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

PREMESSA Non vi è dubbio che la nostra epoca si deve confrontare con i limiti delle risorse su scala globale. L’attuale 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 dell’800 la nascita dell’era 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

IL CONTESTO INTERNAZIONALE Le problematiche attuali sono legate alle sfide della globalizzazione ed il confronto con i paesi emergenti (Cina e India, ma anche dell’Est 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 l’effetto 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.

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 dall’attenzione ai consumi all’attenzione 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 l’utilizzo energetico delle colture agroindustriali!

LE FILIERE CORTE 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 all’autosufficienza. 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 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.

FLUSSO ECONOMICO/SOCIALE LE FILIERE CORTE 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. FLUSSO ECONOMICO/SOCIALE FLUSSO ENERGETICO BENEFICIO ENERGETICO ASSOLUTO LIMITATO! BENEFICI ECONOMICO-SOCIALI PER IL TERRITORIO ELEVATI!

LE FILIERE CORTE Esempi tipici di scarsa conoscenza del territorio: piano energetico regionale del FVG, ma anche i casi di Torviscosa, Portogruaro e dell’elettrodotto dall’Austria. 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”!

LO SCENARIO ATTUALE 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 dell’Università, al fine di rendere più palesi le “opportunità amiche”.

Biomasse e sequestro di CO2 Rapporto fra l’anidride carbonica sequestrata e l’anidride carbonica rilasciata (rCO2)durante la produzione delle biomasse stesse Biomassa rCO2 Erbacee annuali Sorgo 9,3 – 17,4 Erbacee poliennali Miscanto, canna comune 13,3 – 24,8 Legnose Pioppo, robinia e salice 4,3 – 18,2 Biocarburanti Bio-etanolo Bio-diesel 1,0 – 1,7 1,2 – 1,7

Il progetto ‘ATON’

Alcune esperienze pratiche: l’impianto a bio-olio di Fagagna Azienda di prodotti dolciari Costruenda zona artigianale Cabina di Trasformazione F Essiccatoio Conservazione prodotti caseari

Alcune esperienze pratiche: l’impianto a bio-olio di Fagagna Il progetto completo 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: impianto pilota di combustione della pollina Che cos’è? Deiezioni del pollame e dalla lettiera in paglia o truciolo Caratteristiche energetiche: Potere calorifico inferiore Problemi: rilevante contenuto di azoto (4-12 %), alto contenuto di cenere e bassa temperatura di fusione delle medesime

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

Perché è esploso l’utilizzo di biomasse al fine energetico? Aspetti tecnici Aspetti economici Aspetti ambientali

Perché è esploso l’utilizzo 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 NOx termici. Le biomasse, di norma, non contengono zolfo  non producono ossidi di zolfo e la successiva formazione di acido solforico (piogge acide).

Perché è esploso l’utilizzo di biomasse al fine energetico? Per emissioni gassose primarie si intendono le emissioni dal camino. Gli inquinanti possono essere distinti in due classi: macroinquinanti (NOx, SOx, 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 NOx 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.

Generatori termici a biomassa ligneocellulosica 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)

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 L’inversione della fiamma consente di ottenere una combustione progressiva della legna, che non prende fuoco totalmente nel vano di carico ma brucia solamente quando giunge in prossimità della griglia. Questo fa sì che la potenza erogata dalla caldaia sia più stabile nel tempo e che la combustione possa essere meglio controllata, aumentando considerevolmente il rendimento e riducendo le emissioni inquinanti. Possibilità di abbinare sistemi di regolazione a microprocessore ( ηt  90%) Regolazione ed ottimizzazione dell’aria di combustione in base al fabbisogno di ossigeno, misurato nei fumi con la sonda lambda

Caldaie a biomassa per riscaldamento: caldaie a pellets (Hi=30003400 kWh/m3; ρ=600700 kg/m3) 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 l’accensione è automatica e molto rapida, per mezzo di una resistenza elettrica. nei sistemi più avanzati la regolazione dell’aria comburente e del flusso di combustibile vengono effettuate automaticamente ad opera di un microprocessore. Queste caratteristiche di semplicità d’uso e di automazione conferiscono agli impianti di riscaldamento a pellets un elevato livello di comfort.

Caldaie a biomassa per riscaldamento: caldaie a pellets (Hi=30003400 kWh/m3; ρ=600700 kg/m3) L’impianto è costituito da: caldaia (bruciatori alimentati dall’alto, 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;

Caldaie a biomassa per riscaldamento: caldaie a cippato (Hi=600900 kWh/m3; ρ=200400 kg/m3) 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 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)

Caldaie a biomassa per riscaldamento: caldaie a cippato (Hi=600900 kWh/m3; ρ=200400 kg/m3) caldaia (a griglia) fissa (materiali fini a basso contenuto di umidità) mobile (pezzatura grossolana ad alto contenuto di ceneri ed umidità)

L’accumulatore termico Il funzionamento regolare della caldaia, evitando interruzioni dovute ad un’insufficiente richiesta di energia da parte dell’impianto, di riscaldamento consente: di aumentare il rendimento globale dell’impianto 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 l’impianto 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;

Il teleriscaldamento È un servizio energetico urbano mediante il quale il calore per il riscaldamento degli edifici e per altri usi a bassa temperatura (come l’acqua 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 distanziamento spaziale permette di utilizzare il combustibile in modo più concentrato e tecnicamente più avanzato (caldaie a maggior rendimento, cogenerazione di energia elettrica e calore) con vantaggi sia dal punto di vista energetico che ambientale (attraverso il controllo delle emissioni). Il teleriscaldamento è solitamente associato alla cogenerazione: a livello urbano un unico impianto di questo tipo è in grado di fornire calore ad uno o più quartieri, rendendo superflue le caldaie condominiali. Inoltre, la produzione centralizzata del calore permette di utilizzare fonti rinnovabili altrimenti disperse, come, ad esempio, il calore derivante dall’incenerimento dei rifiuti solidi urbani e delle biomasse (sottoprodotti agricoli, scarti dell’industria del legno, ecc...) oppure il calore di recupero da vari processi industriali.

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