PROBLEMATICHE INGEGNERISTICHE E GESTIONALI NELLA FILIERA DELLE BIOMASSE FORESTALI: STATO DELL'ARTE E PROSPETTIVE

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1 PROBLEMATICHE INGEGNERISTICHE E GESTIONALI NELLA FILIERA DELLE BIOMASSE FORESTALI: STATO DELL'ARTE E PROSPETTIVE Ing. Simone Zanoni Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale Università degli Studi di Brescia Edolo 29 novembre 2013

2 29/11/ Agenda Progetti in ambito biomasse del Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale Stato dell arte Prospettive

3 29/11/ Progetti DIMI (1) Progetto: «Razionalizzazione ed ottimizzazione dei flussi di materiale nella rete logistica di filiera di un network di impianti a biomassa» Impianti CHP Impianti trattamento Raccolta materia prima 20 km

4 29/11/ Progetti DIMI (1) i ak i pk () t () t i qtkp ( t) QUANTITY TRANSPORTED STOCK BIOMASS PRODUCED j pp ( t) i q Biomass PLANT p ( t ) qp(t j ) i cp ( t) STOCK j qtcp ( t) QUANTITY TRANSPORTED i qtkc ( t) QUANTITY TRANSPORTED q j c i qc (t) ( t) STOCK CHP PLANT i cc ( t) c j c (t) ELECTRICAL and THERMAL ENERGY PRODUCTION e c ( t)

5 29/11/ Progetti DIMI (2) Progetto Regione Lombardia Bando Ingenio: «Sostenibilità della produzione di energia da biomassa erbacea» Valutazione tecnico-economica di un impianto per la produzione di energia alimentato da biomasse erbacee (mais e simili) Definizione del costo di produzione Analisi economica di mercato delle biomasse erbacee come materie prime (biomasse residuali vs coltivazioni dedicate) Analisi attività di trattamento materia prima (compattazione)

6 29/11/ Progetti DIMI (3) Progetto: «Ottimizzazione dell utilizzo delle biomasse residuali di lavorazione nel settore del compensato di pioppo» Obiettivo: Determinare le quantità ottimali dei residui di lavorazione per i diversi impieghi (combustione, re-immissione nel ciclo produttivo, vendita) al fine di massimizzare il profitto aziendale La funzione obiettivo è una funzione di massimizzazione della funzione di profitto m max ( ( P( Dij, uij) cvij) ( mij xij magin, ij) cij ( xij + magout, ij) Cmij Cs j= 1 i= 1 i= 1 i= 1 i= 1 Politica aziendale: Output modello: n Combustibile (t/anno) Truciolare (t/anno) Vendita (t/anno) Corteccia Cippato secco Cippato umido Sfridi di finitura Tondelli xi: Combustibile (t/a) yi: Truciolare (t/a) mi-xi-yi: Vendita (t/a) Corteccia Cippato secco Cippato umido Sfridi di finitura Tondelli n n n ij )

7 29/11/ Progetti DIMI (4) Progetto: «Correlazione umidità-pci biomassa legnosa» Prove sperimentali su campioni di biomassa per individuare una relazione che permettesse di calcolare il potere calorifico della biomassa legnosa in maniera veloce e precisa: Introduzione dell effetto quadratico del contenuto idrico (Uu) Introduzione della variabile dummy «Conifere» (valore 0 o 1) relativa alla specie legnosa PCI = 4623,28 84,65 U U + 0,54 U 2 U + 325,92 Conifere (kcal/kg)

8 29/11/ Progetti DIMI (5) Stufe e caldaie a pellet per uso domestico Ricerca di soluzioni per aumentarne l efficienza ed abbassare le emissioni: Combustione Problema CO Problema polveri Scambio termico Sfruttare al meglio il calore prodotto per cederlo agli ambienti o all acqua

9 29/11/ Agenda Progetti in ambito biomasse del Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale Stato dell arte Prospettive

10 29/11/ Overview impianti a biomassa FONTE: Fiorese et al. (2013), The power of biomass: Experts disclose the potential for succes of bioenergy technologies

11 29/11/ Aspetti ambientali impianti a biomassa (1) Inferiore produzione di NO x rispetto ai combustibili tradizionali in quanto le temperature di combustione sono di norma inferiori Quasi totale assenza di ossidi di zolfo e successiva formazione di acido solforico (piogge acide) in quanto le biomasse, di norma, non contengono zolfo Emissioni di CO 2 neutre in ottica di ciclo di vita (filiera corta) Energia termica da biomasse: aspetti tecnici e ambientali - ENEA

12 29/11/ Aspetti ambientali impianti a biomassa (2) Average particulate emissions, Nussbaumer et al (2008). Fonte: AEA Energy & Environment (2008) Primary Particulate Reduction Techniques Secondary Particulate Reduction Tecniques Cyclones and Multicyclones Electrostatic Precipitators Filtration Energia termica da biomasse: aspetti tecnici e ambientali - ENEA

13 29/11/ Agenda Progetti in ambito biomasse del Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale Stato dell arte Prospettive

14 29/11/ Sostenibilità filiera biomasse Filiera biomasse: Origine biomassa (produzione/ taglio/raccolta) Logistica (trasporto) Stoccaggio Conversione energetica Utilizzo residui combustione Condizioni di lavoro responsabili Buone pratiche agricole Rapporti sociali responsabili Responsabilità ambientale Sostenibilità Rispetto delle leggi e buone pratiche commerciali

15 29/11/ Filiera corta (1) Vantaggi intrinseci nel territorio in termini di: Promozione delle risorse interne (tecniche e imprenditoriali) Riduzione degli attori esterni Abbassamento della soglia di convenienza che porta alla creazione di valore nella filiera virtuosa Filiera lunga: singole conoscenze scientifiche e imprenditoriali Colture vegetali Biomasse Mercato Impianti conversion e energia Cliente/ servizi Costi: C1 C1+C2 C1+C2+C3 Filiera corta: integrazione di conoscenze scientifiche e imprenditoriali Colture vegetali Biomasse Impianti conversio ne energia Cliente/ servizi Mercato Costi: C1 C1+C2

16 29/11/ Conclusioni Vantaggi derivanti da filiera corta: Utilizzo di biomassa di origine locale (pulizia boschi e verde urbano) Valorizzazione del territorio (competenze tecniche e imprenditoriali) Valorizzazione energetica/economica delle risorse boschive Vantaggi derivanti dall applicazione di studi sulla configurazione ottimale della filiera sia da un punto di vista economico che ambientale: Strutturazione della filiera in modo da minimizzare i costi e le emissioni complessive: Minimizzazione delle distanze (costi e emissioni legati alla logistica e ai trasporti) Corretta ubicazione e dimensionamento degli impianti di conversione energetica (in relazione alle esigenze del territorio) Ottimizzazione dell utilizzo dei residui di combustione