Energia dalle Biomasse Università degli Studi di Perugia Facoltà di Ingegneria Corsi di laurea specialistica in Ingegneria Meccanica Corso di Impatto ambientale Modulo Pianificazione Energetica prof. ing. Francesco Asdrubali a.a. 2012/13 Energia dalle Biomasse

Biomasse Con il termine “biomasse” si intendono sostanze di origine biologica in forma non fossile: materiali e residui di origine agricola e forestale; prodotti secondari e scarti dell’industria agroalimentare; reflui di origine zootecnica; rifiuti urbani (in cui la frazione organica raggiunge, mediamente, il 40 % in peso). Tra le biomasse vengono inoltre considerate: alghe e molte specie vegetali che vengono espressamente coltivate per essere destinate alla conversione energetica; altre specie vegetali utilizzate per la depurazione di liquami organici. Sono da escludere: le plastiche e i materiali fossili, che, pur rientrando nella chimica del carbonio, non hanno nulla a che vedere con la caratterizzazione che qui interessa dei materiali organici.

Fotosintesi clorofilliana Tramite il processo di fotosintesi clorofilliana, i vegetali utilizzano l’apporto energetico dell’irraggiamento solare per convertire l’anidride carbonica atmosferica e l’acqua nelle complesse molecole di cui sono costituiti o che compaiono nei loro processi vitali: carboidrati, lignina, proteine, lipidi, oltre a un numero praticamente illimitato di prodotti secondari di ogni tipo, secondo la reazione Solo la parte visibile dello spettro solare (circa il 45% del totale) interviene nella fotosintesi; un ulteriore 20% dell’energia si perde per fenomeni di riflessione o cattivo assorbimento dovuto alla densità del fogliame. Attraverso il processo di fotosintesi vengono fissate complessivamente circa 21011 tonnellate di carbonio all’anno, con un contenuto energetico equivalente a 70 miliardi di tonnellate di petrolio, circa 10 volte l’attuale fabbisogno energetico mondiale

Tipologie di Biomasse

Principali colture utilizzabili per la produzione di energia Le colture energetiche sono coltivazioni specializzate per la produzione di biomassa e possono riguardare sia specie legnose sia erbacee. Coltivazioni energetiche erbacee: annuali (il girasole, la colza, il sorgo da fibra, il kenaf); perenni (la canna comune ed il miscanto). Coltivazioni energetiche legnose sono costituite da specie selezionate per l’elevata resa in biomassa e per la capacità di ricrescita dopo il taglio: boschi cedui tradizionali; siepi alberate. Caratteristiche qualitative della biomassa: colture oleaginose (ad es. girasole, colza); alcooligene (sorgo zuccherino, barbabietola da zucchero, cereali); lignocellulosiche.

Principali colture utilizzabili per la produzione di energia Elenco colture per etanolo COLTURE AREA PROBLEMATICHE Sorgo granella Collina Grano Pianura/collina asciutta Sorgo zuccherino Pianura irrigua Breve periodo di raccolta Bietola Costi Topinambur Collina asciutta Rotazione difficile

Principali colture utilizzabili per la produzione di energia Elenco colture per oli esterificati COLTURE AREA PROBLEMATICHE Girasole Pianura/collina Scelte varietali Colza Varie Adattamento Brassica Carinata Scarsa sperimentazione Cartamo Asciutto Tecniche agronomiche non consolidate Ricino Cynara Card. Rese variabili Crambe ab.

Principali colture utilizzabili per la produzione di energia Elenco colture ligno-cellulosiche per processi termochimici COLTURE PROBLEMATICHE ANNUALI Sorgo fibra Sfruttamento terreno POLIENNALI Arundo donax Sperimentazioni limitate Miscanthus Ginestra Raccolta Cynara Card. Rese variabili S.R.F. Tecniche da mettere a punto, Costo trapianto

Impieghi della materia organica fotosintetica trasformata Le biomasse si possono considerare risorse primarie rinnovabili e, quindi, inesauribili nel tempo, purché vengano impiegate ad un ritmo complessivamente non superiore alle capacità di rinnovamento biologico. Conversione in energia termica e/o elettrica e produzione di biocombustibili solidi (ad es. pellets) o liquidi (es. biodiesel, bioetanolo, ecc.); Biomateriali per l’industria edilizia ed abitativa e per la produzione di compositi; Fibre tessili; Cellulosa, carta ed assimilati; Fertilizzanti o ammendanti per i terreni agrari; Prodotti per l’industria (lubrificanti, solventi, plastiche biodegradabili, additivi vari, ecc.). Le biomasse utilizzabili ai fini di conversione energetica possono essere considerate, allo stato attuale, le seguenti: Sottoprodotti (agricoli, forestali e zootecnici) e scarti (urbani e industriali), attraverso combustione, conversione chimica o biologica in biogas, alcool o altre sostanze; Produzioni vegetali su territori non adatti a colture alimentari. (zone marginali, aride e semiaride); Specie vegetali “energetiche” da coltivare in condizioni di eccedenze delle produzioni alimentari rispetto alla domanda, su terreni sinora a destinazione agricola classica.

Vincoli all’uso energetico delle Biomasse Stagionalità La raccolta si concentra normalmente in periodi temporali di poche settimane (la paglia dei cereali tipo frumento in luglio; gli stocchi di mais in ottobre-novembre; i residui di potatura nei mesi invernali). La domanda dei prodotti di trasformazione si prolunga lungo l’intero arco dell’anno. I calcoli economici debbono tener conto degli investimenti aggiuntivi relativi allo stoccaggio delle scorte, nonché di quelli della loro eventuale essiccazione Raccolta e trasporto Gli impianti di trasformazione delle materie prime agricole sono soggetti ad effetto scala. Ad ogni impianto deve errere asservita una superficie agricola in grado di approvvigionare la materia prima sufficiente per il funzionamento. L’economicità di un impianto dipende dalla minore distanza esistente tra l’impianto ed il baricentro massico delle biomasse.

Aspetti positivi e negativi dell’impiego delle biomasse VANTAGGI SVANTAGGI Abbondante: si trova in quasi ogni parte della terra, dove siano presenti alghe, alberi, letame; Fonte di energia rinnovabile: grazie alla possibilità del rimboschimento; Immagazzinabile-Stoccabile Convertibile in combustibili solidi-liquidi-gassosi con buoni poteri calorifici; Sfruttamento di zone inutilizzate dall’agricoltura e conseguente occupazione nelle zone rurali; Ciclo di emissioni di CO2: le piante la riassorbono durante la loro crescita (fotosintesi) Necessarie grandi aree a causa della bassa densità energetica: superficie minima 12.000 ha, produzione superiore a 17-25 t per ha La produzione può richiedere elevati volumi di fertilizzanti ed irrigazione; Sistema di risorse (logistica) complesso per assicurare la costante fornitura della risorsa; Problemi di trasporto, stoccaggio e movimentazione a causa della bassa densità(bulk density): la convenienza economica c’è se la distanza tra approvvigionamento ed impianto non supera i 160 Km; Produzione soggetta a variazioni legate alle condizioni ambientali-meteo Produzione non costante durante l’anno Contenuto di umidità variabile

Tecnologie per l’impiego energetico delle Biomasse Combustione; Gassificazione; Pirolisi

Combustione I dispositivi per la combustione hanno le stesse caratteristiche costruttive di quelli impiegati per la gassificazione a letto fisso o a letto fluido e si differenziano soltanto per pochi particolari costruttivi e di processo. Gli impianti che sfruttano la combustione di biomassa a scopi energetici possono essere suddivisi in due categorie: Impianti per la produzione di energia termica eventualmente in cogenerazione, a partire da combustibile solido (generalmente <5-6 MWt); Impianti per la produzione di energia elettrica eventualmente in cogenerazione, a partire da combustibile solido o liquido (generalmente <2-15 MWe). Presentano, da un punto di vista tecnico ed economico, le migliori prestazioni generali, anche in termini di potenziale risparmio energetico

Combustione Schemi impiantistici, per impianti inferiori a 0,5 MW, : Combustione a fiamma inversa con alimentazione manuale del combustibile; Combustione di tipo convenzionale (o ancora a fiamma inversa) con tramoggia di alimentazione e relativo bruciatore automatico. Schemi impiantistici per impianti superiori a 0,5 MW: Accumulo di materiale ligno-cellulosico sminuzzato a tenori di umidità molto variabili (anche fino al 50%); Prelevamento automatico del combustibile dall’accumulo o carico di tramogge con mezzi gommati; Introduzione del combustibile in caldaia in quantità dipendente dalla temperatura dei fumi e dell’acqua circolante nella caldaia stessa; Introduzione di aria comburente per mantenere un prefissato tenore di ossigeno nei fumi; Sistema di abbattimento del particolato con cicloni.

Combustione Principali problematiche all’utilizzo degli impianti di combustione di Biomasse: L’approvvigionamento della biomassa a costi contenuti: questo è un fattore chiave anche in presenza di una buona valorizzazione dell’energia elettrica prodotta e spinge a considerare quelle situazioni dove la concentrazione della biomassa è già elevata per motivazioni diverse da quelle energetiche (es. industria con grandi quantità di residui disponibili); La possibilità di un impiego produttivo del calore disponibile ai prezzi di mercato del riscaldamento civile: questo fattore è strategico per conseguire buone prestazioni economiche anche in presenza di investimenti elevati.

Possibilità di conversione per la generazione di energia elettrica

Teleriscaldamento e biomasse Affinché si possa ipotizzare di costruire un impianto di teleriscaldamento a biomassa, occorre che siano soddisfatti i punti seguenti. Aggregato di case e/o attività che richiedano energia termica; Disponibilità di una o preferibilmente più fonti di approvvigionamento o creazione di una filiera di biomassa, come conseguenza della domanda da parte dell'impianto di teleriscaldamento; La distanza dalla fonte di approvvigionamento non deve essere eccessiva; Presenza di un'area adeguata dove poter costruire l'impianto ed i magazzini di stoccaggio. Punti critici del teleriscaldamento a biomasse Accettabilità sociale; Vicinanza alle vie di trasporto e cura per non appesantire l'abitato con un eccessivo traffico di mezzi pesanti; Stoccaggio: i volumi necessari non permettono uno stoccaggio stagionale - notevoli superfici per creare magazzini che consentano una certa autonomia; Condizioni di lavoro (sicurezza) degli addetti alla raccolta-selezione-trasporto; Sostenibilità economica; Rapporto tra prime e seconde case per il corretto dimensionamento dell'impianto - spesso la località servita è turistica.

Biocombustibili Prodotti derivati dalla biomassa, miscelati con carburanti ottenuti da combustibili fossili o utilizzati puri, usati per autotrazione e riscaldamento. Impatto ambientale più contenuto rispetto ai combustibili di origine fossile; utilizzare materiali di scarto che solitamente non vengono utilizzati. L’uso di carburanti per autotrazione di origine vegetale risale ai primi del ‘900 (Henry Ford); nel 1938 gli impiani del Kansas producevano già 54.000 t/anno di bioetanolo. l’interesse americano per i biocombustibili decadde dopo la Seconda Guerra Mondiale in conseguenza dell’enorme disponibilità di olio e gas; negli anni ’70, a seguito della prima crisi petrolifera, apparvero in commercio benzine contenenti il 10% di etanolo, il cosiddetto gasohol, (grazie al sussidio fiscale concesso per l’utilizzo dell’etanolo). Clean Air ACT (1990): restrizioni sulle benzine, per migliorare la qualità dell’aria nelle aree metropolitane più inquinate. Ma all’etanolo fu preferita l’adozione dell’MTBE (metil-ter-butil-etanolo) come sostitutivo del piombo tetrametiletile (per migliorare le proprietà antidetonanti delle benzine). Solo dopo il progressivo inquinamento delle falde acquifere il governo americano sta cercando di mettere fuori legge gli MTBE promuovendo una politica di incentivo per i biocombustibili.

Bio-etanolo E’ un alcool (etanolo o alcool etilico) ottenuto mediante fermentazione di diversi prodotti ricchi di carboidrati e zuccheri; Il bio-etanolo è tra i combustibili quello che mostra il miglior compromesso tra prezzo, disponibilità e prestazioni; L’etanolo può essere prodotto seguendo due vie: quella chimica e quella biologica; Il bioetanolo ha origine dalla seconda via; Il processo si basa sulla trasformazione biochimica dei carboidrati (zuccheri) in alcool, operata da microrganismi (lieviti); La produzione di etanolo adatto all’uso combustibile (puro almeno al 95%), richiede un ulteriore processo di distillazione; Nel processo di fermentazione vengono utilizzati dei catalizzatori naturali come i lieviti ed i batteri.

Caratteristiche chimico-fisiche dell’etanolo e della benzina Unità di misura Etanolo Benzina Formula CH3-CH2-CH Miscela idrocarburi - additivi Densità g/cm3 0,789 (a 20°C) 0,740 (a 15°C) Potere Calorifico Inferiore Kcal/kg 6.400 10.000 Temperatura di ebollizione °C 78,3 30 ÷ 200 Temperatura di congelamento -11,4 Sotto i -50 Calore di evaporazione 200,6 85 Punto di infiammabilità 21 Da -40 a 40 Numero di ottano 106 98 – 102 (super) Nonostante la differenza di potere calorifico tra l’alcool etilico e la benzina, le potenze esprimibili nei motori sono all’incirca equivalenti, per le diverse caratteristiche di combustione degli alcoli rispetto alla benzina: gli alcoli presentano una minore temperatura e luminosità di fiamma cosicché minor calore è perso per conduzione e per irraggiamento dalla camera di combustione al sistema di raffreddamento del motore; gli alcoli, bruciando più rapidamente, permettono una coppia più elevata al motore.

Risvolti energetici, ambientali ed economici Consumi Il potere calorifico dell’etanolo è inferiore a quello della benzina, la miscelazione di questi determina a parità di altre condizioni un peggioramento del consumo calcolato (Km/Litro). L’addizione dell’ossigeno, assente del tutto nella benzina, reca un miglioramento alla combustione in termini di consumo termico (Km/caloria): smagrimento della miscela aria/benzina e miglioramento della combustione. Emissioni Il bioetanolo, essendo un prodotto derivato da biomassa, non comporta alcuna emissione di anidride carbonica netta in ambiente: le biomasse, catturano, durante il processo di fotosintesi”, il carbonio in atmosfera (sotto forma di CO2); la CO2 verrà assorbita dalle nuove biomasse coltivate per produrre altro biocombustibile Eliminazione degli ossidi di zolfo, dei composti aromatici e in particolare del benzene; Riduzione delle emissioni di monossido di carbonio e di idrocarburi incombusti; Aumento delle emissioni di formaldeide e quelle di acetaldeide. Vantaggi dell’impiego di ETBE come additivo antidetonante Elevato rapporto quantitativo tra carbonio e idrogeno; Contenuto di ossigeno legato pari al 15%.

Produzione di Bio-etanolo Principale materia prima per la produzione di bioetanolo: Canna da zucchero - la cui produzione ammonta a 1,1 miliardi di tonnellate all’anno (provenienti da 17,6 milioni di ettari coltivati); Barbabietola da zucchero - 0,26 miliardi di tonnellate all’anno. Quando sarà disponibile la produzione commerciale di bioetanolo da biomassa lignocellulosica (cioè da processi enzimatici), la potenziale produzione di questo prodotto aumenterà notevolmente: la produzione mondiale di biomassa lignocellulosica è dieci volte superiore a quella di altri tipi di biomassa. Il costo marginale per il bioetanolo è di $180/m3; Il potenziale produttivo mondiale di bioetanolo, è stimato intorno ai due miliardi di tonnellate all’anno (0,5 miliardi di tonnellate all’anno dallo zucchero e 1,5 miliardi di tonnellate all’anno da biomassa lignocellulosica); L’uso del bioetanolo nel settore dei trasporti (20% del consumo attuale) raggiungerà 550 milioni di tonnellate all’anno. Altri possibili impieghi che comporteranno una maggiore penetrazione di bioetanolo: miscele gasolio-etanolo puro; gasolio riformulato con ETBE; uso di bioetanolo per macchine agricole.

Bio-diesel Si ottiene dagli oli vegetali, dai grassi di cucina riciclati,dalla spremitura di semi oleaginosi di colza, soia, girasole attraverso una reazione detta di transesterificazione. Il bilancio di massa semplificato dell’intero processo è il seguente: 1000 kg di olio raffinato + 100 kg di metanolo = 1000 kg di biodiesel + 100 kg di glicerolo Il glicerolo o più comunemente glicerina che si ottiene come prodotto secondario può essere usata per la produzione di creme ad uso cosmetico. I prodotti e gli oli utilizzati per la produzione del biodiesel devono subire vari processi prima di essere convertiti: Estrazione Meccanica (normalmente a pressione); Chimica (solvente, normalmente esano in rapporto 1:18); Combinata (Girasole-colza: circa 1 ha produce 1 t di olio); Raffinazione: Depurazione (sedimentazione, filtrazione, demucillaginazione, centrifugazione); Raffinazione (neutralizzazione o deacidificazione, decolorazione, deodorazione, demargarinazione).

Impiego del bio-diesel nei motori Il biodiesel è stato testato in varie percentuali di miscelazione con gasolio, a partire dal 5% passando per il 20 ed il 30% fino ad arrivare al biodiesel puro; Le miscele con gasolio, sino al 30% in volume, possono essere utilizzate senza significative modifiche al motore (verificare la compatibilità dei materiali costitutivi dell’impianto di iniezione, con particolare riferimento alle gomme butiliche); L’olio lubrificante è diluito dal biodiesel, per cui si deve avere l’accortezza di sostituire l’olio con maggiore frequenza (in particolare con sistemi di iniezione con pompe in linea); Problemi nel funzionamento del motore alle basse temperature (punto di otturamento a freddo del biodiesel è di –9°C, contro i – 22°C del gasolio); Elevato potere detergente dei biodiesel: precoce ostruzione dei filtri carburante; Il potere calorifico inferiore del biodiesel è inferiore di circa il 13% rispetto a quello del gasolio (32,8 MJ/dm3 contro 35,6 MJ/dm3), ma ciò è parzialmente compensato dalla maggiore densità (0,88-0,89 kg/m3 contro 0,83-0,85 kg/m3 a 15°C). Il potere calorifico inferiore del biodiesel comporta un lieve aumento dei consumi, (circa il 2-3%), difficilmente percepibile a causa dell'elevata oscillazione dei consumi riscontrabili in campo, relativi al tipo di guida e percorso.

Risvolti energetici, ambientali ed economici Consumi - 2-3%, non è comunque percepibile. Emissioni (biodiesel quale combustibile puro): SO2 : è presente il contributo di SO2 da parte dell’ olio lubrificante che viene bruciato; CO: apprezzabile riduzione delle emissioni di CO (5-8%); HC: le emissioni sono equivalenti, è drasticamente minore (da uno a due ordini di grandezza) il contenuto dei composti policiclici aromatici PAH, corresponsabili di molte forme di cancro; NOx : incremento delle emissioni di NOx (15% circa); Opacità (FSN): drasticamente inferiore a quella prodotta dal gasolio (30% al 70%); Particolato: emissioni in massa di particolato risultano molto prossime (talvolta appena superiori) a quelle generate dalla combustione di gasolio; la granulometria media del particolato prodotto dal biodiesel è superiore di un ordine di grandezza (circa 0,1 mm per il fossile, 1,5 mm per il biodiesel). minore la pericolosità del particolato generato dal biodiesel; CO2: non comporta alcuna emissione netta in atmosfera; Biodegradabilità : elevata (99,6% in 21 gg.), in caso di dispersione accidentale, il biodiesel non inquina né il suolo né le acque.

Produzione di Bio-diesel La produzione di biodiesel fino al 1990 essa era solo allo stato sperimentale. Nel mondo al 1998 erano censiti 85 impianti: Europa occidentale: 44 Europa orientale: 29 Nord America: 8 altre aree: 4 Le materie prime utilizzate per la produzione sono: olio di colza (85% del totale); olio di girasole (13%); olio di soia, di palma e oli fritti usati per le restanti percentuali. La capacità produttiva globale nel mondo è cresciuta negli anni ’90 dalle 75.000 t del 1991 alle 1.366.000 del 1998; La produzione effettiva corrispondente è passata dalle 10.000 t del 1991 alle 741.000 t del 1998. In Italia la produzione di biodiesel è stata avviata nel 1992; nel 1997 erano censiti 11 impianti (attualmente gli impianti operativi sono 7). La capacità produttiva nel 1998 era di 211.000 t/a a fronte di una produzione di 107.000 t (rapporto tra produzione effettiva e capacità produttiva pari a circa il 51%)

Produzione di Bio-diesel in Italia Produttore Stabilimenti Produzione effettiva attuale (t/a) Capacità attuale (t/a) Espansione pianificata (t/a) Novaol Livorno 80.000 90.000 + 20.000 Bakelite Milano 36.000 50.000 Fox Pescara Defilu 12.000 15.000 + 23.000 Comlube Brescia Estereco Perugia 14.000 30.000 Ital-Bi-Oil Bari 32.000 100.000 NOVA Fr 9.000 OK Muhle Totale 284.000 390.000 43.000 Produzione semi: colza: 1-4 t/ha; girasole 1-4 t/ha; soia 2-6 t/ha; palma-cocco: 4-6 t/ha. Produzione olio: colza: 0,4-2 t/ha; girasole 0,4-2 t/ha; soia 0,3-1,8 t/ha; palma-cocco: 1,0-1,5 t/ha. Produzione energia: colza: 0,36-1,8 tep/ha; girasole 0,36-1,8 tep/ha; soia 1,27-1,6 tep/ha; palma-cocco: 0,9-1,35 tep/ha. In Italia è privilegiato il girasole, poiché più adatto al nostro clima, mentre la resa della colza è da noi inferiore rispetto all’Europa del centro-nord; Poiché la produzione di biodiesel privilegia la colza, molti produttori italiani o si approvvigionano di olio dall’estero o utilizzano una miscela di olio di girasole e colza nella proporzione 20-80%.

Quadro internazionale: evoluzione storica Evoluzione del contributo percentuale delle biomasse sul totale della produzione di energia in alcuni paesi dell’America Latina. Le biomasse, a livello mondiale, costituiscono una delle principali fonti energetiche e la maggiore in assoluto fra quelle rinnovabili. Si valuta che le biomasse rappresentino il 15 % circa dell’offerta energetica totale mondiale. Per quasi tutti i Paesi in Via di Sviluppo (PVS) le biomasse costituiscono una risorsa energetica fondamentale e spesso la principale fino al 75 % circa del consumo globale di energia). PAESE 1970 1990 Argentina 3.3 1.5 Brasile 47.5 20.4 Costarica 43.1 39.2 Cile 18.7 Ecuador 39.4 10.3 Guatemala 64.5 71.9 Messico 12.1 5.5 Nicaragua 49.7 47.0 Paraguay 80.1 33.5 Uruguay 15.5 19.1

Quadro internazionale: evoluzione storica Consumo specifico di legna da ardere per alcune industrie rurali (America Latina 1991) Industrie Legname consumato Panifici 0.13 – 0.22 m3/sacco (50kg.) di farina Caseifici 0.025 – 0.112 m3 / 1000 l di latte Mattoni 0.4 - 0.8 m3/1000 mattoni Calce 1.1 – 4.0 m3/ t di calce Essiccazione tabacco 1.5 – 2.0 m3 /100 kg di tabacco essiccato

Quadro internazionale: evoluzione storica Impianti dimostrativi per la produzione di elettricità da colture energetiche negli USA Localizzazione Potenzialità (MWe) Superficie coltivata (ha) Biomassa utilizzata Arkansas/Mississipi 25 10.000 Legno da short rotation California Georgia/Alabama Hawaii Colture erbacee Iowa Tennessee Texas Washington Wisconsin/Minnesota 100 40.000 Legno “whole tree”

Quadro internazionale: recenti tendenze

Dislocazione mondiale di impianti con una potenza maggiore di 5 GW

Situazione italiana Biomasse residuali per la produzione di energia termica ed elettrica in Italia (Mtep/anno) BIOMASSA UTENZE DISPONIBILITA’ USO ATTUALE USO FUTURO Legno e residui agricoli forestali Domestiche e rurali 12 2-3 3-5 Rifiuti agro-industriali Aziende agro-industriali municipalizzate 6-8 0.4-0.6 3-4 TOTALE 18-23 2.4-3.6 6-9

Situazione italiana Energia elettrica da biomasse residuali in Italia (settore agro-industriale e delle aziende municipalizzate) POTENZIALE (50%dei rifiuti) POTENZA INSTALLATA (1993) NUOVE INSTALLAZIONI (1998) ATTESE (2005) MWe TWh/anno 2.000-3.000 10-15 105 0.4 200 0.7 400-500 1.5-2.5 Ordine di grandezza dei costi per la produzione di energia da biomasse residuali ENERGIA TERMICA Costi investimento (€/kWt) Costo dell’energia (€/Mcal) 35-55 0.025-0.05 ENERGIA ELETTRICA Costi investimento (€/kWe) Costo dell’energia (€/kWh) 1.100-2.500 0.05-0.1

Situazione italiana Situazione della produzione di energia elettrica da fonti rinnovabili al 1997 e previsioni di sviluppo al 2008-2012 (fonte: libro bianco per la valorizzazione energetica delle fonti rinnovabili, 1999) Tecnologia 1997 2002 2006 2008-2012 MWe Mtep Idro>10MW 13942 7,365 14300 7,550 14500 7,656 15000 7,920 Idro<10MW 2187 1,787 2400 1,954 2600 2,116 3000 2,442 Geotermia 559 0,859 650 1,051 700 1,132 800 1,294 Eolico 119 0,026 0,308 1400 0,616 2500 1,100 Fotovoltaico 16 0,003 25 0,006 100 0,024 300 0,073 Biomasse 192 0,125 380 0,502 1,056 2300 3,036 Rifiuti 89 0,055 350 0,385 500 0,550 0,880 Totale 17104 10,221 18805 11,756 20600 13,151 24700 16,744

Situazione italiana Situazione della produzione di energia termica da fonti rinnovabili al 1997 e previsioni di sviluppo al 2008-2012 (fonte: libro bianco per la valorizzazione energetica delle fonti rinnovabili, 1999. Tecnologia 1997 2002 2006 2008-2012 Mtep DMtep Biocombustibili 0,060 0,280 0,220 0,544 0,484 0,940 0,880 Solare termico 0,008 0,056 0,048 0,111 0,103 0,222 0,214 Geotermia 0,213 0,250 0,037 0,300 0,087 0,400 0,187 Biomasse 1,070 1,400 0,330 1,600 0,530 1,750 0,680 Rifiuti 0,096 0,120 0,024 0,160 0,064 0,200 0,104 Totale 1,447 2,106 0,659 2,715 1,268 3,512 2,065

Situazione italiana 2011

Produzione da bioenergie per Regione nel 2010 (GWh)

Produzione da BIOMASSE

Produzione da BIOLIQUIDI

Produzione da RU BIODEGRADABILI

Prospettive per l’energia dalle Biomasse in Italia Sembra ragionevole ritenere che l’entità del contributo massimo a regime nei confronti del fabbisogno energetico italiano da parte delle biomasse, a medio termine, possa arrivare a superare i 5 Mtep/anno; In Italia esite un potenziale (prevalentemente da residui agro-industriali e urbani) tali da consentire l’installazione di circa 3000 MW di potenza elettrica Assenza di adeguate iniziative imprenditoriali, malgrado gli interessanti incentivi in conto capitale previsti dalla legge 10/91. Occorrono nuove figure professionali, imprenditori ed operatori, come, ad esempio, quella dell’ “agricoltore-esercente di impianto termico” (consorzi di operatori agricoli) con la partecipazione di operatori qualificati con esperienza specifica nel settore della produzione dell’energia. Biomasse più interessanti: residui agro-industriali; rifiuti solidi urbani; coltivazioni energetiche di accertata economicità.

Benefici attribuibili all’impiego diffuso delle biomasse

Confronto delle emissioni di CO2 tra gasolio e biodiesel PRODOTTO g DI CO2 PER MJ DI LAVORO PRODOTTO DAL MOTORE RIDUZIONE DI CO2 RISPETTO AL GASOLIO (%) senza allocazione con allocazione Biodiesel da colza Biodiesel da girasole 141,38 137,44 72,36 71,60 38,1-68,3 39,8-68,7 Gasolio 228,45 - La stima della quantità di CO2 assorbita da una foresta o da altre tipologie di vegetazione International Panel on Climate Change (IPCC), 2000: per una foresta in clima temperato - assorbimento massimo pari a 0,5 t/ha.anno di carbonio (1,8 t/ha.anno di CO2); International Panel on Climate Change (IPCC), 2001: la forestazione di territori equatoriali non forestali può portare - accumulo complessivo massimo di 215 t/ha di carbonio (4,3 t/ha.anno di CO2); International Energy Agency (IEA): 40.000 km2 di foresta per accumulare, in circa 75 anni, 1 miliardo di tonnellate di carbonio, corrispondenti a 3,6 miliardi di tonnellate di anidride carbonica. (12 t/ha.anno); Wackernagel M. et al., 1997: 1 ha di foresta è in grado di assorbire la CO2 derivante dalla produzione di 100 GJ di energia.

Biocarburanti di seconda generazione Prima generazione da materie prime alimentari (es.biodiesel da semi oleaginosi, bioetanolo da mais o da canna da zucchero) Seconda generazione  da materie organiche non alimentari (non hanno impatto sulla filiera agroalimentare)

Biocarburanti di seconda generazione Biomassa lignocellulosica È abbondante Non è competitiva con le colture alimentari Contiene emicellulosa e cellulosa (polimeri di zuccheri) da cui produrre biogas o bioetanolo.

Biocarburanti di seconda generazione

Filiere di produzione dei biocarburanti ENEA 2011

Biodiesel di II generazione Idrogenazione catalitica di oli e grassi vegetali o animali (anche con caratteristiche chimico-fisiche che danno scarsa resa nella conversione in biodiesel convenzionale). Sono già attivi alcuni impianti industriali di grandi dimensioni (es. ENI) Fast pirolisi di biomasse lignocellulosiche, e successivo reforming dell’olio ottenuto (bio-olio). È ancora in fase sperimanetale Gassificazione della biomassa

Biodiesel di II generazione Biodiesel da microalghe Le alghe sono formate da lipidi, proteine e carboidrati (come le piante) Scelta della specie idonea, crescita e raccolta Estrazione frazionata: viene prima la componente lipidica con solventi (es. esano, cloroformio, metanolo) poi si convertono carboidrati e proteine trasformazione con pirolisi, gassificazione Coltura Resa stimata (litri/ha*anno) Soia 400 Girasole 800 Jatropa 2.000 Olio di palma 6.000 Microalghe 60.000

Bioetanolo di II generazione Processo biologico: idrolisi enzimatica di materiali lignocellulosici e successiva (o contemporanea) fermentazione degli zuccheri provenienti da cellulosa ed emicellulose. Questa tecnologia è attualmente al centro di un rinnovato interesse da parte della comunità scientifica internazionale . Processo termochimico: gassificazione della biomassa per produrre di syngas (H2 e CO) e successiva fermentazione del syngas. Resa per 1 ettaro (ha) di terreno coltivato a mais e frumento Bioetanolo Prima Generazione 3 t/ha Seconda generazione 10 t/ha

BTL Fuels Dimetil-etere (DME) Bio-metanolo Miscele di alcoli ed altri composti organici ossigenati Sono ottenuti via gassificazione e sintesi catalitica genericamente indicati come BTL (Biomass to liquids) Fuels. Sono processi attualmente oggetto di sperimentazione a livello di laboratorio o impianti di piccola scala.

Stato di avanzamento delle tecnologie per la produzione di biocarburanti al 2011