IMPATTI AMBIENTALI DEGLI IMPIANTI TERMICI CIVILI IN REGIONE PIEMONTE Abstract Ing. Angelo Robotto, Ing. Enrico Brizio - Arpa Piemonte

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1 Convegno ENEA "Impatti energetici ed ambientali dei combustibili nel settore residenziale" 11 novembre Roma IMPATTI AMBIENTALI DEGLI IMPIANTI TERMICI CIVILI IN REGIONE PIEMONTE Abstract Ing. Angelo Robotto, Ing. Enrico Brizio - PREMESSA Il documento del GRUPPO DI LAVORO PER L INDIVIDUAZIONE DELLE MISURE PER LA RIDUZIONE DELL INQUINAMENTO ATMOSFERICO, istituito dal Decreto 756 del 28/12/2011, DG Valutazioni Ambientali (DVA) e sviluppato dal Ministero dell Ambiente nel luglio 2012, aveva già in allora dedicato ampio spazio all utilizzo di biomasse in impianti residenziali. I paragrafi che seguono rappresentano, per immagini e commenti, un ulteriore approfondimento rispetto a quanto già riportato, con specifico riferimento alla realtà piemontese. SCENARIO EMISSIVO Sulla base dell inventario regionale delle emissioni in atmosfera (IREA, aggiornato, di recente, all anno 2010), è possibile apprezzare la distribuzione delle emissioni legate al settore residenziale in un territorio che comprende non solo la Regione Piemonte ma anche le limitrofe regioni francesi e la Liguria. (vedi Figura 1). Figura 1: Inventario sovra regionale delle emissioni, PM2.5 da impianti residenziali (t/y)

2 La Tabella 1 e la Figura 2 riportano a tale proposito il dettaglio dell inventario regionale piemontese in relazione agli impianti residenziali, da cui si può dedurre come gli impianti a legna (si stimano circa apparecchi in Regione Piemonte, consumanti 1,6 Mt di legna all anno) causino la quasi totalità delle emissioni di CO e PM dal settore residenziale. Tabella 1: Emissioni di macroinquinanti da impianti residenziali in Regione Piemonte (fonte IREA 2010)

3 Figura 2: Dettaglio territoriale delle emissioni di PM10 ed NOx dagli impianti residenziali piemontesi (t/y) Sempre sulla base dei dati ricavabili dall inventario regionale IREA 2010, è possibile ricavare il peso delle emissioni degli impianti termici civili alimentati a legna rispetto alle emissioni complessive regionali; da tali dati, rappresentati in Figura 3, emerge che le emissioni degli impianti a biomasse rappresentano parte importante delle emissioni totali regionali, soprattutto per PM10 ed il CO. Si ricorda tuttavia la sottostima presente oggi in tutti gli inventari europei delle emissioni da traffico veicolare, soprattutto per i parametri CO, NOx e PM, sottostima che potrebbe ritoccare sensibilmente le percentuali riportate per alcuni parametri. Figura 3: Confronto emissivo tra impianti a legna, impianti residenziali e totale regionale

4 TECNOLOGIA ED EMISSIONI Andando più nel dettaglio delle caratteristiche degli impianti termici civili alimentati a legno, il confronto delle prestazioni emissive delle diverse tecnologie è rappresentato nelle Figure 4 e 5, rispettivamente per i parametri macroinquinanti e microinquinanti. Il rapporto delle emissioni tra macchine termiche tradizionali e quelle più moderne è molto significativo quando vengono considerati impianti termici dotati di BAT, particolarmente performanti quanto si usa pellet o legna con granulometria e pezzatura adeguate ed omogenee. I fattori emissivi medi basati sul parco macchine della Regione Piemonte è riportato in Tabella 2. Tabella 2: Fattori di emissione medi ponderati per impianti residenziali a legna in Regione Piemonte (fonte: IREA 2010 e fattori di emissione (g/gj) PM10 g/gj COV g/gj NOx g/gj caldaie con potenza < 50 MW camino aperto tradizionale altri sistemi (stufe caminetti cucina) stufa tradizionale a legna camino chiuso o inserto stufa o caldaia innovativa stufa automatica a pellets o cippato o BAT legna/pellets Figura 4: Evoluzione tecnologica dei fattori di emissione per i macro-inquinanti (fonte:

5 IPA tot mg/gj fattori di emissione (mg/gj o ng/gj) IPA tot mg I-TEQ/GJ PCDD/F ng I-TEQ/GJ caldaie con potenza < 50 MW camino aperto tradizionale altri sistemi (stufe caminetti cucina) stufa tradizionale a legna camino chiuso o inserto stufa o caldaia innovativa stufa automatica a pellets o cippato o BAT legna/pellets Figura 5: Evoluzione tecnologica dei fattori di emissione per i micro-inquinanti (fonte: In aggiunta alle caratteristiche tecnologiche delle macchine, le emissioni dagli impianti termici alimentati a legna sono fortemente influenzati dagli aspetti di corretto dimensionamento e gestione delle stesse (numerosità degli start-up, condizioni di combustione poco attiva o quiescente, tipologia di accensione, presenza di accumulatori di fluido termo-vettore) così come dalle caratteristiche della biomassa combustibile (umidità, pezzatura, omogeneità) quercia castagno IPA tot (µg/nm3, O2@10%) fiamma viva quiescente fiamma viva quiescente fiamma viva quiescente umidità < 25% umidità < 25% umidità 26-39% umidità 26-39% umidità > 40% umidità > 40% Figura 6: Influenza della tipologia di combustione e delle caratteristiche della biomassa sulle emissioni di IPA

6 PM (mg/nm3, fiamma viva fiamma viva fiamma viva quercia quercia quercia umidità < 25% umidità 26-39% umidità > 40% Figura 7: Influenza delle caratteristiche di umidità della biomassa sulle emissioni di PM Come meglio esemplificato nelle Figure 6 e 7 (tratte da letteratura specialistica 1 ), le emissioni di IPA tendono ad aumentare con l umidità della legna bruciata e nel caso di combustione non vivace (quiescente, modalità slumber o smouldering ). Analoghe considerazioni potrebbero essere avanzate per il parametro PM. Gli stessi studi inoltre correlano in modo molto stretto le emissioni di CO e di IPA (vedi Figura 8) e riportano andamenti di CO, NOx ed ossigeno esemplificativi dei funzionamenti a fiamma viva e in combustione quiescente (Figura 9): a fiamma vivace corrisponde basso CO, basso O 2, bassi IPA e alto NO, a fase di combustione quiescente alto CO, alto IPA, alto O 2, basso NO. 1 Release of polycyclic aromatic hydrocarbons, carbon monoxide and particulate matter from biomass combustion in a wood-fired boiler under varying boiler conditions. Bignal K.L. et al. Atmospheric Environment 42 (2008)

7 Figura 8: Correlazione tra emissioni di IPA e di CO durante la combustione della legna Al fine di minimizzare le emissioni nocive derivanti dalla combustione domestica della biomassa occorrerebbe pertanto dimensionare e gestire le macchine termiche in modo che i momenti di start-up e di combustione lenta fossero minimizzati. A tale scopo, è consigliabile l uso di accumulatori di acqua calda pronta all uso e risulterebbe opportuno evitare l inseguimento dei picchi di richiesta facendo ricorso ad altri sistemi termici a basse emissioni (pompe di calore, generatori a combustibile gasssoso).

8 Figura 9: Andamento delle emissioni di CO e NOx durante la combustione della legna EFFETTI DELLA COMBUSTIONE DELLA LEGNA SULLA QUALITA DELL ARIA Venendo ora ad una disamina maggiormente incentrata sugli effetti della combustione della legna, la rete regionale di monitoraggio della Qualità dell Aria ci restituisce concentrazioni del parametro Benzo(a)Pirene (B(a)P), scelto come marker dell esposizione agli IPA in aria ambiente. Queste sostanze si trovano in atmosfera come prodotto di processi di pirolisi e di combustioni incomplete, generalmente legate a fonti naturali come le eruzioni vulcaniche e gli incendi boschivi e a fonti antropiche come il traffico stradale, le combustioni incontrollate in ambito agricolo e l uso di olio combustibile, carbone e legno nella produzione di energia e riscaldamento. Le Figure 10 e 11 in particolare riportano gli andamenti di tale parametro in alcune realtà territoriali piemontesi, evidenziando come le maggiori concentrazioni di B(a)P in atmosfera non siano misurate nelle aree urbane più trafficate (Torino, Novara ed Alessandria) bensì in piccoli centri, dove si stima un uso intensivo di biomasse legnose. Nello specifico, dal 2005 in avanti, il limite di qualità dell aria di Benzo(a)Pirene è superato in provincia di Cuneo solo a Saliceto, in area scarsamente antropizzata ma con forte uso di legna per riscaldamento. Al contempo, come già dibattuto, impianti tecnologicamente avanzati di combustione o gassificazione della legna emettono IPA in concentrazioni molto ridotte.

9 È anche possibile dimostrare come, a titolo di esempio, in alcune stazioni della rete di monitoraggio regionale della Qualità dell Aria, le concentrazioni di B(a)P in atmosfera sono correlabili all uso specifico di legna in impianti residenziali (Figura 12), a riprova degli impatti dell uso di legno in impianti termici non particolarmente performanti ng/m^ Alba Borgo S.Dalmazzo Bra Cuneo Saliceto Mondovì Figura 10: Andamento delle concentrazioni di Benzo(a)Pirene nelle stazioni di monitoraggio della Provincia di Cuneo (limite di legge per la qualità dell aria pari a 1 ng/m 3 ) Figura 11: Andamento delle concentrazioni di Benzo(a)Pirene in alcune stazioni della rete di monitoraggio della Regione Piemonte

10 1,6 concentrazione media annua di Benzo(a)pirene (ng/nm3) 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0, emissione di PM da residenziale a legna (g/persona/y) Figura 12: Correlazione tra le concentrazioni di Benzo(a)Pirene misurato in alcune stazioni di monitoraggio della Regione Piemonte ed uso di biomassa in impianti termici civili PIANIFICAZIONE E NORMATIVA REGIONALE IN MATERIA DI EMISSIONI DA IMPIANTI TERMICI CIVILI Le politiche regionali in materia partono da molto lontano nel tempo, forse prime in Italia nel denunciare la criticità di un uso intensivo e indiscriminato del legno per la qualità dell aria (Figura 13). Lo Stralcio di Piano per il riscaldamento ambientale e il condizionamento approvato con DGR 4 agosto 2009, n impone limiti stringenti agli impianti a biomassa, ma si applica solo al di sopra dei 35 kw di potenza termica nominale (Figura 14). Sulla base dei fattori di emissione precedentemente riportati nonché dei limiti imposti dalla normativa regionali sugli impianti termici destinati alla climatizzazione ed il riscaldamento, è possibile elaborare un confronto tra due scenari energetici, a parità di volumetria riscaldata: il primo riferito a impianti termici singoli a biomassa, il secondo ad un eventuale impianto di teleriscaldamento a biomassa al quale verrebbero applicate ordinarie tecnologie di contenimento delle emissioni (misure primarie per l ottimizzazione della combustione, un multiciclone ed un elettrofiltro). Il confronto, riportato in Figura 15, pur trascurando la maggiore efficienza energetica derivante da una generazione centralizzata del calore dotata di accumulatori di acqua calda, evidenzia ancora una volta l importanza delle tecnologie di buona combustione e dei sistemi di abbattimento degli inquinanti a camino ai fini di rendere ambientalmente compatibile l uso energetico della biomassa.

11 Figura 13: Confronto emissivo tra impianti termici a differente alimentazione (Fonte: A.Mussinatto, Regione Piemonte, 2007) Figura 14: Limiti emissivi e requisiti prestazionali per gli impianti a biomassa in Regione Piemonte

12 Figura 15: Generazione centralizzata di energia da biomassa, bilanci emissivi

13 CONCLUSIONI La produzione di energia da fonte rinnovabile, da un lato motore di innovazione e sostenibilità globale, può comportare rilevabili effetti ambientali locali, quali il peggioramento della qualità dell aria, in particolare in regioni delicate come la pianura padana. I punti chiave per la sostenibilità delle soluzioni energetiche a base legno sono almeno i seguenti: il ricorso alle BAT nel campo della scelta: - delle macchine termiche, - degli eventuali sistemi di abbattimento end of pipe, - dell integrazione con altri combustibili o sistemi energetici a bassa emissione per coprire i picchi di richiesta, - dell automazione, - delle logiche di accumulo, - del corretto dimensionamento; l utilizzo di materiale combustibile idoneo, per umidità, pezzatura ed omogeneità; una gestione consapevole, finalizzata alla minimizzazione delle fasi di accensione e combustione quiescente, alla corretta accensione del materiale, alla manutenzione adeguata, alla conformità alla norma tecnica; la centralizzazione della generazione di energia al fine di ottimizzare aspetti energetici ed emissivi; il perseguimento di bilanci emissivi positivi o neutri sulla scala locale (massimizzazione dell efficienza termica, scelte coerenti di dimensione e localizzazione degli impianti); una prospettiva pianificatoria coerente e finalizzata: tecnologia, limiti di emissione, filiera corta, approccio di espianto sostenibile, incentivi, fiscalità, ricaduta locale dei sussidi economici.