Biocombustibili legnosi: specifiche tecniche e processi produttivi

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1 Energia dal legno dal bosco al camino! CORSO DI FORMAZIONE Biocombustibili legnosi: specifiche tecniche e processi produttivi

2 SOMMARIO 1. Breve presentazione di AIEL 2. Contributo del legno alla produzione di PM10: dati ufficiali vs nostre elaborazioni e confronto con altri paesi 3. Buone pratiche dei cittadini: piccoli gesti, grandi risultati! 4. Prestazioni tecnico-ambientali delle moderne caldaie 5. Proposte AIEL: 10 misure per dimezzare il PM10

3 Sede operativa e staff fondata nel persone a tempo pieno 3 referenti territoriali Campus Agripolis Università degli Studi di Padova

4 Associazione di filiera Associazione di filiera (oltre 400 imprese..). dal bosco al camino Produzione/distribuzione biocombustibili agroforestali Tecnologie uso energetico combustione - minicogenerazione

5 Mtep Consumo finale lordo di energia Elettricità Calore Trasporti Source: GSE 2014

6 ITALIA: ENERGIA TERMICA A BASE DI CARBONIO ca. 30 miliardi di Euro sono persi ogni anno dall Italia per l acquisto di petrolio e metano dai paesi esteri 47% del consumo energetico finale (124 Mtep) è energia termica (EE 22%) 40% (25 Mtep) dell energia termica è destinata al consumo domestico 60% dell energia termica è prodotta con il metano (> 70% 3 paesi Russia, Algeria, Libia)

7 Prospettive molto preoccupanti.ma se ne parla molto poco! In mancanza di concrete politiche energetiche su risparmio energetico e rinnovabili che taglino le emissione di gas climalteranti del 70% non sarà possibile contenere il riscaldamento < 2 C entro Se l attuale trend di emissione non cambia nei prossimi 86 anni la temperatura salità fino 4,8 C! (Fonte IPCC, 2013).

8 2014. Anno importante per il futuro delle fonti energetiche rinnovabili in Europa Gennaio. Iniziato il dibattito su politica climatica ed energetica post 2030 Ottobre. Stati membri hanno adottato la posizione europea: 40% di riduzione dei gas serra, 27% di energia rinnovabile, 27% di efficienza energetica

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10 (Global Warming Potenzial, GWP) CALORE EE Il metano ha effetti dannosi sul clima tanto quanto il carbone e il petrolio.

11 9.1 Mha di foreste (2012) 33.6% public, 66.4% private Foreste alpino-montano-collinare (95%, bassa accessibilità) Incremento annuo (2012): 32,5 Mm 3 Prelievi (2011): 7,74 Mm 3 24% dell incr. 65% legno da energia 35% legno da industria (Fonte: N. Andrighetto, D. Pettenella, 2014; Eurostat, 2013, AIEL 2013)

12 Superficie forestale in forte aumento: 5.5 M ha nel M ha nel 2000 (2-3 M in conversione naturale) Copertura forestale in IT : +10% (EU av. +2%, 178 Mha ca. 42% of EU land) Prelievi in IT : -14% (2000) 9 Mm 3 (2012) 7.74 Mm 3 Prelievi/ha foresta: : -23% IT(2000) 0.93 m 3 /ha (2011) 0.71 m 3 /ha (EU average 2.4 m 3 /ha; AT and DE > 4 m 3 /ha) Prelievi/incremento in IT: % % (EU mediae 56%, AT >70%, DE >50%)

13 Benefici della gestione del bosco vs abbandono Fonte: prof. Hubert Hasenauer, direttore del Dipartimento Forestale e Scienze del Suolo dell Università di Risorse Naturali e Scienze della Vita di Vienna (Universität für Bodenkultur La gestione forestale sostenibile genera un risparmio di CO 2 10 volte maggiore dell abbandono dei boschi Un ettaro di bosco gestito genera in 300 anni un risparmio di CO 2 10 volte maggiore del risparmio conseguibile da una foresta abbandonata grazie al suo uso come materiale da costruzione e biocombustibile

14 BIOMASSE DA POTATURE AGRICOLE Italia 2M t/a GWhp

15 Biomasse legnose: cosa sono? LEGNO vergine, naturale LEGNA DA ARDERE CIPPATO PELLET

16 Biomasse legnose per la produzione di energia rinnovabile Nel 2013 sono state consumate 27,3 Mt: 19,3 Mt di legna da ardere 4,7 Mt di cippato 3,3 Mt di pellet CIPPATO 17% PELLET 12% LEGNA 71% stime nazionali basate sull installato: 68% apparecchi per il riscaldamento domestico 18% caldaie ad uso domestico, civile e industriale teleriscaldamento, cogenerazione, centrali EE 14%

17 Riepilogo consumi 2013 Caldaie domestiche pellet <35 kw 4% Caldaie domestiche cippato <35 kw 0% Caldaie domestiche legna <35 kw 11% Teleriscaldamenti >1MW 1% Teleriscaldamenti <1MW 0% Centrali EE e CHP 8% Caldaie civili-industriali 35 kw-1mw 4% Apparecchi domestici a pellet 11% Caldaie industriali >1MW 0% Apparecchi domestici a legna 61% Tot. Consumi 2013: 27,3 Mt/a

18 Riepilogo consumi 2013 LEGNA ; 1% ; 16% PELLET ; 1% ; 72% ; 3% ; 24% ; 83% Caldaie industriali Caldaie domestiche Caldaie civili-industriali Apparecchi domestici Caldaie civili-industriali Apparecchi domestici Caldaie domestiche CIPPATO ; 70% ; 17% ; 4% ; 9% ; 0% Caldaie civili-industriali 35 kw-1mw Caldaie industriali >1MW Teleriscaldamenti >1MW Teleriscaldamenti <1MW Centrali EE e CHP

19 Oltre 5 milioni di famiglie usano con frequenza legna da ardere per scaldarsi, consumando circa 18 milioni di tonnellate

20 Consumo di biomasse in Italia Numero di famiglie che utilizzano legna e pellet a fini energetici, per 100 famiglie Più di una famiglia su cinque fa uso di legna (consumo medio di 3,2 tonnellate l anno) Consumi di legna legati alle caratteristiche geomorfologiche del territorio e alla penetrazione del metano Il 4,1% delle famiglie utilizza pellet (1,4 t. in media): più diffuso al Nord e meno al Centro e Mezzogiorno (con l eccezione di Sardegna e Umbria)

21 Consumi di «Legna residenziale» in Italia secondo i dati ufficiali BEN (MiSE) 1. Secondo i dati ufficiali - Bilancio Energetico Nazionale (BEN) - il consumo domestico di legna e pellet è aumentato di 5 volte in 8 anni

22 Evoluzione del consumo di legna e pellet in Italia e Germania ( ) Secondo la nostra serie storica , e quella del GSE , l aumento del consumo è 16-22% (33-56 PJ 2-3,4 Mt)

23 Evoluzione del consumo di legna e pellet in Italia ( ) Evoluzione del consumo molto più contenuta e stabile rispetto a quanto indicato dai dati ufficiali, 2 motivi 1. Sostituzione legna con pellet: ++ contenuto energetico rispetto alla legna (+24%) ++ efficienza dei generatori domestici automatici (>85%) 2. Riduzione Gradi Giorno: calo dei consumi inverni miti Italia: % GG EU: -13% in 30 anni EEA Report No 12/2012

24 Peso acquistato o peso consumato? Esempio con Faggio Incertezze nelle rilevazioni del consumo di legna delle indagini campionarie 0,5 t H 2 O Dopo ca. 9 mesi M50% (8 MJ/kg) 694 kg/ms 1,4 t (2P) 3,0 (4P) - 36% peso M20% (14,3 MJ/kg) 453 kg/ms 0,9 t 1,9

25 GPPB wood mobilisation Sviluppo del mercato Professionalizzazione (formazione e marketing) Qualità biocombustibili LabABC Piattaforme Biomasse e contracting (progetti fattibilità) Monitoraggio del mercato e dei prezzi (Rubrica M&P)

26 GPPB cippato conforme a A1, A2 e B1 100 imprese da 17 regioni 80% imprese forestale 20% agricole + ind. legno

27 Stima volumi di cippato prodotti dal GPPB Tipologia t/anno MWh/anno tep/anno Cippato A1 plus Cippato A Cippato A Cippato B TOTALE Frazione rispetto al consumo nazionale 14%

28 20 piattaforme operative del GPPB legna e cippato A1-A2-B1

29 Piattaforme e qualità

30 Piattaforme e qualità: sistemi di trattamento (P, M)

31 Piattaforme e potature agricole

32 Concetti base sul legno Partendo dalla stessa quantità di materia prima (legno vergine non trattato), il fattore che varia maggiormente nella produzione delle diverse tipologie di biocombustibili è il volume.

33 Concetti base sul legno A parità di peso e di contenuto idrico, le diverse specie legnose hanno potere calorifico (quantità massima di calore producibile da un combustibile) quasi identico. Il parametro che maggiormente incide nella combustione e proprio il contenuto idrico (M), espresso in % di acqua rispetto al peso fresco del legno

34 Concetti base sul legno Qual è la perdita di peso del legno dal momento del taglio (M50) alla sua stagionatura (M20)? - 38% con stagionatura completa (da M50 a M20) Qual è l incremento del valore energetico del legno con la sua stagionatura (fino a M20)? + 11% (da M50 a M20).

35 VARIAZIONE DEL pc (con pc 0 = 5,14 kwh/kg) In funzione del CONTENUTO IDRICO (M) 2,6 cippato Fresco

36 Conversioni energetiche

37 Qualità dei biocombustibili: legna, cippato, pellet Conformità e/o certificazione dei biocombustibili UNI EN 14961:2010 UNI EN ISO 17225:2014 LEGNA conforme alle classi A1, A2, B (Attestazione Conformità) CIPPATO conforme alle classi A1, A2, B1 (Attestazione Conformità) PELLET conforme alle classi A1, A2; B; I1; I2 (Certificazione)

38 Raccomandazioni per il corretto uso della legna

39 Raccomandazioni per il corretto uso della legna Stagionarla correttamente 1-2 stagioni M < 20% circonferenza 20 cm 9 cm Ø

40 Ciclo produttivo del cippato e qualità Materia prima Contenuto ceneri Ramaglie di latifoglie o conifere Sulla sostanza secca Scarti di legno vergine di segheria Qualità Stanghe o trochi Sulla sostanza secca Ciclo produttivo Classi di qualità secondo la norma ISO Cippatura sul fresco Cippatura sul secco Cippatura sul secco e conservazione sotto copertura Essiccazione forzata Contenuto idrico (%) 36-50% 25-35% < 25% < 10% Pezzatura prevalente (mm) Potere calorifico (MWh/ton) <3,1 3,1-3,6 > 3,6 > 4,5 Valore economico ( /ton) Valter Francescato - AIEL Corso > 450 Formazione Litri di gasolio/ton

41 ORIGINE DEL MATERIALE E QUALITÀ refili tronchi Rami latifoglie stanghe piattaforma A1 A2 B

42 Specifiche per il cippato (UNI EN :2011)

43 Quadro normativo: requisiti generali UNI EN (origine e materie prime) 1.1 FORESTE, PIANTAGIONI E ALTRO LEGNO VERGINE Pianta intera senza radici Pianta intera con radici Fusto Residui di utilizzazione Ceppaie/Radici Latifoglie Conifere Ceduo a turno breve Cespugli Miscugli intenzionali o meno Latifoglie Conifere Ceduo a turno breve Cespugli Miscugli intenzionali o meno Latifoglie Conifere Miscugli intenzionali o meno Latifoglie fresche (con foglie) Conifere fresche (con aghi) Latifoglie pre-essiccate Conifere pre-essiccate Miscugli intenzionali o meno Latifoglie Conifere Ceduo a turno breve Cespugli Corteccia (da utilizzazioni forestali) Miscugli intenzionali o meno Legno da giardini, parchi, alberature, vigneti e frutteti Miscugli intenzionali o meno 1.2 LEGNO PROVENIENTE DA PRODOTTI E RESIDUI DELLE LAVORAZIONI INDUSTRIALI Residui di legno non trattato chimicamente Residui legnosi trattati chimicamente, fibre e costituenti del legno Latifoglie senza corteccia Conifere senza corteccia Latifoglie con corteccia Conifere con corteccia Corteccia da processi industriali Senza corteccia Con corteccia Corteccia da processi industriali Fibre e costituenti del legno Miscugli intenzionali o meno 1.3 LEGNO USATO Legno non trattato chimicamente Senza corteccia Con corteccia 1.4 Miscugli intenzionali o meno Legno trattato chimicamente Miscugli intenzionali o meno Corteccia Senza corteccia Con corteccia Corteccia Faggio a pianta intera senza radici Abete da residui di utilizzazione Sciaveri e refili di larice da segheria Qualità dei biocombustibili e l attestazione di conformità secondo la UNI EN Dipartimento TESAF - Università degli Studi di Padova

44 Specifiche per il cippato (UNI EN :2011) ++Logistica +Origine

45 L analisi di qualità del cippato: proprietà Contenuto idrico % variabile da M10 a M55+ 24h in stufa a 105±2 C Influenza pc, combustione, conservabilità,

46 Specifiche per il cippato (UNI EN :2011) ++Origine +Logistica

47 L analisi di qualità del cippato: proprietà Contenuto in ceneri % variabile da A0.5 a A h in muffola a 550±10 C Influenza qualità combustione e i residui da smaltire/recuperare

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49 Specifiche per il cippato (UNI EN :2011) ++Origine ++Macchina +Logistica P16 P31,5 P45

50 L analisi di qualità del cippato: distribuzione granulometrica P16B Ø mm P45B grossolana 3% grossolana 6% Inceppamento alimentazione 45.0 principale >75% principale >75% 3.15 fine 12% 0 fine 8% Combustione Sicurezza VTT,

51 DISTRIBUZIONE GRANULOMETRICA (P) Norma in vigore UNI EN :2011 Possibili problematiche di classificazione EN ISO :2013 EN ISO :2013 (metodo) Classe Minimo 60% in peso della frazione principale % in peso della frazione fine (< 3.15 mm) % in peso della frazione grossolana Lunghezza di tutte le particelle Sezione massima delle particelle sovramisura P16S 3.15 P 16 mm 12% 6% > 31,5 mm 45 mm Non specificata P31.5S 3,15 P 31.5 mm 8% 6% > 45 mm 150 mm < 2 cm 2 P45S 3,15 P 45 mm 8% 6% > 63 mm 200 mm < 5 cm 2

52 Specifiche per il cippato (UNI EN :2011) ++M

53 Potere calorifico Q (MJ/kg) L analisi di qualità del cippato: proprietà Potere calorifico (MJ/kg kwh/kg) da specificare il valore determinato tramite calorimetro VALORI COSTANTI 1 kg legno 18.8 MJ/kg 5.22 kwh/kg Conifere 2% > Latifoglie 20 Umidità U (%) Densità energetica (MJ/m st kwh/m st ) DEs M = pc M x BD M Contenuto idrico M (%) 0

54 Specifiche per il cippato (UNI EN :2011) ++Specie legnosa ++M +P

55 L analisi di qualità del cippato: proprietà Massa volumica sterica (kg/m st ) variabile da BD150 a BD450+ Influenza DEs, la trasportabilità e stoccaggio

56 Come campionare il cippato da inviare al laboratorio?

57 Come campionare il cippato da inviare al laboratorio? Durante la cippatura Presso stoccaggio in piattaforma cumuli - evitare prelievi in superficie - prelievi in profondità - Prelevare in più punti del cumulo omogeneamente Presso stoccaggio in campo Presso l impianto termico il cumulo va immaginato suddiviso in tre strati sovrapposti; da ciascuno di essi va raccolto un numero crescente di sub-campioni man mano che ci si muove della cima alla base del cumulo ed equamente distanziati. Qualità dei biocombustibili e l attestazione di conformità secondo la UNI EN Dipartimento TESAF - Università degli Studi di Padova

58 Come campionare il cippato da inviare al laboratorio? Raccogliere una quantità minima di: circa litri di cippato (indicativamente il contenuto di una scatola postale 50x50x25cm) kg di briquette o ciocchi di legna. La raccolta deve essere effettuata con strumenti idonei, capaci di raccogliere indicativamente un sub-campione alla volta con volume pari a un litro circa. È sempre da evitare la raccolta di sub-campioni alla base di mucchi o alla loro sommità. È pure da evitare la raccolta di sub-campioni solo sulla superficie esterna dei cumuli nel momento in cui sia sospetta una distribuzione granulometrica disomogenea all interno del cumulo stesso. I campioni raccolti devono essere rapidamente chiusi in contenitori o sacchi impermeabili e opachi.

59 Laboratorio Analisi BioCombustibili c/o Front Office del Dip. TESAF (edificio 1^ stecca, 2^ piano) Viale dell Università Legnaro PD o biofuel.tesaf@unipd.it

60 Protocollo per l analisi speditiva del contenuto idrico

61 IGROMETRI misuratore di contenuto idrico a infissione STRUMENTI: 1. Asta misuratore di contenuto idrico STRUMENTI: 1. Secchio 13 litri 2. Bilancia di precisione 3. igrometro

62 IGROMETRI misuratore di contenuto idrico a infrarossi STRUMENTI: 1. Bilancino a infrarossi (poco rappresentativo e necessita di minuti, ma molto preciso sul dato puntuale)

63 Campionamento cumuli - evitare prelievi in superficie - prelievi in profondità - Prelevare in più punti del cumulo omogeneamente Qualità dei biocombustibili e l attestazione di conformità secondo la UNI EN Dipartimento TESAF - Università degli Studi di Padova

64 IGROMETRI misuratore di contenuto idrico a volume PROCEDURA 1. Pesare la bilancia al netto della tara del secchio da 13 litri 2. Prelevare omogeneamente un volume di 13 litri di cippato dal cumulo 3. Pesare il contenuto del secchio (13 litri di cippato) 4. Impostare la curva dell igrometro sul valore più vicino a quello misurato dalla bilancia 5. Versare il cippato nell igrometro con la giusta curva impostata 6. Leggere il dato

65 Come acquistare? Nella vendita a peso il contenuto idrico e il fattore che maggiormente determina la qualità e il valore della legna.

66 DETERMINAZIONE PC M AL VARIARE DEL CONTENUTO IDRICO M (PC 0 = 18,5 MJ/KG) 18,5 MJ/kg Contenuto idrico pc M pc0x(100 M) 2,44xM 100 MJ/kg 1 MJ = 0,278 kwh Valore in kwh = Valore in MJ x 0,278

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68 EQUIVALENZE ENERGETICHE 1 l gasolio = 10 kwh = 1 m 3 metano 1 l GPL = 6,82 kwh 1 litro gasolio = 3 kg cippato/legna (M30) 1litro GPL = 2 kg cippato (M30) 1 litro gasolio = 2 kg pellet 1 litro GPL = 1,5 kg pellet

69 Qualità del biocombustibile: legna, cippato, pellet - Contenuto Idrico - Pezzatura - Contenuto di ceneri - Potere calorifico - Densità sterica - Durabilità meccanica (pellet) Laboratorio Analisi BioCombustibili Dipartimento Territorio e Sistemi Agro-Forestali biofuel.tesaf@unipd.it

70 Qualità del cippato e requisiti strutturali Requisiti strutturali Caratteristiche B1 A2 A1 A1 Plus Adeguatezza dei mezzi per la trasformazione e movimentazione 100% Stoccaggio della materia prima in un fondo migliorato: favorire stagionatura naturale; dimensioni adeguate al volume commercializzato; pulizia del piazzale e delle macchine Pavimentazione del fondo dove viene stoccato e movimentato il cippato; garanzia di non contaminazione 87% 62% 18% Infrastruttura coperta; adeguatezza della struttura e della logistica, in funzione del volume commercializzato Sistema di essiccazione forzata

71 Qualità del cippato e requisiti strutturali Requisiti strutturali Caratteristiche B1 A2 A1 A1 Plus Adeguatezza dei mezzi per la trasformazione e movimentazione 100% Stoccaggio della materia prima in un fondo migliorato: favorire stagionatura naturale; dimensioni adeguate al volume commercializzato; pulizia del piazzale e delle macchine Pavimentazione del fondo dove viene stoccato e movimentato il cippato; garanzia di non contaminazione 87% 62% 18% Infrastruttura coperta; adeguatezza della struttura e della logistica, in funzione del volume commercializzato Sistema di essiccazione forzata

72 Qualità del cippato e requisiti strutturali Requisiti strutturali Caratteristiche B1 A2 A1 A1 Plus Adeguatezza dei mezzi per la trasformazione e movimentazione 100% Stoccaggio della materia prima in un fondo migliorato: favorire stagionatura naturale; dimensioni adeguate al volume commercializzato; pulizia del piazzale e delle macchine Pavimentazione del fondo dove viene stoccato e movimentato il cippato; garanzia di non contaminazione 87% 62% 18% Infrastruttura coperta; adeguatezza della struttura e della logistica, in funzione del volume commercializzato Piattaforma Sistema di essiccazione biomasse forzata = Strutture centralizzata - Qualità dei combustibili - Rispondenza esigenze del mercato - Garanzia continuità forniture Marketing - Controllo tracciabilità

73 Piattaforme biomasse del GPPB

74 Qualità del cippato e requisiti strutturali Requisiti strutturali Caratteristiche B1 A2 A1 A1 Plus Adeguatezza dei mezzi per la trasformazione e movimentazione 100% Stoccaggio della materia prima in un fondo migliorato: favorire stagionatura naturale; dimensioni adeguate al volume commercializzato; pulizia del piazzale e delle macchine Pavimentazione del fondo dove viene stoccato e movimentato il cippato; garanzia di non contaminazione 87% 62% Cippato per gassificatore 18% Infrastruttura coperta; adeguatezza della struttura e della logistica, in funzione del volume commercializzato Sistema di essiccazione forzata ed eventuale vagliatura

75 Sistemi di essiccazione Essiccatoio su container Cippato e legna H max 2,5 m Container scarrabile o fisso Possibilità di installare estrattori a rastrelli per essiccazione in continuo Range di potenza: >50 kw/container Range di costo: da /container

76 Sistemi di essiccazione Essiccatoio a piano inclinato Cippato di varie pezzature Essiccazione in continuo con scarico dall alto (coclea di alimentazione) Range di potenza: kw Range di costo: da