di carico 2. Camera di caricamento della legna 3. Camera di prima combustione 4. Griglia d acciaio 5. Tunnel per la seconda combustione 6. Cassetto per le ceneri 7. Scambiatori di calore 8. Accesso per la pulizia degli scambiatori di calore 9. Cassetto per le polveri 10. Ventola aspiratrice fumi di scarico 11. Sportellini per l ingresso dell aria primaria e secondaria 12. Camino 13. Sonda lambda 14. Camera di post-combustione 15. Punto di partenza dell impianto di riscaldamento 16. Quadro di controllo elettronico 17. Aria secondaria 18. Aria primaria

16 Legno energia LA FILIERA DEL CIPPATO

17 Distribuzione degli impianti di teleriscaldamento di media e medio-grande potenza funzionanti a cippato di legno in provincia di Bolzano

18 Sono impianti di media potenza, non eccessivamente grandi (qualche MW di potenza), che quindi non comportano problemi di fornitura di materia prima (cippato), ne da un punto di vista quantitativo, ne da un punto di vista logistico di conferimento.

19 Nel 2008 il teleriscaldamento a biomassa legnosa è energia rinnovabile, facilmente gestibile, poco oneroso, disponibile a livello locale, garanzia di indipendenza: una delle fonti di energia più pulite e rispettose dell ambiente che ogni anno fa risparmiare all Alto Adige 47 milioni di litri di gasolio ed evita l emissione in atmosfera di tonnellate di CO2. Questo vantaggio ambientale si traduce in un risparmio economico di 14 milioni di euro all anno che non vengono spesi per il gasolio e rimangono nelle tasche dei cittadini. L Assessore all Urbanistica, Ambiente ed Energia Provincia di Bolzano Dr. Michl Laimer

20 Legno energia sono scaglie (CHIPS) di piccole dimensioni di 2-4 cm di diametro

21 Legno energia Gli impianti produttivi Arboreti specializzati da biomassa a corta rotazione SRF a media rotazione MRF Boschi di zone collinari pedemontane montane Boschi planiziali naturaliformi Impianti lineari: - Siepi campestri - Bande boscate scarti di potature del verde urbano

22 Legno energia Raccolta della biomassa legnosa Abbattimento e riunione delle piante in grandi cataste

23 Legno energia Cippatura della biomassa legnosa CIPPATURA SUL FRESCO a carico delle piante appena tagliate CIPPATURA SUL SECCO A carico delle piante lasciate ad essiccare per alcuni mesi Macchine cippatrici Piccole medie grandi dimensioni Trasformano piante intere, tronchi e ramaglie nel cippato di legno (chips)

24 Legno energia Maturazione e stoccaggio del cippato Il cippato prodotto con cippatura sul secco può essere subito utilizzato in tutte le caldaie Il cippato prodotto con cippatura sul fresco, per poter essere utilizzato nelle caldaie a griglia fissa, deve essere stagionato in cumuli al coperto o sotto particolari teli traspiranti dove subisce un processo di fermentazione finchè non ha raggiunto un contenuto idrico del 30-35%

25 Legno energia Come avviene la stagionatura-maturazione del cippato C Telo semipermeabile Acqua Risultato da ottenere Contenuto idrico < 35 %!!!!!!!!

26 Legno energia Il cippato viene trasportato su camion, autoarticolati o rimorchi agricoli Basso peso specifico 2,5 q.li/mc secco 3,5 q.li/mc fresco

27 Le caldaie a cippato

28 Legno energia a griglia fissa CALDAIE A CIPPATO a griglia mobile

29 Legno energia A griglia fissa - generalmente di piccole e medie dimensioni ( KW) - alimentate con cippato di ottima qualità - diametro dei chips di 2-4 cm con contenuto idrico inferiore al 30-35% - abitazioni private Utilizzate per il riscaldamento di: - edifici pubblici (palestre, scuole o piscine) - edifici privati (condomini con riscaldamento centralizzato) Alla caldaia viene affiancato un silos per contenere il cippato e trasferito automaticamente mediante una coclea alla camera di combustione

30 Legno energia Griglia fissa silo 2. sistema di estrazione a bracci rotanti 3. coclea di trasferimento 4. coclea di alimentazione 5. sistema di spegnimento automatico 6. camera di combustione 7. aria primaria 8. aria secondaria 9. camera di post-combustione 10. scambiatore di calore 11. camino 12. collegamento alla rete di teleriscaldamento 13. pannello di controllo elettronico 14. griglia di rimozione delle ceneri 15. coclea di rimozione delle ceneri 16. contenitore delle ceneri 17. accesso allo scambiatore per pulizia ceneri

31 Legno energia A griglia mobile Generalmente di medie e grandi dimensioni possono essere alimentate anche con cippato avente contenuto idrico del 60%. Questo grazie alla camera di combustione dotata di griglia mobile che permette al cippato umido che vi entra di asciugarsi prima di essere bruciato La griglia è formata da tanti gradini in ghisa che vengono mossi orizzontalmente in modo da spostare il cippato in entrata verso la combustione perdendo gradualmente l acqua in esso contenuta Griglia mobile La pezzatura del cippato può essere più grande e disomogenea Queste caldaie sono utilizzate per il riscaldamento di edifici pubblici di notevoli dimensioni o per il teleriscaldamento di interi paesi

32 Legno energia Schema di caldaia a Griglia mobile zona di essicazione 2. zona di gassificazione 3. zona di ossidazione 4. camera primaria 5. camera secondaria 6. scambiatore 7. bruciatore ausiliario 8. spintore a coclea 9. ventilatore aria primaria 10.ventilatore ria secondaria 11.ventilatore aria terziaria 12.coclea estrazione ceneri 12

33 Legno energia RETE DI TELERISCALDAMENTO boschi Allacciamento utenze Caldaia centrale Tubazioni della rete di distribuzione

34 Le emissioni derivate dalla combustione del legno

35 Le emissioni nocive degli apparecchi a biomasse legnose sono composte principalmente da quattro elementi: Monossido di carbonio (CO) Polveri totali Ossidi di azoto (NOx) Composti organici volatili (COV, CnHm)

36 Le famose polveri sottili Si tratta di particelle con diametro inferiore a 10 µm il particolato con diametro aerodinamico inferiore a 10 µm inizia a penetrare nel nostro sistema respiratorio Mentre le particelle con dae>10 µm sono trattenute quasi completamente nel naso e nella gola, nel campo inferiore ai 2,5 µm una gran parte delle particelle entra nei polmoni e sotto 1 µm entrano negli alveoli e si depositano nei tessuti polmonari.

37 Comunemente si pensa che queste siano prodotte quasi esclusivamente dalla combustione del legno, dimenticando che in realtà le polveri sottili si possono formare anche in una normale spiaggia marina in occasione di forti venti, lungo un canalone montano coperto di ghiaioni, dentro le mura domestiche, specialmente in cucina grazie all umidità atmosferica prodotta dai fuochi utilizzati per cucinare.

38 Le polveri sottili, a parità di dimensioni, possono avere composizione chimica e quindi grado di tossicità estremamente diversi. Se si confrontano le polveri sottili prodotte dalla combustione del legno con quelle contenute nella fuliggine prodotta dai motori Diesel Euro III si vede che: - nel caso di moderna caldaia a cippato la tossicità è 5 volte - nel caso di moderna caldaia a cippato la tossicità è 5 volte inferiore quella del Diesel Euro 3 - nel caso di stufa o caldaia con doppia combustione la tossicità è del tutto simile a quella di una caldaia a cippato - nel caso di una stufa tradizionale a funzionamento corretto la tossicità è paragonabile a quella del Diesel - nel caso di stufa tradizionale mal funzionante (pern esempio legna bagnata) si arriva a tossicità 10 volte maggiore a quella del Diesel e quindi 50 volte maggiore rispetto ad una caldaia a cippato o a fiamma rovesciata

39 Le misure di riduzione delle polveri si dividono in misure primarie e misure secondarie: le misure primarie si riferiscono ai nuovi sviluppi tecnologici degli apparecchi (geometria della camera, immissione di aria, regolazioni). Riguardo alle piccole caldaie a pellet (10-25 kw), sono in corso attività di ricerca e si ritiene raggiungibile il limite di emissione di 10 mg/nm3 le misure secondarie invece si riferiscono ai sistemi di separazione (filtri). Per gli apparecchi domestici, sono stati messi a punto e recentemente proposti sul mercato dei minifiltri elettrostatici con una capacità di separazione del 50-80% ( Uno di questi filtri è stato testato dall Università di Trento attraverso una campagna di misurazioni che sembra confermare la bontà del livello di separazione, tuttavia i risultati di questa ricerca non sono ancora stati resi pubblici.

40 Alcuni dati ed informazioni utili

41 Il potere calorifico dei vari combustibili, cioè quanti Kwh di energia produce un Kg di combustibile

42 Il potere calorifico del legno, nelle sue varie forme, cala con l aumentare del suo contenuto idrico. Per es. dal grafico si vede che: -utilizzando cippato con W% 55% ho un Potere calorifico= 2 Kwh/Kg -utilizzando cippato con W% 30% ho un Potere calorifico= 3,4 Kwh/Kg, cioè il 41,18% in meno, quasi la metà.

43 Lo stesso concetto: la variazione del potere calorifico con il variare dell umidità, espresso in tabella

44 Quando si installa una caldaia a cippato bisogna tener conto di questo grafico: Risparmio rispetto ai combustibili fossili Le caldaie piccole hanno costi d acquisto e installazione sproporzionati, troppo alti, per cui si ammortizzano in 15 anni e più 400 Kw Questo è l intervallo in cui i risparmi rispetto ai c. fossili sono estremamente rilevanti Kw Le caldaie molto grandi, per motivi diversi, hanno anc h esse costi elevati (per esempio la necessità di installare un filtro elettrostatico)

45 Reperibilità del cippato: Non vi è problema nel reperire il cippato, sia in montagna che in pianura; i terzisti pronti a produrne in quantità sono molti I prezzi del cippato: Va acquistato a peso, ed il prezzo varia a seconda del contenuto idrico (più c è acqua, minore è il prezzo). Meglio ancora se acquisto a Kwh (cioè acquisto in base all energia che quel cippato mi rende in caldaia), ma bisogna conoscere bene come fare i calcoli

46 Il cippato fresco (W=55%) posso acquistarlo a euro/tonn Cippato secco (W=30-35% omogeneo, buona pezzatura) posso acquistarlo a euro/tonn Peso specifico cippato: cippato secco 2,5 q.li/mc cippato fresco 3,5 q.li/mc

47 Costi impianti termici Attenzione ai preventivi!!! Per evitare sorprese il preventivo deve comprendere: -Costo caldaia -Costo accumulo termico se previsto -Costo abbattitore polveri se previsto -Costo installazione compreso tutto l impianto idraulico in centrale termica, con tutti i collegamenti e le sue componeti, valvole, pompe, miscelatori, sonde, ecc. (costi elevati) -Costo realizzazione silos con tutti i meccanismi di estrazione cippato e di sicurezza -Il costo caldaia deve comprendere anche tutto il meccanismo di estrazione ceneri se previsto e la centralina controllo numerico -Progetto termotecnico -Progetto elettrico -Costo collegamenti elettrici Tutto questo va ricordato perché nelle caldaie a biomassa queste voci di costo sono ben più elevate che in una caldaia a gasolio o metano, ma per motivi di marketing, chi fa i preventivi tende ad ometterli.

48 Alcuni costi del tutto indicativi (comprensivi di tutte le voci elencate nella precedente slide): Caldaia da 500 Kw installata e collaudata: euro Caldaia cippato da 200 Kw installata e collaudata: Voce di costo (griglia mobile) (griglia rotativa) (griglia mobile) Caldaia da kw + estrattore cippato + accumulo termico + estrazione automatica delle ceneri + pulizia pneumatica del fascio tubiero + trasporto, montaggio e collaudo , , ,00 Modulo prefabbricato per vano caldaia e silos stoccaggio , , ,00 Collegamento idraulico ed elettrico in parallelo a caldaia a pezzi di legna già presente , , ,00 progettazione , , ,00 TOTALE , , ,00 IVA 20 % , , ,00 TOTALE (IVA inclusa) , , ,00 Attenzione alla taglia dei 500 Kw di potenza: Costo elevato ( euro), ma per il combustibile, rispetto al gasolio, si risparmiano cifre dell ordine dei euro/anno!!!!!!!!!!

49 Un calcolo su cui riflettere: Abbazia Benedettina di Praglia a Teolo (PD) (Colli Euganei) Consumo annuo di gasolio per riscaldamento: litri Spesa (1 euro/litro): euro/anno per gasolio da riscaldamento Caldaia a cippato potenza 540 Kw di fabbricazione austriaca (a griglia fissa, quindi funzionante con cippato con 30% di contenuto idrico) Costo caldaia +silos+installazione e collaudo: Euro 1 litro gasolio = 3 Kg di legna secca litri di gasolio sono sostituiti da 3 x = Kg di cippato secco, cioè 3690 q.li/anno di cippato secco Prezzo cippato secco: 7 euro/q.le Spesa sotenuta per acquisto di q.li di cippato secco: 7 x = ,00 Euro/anno Risparmio annuo: = Euro/anno Supponendo spese per manutenzione e riparazione guasti di euro/anno, si ha comunque un risparmio di circa euro/anno!!!! In 4 anni la caldaia si è pagata, nei rimanenti anni risparmio euro all anno di spesa per il combustibile!!!

50 Da notare che, facendo i calcoli con lo stesso caso, ma il prezzo del cippato a 9 euro/q.le anziché 7 euro/q.le, la convenienza cala di molto poco ed il tempo di ammortamento aumenta di soli 0,4 anni Prezzo cippato secco: 9 euro/q.le Spesa sotenuta per acquisto di q.li di cippato secco: 9 x = ,00 Euro/anno Risparmio annuo: = Euro/anno Supponendo spese per manutenzione e riparazione guasti di euro/anno, si ha comunque un risparmio di circa euro/anno!!!! In 4,4 anni la caldaia si è pagata, nei rimanenti anni risparmio euro all anno di spesa per il combustibile!!!

51 Attenzione alla logistica di caricamento del silos: Modalità errate fanno lievitare i costi in modo impensabile!!! Il metodo migliore, ove è possibile, è il silos interrato, adeguatamente domensionato, che si carica dall alto

52 Questo è l ideale

53 Grazie per l attenzione