CONTRIBUTI SCIENTIFICO-PRATICI PER UNA MIGLIORE CONOSCENZA ED UTILIZZAZIONE DEL LEGNO XLI

Consiglio Nazionale delle Ricerche Istituto per la Ricerca sul Legno Firenze CONTRIBUTI SCIENTIFICO-PRATICI PER UNA MIGLIORE CONOSCENZA ED UTILIZZAZIONE DEL LEGNO XLI Indagine sulla cippatura in Italia A survey of Italian chipping operations di Raffaele Spinelli e Bruce Hartsough Firenze, 2001

CNR - Consiglio Nazionale delle Ricerche IRL - Istituto per la Ricerca sul Legno Via Barazzuoli, 23-50136 Firenze Tel. 055.661750-661886 Fax 055.670624 E-mail legno@irl.fi.cnr.it Sito www.area.fi.cnr.it/irl/irl.htm Editore: Compagnia delle Foreste Sede operativa: Via P. Aretino 8, 52100 Arezzo - Tel./fax 0575.370846 E-mail posta@compagniadelleforeste.it Sito Internet www.compagniadelleforeste.it Impaginazione: Elena Palazzini - Arezzo

CONTRIBUTI SCIENTIFICO-PRATICI PER UNA MIGLIORE CONOSCENZA ED UTILIZZAZIONE DEL LEGNO collana monografica dell Istuto per la Ricerca sul Legno Direttore Dr. Berti XLI (2001)

Gli autori - The authors Raffaele Spinelli è ricercatore presso il CNR Istituto per la Ricerca sul Legno dal 1988. Nel 1994 ha preso la guida della linea di ricerca Utilizzazioni Forestali e Approvvigionamento del Legname, che concerne la raccolta del legno vista in tutti i suoi aspetti: tecnologico, economico, ergonomico e ambientale. L attenzione maggiore è dedicata alle utilizzazioni forestali sostenibili, ed in particolare all esecuzione dei diradamenti e alla raccolta del legno per usi energetici. Molto lavoro è dedicato anche alla meccanizzazione innovativa e all impatto ambientale. Spinelli è stato responsabile scientifico per la parte CNR in numerosi progetti Nazionali ed Europei. is a researcher with the National Council for Research Wood Research Institute (CNR IRL), since 1988. In 1994 he took the leadership of the research group on Wood Supply and Forest Operations. The group studies wood harvesting in all of its aspects: technology, economics, ergonomics and environmental impacts. The main focus is on sustainable logging, with special reference to thinning and wood for energy. Great emphasis is given to innovative mechanization and to environmental consequences. Spinelli has been in charge of the CNR work-package in a number of projects, both national and European. Bruce Hartsough dal 1980, lavora con l Università della California Davis, dove è divenuto Professore Ordinario di Ingegneria Forestale nel 1995. Svolge ricerca sui sistemi di raccolta a ridotto impatto ambientale, sul ruolo delle utilizzazioni forestali nel migliorare la stabilità dei boschi e nel ridurre il rischio d incendio, e sulla raccolta della biomassa forestale per usi energetici. Dedica molto lavoro anche alla raccolta del legno nelle piantagioni a turno breve, dove analizza le prestazioni di sistemi alternativi, modelizzandone la produttività. E membro attivo dell ASAE, dove attualmente presiede il Meetings Council. has been working with the University of California Davis since 1980, where he became Full Professor of Forest Engineering in 1995. His main research areas are minimumimpact harvesting methods, the role of harvesting in improving forest health and reduce fire risk and the collection of forest biomass for energy generation. He devotes much work to the harvesting of short-rotation forestry, analyzing alternative harvesting systems and modeling their performance. He is an active member of ASAE, where he is currently Chair of the Meetings Council.

CONTRIBUTI SCIENTIFICO-PRATICI PER UNA MIGLIORE CONOSCENZA ED UTILIZZAZIONE DEL LEGNO Prefazione I riferimenti a marchi di fabbrica e nomi commerciali sono fatti esclusivamente per favorire una migliore comprensione del testo da parte del lettore. Né il Consiglio Nazionale delle Ricerche né l Università della California vogliono pubblicizzare, garantire o sostenere le marche ed i modelli menzionati, ad esclusione di altre marche o modelli analoghi disponibili sul mercato. In modo simile, le notizie fornite circa alcune ditte del settore servono solo a dotare il lettore di una migliore prospettiva generale, e non a pubblicizzare le ditte in questione. I dati storici, commerciali ed economici riportati circa queste ditte sono stati ottenuti nel corso di interviste con i rispettivi responsabili o con portavoce accreditati, ma non sono stati soggetti a verifica. Infine, il tono generale del testo è volutamente informale e spesso fa licenza alla terminologia ufficiale, usata nel mondo scientifico. Tale scelta è stata motivata dall esigenza di una diffusione più ampia del presente lavoro, che è stato elaborato su solide basi scientifiche ma ha un fine essenzialmente applicativo e pertanto deve essere compreso adeguatamente anche da chi opera al di fuori del mondo scientifico. Preface Reference to trade marks and brand names is done in the exclusive interest of a better understanding on the part of the reader. Neither the National Council for Research nor the University of California want to advertize, endorse or support the specific brands and models mentioned in the text, to the exclusion of other equivalent brands and models. Similarly, specific information on some firms is reported only to provide the reader with a general background, and not to endorse the firms that are mentioned. Data on the history, market strategy and economic performance of these firms have been obtained through direct interviews with their managers or with trustworthy official speakers, but they have not been checked by the Authors. Finally, the general language of the text is purposedly colloquial, and it often takes a good measure of freedom from the conventions of official scientific terminology. Such choice has been motivated by the need for a broader distribution of the report, which is built over solid scientific foundations but addresses practical problems, and therefore must be thoroughly understood also outside of scientific circles.

Indice Capitolo 1- Introduzione...10 Premessa...10 Finalità dello studio...10 Capitolo 2 - Materiali e metodi...14 Capitolo 3 - Le prove...16 La località...16 I popolamenti e la selvicoltura...18 Il legname...20 Le macchine e gli operatori... 22 I sistemi di lavoro... 30 Capitolo 4 - Modellizzazione della produttività... 34 Analisi statistica... 34 Tempo di cippatura... 34 Tempo di spostamento... 36 Altro tempo produttivo... 38 Capitolo 5 - Il calcolo dei costi... 40 Costi fissi... 40 Costi variabili... 40 Uso del modello... 40 Capitolo 6 - Osservazioni pratiche... 50 Allestimento della cippatrice... 50 Durabilità e progresso... 52

Index Chapter 1 - Introduction... 11 Foreword... 11 Goal of the study... 11 Chapter 2 - Material and methods... 15 Chapter 3 - The trials... 17 The sites... 17 The stands and the silvicolture... 21 The wood... 21 The Machines and Operators... 23 The Working Systems... 31 Chapter 4 - A production model... 35 Chipping Analysis... 35 Chipping time... 35 Repositioning time... 37 Other time... 39 Chapter 5 - Costing the options... 41 Ownership costs... 41 Operating costs... 43 Using the model... 43 Chapter 6 - Pratical Observations... 51 Chipper configuration... 51 Durability and progress... 53

Indice Rotture e riparazioni... 54 Disco o tamburo?... 58 Durata dei coltelli e loro sostituzione... 60 La gru... 62 Tecnica di alimentazione... 64 Problemi di alimentazione... 66 La bocca di alimentazione... 66 Convogliatore o collo d oca?... 66 Scarico del cippato... 70 Trasporto del cippato... 72 Capitolo 7 - Conclusioni... 76 Schermata tipo... 78 Elenco delle prove... 80 Ringraziamenti... 84 Tavole fotografiche... 84 Bibliografia... 95

Breakdowns and repairs... 55 Disc or drum?... 57 Knife life and replacement... 59 Loaders... 61 Feeding technique... 63 Feeding difficulties... 63 Infeed chute... 65 Chip evacuation: conveyor or pipe?... 67 Chip discharge options... 67 Transporting the chip... 69 Index Chapter 7 - Conclusion... 77 Model display... 79 List of trials... 80 Acknowledgements... 84 Pictures... 84 Bibliography... 95

Capitolo 1 - Introduzione Cippato: un prodotto collaterale ricavato dal legname scadente La domanda di cippato aumenterà presto Premessa La cippatura è un operazione diffusa nei boschi Italiani, e numerose ditte boschive producono rilevanti quantitativi di cippato. Nella maggioranza dei casi, il cippato è un prodotto collaterale ottenuto dal legname più scadente. La cippatura è l unico modo per rendere commerciabili anche i rami, i cimali e le piante che non possono produrre altri assortimenti. Ovviamente, la qualità del cippato è paragonabile a quella del materiale di partenza: spesso la percentuale di corteccia e di foglie è troppo alta per l industria cartaria, che in Italia è comunque piuttosto piccola. L industria del pannello invece può accettare cippato di mediocre qualità e costituisce il principale sbocco per il cippatore Italiano. Dalla metà degli anni 90, i pannellifici hanno iniziato ad assorbire crescenti quantità di legname riciclato, che è ottenuto ad un prezzo inferiore a quello del cippato forestale. L uso del materiale di riciclo si è rivelato talmente interessante che i pannellieri sono disposti a trasportarlo su lunghe distanze, ed infatti giungono ad importarne grossi quantitativi dagli altri Paesi Europei. Questo massiccio fenomeno di importazione ha determinato un drastico calo dei prezzi del cippato forestale. Il prezzo di ritiro attuale (Gennaio 2001) è ormai intorno ai 20 Euro/tonnellata fresca contro i 38-40 Euro del 1994. Nonostante ciò, molti boscaioli Italiani continuano a cippare anche se meno di prima. Con lo scopo di ridurre le emissioni di CO2, la recente legislazione proibisce l abbruciatura delle ramaglie. La cippatura resta il sistema più efficace per eliminare i residui di utilizzazione. Questi non possono essere rilasciati in foresta, dove ostacolerebbero lo sviluppo della rinnovazione e creerebbero un notevole rischio d incendio. Oltretutto, molte ditte hanno già una cippatrice, che avevano acquistata quando il mercato del cippato era interessante e che ora rivenderebbero male. Finalità dello studio Ci sarebbe poco interesse a studiare una pratica in via di estinzione, se questa non fosse sul punto di essere rilanciata. Il crescente settore della bionergia dovrebbe presto offrire l opportunità tanto attesa. Attirate da sostanziosi incentivi, molte imprese private progettano di attivare centrali termiche ed elettriche di varie taglie e capacità, che comunque utilizzeranno la biomassa come combustibile principale. Sebbene l impianto medio difficilmente supererà i 15 MW di potenza, molti progetti sono in in corso, ed alcuni hanno già raggiunto la fase esecutiva. Per il 2001 si prevede già l attivazione di tre centrali, ciascuna delle quali dovrebbe consumare circa 150-200.000 tonnellate di combustibile all anno. Le specifiche di tutti questi progetti indicano il cippato di legno quale combustibile primario. Pertanto, la domanda di cippato dovrebbe presto subire un inversione di tendenza, a beneficio di quelle ditte boschive che operano in prossimità dei nuovi impianti. Il cippato dovrà essere distribuito regolarmente ed in grosse quantità - il che pone notevoli problemi organizzativi. In molti casi le risorse locali sono così diversificate che non si può pensare a raggiungerle con una sola filiera di approvvigionamento. Concentrare tutta la produzione in poche operazioni industriali resta un ideale teori- 12 Indagine sulla cippatura in Italia A survey of Italian chipping operations

Chapter 1 - Introduction Foreword Many Italian logging companies produce substantial amounts of wood-chips. In most cases, chip is a collateral product obtained from less valuable trees and tree portions. Chipping is the only way to attach some market value to low-quality trees, branches and tree-tops. Chip quality is comparable to the quality of the raw material: the bark and foliage content is too high for the pulping industry, which in Italy is rather small anyway. Particleboard factories are the main customers of the Italian chipping contractors, because they accept low-quality chip. Starting in the mid 90s, particleboard manufacturers have increasingly resorted to recycled wood, which is obtained at a very low price. Using recycled wood is so interesting that the Italian manufacturers are ready to transport it over very long distances and they actually import large amounts from other European Countries. The massive influx of imported demolition wood has resulted in a steep price drop for forest chip. Current delivered price (January 2001) is about 20 Euro/t, which contrasts with the hefty 38-40 Euro of 1994. Nevertheless, Italian loggers keep producing chips although in smaller amounts. In order to reduce CO2 emission, recent legislation has forbidden slash burning. Therefore, chipping remains the most effective way to dispose of the harvesting residue. This cannot be released in the forest, because it would hinder reforestation or increase fire hazard. Besides, many companies already have the chipper, which they purchased when the chip market was high and which would be difficult to sell now. So, they convert into pulpwood everything they can, but chip the rest and send it to the particleboard factories. Goal of the study There would be little interest in studying a dying practice if this was not susceptible of being revived. The bioenergy industry may soon offer this chance. Attracted by generous Government subsidies, several companies plan to build dedicated power plants that will use biomass as their main fuel. Although the average plant would seldom exceed the 15 MW size, many projects are going on and a handful of them are already in the executive stage. At least three plants are scheduled for operation in year 2001, and each would consume some 150-200,000 tons of fuel per year. According to project specifications, most of this fuel will be wood-chips. Therefore, wood-chip demand should soon grow, to the benefit of those logging companies that operate close to the new power plants. Chips will have to be delivered regularly and in large amounts. Organizing fuel supply is a main question. In many cases, resources are so diversified that they cannot be tapped with one system only. Concentrating supply into a few industrial operations remains a theoretical ideal, which risks missing a large part of the available fuel. Italian fuel managers must be able to consider a whole range of operational alternatives, knowing the potential and the optimum characteristics of each one. Our study tries to relate chipping performance to a number of parameters, including machine type and size, feeding system, mode of operation, characteristics of the raw material and site conditions. The purpose is to develop a mathematical model that can predict machine productivity and chipping cost as a function of the above-mentioned parameters. Chip: a collateral product obtained from low-quality wood Chip demand will soon grow Indagine sulla cippatura in Italia A survey of Italian chipping operations 13

INTRODUZIONE Un sostegno a chi vuole migliorare l efficenza dei cantieri co, che difficilmente permetterà uno sfruttamento oculato delle risorse offerte dal territorio. I responsabili delle centrali Italiane dovranno poter considerare una gamma complessa di alternative, conoscendo il potenziale e i requisiti di ciascuna. Il nostro studio cerca di collegare l efficienza della cippatura ad un numero di parametri, tra cui il tipo e la taglia della cippatrice, il sistema di alimentazione, il sistema di lavoro, le caratteristiche della materia prima e le condizioni stazionali. Lo scopo è sviluppare un modello matematico capace di predire la produttività di lavoro ed il costo di cippatura in funzione di questi parametri. Tale modello permetterà ai responsabili di centrale di pronosticare l efficienza dei propri cantieri, giungendo a formulare un costo del combustibile abbastanza preciso. D altra parte, il modello può essere impiegato anche da quelle ditte boschive che decidano di avviare la produzione di cippato e debbano acquistare l attrezzatura appropriata. In questo caso, il boscaiolo può usare ipotesi di lavoro personalizzate per calcolare i diversi risultati economici delle alternative tra cui deve scegliere. Poiché l indagine ha coperto una gran varietà di cantieri, il modello è abbastanza flessibile da coprire la maggior parte delle situazioni che possono verificarsi in Italia. Un prodotto collaterale di un indagine così vasta è l identificazione dei fattori di successo - che è riportata nel capitolo 6 come una lista di indicazioni pratiche derivanti dall esperienza, più che da un analisi statistica formale. 14 Indagine sulla cippatura in Italia A survey of Italian chipping operations

INTRODUCTION Such model will allow fuel managers to predict the output of their own chipping system and to calculate the resulting fuel cost. On the other hand, the model can be used by logging companies that decide to get into chip production and need to acquire the appropriate equipment. In this case, the user can enter his own working and costing hypotheses to find the break-even point between alternative options. Since we have examined a wide range of operations, the model includes enough cases to encompass most situations. A collateral product of this large survey is the identification of success factors which are given in chapter 6 as a list of practical guidelines learned in the field. An aid to increase operational efficiency Indagine sulla cippatura in Italia A survey of Italian chipping operations 15

Capitolo 2 - Materiali e metodi 102 prove complete con 40 ditte diverse L indagine include 102 prove di cippatura, ciascuna delle quali rappresenta una osservazione. Per ogni prova abbiamo effettuato uno studio dettagliato dei tempi, utilizzando un cronometro di precisione. Il ciclo di cippatura è stato suddiviso in tre elementi caratteristici, descritti in figura 1. Il volume di cippato prodotto in ciascuna prova è stato misurato con una rotella metrica da 20 m. Almeno una parte di questo volume è stata caricata su un veicolo e pesata su una pesa certificata. Inoltre, abbiamo contato tutti i pezzi di legno (rami, cime, tronchi etc.) entrati in ciascun carico, in modo da ottenere le dimensioni del pezzo medio cippato in ciascuna prova. Le condizioni stazionali e metereologiche, il tipo di popolamento, le caratteristiche della macchina, il sistema di lavoro ed il numero di operai sono state tutte registrate sul foglio di studio. In particolare, abbiamo registrato tutte le informazioni relative al tipo di cippatrice, al modo di alimentazione, alla presentazione del legname, al contenitore usato per raccogliere il cippato e al sistema di lavoro (cippatura all imposto o in bosco). Incidenti, rotture, interruzioni ed altri elementi di disturbo sono stati registrati separatamente, ma esclusi dal conteggio totale del tempo di cippatura. Per essere valida una prova doveva durare almeno mezza giornata - o comunque abbastanza da produrre almeno un carico di cippato. Questo era basato sull ipotesi che tutte le squadre studiate conoscessero già bene le loro macchine, seguissero una procedura consolidata e avessero raggiunto un livello di produttività ormai stabile. In ogni caso, la maggior parte delle prove sono durate uno o più giorni ed hanno prodotto numerosi carichi. Tutte le prove sono state eseguite in Italia ad eccezione di tre, localizzate sul versante settentrionale delle Alpi. Di queste due sono state eseguite nel Canton Ticino e la terza in Baviera. Esse sono state incluse nello studio perché le condizioni di lavoro osservate erano paragonabili a quelle riscontrate in alcune parti d Italia. Le 102 prove sono state eseguite presso 40 ditte diverse, includendo tutte le più grandi ditte di cippatura forestale operanti in Italia. La maggior parte delle prove è stata condotta nel giro degli ultimi tre anni, tra il 1997 e il 1999. Abbiamo provato 31 modelli diversi di cippatrice, prodotti da 11 costruttori differenti. La figura 2 riporta alcune informazioni di base. 16 Indagine sulla cippatura in Italia A survey of Italian chipping operations

Chapter 2 Materials and methods The survey includes 102 chipping trials, each representing one observation. For each trial we performed a detailed time-motion study, using a stopwatch. Chipper operation was split into a number of characteristic elements, described in fig.1. The volume of chip produced in each trial was measured with a 20-m logging tape. At least part of this volume would be loaded on a vehicle and scaled on a certified weighbridge. We also counted all the wood pieces entering each load, in order to obtain the average piece size. Site and weather conditions, stand type, machine characteristics, operational mode and crew size were all noted on the study form. In particular, we noted machine type and power, feeding system, load presentation, chip collection system and chipping procedure (landing vs. terrain). Accidents, breakdowns, interruptions and other disturbances were reported separately, but excluded from the time study. To be valid a trial should last at least half a day - or long enough to complete a whole load. This was based on the assumption that all crews studied were well acquainted with their machines, followed an established procedure and had reached a consistent performance level. Anyway, the majority of trials lasted one or more days and included many loads. All trials were carried out in Italy, except for three operations that took place on the north side of the Alps. Two of the latter sites were in the Italian-speaking District of Switzerland and the third was in the State of Bavaria - in Germany. They were included in the survey because working conditions were comparable to those found in 102 trials with 40 different operators Elemento Element Sposta Reposition Cippa Chip Altro Other Descrizione Description La cippatrice è spostata da una stazione di cippatura alla seguente, spesso pochi metri più in là. Include l accelerazione del motore. The chipper moves from one chipping station to the following, often a few yards apart. Includes engine rev-up. Cippatura. Qualsiasi momento in cui il motore sta girando ad alto regime con la frizione innestata, sia che l organo cippatore stia realmente cippando qualcosa o che stia aspettando l inserimento di un nuovo pezzo. Chipping. Any time the engine is running at full speed, whether the chipper is actually comminuting any wood or just waiting for a new log to enter. Qualsiasi altro lavoro relativo alla cippatura. Nella maggior parte dei casi, questo tempo è costituito principalmente dal l accostamento del cassone sotto lo scarico della cippatrice. A volte include anche l occasionale avvicinamento del materiale da cippare, mentre la cippatrice aspetta. Any other work. In most cases, a large part of this time is occupied by maneuvering the chip container under or against the chip discharge. It may also include occasional bunching, while the chipper is waiting. Figura 1 - Descrizione degli elementi temporali. Figure 1 Description of time elements. Indagine sulla cippatura in Italia A survey of Italian chipping operations 17

Capitolo 3 - Le prove Valle dell Arno, Val Padana, Alpi e Appennini Le località Le prove sono state effettuate in 86 località diverse, distribuite entro quattro aree geografiche principali. La prima è la Valle dell Arno - che si estende tra Firenze e Pisa. Questa è una vasta pianura limitata su entrambi i lati da due fasce collinari relativamente dolci. La valle è ricca di pioppeti, mentre le piantagioni di pino sono frequenti sulle colline. Cedui sparsi e alvei invasi dalla vegetazione costituiscono una fonte addizionale di materia prima. In questa zona abbiamo trovato il livello di meccanizzazione più alto. Molte ditte Toscane impiegano cippatrici eccezionalmente grosse, spesso semoventi. In questa zona sono localizzati due grossi pannellifici, il che spiega in parte la relativa concentrazione di ditte specializzate nella cippatura. La Valle del Po costituisce una seconda zona di grande interesse. Il pioppo ibrido è piantato lungo tutto il fiume, nella zona di esondazione all interno degli argini. Lo spazio tra gli argini e il fiume è inadatto alle colture agrarie, che sarebbero sepolte o spazzate via da un eventuale piena. Il pioppo costituisce la migliore alternativa alle colture erbacce ed è piantato da tutti gli agricoltori, che lo accudiscono come una qualsiasi coltura agraria - utilizzando tecniche di coltivazione intensiva.in una regione tipicamente agricola, il pioppo costituisce la principale fonte di legname, che è sfruttata in prevalenza dall industria del compensato. Tuttavia, la raccolta dei tronchi da sfogliatura genera una grossa quantità di residui che devono essere eliminati. Allo stesso tempo esiste in zona una fortissima concentrazione di pannellifici, che include due dei tre più grossi impianti Italiani. Pertanto, parecchi boscaioli hanno acquistato una cippatrice professionale e producono notevoli quantità di cippato. La produzione di tondame pregiato costituisce sempre il loro obiettivo primario: la cippatura rappresenta un operazione accessoria a cui dedicano risorse secondarie. Tutte le cippatrici vengono azionate da trattori agricoli e sono decisamente meno potenti e produttive di quelle usate in Toscana. Altre operazioni si svolgono nella Regione Alpina - sia nel settore occidentale che in quello orientale. In questo caso, il cippato è prodotto per i nuovi impianti di teleriscaldamento. La disponibilità di sussidi pubblici ha spinto diverse imprese ad attivare piccoli impianti di teleriscaldamento, alimentati con cippato di legno. Questi impianti sono relativamente semplici, con una potenza intorno agli 1-2 MW. In genere essi servono piccoli insediamenti montani, dove è possibile sfruttare una fonte di materia prima particolarmente ricca che spesso giace inutilizzata a causa della stagnazione del mercato del legno. Oltretutto, la distanza dai principali assi di collegamento aggiunge un forte costo di trasporto al combustibile fossile, favorendo il ricorso alla biomassa che è disponibile sul luogo. Il tipico impianto di teleriscaldamento serve un nucleo ristretto di edifici pubblici, quali gli Uffici Comunali, la scuola, la piscina, etc. I responsabili dell impianto generalmente delegano l approvvigionamento del combustibile alle ditte boschive locali o ad imprese costituite appositamente, spesso con l aiuto di altri incentivi pubblici. Qui il prezzo è molto interessante - spesso doppio a quello offerto dai pannellifici. I boscaioli locali naturalmente sono attratti da un attività abbastanza remunerativa, e la cippatura diviene spes- 18 Indagine sulla cippatura in Italia A survey of Italian chipping operations

many of the Italian operations. The 102 trials were carried out by 40 different companies and included all the largest chipping operations in Italy. Most trials were conducted during the last 3 years, between 1997 and 1999. We tested 31 chipper models from 11 major manufacturers. Figure 2 shows some relevant figures concerning our trials. Figura 2 - Le prove. Figure 2 The trials Chapter 3 - Prove Trials n 102 Località Sites n 86 Ditte boschive Companies n 40 Marche Makes n 11 Modelli Models n 31 Potenze Power range kw 22-448 Produttività Product. range t/pmh 0.8 41.2 The trials The Sites The trials were carried out on 86 sites, distributed within four main geographical regions. The first region is the Arno river valley stretching between Florence and Pisa. This is a rather large plain bound on both sides by gently-sloping hills. The valley is extensively planted with hybrid poplar, while pine plantations are most common on the hills. Scattered coppice stands and invaded riverbeds offer an additional source of raw material. In this area we have found the highest level of mechanization. Many Tuscan companies use very powerful machines, which are often self-propelled. Two large particleboard factories are located here, which explains the concentration of chipping companies. The Po river valley is the second region. Hybrid poplar is planted all along the river, inside the flood zone. The space between the river and the berms is unsuitable to agricultural crops, which might be swept away or buried by the floods. Poplar is the best alternative to agricultural crops, as is planted by farmers who grow it like any other crop using intensive cultivation techniques. In a typically agricultural region, hybrid poplar constitutes an exclusive wood resource, primarily tapped by the plywood industry. However, timber harvest generates a large amount of residue that must be disposed of. At the same time, the region hosts a number of particleboard factories, including two of the three largest plants in Italy. Therefore, most logging contractors have purchased professional chippers and produce large amounts of wood chip. Timber production still remains their main goal: chipping constitutes an ancillary operation, to which they devote secondary resources. All chippers are tractor-mounted, definitely less powerful and less effective than those used in Tuscany. More chipping occurs in the Alps both in the west and in the east sectors. In this case, chippers cater for the newly built district heating plants. The availability of Arno Valley, Po Valley, Alps and Apennines Indagine sulla cippatura in Italia A survey of Italian chipping operations 19

LE PROVE Pannellifici e teleriscaldamenti Dominano le piantagioni so un occupazione primaria - contrariamente a quanto succede altrove. In alcuni casi si impiegano cippatrici piuttosto grosse, anche se il tipo di macchina varia notevolmente con le dimensioni della ditta. La montagna Appenninica costituisce la quarta ed ultima regione coperta dalla nostra indagine. Qui la taglia e le finalità delle operazioni di cippatura sono estremamente variabili. Le ditte più specializzate riforniscono anche qui l industria del pannello, ed in particolare un grosso impianto localizzato nella Toscana meridionale. La maggior parte del cippato proviene dai diradamenti, il cui scopo è il miglioramento delle piantagioni di conifere a rapida crescita o la conversione in fustaia dei cedui invecchiati. Anche qui, il basso prezzo del cippato rende la cippatura un operazione secondaria, influenzando la scelta delle macchine. I boscaioli cippano solo lo scarto e cercano di trasformare quanto possono in legna da adere, che spunta un prezzo tre volte maggiore. A sud di Roma si produce pochissimo cippato, e l indagine include solo due prove effettuate nel Meridione d Italia. Il grafico in figura 3 mostra la distribuzione delle prove tra le quattro regioni geografiche descritte sopra. Oltre il 40% delle prove è stato effettuato nella Valle dell Arno. Il fatto che il nostro laboratorio di Firenze sia vicino a questa zona ha certamente giocato il suo ruolo, ma questa non è la ragione principale per una rappresentatività così alta. Il fatto è che la Valle dell Arno raccoglie veramente il campionario più vario, vitale e rappresentativo, dove è possibile osservare alcune macchine di grossa taglia introvabili altrove. E qui che operano i più recenti modelli industriali costruiti da Gandini e da Pezzolato, come l unico chipforwarder Scandinavo impiegato in Italia - un vecchio Bruks CT 900 ripotenziato a 220 kw. Le Alpi costituiscono invece la Regione meno rappresentata, nonostante i nostri sforzi siano arrivati al punto da includere alcune operazioni effettuate aldilà dei confini nazionali. Il settore del teleriscaldamento è ancora nella fase di avvio e la richiesta di cippato continua ad essere limitata. La cippatura non è altrettanto diffusa come nelle valli dell Arno e del Po, dove i grossi pannellifici costituiscono uno sbocco industriale importante - nonostante il calo nella richiesta di cippato forestale. I popolamenti e la selvicoltura Il 70% delle prove è stato effettuato in boschi di latifoglia, ugualmente ripartiti tra le piantagioni di pioppo e i cedui - essenzialmente quercia, castagno, faggio e robinia. Le pinete artificiali sono il bosco di conifere più rappresentato. Il pino marittimo è la specie principale, seguita dal pino insigne, il pino da pinoli e il pino strobo. L abete di douglas è stato incontrato spesso sugli Appennini. La produzione di cippato è associata ad una selvicoltura specifica, come evidenziato dalla figura 4. I tagli raso danno il maggior contributo. Anche i diradamenti giocano un ruolo importante e forniscono rilevanti quantità di cippato. I tagli fitosanitari e la ripulitura degli alvei fluviali costituiscono una minoranza non trascurabile. In fin dei conti, la produzione di cippato è legata molto alla gestione dei popolamenti artificiali. La maggior parte dei tagli rasi e dei diradamenti mostrati nella figura 4 20 Indagine sulla cippatura in Italia A survey of Italian chipping operations

THE TRIALS government subsidies has pushed some companies to build district heating plants, which are fueled with wood-chips. The plants are comparably small and fall within the 1-2 MW power range. They preferably serve mountain communities, where one can tap a rich forest resource that often lays abandoned due to the stagnating wood market. Besides, remoteness adds heavy transport costs to fossil fuels and favors the use of local resources. The typical district heating plant will serve a few public buildings, such as the city hall, the school, the communal swimming pool or some other office buildings. Plant managers generally delegate chip supply to small logging companies or adhoc co-operatives, and they are ready to pay a very good price often twice as high as the price offered by the particleboard industries. Local companies and co-ops are naturally attracted to a comparably rewarding business. Chip production becomes their primary objective which contrasts with what happens elsewhere. Some large chippers are used, although machine type varies considerably with operation size. The Apennine mountain range constitutes the fourth and last broad region covered by our survey. Here, the size, the goal and the mode of chip harvesting are extremely variable. The largest operations still cater to the particleboard industry, and in particular for a large plant in Southern Tuscany. Most of the chip comes from thinning operations, whose purpose is to improve fast-growing softwood plantations or to convert aging coppice stands into more natural high forests. Again, low chip price makes chipping a secondary operation, affecting machine choice. Loggers chip residue only, trying to convert most of their harvest into firewood, which is priced three times as high. Very little chip is produced south of Rome, and Southern Italy is represented in the survey by two trials only. The graph in figure 3 shows the distribution of the trials within the four main geographical regions described above. Over 40% of the trials were conducted in the Arno river valley. The fact that our laboratory in Florence is very near to the Arno valley played its role, but this was by no means the main reason for the strong Tuscan bias of our study. The Arno river valley does present the most lively chipping scenario, where one can observe a Particle-board factories and district heating-plants Valle dell Arno (Arno Valley) 41% Valle del Po (Po Valley) 27% Appennino (Appennines) 21% Alpi (Alps) 11% Figura 3 - Distribuzione delle prove tra le quattro regioni geografiche. Figure 3 - Distribution of the trials within the four geographical regions. Indagine sulla cippatura in Italia A survey of Italian chipping operations 21

LE PROVE sono stati eseguiti su piantagioni industriali, e anche molti dei tagli fitosanitari interessavano popolamenti di origine artificiale ammalatisi per varie cause. La stretta associazione tra piantagioni e cippatura non deve sorprenderci. In Italia, l arboricoltura da legno è l unica forma di selvicoltura ad avere una minima dimensione industriale, e quindi è la più favorevole all impiego di una tecnologia di lavorazione moderna, concepita per l utilizzatore industriale. Si cippano essenzialmente rami e cimali Il legname I residui di utilizzazione costituivano la maggior parte del legname cippato durante le prove (fig. 5). La cippatura di piante intere è stata osservata solo nel 15% dei casi, ed anche questo materiale poteva essere considerato un residuo. Infatti, la cippatura integrale era applicata solo alle piante di scarsa qualità, che non potevano essere trasformate in alcun altro assortimento commerciale. Queste piante erano comunque il prodotto secondario di un intervento più ampio che produceva legname di valore. Altrimenti, questo materiale di scarto derivava da lavori di manutenzione, il cui obiettivo primario non era la produzione di cippato ma piuttosto la ripulitura di un fosso, lo sgombero di un alveo o il miglioramento di un bosco degradato. Per distinguere tra cimali e ramaglie abbiamo impiegato la taglia media come discriminante, contando tra i cimali anche i rami più grossi. Le dimensioni del pezzo medio dipendevano soprattutto dalla strategia di assortimentazione adotta- 35 30 25 n di prove n of trials 20 15 10 5 0 Taglio raso del pioppeto Taglio raso di piantagione Taglio raso del ceduo Diradamento o conversione Taglio fitosanitario Ripulitura alveo Taglio raso del pioppeto = Clearcut poplar Taglio raso del ceduo = Clearcut coppice Taglio fitosanitario = Salvage Taglio raso di piantagione = Clearcut plantation Diradamento o conversione = Thinning Ripulitura alveo = Cleaning Figura 4 - Distribuzione delle prove tra differenti operazioni selvicolturali. Figure 4 - Distribution of the trials among different silvicultural operations. 22 Indagine sulla cippatura in Italia A survey of Italian chipping operations

THE TRIALS variety of large machines as cannot be found anywhere else in the Country. The most recent Gandini and Pezzolato models are all here, as well as the only Scandinavian chipforwarder used in Italy - an old 220 kw Bruks CT900. The Alps are the least represented region, despite our efforts to include non-italian operations. The district heating business has just begun and chip demand is still limited. Chipping operations are not as common as in the two river valleys, where the large particleboard factories provide an important industrial outlet - despite the falling demand for forest chip. The stands and the silviculture 70% of the trials were carried out in hardwood stands. Industrial poplar plantations constitute over the half of the hardwood sites. The rest is coppice - mostly oak, chestnut, beech or black locust. Artificial pine plantations are the most represented softwood stands. Maritime pine is the major species, followed by radiata pine, umbrella pine and some white pine. Douglas fir is also common on the Apennines. Chip production is associated with a specific silviculture, as shown in figure 4. Clearcuts give the highest contribution. Thinning operations also play an important role in providing substantial amounts of chip. Salvage and cleaning constitute a relevant minority. After all, chip production heavily depends on plantation forestry. Most of the clearcuts and of the thinnings in figure 4 were carried out on industrial plantations, and the salvage operations often concerned diseased artificial stands. The close association between chip production and plantation forestry is no surprise. In Italy, plantation forestry is the only form of silviculture that has any industrial dimension and can suit industrial logging technology. Plantations the most represented The Wood Most of the wood to be chipped was logging residue. Whole-tree chipping was Altro (Other) 6% Ramaglie sottili (Slash) 22% Tronchi (Logs) 13% Piante intere (Whole tree) 15% Cimali (Tops) 44% Figura 5 - Tipologia del legname cippato. Figure 5 - Type of wood chipped. Indagine sulla cippatura in Italia A survey of Italian chipping operations 23

LE PROVE Il legno è cippato fresco ta dal boscaiolo, a sua volta determinata dal differenziale di prezzo esistente tra il cippato ed il tondello. Le dimensioni del pezzo medio ottenute per ciascuna categoria di materiale sono riportate in figura 6. Chi rifornisce un pannellificio preferisce sempre cippare legname fresco. L industria del pannello paga il peso fresco e non applica riduzioni proporzionali al contenuto di umidità. Il cippato per riscaldamento è prodotto sia con legno fresco che con legno stagionato, a seconda di come torni più comodo al boscaiolo. Il cippato da riscaldamento è pagato in base al volume: l utente non vuole incoraggiare la consegna di materiale umido, ma in genere è troppo piccolo per organizzare un sistema di controllo che verifichi l effettiva umidità del combustibile acquistato. Il risultato è che solo il 7% delle prove è stato effettuato su legname secco. Prima della cippatura il materiale era sempre stato concentrato in qualche modo, per agevolare l alimentazione della macchina. I cimali erano spesso allineati in lunghe andane, come risultato di un abbattimento ordinato e del successivo allineamento dei fusti - entrambi effettuati per facilitare l allestimento e l esbosco dei tronchi. A volte, rami e cimali erano stati ammucchiati con un caricatore idraulico o con un bulldozer. Quest ultimo era preferito quando si concentrava la ramaglia sottile. In genere, l accatastamento riguardava solo i tronchi o le piante intere. Nelle operazioni in sequenza, il legname da cippare era presentato in forma di carichi, deposti davanti alla cippatrice dal trattore che ne effettuava l esbosco. La figura 7 riporta le frequenze relative di queste diverse forme di presentazione. Tipo di materiale Type of material Av. size Std.Dev Min. Max. Ramaglie Slash 17 12 3 53 Cimali Tops 96 54 25 217 Piante intere Whole trees 123 116 10 414 Tronchi Logs 49 43 2 136 Altro Other - - 8 128 Totale Total 74 71 2 414 Figura 6 - Statistica generale per le differenti categorie di materiale. Peso medio, dev. standard, max., min (kg tal quale). Figure 6 - Statistics for the different types of material (fresh kg). Nel campione prevalgono le ditte specializzate Le macchine e gli operatori L indagine riguardava la cippatura industriale ed ha incluso tutte le più grandi ditte boschive Italiane che operano in questo settore. Per identificarle, abbiamo contattato tutti i costruttori Italiani di cippatrici, così come i principali importatori di macchine straniere. Nell indagine abbiamo anche inserito un certo numero di ditte che effettuano la cippatura come attività part-time, allo scopo di ottenere un campo di osservazione più ampio. Tuttavia, mentre il nostro campione contiene quasi tutte le ditte che effettuano la cippatura industriale, la rappresentazione di ditte che cippano a tempo parziale è molto più scarsa. Il loro contributo è ancora rappresentativo ai fini di una modellizzazione, ma i lettori devono sapere che il 24 Indagine sulla cippatura in Italia A survey of Italian chipping operations

THE TRIALS observed in 15% of the cases only, and here too the material could be considered as residue (fig.5). Whole-tree chipping concerned low-quality trees only, which could not be converted into any other commercial assortment. These trees were the secondary product of larger operations that also yielded valuable material. Otherwise, they were obtained from maintenance works, whose primary purpose was not to produce whole-tree chips, but rather to clear a ditch, clean a riverbed or improve a forest stand. We used size to discriminate between tops and slash, so that large branches could be counted as tops. Average piece size depended on the company's grading policy, ultimately driven by the price differential between pulpwood and chips. The average piece size for each type of wood is given in figure 6. The suppliers of particleboard plants chip fresh wood whenever possible. Their customers pay by the fresh weight and apply no reduction coefficients for the moisture content. Fuel chip is produced from both fresh wood and dry wood, as expedient. Fuel chip is paid for by the bulk volume, because its small buyers do not want to encourage fresh wood deliveries, but lack the resources to collect m.c. samples from each load. As a result, only 7% of our operations concern dry wood chipping. The wood to be chipped was always gathered in some way before chipping in order to facilitate chipper feeding. Tops were often aligned in long rows, as a result of oriented felling and stem alignment - both performed to provide best working condition for the grading teams. In some cases, tops and limbs were bunched with a loader or a bulldozer. The latter worked best with fine slash. Stacking generally concerned logs and whole trees. In hot-deck operations the material was often presented as loads, delivered by a skidder directly to the chipper. Figure 7 reports the relative frequencies for different forms of material presentation. Tops and branches are the main feedstock Wood is generally chipper green Allineato (Aligned) 15% In mucchi (Bunched) 56% Scaricato davanti alla macchina (Delivered) 16% In cataste (Stacked) 13% Figura 7 - Presentazione del legname alla cippatura. Figure 7 - Presentation of the wood to be chipped. Indagine sulla cippatura in Italia A survey of Italian chipping operations 25

LE PROVE Più diffuse sono le cippatrici a disco campionamento era sterzato a favore delle grosse ditte industriali e che pertanto la distribuzione di macchine, marche e modelli presente al suo interno non rispecchia la situazione Italiana media. Le cippatrici a disco sono le più diffuse, e sono state impiegate in oltre il 75% delle prove. Le cippatrici a tamburo sono più rare perché disponibili solo in versioni molto pesanti e potenti. All interno del campione, infatti, la potenza media delle cippatrici a tamburo è il 40% superiore a quella delle cippatrici a disco. Oltretutto, le cippatrici a tamburo tendono a schiacciare il legno più soffice - come quello di pioppo - accelerandone l azzurramento. I pannellifici richiedono un cippato il più possibile chiaro, e spesso applicano una penale ai carichi macchiati. Pertanto, le macchine a tamburo sono usate preferibilmente con specie diverse dal pioppo. Il nostro campione include un ampia gamma di potenze, comprese tra un minimo di 22 kw ed un massimo di 440 kw (Fig. 8). La potenza media è risultata pari a 221 kw. Per le macchine azionate dal trattore agricolo abbiamo considerato la potenza alla PTO, utilizzando i dati ufficiali pubblicati sui Nebraska Tractor Tests. La maggior parte delle cippatrici erano semoventi, o montate sui tre punti di un trattore agricolo. I boscaioli apprezzano molto la flessibilità operativa e preferiscono quelle macchine che possono operare sia all imposto che direttamente sulla tagliata. Le cippatrici semoventi sono più adatte alle grosse imprese specializzate, perché sono tutte molto potenti (tutte sopra la media di 220 kw!) ed hanno una gru incorporata. Dall altro lato, i modelli applicati al trattore agricolo offrono diverse solu- 40 35 30 n di prove n of trials 25 20 15 10 5 0 <100 kw 100-200 kw 200-300 kw 300-400 kw >400 kw Figura 8 - Distribuzione delle prove tra le diverse classi di potenza delle cippatrici impiegate. Figure 8 - Distribution of trials within chipper power classes. 26 Indagine sulla cippatura in Italia A survey of Italian chipping operations

THE TRIALS The Machines and the Operators Our study focused on industrial chipping, and included all the largest chipping operations in Italy. In our search for large chipping companies, we contacted all Italian manufacturers, as well as the main machine dealers. We also included a few parttime operators in order to get a wider range of observations. However, while our sample of industrial operations covers almost all Italian chipping companies, the sample of part-time operations is much more sparse. This sample is still representative, but readers must be aware that selection was biased towards large industrial operations and that the sample's distribution of machines, makes and models does not represent the overall Italian chipper fleet. Disc chippers are most common and account for over 75% of the trials. Drum chippers are far less widespread, because they are only available as heavy and powerful models. Indeed, the average drum chipper in the sample is 40% more powerful than the average disc chipper. Besides, drum chippers used with poplar tend to crush the wood, which accelerates staining. Particleboard factories require lightcolored chip and depreciate stained deliveries. As a result, drum chippers are generally used with species other than poplar. Our sample included a wide range of chipper power, with mimimum and maximum values respectively at 22 and 440 kw (Fig. 8). The average power was 221 kw. For tractor-powered chippers we considered PTO power ratings, as reported in the Nebraska Tractor Tests. The majority of chippers was either self-propelled or mounted on a farm tractor. Loggers value operational flexibility and want a machine that can operate both at the landing and in the stand. Self-propelled chippers suit large operations, because they are all very powerful (all above the average 220 kw) and have integral loaders. Specialists prevail in the sample Disc chippers dominate Autocarrata (Truck-mounted) 8% Su rimorchio (Indipen.Towed) 20% Semovente (Self-propelled) 37% Applicata al trattore (Tractor-powered) 35% Figura 9 - Rappresentazione dei diversi tipi di macchina all interno del campione. Figure 9 - Representation of different chipper configurations in the sample. Indagine sulla cippatura in Italia A survey of Italian chipping operations 27

LE PROVE I costruttori italiani: Gandini, Pezzolato e Ferrari Tra gli stranieri: Bruks, Morbark, Eschlböck e Jenz zioni e si adattano a tutte le esigenze. Quelli osservati erano applicati ad una gran varietà di trattori, con una potenza compresa tra i 45 e i 190 kw alla PTO. L alimentazione meccanica delle cippatrici portate era sempre effettuata con una gru a parte. Anche le cippatrici su rimorchio erano piuttosto potenti. La maggior parte dei modelli impiegava motori da 220-260 kw. Queste macchine erano preferite dalle ditte che volevano più potenza di quanta potesse erogarne un trattore, ma non erano ancora pronte ad acquistare una grossa cippatrice semovente. Le cippatrici su rimorchio possono essere impiegate solamente all imposto (Fig.9). Le poche unità autocarrate incluse nello studio erano le più potenti in assoluto - impiegando motori da 350-450 kw. Anche queste operavano solamente all imposto, e in molti casi avevano una gru incorporata. Quasi metà delle prove è stata effettuata con le cippatrici prodotte da Gandini Meccanica, il più vecchio costruttore Italiano di cippatrici mobili a disco. Gandini Meccanica costruì la sua prima cippatrice verso la metà degli anni 70, ed oggi è ben affermata sul mercato Europeo. Le macchine della Società Pezzolato sono state impiegate in oltre un quarto delle prove. Esperto costruttore di segherie a testata orizzontale e di impianti per la produzione di legna da ardere, Pezzolato ha iniziato a produrre cippatrici verso la fine degli anni 80, ricevendo un crescente favore da parte degli addetti ai lavori (oltre il 70% della sua produzione è destinata al mercato Europeo). Sia Gandini che Pezzolato producono una gamma vastissima di modelli, disponibili in numerose versioni differenti - rimorchiabili, autocarrate, portate e semoventi (Fig.10). Ferrari è il terzo grosso costruttore Italiano, ed anche il più vecchio. Ferrari produce soprattutto cippatrici per uso stazionario, che sono vendute in tutta Europa. Su richiesta, Ferrari fornice anche versioni mobili, che sono assemblate in modo specifico per ciascun cliente. Questo forse spiega la limitata rappresentazione delle cippatrici Ferrari fuori dagli impianti di trasformazione industriale. Le marche straniere sono molto meno rappresentate, proprio perché la loro diffusione è alquanto scarsa. Nonostante la loro eccellente reputazione, le macchine svedesi di Bruks, le austriache di Eschlböck, le tedesche di Jenz o le Americane di Morbark non hanno sfondato in Italia anche a causa di un prezzo relativamente alto. Tutte le macchine studiate avevano bocca di alimentazioe attiva, munita di doppi rulli, ingranaggi interconnessi o convogliatore a nastro. I rulli sono di gran lunga i più diffusi, ed erano rappresentati in oltre l 80% delle prove. La maggior parte delle macchine aveva solamente un paio di rulli, anche se le cippatrici più grosse potevano averne due. Il 12% delle prove è stato effettuato con macchine dotate di tavola di alimentazione e convogliatore a nastro. Gli ingranaggi interconnessi sono una caratteristica delle cippatrici di Ferrari e sono particolarmente efficaci. Due ragioni spiegano l apparente preferenza data ai rulli. Innanzitutto, i rulli occupano poco spazio e la loro installazione contribuisce a ridurre l ingombro generale della 28 Indagine sulla cippatura in Italia A survey of Italian chipping operations