La selezione delle tecnologie più adeguate per lo sviluppo sostenibile. Esempio di ciclo integrato di produzione di olio di palma Ing. Mario A. Rosato LEDS - L'Energia Degli Studenti Associazione di Studenti di Ingegneria dell'energia, Energia Elettrica ed Energetica Università degli Studi di Padova 12 marzo 2014 1
Contenuto Differenza tra rinnovabilità e sostenibilità Cosafaremodi85 milionidipannelli fotovoltaici fra 10 anni? Soluzionilow tech per paesiin via disviluppo Esempio di applicazione: Produzione sostenibile di olio di palma 2
Sostenibilità SOCIETÀ AMBIENTE Vivibile SOSTENIBILE Equo ECONOMIA Fattibile Data la multidimensionalitàdel problema, le analisi sono sempre molto complesse. 3
Rinnovabilità Il biodieseldaolio dipalmaècertamente rinnovabile... Vi sembra sostenibile? Foto Green Peace http://www.greenpeace.org/finland/en/what-we-do/neste-oil--driving-rainforest-destruction/palm-oil-for-biodiesel---consequences/ 4
Rinnovabilità Rinnovabile. Sostenibile? 5
Il problema: Sviluppo= densitàdienergia 100,000 10,000 k W /k g 1,000 0,100 0,010 0,001 preindustrial 1826 1899 1920 1938 1950 1970 2005 2005 6
Il concettodi schiavovirtuale Potenza media diunapersona sana= 350 W FornituradomesticaENEL minima = 3,5 kw = 10 schiavi virtuali Auto utilitaria= 51 kw = 145 schiavivirtuali Lo sviluppo è direttamente correlato con il consumo di energia. 7
Densitàd energiadelletecnologieattuali Source: http://en.wikipedia.org/wiki/energy_density 8
ALTERNATIVE DI SVILUPPO Sviluppo Hi Tech Tecnologie appropriate 9
Alternative Hi Tech superconduttori supermagneti ultracapacitori celle a combustibile 10
Alternative Hi Tech (in commercio) fotovoltaico Lampade alta eff. Pannelli OLED Illuminazione LED 11
Problema: sostenibilitàdel Hi Tech Crescente domanda di materiali rari. Vedere articolo La guerra dei Lantanidi http://www.architetturaecosostenibile.it/materiali/innovativi/guerra-lantanidi-incremento-domanda-materiali-tecnologicirari-462.html Tecnologie alla portata di poche multinazionali equitàsociale? In generel approccioindustrialeè craddleto grave Esempio: i pannelli fotovoltaici. 12
La situazioneal 31/12/2013 Andamento della potenza FV installata in Italia 13
Quantitàdipannellidariciclare Dal2027 in poi, la quantitàdipannellida riciclareo smaltiresipuòstimarein : Q = 16.420.000 kw / 0,200 kw/pannello Q = 82,1 M dipannelli! 14
Ciclodivita deipannellifv (cradle to grave secondol industria) M,Q M,Q M,Q M,Q M,Q M,Q Acquisto materie prime Processo materie prime Utilizzo Fabbricazione Smantellamento Trattamento o smaltimento E E E E Q E E Riciclaggio E M = apporto di materiale Q = apporto di energia E = effluenti 15
Priorità: il riutilizzo Riciclareo riutilizzare? Per testarese i pannelli possono avere una seconda vita, occorre dotarsi d un bancodiprove ad hoc http://www.alibaba.com/productgs/607863802/photovoltaic_panel_testing_equipment.ht ml 16
Riciclaree riutilizzare? Priorità: il riutilizzo Alternativamente al banco di prove, è possibile testarli con luce solare. Occorrono: Solarimetro Tester digitale Resistenze di carico varie Telaio orientabile rispetto al sole Termocamera per identificare se ci sono celle guaste. Sipossonovenderei pannellidisecondamano smistando quelli con caratteristiche elettriche simili. 17
Riciclare o riutilizzare? Diagnosi del pannelo mediante termografia Foto: corso su tecniche di pulizia e manutenzione pannelli FV, cooperativa sociale Karpós, 2014. 18
PROCESSI DI RICICLAGGIO 2ª Priorità: riciclaggio PrevalentementepannellidiSimonocristallinoe policristallino. Processo sviluppato da Deutsche Solar nel 2003 1. Rimuovere telaio di alluminio e connettori 2. Riscaldareilpannelloa 550 ºC per bruciarel EVA. 3. Separareilvetrodallecelle. 4. Inviareognimaterialeal suocanalecorrispondente. Le celle di Si possono essere riconvertite. 19
PROCESSI DI RICICLAGGIO 2ª Priorità: riciclaggio PrevalentementepannellidiSimonocristallinoe policristallino. Processo sviluppato dalla Sunicon 1. Riscaldamento del pannello a 550 ºC per bruciare l EVA. 2. Rimozione del telaio di alluminio e connettori(robot) 3. Frantumazionegrossolanadel vetroe le celleinsieme. 4. Separazione ottica. 5. Frantumazione fine delle celle e avvio a recupero. 20
PROCESSI DI RICICLAGGIO 2ª Priorità: riciclaggio. I moduli di CdTe. Processo sviluppato da First Solar, che ne possiede anche gli impianti di riciclaggio. 1. Rimozione telaio di alluminio e connettori(manuale) 2. Frantumazione 3. Rimozionedel film dalvetro, sciogliendoilcdtecon acido. 4. Separazione solido(vetro, EVA) / liquido(acido). 5. I solidivengonolavatie mandatia riciclovetro. 6. L acqua di lavaggio va aggiunta all acido, e i metalli separati per precipitazione ed inviati a raffineria per il loro riutilizzo per produrre nuovi pannelli. 21
Tecnologiaappropriata Definizione classica(anni 60-70): scelta tecnologica basatasullaprioritàallesoluzionidipiccolascala, decentralizzate,ad alto impiegodimanod opera, basso investimento di capitale, energeticamente efficienti, ecocompatibli, e controllate da poteri locali. Non vuol dire necessariamente roba da terzo mondo. Low tech, piccolo, e decentralizzato non necessariamente sono sinonimi di sostenibile. 22
Esempio: biomassa sostenibile? 100% 12% 3 4% Energia chimica accumulata nella biomassa animale 40% < 0,1% 8,4% 1 2% (i campioni 3 4%) Energia chimica accumulata nella biomassa vegetale 23
Campioni della fotosintesi Algheunicellularie cianobatteri, diatomee(4 a 5% in fotobioreattoricon illuminazione artificiale). Hi Tech Bilancio energetico? Giacintod acqua, canna da zucchero, mais (3% in clima tropicale e con elevato livello di N) Impatto ambientale? Phyllostachyspubescens (bambùgigante) (1,5 a 2%, resiste -26ºC, richiede molta acqua e N) giudicate voi stessi Geo&Geo 27/02/2012 http://youtu.be/mt-z4qmxila Geo&Scienza, 07/03/2012 http://www.rai.tv/dl/raitv/programmi/media/contentitem-a8fcb9a7-ca29-4d67-8498- 175c198d8138.html 24
L approccioinsostenibile Combustibili basati su coltivazioni energetiche Dibattito food vs. energy. 25
Esempiodiciclocradle to cradle Low Tech: etanolo da Opuntia sp. a ciclo integrato Calcolo per 1 ha di terreni marginali (Sicilia, Spagna, Africa subsahariana,...) 1 ha Opuntia = 150 ton di cladodi + frutta (91% acqua) 7,2 ton amido e zucchero 16 kg olio 6,3 ton SV 3000 l ethanol 18 l biodiesel 1500 m 3 CH 4 5 ton concime 26
Esempiodiapprocciocradle to cradle Hi Tech: Progetto Green Desert per valorizzare le shebqhas (depressioni) nello Sahara, per produrre pesce (Tilapia sp.), verdure, nutraceuticals (Dunaliella salina), carne e pelle di coccodrilo, legname di mangrovia, energia idroelettrica e biogas dai residui organici finali. Il digestato della produzione del biogas diventa il nutriente per i cicli biologici a monte. Approfondimento: 27
Green Desert Project by prof. Guillermo García Reina, Centro de Biología Marina, Gran Canaria. 28
Riflessione La produzionedicibodeveper forzaessere prioritaria? Per lo sviluppo sostenibile sono anche necessarie materie prime, non solo cibo ed energia. Molti dei materialitradizionalirichiedonomoltaenergiaper la produzione(carta, mattone, ceramica, acciaio ) o sonofattia partiredapetrolioe gas (plastica, fertilizzanti, ). 29
Ideologiavs. pragmatismo Esempio di progetto di tecnologia appropriata fallito per approccio ideologico. Problema: deforestazione causata per procurarsi legna per cucinare. Obiettivo: crearefontidilavoroper le donnediun campo profugi evitando nel contempo la deforestazione. Luogo: Kadutu(Congo, frontiera con Rwanda, a ridosso del parco nazionale Virunga). ONG coinvolta: IFRADE (Initiative des Femmes pour la Redynamisation des Atouts de Développement Endogène). 30
Pragmatismo Proposte di STSL: Pressa per brichette di biomassa realizzata con un martinettoidraulicomanualee un telaio di acciaio, tutto assemblato da fabbro locale. Costostimato50 US$. Produttività: 4 brichette/colpo. Coltivazionedi2 ha dibambúcome fontedi biomassa per le brichette. Alternativa: costruzione di microdigestori. 31
Ideologia Risposta del direttore della ONG: Il martinettoidraulico(20 US$) èprodottoin Cina. Non possiamo far arricchire i cinesi. L acciaioèprodotodamultinazionali. Non bisogna far arricchire le multinazionali. STSL è un consulente privato. Meglio addottare la tecnologia di presse manuali di unaong del Messicoche arricchire (700 ) un consulenteeuropeo. 32
Ideologia Risposta del direttore della ONG: Le pressedellaong messicanasonodilegno. Il legnovabeneperchée materialenaturalee le risorse dell ONG verranno dunque spese nel territorio, utilizzando materiali e artigiani locali. Vogliono evitare la deforestazione fabbricando presse di legno(tropicale)?! I digestorisonocostosi, complicatie non si possono costruire con materiali sostenibili(!?) 33
Ideologia La pressaper brichettemessicana(fattacon abete gringo?!) 34
Risultatidel progetto 700 pressecostruitecon legnameduro(circa 10 m 3 ), ottenutodisboscandola zonachesi voleva proteggere. Per produrre le brichette si pretendeva utilizzarecartadagiornale, restidifruttae verdura le brichette prodotte poi facevano muffa, puzzavano e la loro combustione facevatantofumochei clienti allafine preferivano carbone o legna tradizionali. 35
Risultatidel progetto In unagiornatadi8 ore con la pressamessicanauna donnariesceappenaa produrre, unaper volta, le brichettenecessarieper la cucinadi3-5 familie (compresa la sua!). Il lavoroèpesantissimo: in Messicoilclimaèsecco, ma a Kadutul umiditàmedia èsempreoltre80%! Dopo una settimana di produzione, le presse sono finite come legna da ardere e l industria delle brichetteèquasi sparita(tenutain vita daun conventodisuorechecontinua a comprarele brichette più per aiutare che altro). 36
TecnologieSostenibili DefinizionediMario A. Rosato: soluzione in base alle condizioni al contorno proprie del cliente, che massimizza l impiego dimateriagrigiain fasediprogettazione, con lo scopodiminimizzareilconsumodienergia, illavoroumanoo animale, ilconsumodi risorsenaturalied ilcapitalenecessarioper l implementazione. 37
Esempiditecnologiesostenibili Pannello solare termico piano Minima quantità di materiale per la sua produzione. Materialiabbondantie in genere anche riciclabili/riciclati. Massima efficienza energetica. Massimasemplicitàe durabilità. Costruzione possibile anche per artigiani. 38
Esempiditecnologiesostenibili Biomassa Sostenibile solo se: Esclusivamente per uso termico. Da scarti(no coltivazione dedicata). A km 0. Combustione controllata. Approfondimento http://www.architetturaecosostenibile.it/curiosita/varie/riscaldamentobiomassa-vantaggi-disinformazione-297.html 39
Esempiditecnologiesostenibili Microeolico Durevole Facile da costruire artigianalmente. È possibile riciclare componentie materiali(es. recupero vecchi alternatori d auto) http://www.gvepinternational.org/en/business/news/next-frontier-whererenewable-energy-and-investment-meet-africa 40
Esempiditecnologiesostenibili Rain e Mist Harvesting Creazione di professionalità locali. Abbinatosempreal consumo responsabile. Esempio di soluzione sostenibileper la FondazioneRockefeller http://www.sustainable-technologies.eu/?p=307 41
Esempiditecnologiesostenibili Irrigazione subsuperficiale Creazione di professionalità locali. Miglioraquantitàe qualità dei raccolti. Argillao plastica? Dipende da luogo! 42
Esempiditecnologiesostenibili Fertilizzanti biologici Doppio utilizzo dei rifiuti organici: Biogas e agricoltura. Miglioraquantitàe qualità dei raccolti. Eliminafuochiinfettivi, puzze, mosche... 43
Esempiditecnologiesostenibili Potabilizzazione d acqua Attential Hi Tech con la scusa della sicurezza! I parametriminimida normaeuropeao USA vanno rispettati. Bisogna creare infrastrutture, non protrarre situazioni di emergenza! Esempio d approccio sbagliato. Il potabilizzatore hi tech condanna la popolazione locale alla dipendenza tecnologica ed economica dai donanti. L esistenza del potabilizzatore diventa scusa per non costruire infrastrutture. 44
Esempiditecnologiesostenibili Potabilizzazione d acqua Si possono rispettare i parametri minimi anche con tecniche semplici. Essere critici con soluzioni brute force (es. osmosi inversa). Un coccio di terracotta con sabbia e carbone vegetale fornisce capacitàdi potabilizzazione comparabile a quella d un purificatore commerciale. Una pelle di daino opportunamente trattata ha la stessa selettivitàdi una membrana di UF. Suede filter fixed to the pot or other suitable container Sand layer Charcoal layer Limestone + eventually bone ash layer Plastic or metal container collecting for the filtered water 45
Biogas Esempiditecnologiesostenibili Ammette rifiuti organici di ogni tipo. Alta densità d energia. Modularità d impianto. Indipendenza energeticae tecnologica. 46
Esempiditecnologiesostenibili Biodiesel Utilizzo di scarti alimentari: olio difrittura, grassianimali, semi non commestibili. Tecnologia da garage Dal5% finoal 20% con gasolio, migliorale prestazioni. Foto: reattorenelgarage del Docente, capacità1000 l/giorno, potenza 1 kw. 47
Esempiditecnologiesostenibili Bioetanolo Utilizzo di scarti alimentari: bucce di patata. Utilizzo di scarti lignocellulosici(hi tech). Sotto certecondizioni, soluzionesostenibile. Articolo: http://www.architetturaecosostenibile.it/curiosita/v arie/paradossi-bioetanolo-combustibili-sostenibilita- 315.html 48
Esempiditecnologiesostenibili Biocalce Materia prima: gusci di molluschi e ossa d animali. BilanciodiCO 2 neutro, se calcinatautilizzandobiogas o biomasse di scarto. Tecnologia adatta anche (soprattutto) per piccole produzioni. Scopo: trattamentoacquee costruzione 49
Refrigerazionesolaretermodinamica 3 sistemi possibili Adsorbimento(continuo o discontinuo) Assorbimento(continuo o discontinuo) Eiettore(continuo) Adsorbimento, discontinuo: senza parti mobili, facile da realizzare(carbone, alcol, vetro, rame, isolante). Articoliraccomandati: http://www.scientificamerican.com/article.cfm?id=solarrefrigeration http://contest.techbriefs.com/2010/entries/medical/448 50
Casodistudio Filiera sostenibile dell olio di palma. Situazione geografica: Camerun Condizionial contorno: Trattori e altri macchinari agricoli disponibili. Corrente 220/380 V, fornitura inaffidabile. Piantagioni mature e pienamente produttive. Agronomi formati in Francia. Monopoliodifattodiun oleificio, sitoa 100 km, che impone i prezzi d acquisto. Stagionalità dei posti di lavoro. 51
Casodistudio Importanzasocialedell oliodipalma: La cucinalocale èa base difritti. L o.d.p. consentepiù fritture, e dàun saporeleggermentepungente( bites ) che piace al consumatore africano. L estrazione dell olio di palmisto era, nella cultura tradizionale, la fontedilavoroper la bassastagione, quando ormai si era già estratto l o.d.p. Il Camerun, unodiprincipaliesportatoridio.d.p., IMPORTA olio di girasole per consumo umano. Il CamerunIMPORTA fertilizzantied erbicidiper le coltivazioni. 52
Casodistudio -1ºPasso Capirecome funzionailsistemaesistentee prendere informazioni addizionali. A cosaserve l oliodipalmain EU e USA? A quantosivendeilsaponein Camerun? A quantosivendel oliodigirasole? A quantosivendonoi biscotti? Che combustibile usa la gente per cucinare? Quanto influisce il costo di pesticidi e gasolio nella produzione dei frutti di palma? 53
Casodistudio -2ºPasso Chiedersiperchéilsistemadeveesserecosìe cosa si può migliorare/ cambiare. Com è fatto l olio industriale? Come si faceva l olio tradizonalmente? Differenzafraolio dipalmae olio dipalmisto? 54
Casodistudio -3ºPasso Chiedersiperchéilsistemadeveesserecosìe cosa si può migliorare/ cambiare. Com è fatto l olio industriale? Come si faceva l olio tradizionalmente? Differenzafraolio dipalmae olio dipalmisto? Fare qualche prova su campioni. 55
Casodistudio -4ºPasso Verificarequalisonogliscartidiogni sottoprocesso e possibili applicazioni industriali(cradle to cradle). Esempi: Polpa esausta digestione anaerobica applicazione del digestato ai terreni. Acque di vegetazione utilizzo come erbicida Gusci del palmisto combustibile per cucinare Pannello del palmisto biscotti 56
Risultatodel casodistudio trattori Calore residuo frutti polpa Olio Polpa esausta Vendita x frittura Acque di vegetazione Recupero olio fritto Diserbante digestati biodiesel sapone palme palmisto Olio (export) pannello gusci biscotti biogas elettricità piccioli combustione Resti di potatura Materiale tipo eraclit per costruzione 57
Per chi volesseapprofondire... Articoli www.architetturaecosostenibile.it/mario-rosato.html http://agronotizie.imagelinenetwork.com/autori/mario-rosato/1517 www.architetturaecosostenibile.it/giovanna-barbaro.html Corsi e seminari http://www.sustainable-technologies.eu/?page_id=662&lang=it http://www.buildingaccademy.it/?id_cat=41#cat Video e TV http://www.sustainable-technologies.eu/?cat=126&lang=it Geo&Geo 27/02/2012 http://youtu.be/mt-z4qmxila Geo&Scienza, 07/03/2012 http://www.rai.tv/dl/raitv/programmi/media/contentitem-a8fcb9a7-ca29-4d67-8498- 175c198d8138.html 58
... e daricordare Una pulce non può fermare una locomotiva... ma può riempire di piaghe il macchinista! 59