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Gioacchino Nardin Dipartimento di Energetica e Macchine Università degli Studi di Udine Le Filiere dell'Energia Martedi 26 novembre 2010, Camera di Commercio.

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1 Gioacchino Nardin Dipartimento di Energetica e Macchine Università degli Studi di Udine Le Filiere dell'Energia Martedi 26 novembre 2010, Camera di Commercio di Trieste I o Convegno Tematico, Le Biomasse FONDAZIONE INTERNAZIONALE TRIESTE PER IL PROGRESSO E LA LIBERTÀ DELLE SCIENZE TRIESTE INTERNATIONAL FOUNDATION FOR SCIENTIFIC PROGRESS AND FREEDOM Impianti a biomasse: aspetti strategici ed impiantistici

2 Non vi è dubbio che la nostra epoca si deve confrontare con i limiti delle risorse su scala globale. Lattuale emergenza energetica ed ambientale costituisce una delle più rapide e dirompenti fasi di trasformazione a cui la Comunità umana è chiamata a confrontarsi, sia a livello globale che a livello locale. Evoluzione delle fonti tradizionali: - alla fine dell800 la nascita dellera del petrolio, - alla fine del 900 la piena maturità, - alla fine del primo secolo del nuovo millennio la probabile fine Nel 2008: quasi 150$/barile PREMESSA

3 IL CONTESTO INTERNAZIONALE Le problematiche attuali sono legate alle sfide della globalizzazione ed il confronto con i paesi emergenti (Cina e India, ma anche dellEst Europa); il controllo e la gestione dei giacimenti energetici ed i relativi approvvigionamenti sono il nuovo e più importante terreno di scontro della politica internazionale, di converso leffetto serra ed il relativo cambiamento climatico richiedono politiche ambientali condivise a livello internazionale. In Italia: - dipendenza energetica - approvvigionamento non certo (rigassificatori) - incapacità cronica di prendere decisioni importanti (TAV, rifiuti, impianti, ecc.) È necessario elaborare una nuova coscienza collettiva, una nuova classe dirigente con capacità interpretative, ideative e SOPRATTUTTO progettuali.

4 LO SCENARIO ATTUALE Oggi lo scenario energetico è radicalmente cambiato in conseguenza degli alti costi di fornitura, così come è cambiata la percezione dello scenario ambientale; oltre alla riduzione dei consumi è necessario affiancare la produzione di energie rinnovabili: si passa dallattenzione ai consumi allattenzione delle produzioni energetiche locali (e rinnovabili!). Alle logiche di costo della produzione agricola segue un suo trend legato ad aspetti commerciali specifici del settore, mentre il trend di crescita dei costi energetici è sicuramente fortemente crescente:questa divaricazione tra le due logiche dei costi porterà nel tempo a rendere sempre più conveniente lutilizzo energetico delle colture agroindustriali!

5 La globalizzazione del mercato deve avere come contrappeso sistemi economici territoriali che tendono a combinare le risorse tecniche ed intellettuali ai fabbisogni, al fine di realizzare filiere corte dove bisogni e produzione si accordino in sistemi tendenti allautosufficienza. Il territorio chiede alla classe politica e al governo non solo di provvedere ai fabbisogni, ma anche quella di soddisfarli utilizzando la classe imprenditoriale e culturale locale, e le risorse del territorio, ovviamente, là dove possibile e opportuno. LE FILIERE CORTE

6 I benefici ottenuti dalla filiera corta, dunque, garantiscono vantaggi intrinseci nel territorio sia in termine di promozione delle risorse interne (tecniche ed intellettuali), sia in termini di riduzione degli attori esterni: questo si traduce nell abbassamento della soglia di convenienza che porta alla creazione di valore nella filiera virtuosa. LE FILIERE CORTE

7 Flussi energetici e flussi economico/sociali hanno diverse scale di valore! Il nostro sistema politico e amministrativo deve farsi carico di ambedue le facce della medaglia: bisogni e sistemi di copertura interna. LE FILIERE CORTE FLUSSO ECONOMICO/SOCIALE FLUSSO ENERGETICO BENEFICIO ENERGETICO ASSOLUTO LIMITATO! BENEFICI ECONOMICO- SOCIALI PER IL TERRITORIO ELEVATI!

8 Esempi tipici di scarsa conoscenza del territorio: piano energetico regionale del FVG, ma anche i casi di Torviscosa, Portogruaro e dellelettrodotto dallAustria. Il territorio chiede ai nostri amministratori di non impostare piani territoriali generici, velleitariamente strategici perché non è questa la sua funzione: le strategie sono funzioni di condizioni al contorno che sono sovra regionali, ma le attività di progettazione devono svilupparsi dal basso! LE FILIERE CORTE

9 In questo contesto è opportuno recuperare le indicazioni della legge 10/91 è predisporre un Programma Provinciale sulle fonti rinnovabili inteso come bacino produttivo agro energetico industriale. Il Programma Provinciale attiva tutte le iniziative per realizzare il sistema tra gli operatori del sistema, ed in particolare con le parti più vitali e competenti dellUniversità, al fine di rendere più palesi le opportunità amiche. LO SCENARIO ATTUALE

10 Biomasse e sequestro di CO 2 Rapporto fra lanidride carbonica sequestrata e lanidride carbonica rilasciata (r CO2 )durante la produzione delle biomasse stesse Biomassar CO2 Erbacee annuali Sorgo9,3 – 17,4 Erbacee poliennali Miscanto, canna comune13,3 – 24,8 Legnose Pioppo, robinia e salice4,3 – 18,2 Biocarburanti Bio-etanolo Bio-diesel 1,0 – 1,7 1,2 – 1,7

11 Il progetto ATON

12 Alcune esperienze pratiche: limpianto a bio-olio di Fagagna Azienda di prodotti dolciari Conservazione prodotti caseari Essiccatoio Costruenda zona artigianale Cabina di Trasformazione

13 STEP 1: costruzione di un impianto di produzione di energia elettrica alimentata ad olio di origine vegetale. STEP 2: costruzione di una rete di teleriscalda-mento /teleraffrescamento per lo sfruttamento delle code termiche della centrale (raffreddamento motori e calore sensibile dei fumi). STEP 3: organizzazione di una filiera agro-industriale per la produzione in loco del biolio. Alcune esperienze pratiche: limpianto a bio-olio di Fagagna Il progetto completo

14 Alcune esperienze pratiche: impianto pilota di combustione della pollina Problemi: rilevante contenuto di azoto (4-12 %), alto contenuto di cenere e bassa temperatura di fusione delle medesime Che cosè? Deiezioni del pollame e dalla lettiera in paglia o truciolo Caratteristiche energetiche: Potere calorifico inferiore

15 Soluzione brevettata: griglie a gradini mobili con recupero aria calda iniettata direttamente sotto griglia (Carico termico volumico: +10%) La sezione di trasformazione termochimica Ceneri della pollina hanno una bassa temperatura di fusione ACQUAARIA BAROTTO MOBILE

16 Perché è esploso lutilizzo di biomasse al fine energetico? Aspetti tecnici Aspetti ambientali Aspetti economici

17 Perché è esploso lutilizzo di biomasse al fine energetico? Aspetti ambientali: –Le temperature di combustione sono di norma inferiori a quelle dei combustibili tradizionali è inferiore la produzione di NO x termici. –Le biomasse, di norma, non contengono zolfo non producono ossidi di zolfo e la successiva formazione di acido solforico (piogge acide).

18 Per emissioni gassose primarie si intendono le emissioni dal camino. Gli inquinanti possono essere distinti in due classi: macroinquinanti (NO x, SO x, CO, polveri, ecc.) microinquinanti (metalli pesanti, idrocarburi policiclici aromatici, ecc.). Le temperature di combustione sono di norma inferiori a quelle dei combustibili tradizionali, conseguentemente è inferiore la produzione di NO x termici. Le biomasse, di norma, non contengono zolfo e quindi non producono ossidi di zolfo e la successiva formazione di acido solforico (piogge acide). Nelle emissioni, oltre alla presenza degli inquinanti caratteristici delle combustioni tradizionali, si trovano forme ossidate di sostanze organiche od inorganiche già presenti nelle biomasse e composti inorganici vaporizzati o mobilizzati per adsorbimento del particolato emesso. Perché è esploso lutilizzo di biomasse al fine energetico?

19 Le tipologie di generatori termici disponibili alimentati a legno sono fondamentalmente tre, sulla base della forma fisica delle tre principali categorie di combustibili vegetali: legna da ardere in ciocchi, pastiglie di legno macinato e pressato (pellet), legno sminuzzato (cippato) Generatori termici a biomassa ligneocellulosica

20 Caldaie a biomassa per riscaldamento: caldaie a fiamma inversa per la combustione di legna in ciocchi Carica manuale della legna in ciocchi Potenza limitata a qualche decina di kW utenze domestiche (singole o pochi appartamenti) La legna non prende totalmente fuoco nel vano di carico ma brucia solamente quando giunge in prossimità della griglia : –la potenza erogata dalla caldaia è più stabile nel tempo –la combustione è controllata –aumenta il rendimento –si riducono le emissioni inquinanti Possibilità di abbinare sistemi di regolazione a microprocessore ( η t 90%) Regolazione ed ottimizzazione dellaria di combustione in base al fabbisogno di ossigeno, misurato nei fumi con la sonda lambda

21 Caldaie a biomassa per riscaldamento: caldaie a pellets (H i = kWh/m 3 ; ρ= kg/m 3 ) legno essiccato e pressato in piccoli cilindri comportamento di un fluido (agevolate operazioni di movimentazione) ideale per impianti di riscaldamento automatici di tutte le dimensioni laccensione è automatica e molto rapida, per mezzo di una resistenza elettrica. nei sistemi più avanzati la regolazione dellaria comburente e del flusso di combustibile vengono effettuate automaticamente ad opera di un microprocessore. Queste caratteristiche di semplicità duso e di automazione conferiscono agli impianti di riscaldamento a pellets un elevato livello di comfort.

22 Caldaie a biomassa per riscaldamento: caldaie a pellets (H i = kWh/m 3 ; ρ= kg/m 3 ) Limpianto è costituito da: caldaia (bruciatori alimentati dallalto, sviluppano una fiamma orizzontale); serbatoio pellet (le caldaie a pellets di piccola potenza sono dotate di un serbatoio per il combustibile di capacità generalmente limitata a qualche centinaio di litri); sistema di alimentazione del combustibile (coclea); centralina di regolazione;

23 Caldaie a biomassa per riscaldamento: caldaie a cippato (H i = kWh/m 3 ; ρ= kg/m 3 ) diversa origine legno di diversa origine in pezzi della dimensione di qualche cm carico automatico attraverso dispositivi meccanici; gli impianti a cippato sono totalmente automatizzati e non hanno limiti dimensionali, potendo raggiungere potenze anche di diversi MW termici (teleriscaldamento) per le caratteristiche di automazione e risparmio di esercizio, gli impianti a cippato sono particolarmente indicati per il riscaldamento di edifici di dimensioni medie o grandi, quali alberghi, scuole, condomini, ospedali e centri commerciali. (teleriscaldamento)

24 Caldaie a biomassa per riscaldamento: caldaie a cippato (H i = kWh/m 3 ; ρ= kg/m 3 ) caldaia (a griglia) fissa (materiali fini a basso contenuto di umidità) mobile (pezzatura grossolana ad alto contenuto di ceneri ed umidità)

25 Laccumulatore termico Il funzionamento regolare della caldaia, evitando interruzioni dovute ad uninsufficiente richiesta di energia da parte dellimpianto, di riscaldamento consente: –di aumentare il rendimento globale dellimpianto –di proteggere la caldaia da formazioni di condensati catramosi –di ridurre la fumosità delle emissioni e lo sporcamento del camino Introdurre un volano termico per limpianto di riscaldamento accumulatore termico : invece di bloccare la combustione o surriscaldare gli ambienti, la caldaia può continuare a funzionare immagazzinando energia nel serbatoio di accumulo;

26 È un servizio energetico urbano mediante il quale il calore per il riscaldamento degli edifici e per altri usi a bassa temperatura (come lacqua calda per uso igienico-sanitario) viene distribuito tramite una rete di tubazioni interrate precoibentate che connettono il generatore termico con le utenze finali attraverso uno scambiatore. Il teleriscaldamento

27 Gioacchino Nardin Dipartimento di Energetica e Macchine Università degli Studi di Udine Le Filiere dell'Energia Venerdì 26 novembre 2010 Camera di Commercio di Trieste I o Convegno Tematico Le Biomasse FONDAZIONE INTERNAZIONALE TRIESTE PER IL PROGRESSO E LA LIBERTÀ DELLE SCIENZE TRIESTE INTERNATIONAL FOUNDATION FOR SCIENTIFIC PROGRESS AND FREEDOM Grazie per lattenzione


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