Processo a carbonio crescente. La produzione di energia rinnovabile tramite biomassa. Che significa biomassa. Processo a carbonio costante

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1 Processo a carbonio crescente La produzione di energia rinnovabile tramite biomassa Emissioni da fonti fossili Emissioni da fonti fossili Raccolta Trasporto Stoccaggio Conversione Calore/energia Che significa biomassa Si intende con biomassa ogni materia vivente o che in passato viveva. Quando si parla di biomassa per produzione di energia si intende prevalentemente biomassa di origine vegetale Le biomasse vegetali sono tutto il materiale organico che si forma attraverso il processo di fotosintesi clorofilliana. Le biomasse e lo sviluppo sostenibile Impatto ambientale è positivo Non entrare in concorrenza con attività economiche già esistenti Attività economiche orientate al mercato, non alla realizzazione di servizi pubblici Possibilità di creare strutture in grado di autosostenersi senza intervento pubblico una volta superata la fase di avvio. Processo a carbonio costante Fissazione/ossidazione Risorse Fonti di biomassa Boschi Agricoltura Altre fonti Emissioni da fonti fossili Raccolta Imprese Imprese specializzate Raccolta integrata o non integrata Raccolta Trasporto Stoccaggio Conversione Calore/energia Produzione energia e consumo Domanda Riscaldamento Energia elettrica 1

2 Riscaldamento in impianti tradizionali La Domanda Prodotti: legna da ardere e carbone Origine Bosco ceduo Fattori determinanti la crescita della domanda: Moda e styling dell arredamento Inserimento di camini e stufe Sviluppo seconde case e affitto stagionale Modifica delle tipologie abitative Studio CIRM-Istat La domanda di biomasse Riscaldamento domestico in impianti tradizionali (camini, stufe, ecc.) Riscaldamento autonomo domestico in impianti moderni Riscaldamento centralizzato e teleriscaldamento Produzione di energia elettrica o termoelettrica (cogenerazione) Biocombustibili Riscaldamento in impianti tradizionali 2

3 Opportunità di sviluppo per i consumi tradizionali (SWOT analysis) Punti di forza Incremento delle tipologie abitative a più alto consumo di legna Inserimento dei termocamini nell arredamento moderno e classico Combustibile conosciuto e che richiama valori tradizionali Punti di debolezza Limitate possibilità di sviluppo: settore già sviluppato Opportunità Sviluppo di efficienti tecniche di meccanizzazione forestale Costo fonti energetiche tradizionali Impianti più efficienti Protocollo Kyoto Rischi Impatto ambientale (necessità di pianificare lo sviluppo) Alti costi di manodopera settore con manodopera irregolare Questi Impianti possono funzionare sia a legna che a gas in modo combinato oppure soltanto a legna. Si possono collegare in parallelo all'impianto di riscaldamento a termosifoni abbinandoli a caldaie a gasolio o a gas oppure possono funzionare anche da soli quale unica fonte di calore. Alcuni modelli possono anche disporre di uno scambiatore di calore per la produzione di acqua calda sanitaria Il risparmio ottenibile rispetto ai tradizionali sistemi di riscaldamento a gas o gasolio varia dal 50 al 60%. Riscaldamento in impianti autonomi moderni L'impianto è composto da: Serbatoio di accumulo combustibile Il bruciatore Il generatore di calore (Terna o Sirio) Pannello elettronico Il funzionamento è gestito da microprocessore e consiste nelle seguenti fasi: Fase di carico di una quantità prefissata di pellets o combustibile. Fase di accensione: l'accenditore ad aria calda genera la combustione. Fase di lavoro: avviene il carico del combustibile con quantità prefissata in base alla potenza di combustione. In questa fase l'accenditore resta spento. 3

4 Riscaldamento in impianti autonomi moderni Prodotti Biomasse lavorate: pellets (e chips) Origine: Teoricamente, tutti gli scarti dell industria del legno, scarti di lavorazioni agricole e forestali E determinante l umidità Fattori determinanti la crescita della domanda: Sensibilità ambientale Tipologia abitativa Costo e disponibilità di altre tipologie energetiche (in positivo e in negativo) Definizione di standard qualitativi Sinistra: pellets di produzione austriaca Destra: pellets produzione svedese. Opportunità di sviluppo per gli impianti moderni (SWOT analysis) Riscaldamento centralizzato e teleriscaldamento Punti di forza Efficienza energetica Comodità di utilizzo Competitività economica con altri combustibili (eccetto metano) Punti di debolezza Costo installazione Ingombro impianti Rete di distribuzione scarsa o assente Opportunità Sviluppo industrie produzione e distribuzione pellets Coscienza ambientale Protocollo Kyoto Rischi Mancanza di standard di mercato nel combustibile (pellets) Il mercato dei pellets in Italia Teleriscaldamento e cogenerazione elettricità Imprese Capitale mediamente immobilzzato: euro compresi fabbricati e annessi Occupazione: circa 5 addetti/unità produttiva Produttività: 1,5 20 quintali/ora, mediamente 4,5 quintali/ora Il mercato ha premiato impianti modulari con macchine piccole che operano in parallelo, mediamente 3 macchine Settore Produttività stimata: tonnellate/anno Incremento stimato di domanda + 30% annuo Prezzi Franco commerciante: 11,36 /q Al dettaglio /q Incremento stimato di prezzo: +20% annuo Importazioni da Spagna, Austria, Slovenia e Croazia 4

5 segue PUNTI CRITICI del teleriscaldamento a biomasse Accettabilità sociale (impatto paesaggistico e ambientale dell'impianto e del trasporto; provenienza locale della biomassa; partecipazione all'impresa con società miste, cooperative, etc). Vicinanza alle vie di trasporto e cura per non appesantire l'abitato con un eccessivo traffico di mezzi pesanti. Stoccaggio: di solito i volumi necessari non permettono uno stoccaggio stagionale, ma richiedono comunque notevoli superfici per creare magazzini Condizioni di lavoro (sicurezza ed ergonomia) degli addetti alla raccolta-selezione-trasporto. Disponibilità di più fonti di approvvigionamento. Rapporto tra prime e seconde case, visto che spesso la località servita è turistica, per il corretto dimensionamento dell'impianto. La rete del teleriscaldamento è un'infrastruttura che assorbe dal 50% al 80% del costo dell'impianto. Disponibilità in loco di manodopera specializzata per la gestione dell impianto e vitalità imprenditoriale Rischi Problemi di approvvigionamento Sostenibilità economica; stabilità e convenienza del kwhtermico, anche in assenza di contributi pubblici/diffusione rete metano Riscaldamento centralizzato e teleriscaldamento Prodotti Biomasse non lavorate sminuzzate (chips) Origine Scarti dell industria del legno, scarti di lavorazioni agricole e forestali (non è determinante lo stato di umidità) Fattori determinanti la crescita della domanda: Riconversione alle fonti energetiche rinnovabili di impianti in edifici pubblici (scuole, uffici comunali, ospedali, ecc.) Riconversione al teleriscaldamento di piccole frazioni Disponibilità in zona di fonti di biomassa a basso costo. Volontà politica! Produzione energia elettrica e termoelettrica Prodotti: Biomasse sminuzzate non rifinite Fattori determinati lo sviluppo della domanda: Investimenti in nuovi impianti Opportunità di sviluppo riscaldamento centralizzato (SWOT analysis) Punti di forza Risparmi, soprattutto in zone non servite da rete metano Valorizzazione materiale Occupazione Minor inquinamento e maggior efficienza energetica Costi: si eliminano i costi per gli utenti di boiler e caldaie, dei controlli annuali e della pulizia di caldaie e camini. Sicurezza: si sposta la combustione nell'impianto di teleriscaldamento; agli utenti arriva solo acqua calda. Maggiore affidabilità: rispetto all'impianto domestico le centrali di teleriscaldamento hanno più caldaie a biomassa e una o più caldaie di integrazione alimentate da fonti fossili, quindi oltre alla ridondanza impiantistica ci si mette al riparo da eventuali carenze di un combustibile. Comodità: impianti domestici a biomassa richiedono molte attenzioni e manutenzione (rifornimenti, alimentazione giornaliera se a legna, scarico delle ceneri, ), mentre l'utente del teleriscaldamento deve solo regolare sul (crono)termostato la temperatura e pagare la bolletta. Si recuperano spazi riservati a bombole o serbatoi Opportunità Per l'energia fornita dal teleriscaldamento a biomassa inoltre ci sono delle agevolazioni fiscali. Legate prevalentemente a progetti sperimentali locali Ricadute locali degli accordi internazionali energie rinnovabili 5

6 Opportunità di sviluppo centrali energetiche Punti di forza Accordi internazionali energie rinnovabili Valorizzazione materiale di scarto Possibilità di realizzare contratti di fornitura cospicui (associazionismo produttori) Occupazione in nuove attività produttive Punti di debolezza Disponibilità e costi di raccolta del materiale Prezzi pagati dalle centrali Attualmente, resistenza popolazione locale Paura dell inceneritore. Opportunità Sviluppo produzioni specializzate per energia Politiche agricole, riforma PAC Rischi Settori economici a vario titolo concorrenti: Energia, agricoltura, settore legno, ecc. Biometanolo Simile come impieghi al bioetanolo Si ottiene dalla distillazione secca del legno Il metanolo, può essere successivamente raffinato per ottenere benzina sintetica che può essere paragonata alle benzine tradizionali, oppure impiegato nella produzione del biodiesel La coltivazione di colture adeguate, con alto valore lignocellulosico, permetterebbe di supplire all'attuale domanda di petrolio e gas utilizzando meno del 10% del terreno disponibile per tali colture, alcune specie vegetali non abbisognano di terreni particolarmente fertili, non richiedono diserbanti e hanno bisogno di modeste quantità d'acqua, praticamente solo quella delle precipitazioni atmosferiche. I biocarburanti I biocarburanti sono prodotti derivati dalla biomassa che, oltre a prestarsi per produrre calore e/o energia elettrica, possono essere usati per autotrazione, sia miscelati con i carburanti da combustibili fossili e sia, in alcuni casi, utilizzati puri. I biocarburanti sono: Bioetanolo Biometanolo Olio vegetale Biodisel Sistema integrato per alimentare i portatili a metanolo: una cartuccia da 125ml (un bicchiere) ha una autonomia per 7 ore di lavoro continuo Bioetanolo Le materie prime per la produzione di etanolo possono essere racchiuse nelle seguenti classi: Residui di coltivazioni agricole; Residui di coltivazioni forestali; Eccedenze agricole temporanee ed occasionali; Residui di lavorazione delle industrie agrarie e agro - alimentari; Coltivazioni ad- hoc; Rifiuti urbani. Risulta un prodotto utilizzabile nei motori a combustione interna normalmente di tipo dual fuel Nell' immediato potrebbe essere utilizzato additivato alla benzina In alcuni paesi del sudamerica viene utilizzato puro in normali motori a combustione interna opportunamente tarati Attualmente non è lecito utilizzare alcol etilico come carburante in proporzioni superiori al 5%, in quanto si evaderebbero le accise praticate sui carburanti stessi. Oli vegetali Tutti gli oli vegetali sono dei potenziali carburanti, anche tali e quali, attualmente è possibile utilizzarli in motori diesel in percentuali variabili dal tipo di sistema di iniezione, gli ultimi sistemi ad alta pressione sono più vulnerabili, data la maggiore viscosità dell'olio rispetto al gasolio. Generalmente è possibile utilizzare dal 5 al 30% di olio in gasolio d'inverno e dal 30 al 70% in estate, dipende ancora dal tipo di motore diesel, l'olio di colza è quello maggiormente sperimentato. Attualmente non è lecito utilizzare olio alimentare come carburante in proporzioni superiori al 5%, in quanto si evaderebbero le accise praticate sui carburanti stessi, le emissioni in atmosfera dell'olio combusto non sono molto dissimili da quelle del gasolio, mentre l'apporto di CO2 è nullo in quanto rientra nel ciclo del carburante-olio. 6

7 Biodisel Si ottiene dalla spremitura di semi oleoginosi di colza, soia, girasole ecc.. e da una reazione detta di transesterificazione, che determina la sostituzione dei componenti alcolici d origine ( glicerolo ) con alcool metilico ( metanolo ). Le risorse Biodisel La sua produzione è del tutto ecologica, poiché non presuppone la generazione di residui, o scarti di lavorazione. La reazione di transesterificazione prevede la generazione di glicerina quale sottoprodotto nobile dall elevato valore aggiunto, della quale sono noti oltre 800 diversi utilizzi. L'utilizzo può essere diretto poiché non richiede alcun tipo d intervento sulla produzione dei sistemi che lo utilizzano (motori e bruciatori). Nell autotrazione (motori diesel) sia puro che miscelato con il normale gasolio. Nel riscaldamento. Il Biodiesel nel riscaldamento può essere utilizzato direttamente sugli impianti esistenti, sia puro (al 100%) che in miscela con gasolio in qualsiasi proporzione. Le risorse La produzione di biomasse agroforestali per uso energetico può derivare da diverse attività sul territorio, quali: utilizzazione di popolamenti forestali finalizzati alla produzione di biomasse per fini energetici: cedui semplici, cedui composti, cedui in conversione a fustaia; residui da lavorazioni agricole, soprattutto potature di coltivazioni legnose agrarie; interventi di manutenzione delle infrastrutture sul territorio: ripulitura degli alvei dei torrenti, delle linee elettriche, delle scarpate stradali, ecc. nuovi impianti specializzati per la produzione di biomassa per fini energetici. Impianti forestali a turno breve Coltivazioni annuali Energy Crop Biodisel Il funzionamento, l'usura dei motori e le prestazioni sono del tutto assimilabili a quelle ottenute con gasolio tradizionale in termini di resa ed affidabilità. puro al 100 % od in miscela con gasolio in qualunque proporzione, in tutti i mezzi di trasporto dotati di motore diesel di recente concezione, i quali possono usufruirne senza accorgimenti tecnici; puro al 100 % in tutti i mezzi di trasporto dotati di motore diesel di produzione antecedente, con lievi modifiche da eseguire in officina (sostituzione di guarnizioni e condotti il gomma, eventuali semplici modifiche al circuito di iniezione); in miscela con gasolio fino al 30-40% su tutti i mezzi di trasporto dotati di motore diesel, di qualunque età, senza la necessità di accorgimenti tecnici. Biomasse forestali 7

8 Raccolta separata Raccolta separata: Prima prodotto commerciale Successivamente residuo per biomassa Raccolta residui agricoltura Raccolta integrata Caratteristiche Fonte Oliveti Vigneti Frutteti Resa:potatura Ogni 1-2 anni 2-4 T/Ha Sostituzione: Ogni 40 anni circa Circa 40 t/ha Caratteristiche Buona accessibilità I residui debbono comunque essere smaltiti Problemi Costi attrezzature Infrastrutture forestali Attrezzature e personale Ripulitura alvei Ogni anno Resa t/ha 8

9 Potatura verde urbano Kg sostanza secca / albero Trattamento residui agricoli Residui piccole dimensioni: Imballatrici Potature Tecnologie: Trasporto e succeissiva cippatura Cippatrice semovente Imballatrice 9

10 Sostituzione uliveti Problema rimozione apparati radicali Cedui a turno breve e colture annuali energy crops 10

11 Cedui a turno breve Salice Specie utilizzate Pioppo: ibridi vari Salice Eucalitto Robinia pseuodo-acacia Acacie Farnia e cerro Fraxinus Modalità di coltivazione SRF Siepe da legno Impianto di bosco ceduo da legna Produttività Eucalitto Piuttosto variabile Cedui a turno breve: molto variabile per Specie Turno (da 1 a 3 anni) Irrigazione (si o no) Fertilizzazione (si o no) Variabile t/ha a maturità Pioppo Siepe da legna 11

12 Utilizzazione: alta meccanizzazione Oleaginose Sono colture di tipo tradizionale: giarsole, colza, ecc. La meccanizzazione è analoga alle coltivazioni alimentari Meccanizzazione taglia e sminuzza Colture a fibra Si usano molte specie: Sorgo Myscantus Kenaf Arundo Donax Ecc. Colture erbacee Si differenziano per: Tipologia di combustibile Olio Cellulosa Specie: optimum ecologico Annuali/poliennali Sorgo Simile al mais, alto 4 m / t/ha sostanza secca Impiegato anche come foraggio Necesita di una lavorazione separata tra il culmine fruttifero (zuccherino - Alchool) e foglie e fusti (fibra). tonnellate di sostanza secca/ettaro Cardo Kenaf Topinambour Elephant grass Miscanthus Sorgo da fibra Canna comune 15,6 17,6 18,7 26,8 30,6 38,4 52,8 12

13 Raccolta sorgo La pianificazione della filiera Myscanthus Poco esigente ed adatto a climi e terreni aridi Poliennale Fino a 30 t/ha s.s. LIFE BIOSIT: un Sistema Informativo per l analisi della disponibilità di biomassa I SIT rappresentano strumenti molto utilili per le politiche energetiche locali Inventario delle risorse territoriali disponibili Programmazione energetica Tipologie di impianti per la valorizzazione Incentivazione Infrastrutturazione Organizzazione delle strutture di raccolta Creazione di imprese specializzate Aruno donax Poliennale A volte non si ha il ricaccio (debolezza dei rizomi) Meccanizzabile con le tradizionali attrezzature per la raccolta di foraggio Definizione del modello di stima del potenziale energetico da biomassa agro-forestale su base GIS Database informazioni su costi e produttività caratteristiche fisiche della biomassa Si definisce GIS un sistema informatico progettato in modo da permettere all utente di raccogliere, gestire ed analizzare grandi quantità di dati georeferenziati, nonché applicare algoritmi di trasformazione dei dati stessi GIS uso del suolo (IFT) caratteristiche del territorio tipologie di imprese Produttività di biomassa Costi di produzione e trasporto Potenziale energetico Impatto ambientale e sociale Mappe 13

14 Analisi GIS per valutare la disponibilità delle risorse Le basi dati Carta dell uso del suolo CORINE-LAND COVER (vector( vector) Inventario Forestale della regione Toscana (raster( raster) L inventario Forestale della Regione Toscana Aree Protette: Parchi Nazionali, Regionali, Riserve, S.I.C., ecc. c. Limiti amministrativi Comunali Località abitate Reti di comunicazioni Modello digitale del terreno I tipi climatici La carta litologica Censimento intermedio dell industria (1996) Stima su base GIS della produttività di biomassa in Toscana Tipologia delle risorse di biomassa per uso energetico Risorse attuali - Residui forestali (da operazioni silviculturali) - Residui dell industria del legno - Residui agricoli: legnosi da potatura, erbacei da colture di cereali Risorse potenziali - Short Rotation Forestry (SRF) - Colture energetiche (erbacee) Esempio: scarti della paglia di cereale e biomassa forestale produttività (tonn/km 2 /anno) IFT=Inventario Forestale Toscana (distribuzione sul territorio delle specie vegetali e delle attività) + Analisi di produttività per specie vegetale e/o attività Produttività: tonn/km 2 /anno 14

15 Le potenzialità offerte dalle risorse toscane Produzione sostenibile di biomassa secca: Di cui: t/anno dal settore forestale dal settore agrario Individuazione delle strutture aziendali della filiera Impianti di produzione energia elettrica Filiera di imprese specializzate per la produzione di energia termica destinata al riscaldamento domestico Considerando anche gli impianti legnosi specializzati si potrebbero ottenere anche tonnellate/anno dalle colture S.R.F. Costi di raccolta della biomassa forestale Costo medio euro/tonnellata La filiera per il riscaldamento domestico:tipologie di impresa Imprese specializzate nella raccolta di residui forestali; Imprese specializzate per la raccolta di residui agricoli; Imprese integrate per l utilizzazione boschiva e la raccolta di residui forestali e agricoli; Trasformazione : imprese per la produzione di pellets Tonnellate anno Per ogni tipologia di impresa è stata individuata la dimensione più efficiente dal punto di vista economico attraverso indicatori di contabilità operativa Dotazione macchinari Occupazione Indici di bilancio La filiera di raccolta Addetti impiegati in ogni distretto Ipotesi 50% delle risorse disponibili Addetti Totali = 1171 Addetti raccolta = 1011 Addetti pellets = 160 Addetti settore biomassa-energia 85.2 a 102 (2) 68.4 a 85.2 (3) 51.6 a 68.4 (3) 34.8 a 51.6 (4) 18 a 34.8 (7) 92 Addetti nel comparto raccolta Addetti nel comparto pellets 15

16 Stima dell'impatto ambientale dell impiego energetico della biomassa Esempio: CO2 evitata tramite l impiego energetico della biomassa agricola tonn/(ha anno) metodologia 1 kwh elettrico= 0.58 kg CO2 [Dati ENEL 1999]. X distribuzione territoriale di energia elettrica prodotta Conclusioni Le opportunità di sviluppo sono concrete, ma debbono essere pianificate, organizzate e gestite con azioni intra ed extra filiera. Azioni intra-filiera Attenta valutazione delle disponibilità reali qualitative e quantitative Inventari e Sistemi Informativi Territoriali delle biomasse Analisi delle condizioni di mercato: domanda Creare strutture flessibili ed in grado di autosostenersi Formazione professionale Aiuto alla formazione di imprese specializzate Azioni extra-filiera Contratti collettivi con altre realtà produttive: Agricoltori (raccolta e coltivazione), imprese di lavorazione del legname, in modo da stimolare la creazione di un settore integrato e segmentato Attenzione ai mercati concorrenti 16