Bilancio energetico ed efficienza ambientale ing. Paola Astuto(1) Seminario tecnico informativo “Le opportunità per i Professionisti, l’ innovazione tecnologica per le PMI, il miglioramento ambientale per il Territorio” Bilancio energetico ed efficienza ambientale ing. Paola Astuto(1) (1) libero professionista, membro della Commissione Ambiente Giugliano in Campania, 2 ottobre 2006

Le fonti rinnovabili Fonti energetiche virtualmente inesauribili e “pulite”, come vento, sole, acqua, calore terrestre, biomasse. Contribuiscono a: diminuire le importazioni di energie fossili; ridurre le emissioni inquinanti e di gas climalteranti. Si consideri che per produrre 1 kWhe con fonti fossili occorre l’equivalente di 220 g di petrolio, con conseguente emissione di circa 500 g di anidride carbonica. L’uso di alcune fonti rinnovabili, come il vento o il sole non dà luogo ad alcuna emissione. Altre causano emissioni nettamente inferiori.

Eolico I moderni generatori eolici, o aerogeneratori, sono macchine che convertono direttamente l’energia cinetica del vento in energia elettrica. I Paesi Europei all’avanguardia sono la Germania, con oltre 17.000 MW di potenza installata, la Spagna con 8.500 MW e la Danimarca, che con la fonte eolica copre circa il 20% del proprio fabbisogno di energia elettrica (dati riferiti a metà 2005). In Italia sono installati impianti per 1.500 MW, che producono meno dell’1% dell’energia elettrica richiesta. Significativo è, invece, l’incremento della potenza unitaria degli impianti installati, indice positivo dello sviluppo tecnologico nel settore. L’obiettivo è di raddoppiare la potenza degli impianti entro il 2010.

Eolico BENEFICI E IMPATTO AMBIENTALE La produzione di energia dal vento non dà luogo ad alcuna emissione in atmosfera. Talune preoccupazioni sono connesse all’impatto visivo degli impianti eolici. È tuttavia possibile governare il problema con un accorto inserimento degli aerogeneratori nel paesaggio. Altri aspetti ambientali riguardano le emissioni acustiche, le possibili interferenze elettromagnetiche e il disturbo all’avifauna stanziale e migratoria. Si tratta comunque di elementi che trovano adeguate soluzioni nella fase di progettazione e autorizzazione alla costruzione dell’impianto. Il processo di diffusione dell’eolico in Italia ha portato sinora alla creazione di circa 3.000 nuovi posti di lavoro, soprattutto nelle regioni del Mezzogiorno.

Solare Termico L’impiego della radiazione solare per la produzione di acqua calda è molto diffuso in diversi Paesi Europei, come la Germania, la Grecia e Cipro. Il nostro Paese, pur favorito da un ottimo livello di radiazione solare, non ha ancora adeguatamente sviluppato l’uso di tale fonte. BENEFICI E IMPATTO AMBIENTALE L’impiego dei collettori solari non provoca alcun tipo di emissione in atmosfera. L’unico impatto ambientale dei collettori solari termici è quello visivo, che può essere ridotto quando la loro installazione viene programmata già in fase di progettazione degli edifici. In tal caso, i collettori possono essere installati o integrati nelle coperture delle strutture che li utilizzano.

Solare Fotovoltaico L’uso della radiazione solare per la produzione di energia elettrica ha mosso i primi passi negli anni ‘50 per ’impiego nello spazio. Successivamente, è iniziato lo sviluppo di tecnologie meno costose per le applicazioni sulla Terra. Ottimi risultati sono stati raggiunti in Giappone e in Germania. L’Italia ha avviato politiche di sviluppo negli anni ’80. Dopo una fase di stasi, un decisivo impulso al settore è stato dato da provvedimenti dei Ministri delle attività produttive e dell’ambiente. BENEFICI E IMPATTO AMBIENTALE I benefici ambientali ottenibili dall’adozione di sistemi fotovoltaici sono riconducibili all’eliminazione delle emissioni in atmosfera derivanti, invece, dall’uso delle fonti convenzionali fossili. L’impatto ambientale è rappresentato dall’occupazione di superficie e dal possibile impatto visivo. Entrambi gli effetti possono essere fortemente attenuati mediante l’integrazione dei moduli nelle strutture edilizie, opzione per la quale la tecnologia fotovoltaica è particolarmente adatta.

Idroelettrico La risorsa idroelettrica rappresenta la principale fonte nazionale per la produzione di elettricità da fonti rinnovabili, con una potenza installata di circa 17.000 MW e una produzione annua che oscilla intorno ai 45 TWh. Nonostante ciò, il contributo percentuale dell’idroelettrico alla produzione totale di energia elettrica è progressivamente diminuito negli ultimi anni, attestandosi nel 2004 su una quota inferiore al 12 % del totale nazionale.

Idroelettrico BENEFICI E IMPATTO AMBIENTALE Le problematiche di impatto ambientale non consentono uno sviluppo del settore in termini di nuove installazioni se non per impianti di piccola taglia, in particolare della tipologia ad acqua fluente, senza bacino di invaso. Inoltre, nonostante un incremento quasi costante della potenza installata, la produzione di energia elettrica negli ultimi cinque anni è stata molto variabile per effetto delle diverse situazioni di idricità. Un aumento della potenza efficiente si potrà determinare a seguito di interventi di ripotenziamento e miglioramento dell’efficienza energetica degli impianti.

Geotermico L’Italia ha avuto un ruolo pionieristico, con la realizzazione dei primi impianti in Toscana. Ancora oggi l’Italia è all’avanguardia, con una potenza installata di circa 700 MW e una produzione annua che rasenta i 5 TWh. Sebbene il potenziale residuo sfruttabile con le attuali tecnologie sia, nel nostro Paese, in via di esaurimento, progressi sono possibili con lo sviluppo di nuove tecnologie e l’affinamento delle tecniche di esplorazione del sottosuolo. Ulteriori sviluppi tecnologici rendono accessibile l’impiego di calore a bassa temperatura proveniente da strati poco profondi della crosta terrestre, ad esempio con le “pompe di calore geotermiche”, che sfruttano la differenza di temperatura fra la superficie e il terreno a media profondità (da 200 a 300 m).

Biomassa Biomassa è un termine che riunisce una gran quantità di materiali di origine vegetale e animale, di natura estremamente eterogenea. La biomassa utilizzabile ai fini energetici comprende tutte quelle sostanze organiche che possono essere utilizzate direttamente come combustibili o che possono essere trasformate in bio-combustibili solidi, liquidi o gassosi. La biomassa rappresenta una forma naturale di accumulo di energia solare. Questa, infatti, consente alle piante di convertire, durante la loro crescita, l’anidride carbonica atmosferica in materia organica, tramite il processo di fotosintesi.

Biomassa Le più importanti tipologie di biomassa sono: residui forestali scarti dell’industria di trasformazione del legno (trucioli, segatura, etc.) scarti delle aziende zootecniche scarti delle aziende agroalimentari scarti mercatali frazione organica di rifiuti solidi urbani Altre forme di biomassa possono, inoltre, essere costituite dai residui delle coltivazioni destinate all’alimentazione umana o animale (paglia) o piante espressamente coltivate per scopi energetici.

Biomassa: tecnologia e applicazioni La biomassa può essere utilizzata direttamente, tramite combustione, o indirettamente come materia prima per la produzione di bio-combustibili. Uso diretto: le principali applicazioni sono quelle connesse all’uso di caldaie per la produzione di energia termica o di sistemi per la produzione combinata di energia termica ed energia elettrica (manutenzione forestale, residui agricoli, industria del legno, industria agro-alimentare); Uso indiretto: la biomassa, in questo caso, costituisce la materia prima per ottenere, attraverso adeguati processi di trasformazione, vari bio-combustibili (biodiesel, etanolo, olio vegetale, metano, etc.). La materia prima vegetale può anche essere prodotta con apposite coltivazioni prima di essere raccolta, trasformata ed impiegata. (Short Rotation Forestry, coltivazioni energetiche, ecc.)

Biomassa: tecnologia e applicazioni Le tecnologie attualmente disponibili sono sinteticamente: combustione diretta carbonizzazione pirolisi gassificazione la digestione anaerobica digestione aerobica fermentazione alcoolica estrazione di olii e produzione di biodiesel steam explosion Tra le varie tecnologie di conversione energetica delle biomasse alcune possono considerarsi giunte ad un livello di sviluppo tale da consentirne l’utilizzazione su scala industriale, altre necessitano invece di ulteriore sperimentazione al fine di aumentare i rendimenti e ridurre i costi.

Biomassa: costi I costi degli impianti variano a seconda della tecnologia e della forma di energia utile prodotta (elettricità, calore o biocombustibili). La difficoltà di sviluppo del settore dello sfruttamento energetico delle biomasse è legata principalmente al superamento delle barriere non-tecniche (finanziamenti dei costi di investimento alquanto elevati, Politica Agricola Comunitaria, diffusione delle informazioni). Per tale ragione, sono stati introdotti incentivi di diversa natura, finalizzati a sostenere tutte le possibili produzioni energetiche da biomasse.

Biomassa: costi Il costo dell'energia prodotta da biomassa è, attualmente, ancora generalmente maggiore di quello derivante dall’impiego di fonti fossili, ma vi è una tendenza verso la competitività, in tempi ragionevolmente brevi, da sostenere e valorizzare. Il gap di costo, tuttavia, tra le fonti rinnovabili e quelle fossili, sarebbe invertito se venissero considerati nell'analisi costi-benefici gli aspetti ambientali ed i costi sociali connessi alla combustione dei materiali fossili.

Biomassa: benefici e impatto ambientale La biomassa è ampiamente disponibile ovunque e rappresenta una risorsa locale, pulita e rinnovabile. L’utilizzazione delle biomasse per fini energetici non contribuisce all’effetto serra, poiché la quantità di anidride carbonica rilasciata durante la decomposizione, sia che essa avvenga naturalmente, sia per effetto della conversione energetica, è equivalente a quella assorbita durante la crescita della biomassa stessa. Meritevoli di attenzione sono invece i problemi connessi al controllo dei fumi negli impianti di combustione e di gestione delle infrastrutture necessarie per il trasporto e il trattamento delle biomasse.

Biomassa: benefici e impatto ambientale Oltre al bilancio della CO2, le biomasse possono presentare una serie di ulteriori vantaggi rispetto ai combustibili di origine fossile, che variano in funzione dei sistemi e delle tecnologie impiegate, come ad esempio: l’assenza di piombo, zolfo e altri inquinanti nei biocombustibili; l’assenza o la bassa quantità di idrocarburi incombusti, di CO, ecc.; la biodegradabilità dei combustibili; la capacità di sostituzione di componenti di combustibili liquidi tradizionali; la protezione delle acque superficiali e di falda dall’inquinamento da nitrati provenienti da fonti agricole (reflui zootecnici); la salvaguardia e il consolidamento del Territorio (coltivazioni a rapida rotazione, coltivazioni energetiche).

Analisi di Ciclo di Vita In linea di principio c’è un generale accordo nel riconoscere alle fonti rinnovabili di energia vantaggi significativi dal punto di vista ambientale rispetto alle fonti fossili. Nel caso delle biomasse, tuttavia, la quantificazione di tali benefici è fortemente ostacolata dalla complessità delle filiere, che va dalla produzione e dalla raccolta delle materie prime fino al consumo finale, passando spesso per più di una fase di lavorazione o trasformazione. La metodologia più adatta per stimare in maniera completa gli impatti ambientali lungo tutte le fasi del ciclo di vita è la LCA (Life Cycle Analysis), che sostituisce i più “semplici” bilanci energetici messi a punto e sviluppati negli anni ’70 e ’80.

Analisi di Ciclo di Vita La LCA è una metodologia che quantifica gli impatti ambientali potenziali di un prodotto o un servizio lungo l'intero ciclo della sua vita, dall'estrazione delle materie prime a tutte le fasi di produzione, uso e manutenzione fino alla dismissione del prodotto stesso. Attraverso un inventario dei flussi in entrata ed in uscita dal sistema (input di materia, energia, uso del suolo, emissioni in acqua, aria, suolo, ecc.), la LCA permette di quantificarne le performance ambientali, mediante l'uso di opportuni indicatori di impatto (effetto serra, diminuzione dello strato di ozono,acidificazione, consumo di energia primaria, ecc.). Per quanto riguarda le FR, la LCA consente un confronto puntuale sotto il profilo ambientale tra queste e la corrispondente fonte fossile. Nel caso delle biomasse, la LCA consente di apprezzare quantitativamente il fatto che le emissioni di CO2 degli impianti di generazione sono compensati dall'assorbimento della stessa durante la crescita del materiale vegetale di partenza.

Biomassa: potenzialità Lo sfruttamento a fini energetici delle biomasse può assumere un ruolo strategico, contribuendo ad uno sviluppo sostenibile ed equilibrato del pianeta. Un impiego diffuso delle biomasse può comportare notevoli ricadute a livello economico, ambientale ed occupazionale, in quanto esse possono garantire: la valorizzazione di residui agroindustriali nuove opportunità di sviluppo per zone marginali e/o riduzione di surplus agricoli con sostituzione di colture tradizionali con colture energetiche dedicate la possibilità di sviluppo di nuove iniziative industriali contributo nullo all’incremento del tasso di CO² in atmosfera l’autonomia energetica locale di Aziende agricole o di lavorazioni del legno In tale ottica, la Campagna della Commissione europea per il decollo delle fonti energetiche rinnovabili (Take off Campaign) individua l’energia da biomasse come uno dei settori-chiave per il raggiungimento degli obiettivi previsti dal Libro Bianco europeo.

Biomasse attualmente disponibili in Italia kt s.s./anno Residui colture erbacee 6.500 Residui colture arboree 1.600 Residui forestali 6.600 Residui industria del legno 5.900 Residui agroindustria 1.400 TOTALE 22.000 Equivalenti a circa 9 Mtep/anno Le coltivazioni dedicate sono oggi limitate ad alcune migliaia di ettari di girasole (e colza) per biodiesel ed a poche migliaia di ettari di pioppi a rapida crescita (S.R.F.) nel Nord Italia I programmi di settore stimano in circa 1 milione di ha la superficie potenzialmente interessata a coltivazioni da energia

Produzione Energia Elettrica. Mondo Produzione EE. Mondo 2003 IEA, Renewables Information 2005

Produzione Energia Elettrica. Mondo Produzione EE. Mondo 2003 Contributo delle FR alla produzione EE. 2003 IEA, Renewables Information 2005

Il quadro globale energetico italiano Per l’anno 2004 risulta: Consumo energia primaria: 196,8 Mtep (+1,3%) Energia primaria da fonti rinnovabili: 7,1% Consumo energia elettrica: 325,4 TWh (+1,5%) Energia elettrica da Fonti Rinnovabili: 55,69 TWh ENEA, Rapporto Energia e Ambiente 2005

Il quadro globale energetico italiano Per l’anno 2004 risulta: Consumo energia primaria: 196,8 Mtep (+1,3%) Energia primaria da fonti rinnovabili: 7,1% Consumo energia elettrica: 325,4 TWh (+1,5%) Energia elettrica da Fonti Rinnovabili: 55,69 TWh Fonti produzione Energia Elettrica. Italia 2004 ENEA, Rapporto Energia e Ambiente 2005

Produzione EE da FR. Italia Contributo delle FR alla produzione EE in Italia. 2004 ENEA, Rapporto Energia e Ambiente 2005

Produzione EE da FR. Italia Contributo delle FR alla produzione EE in Italia. 2004 ENEA, Rapporto Energia e Ambiente 2005

Produzione EE da FR. Italia La produzione di energia elettrica da legna nel 2004 è stata di 2190 MWh (3,9% dell’EE da FR) La produzione di energia elettrica da biogas nel 2004 è stata di 1170 MWh, pari circa 105000 tep (2,1% dell’EE da FR); Oltre l’88% della produzione di biogas destinato alla produzione di EE deriva dal recupero dalle discariche per RU ENEA, Rapporto Energia e Ambiente 2005

La situazione in Campania Potenza installata e pianificata (MW) FONTE anno 2000 anno 2010 pianificata Idroelettrico (fluente, bacino) 330 350 Idroelettrico (pompaggio) 1.000 fotovoltaico 3 11 eolica 206 900 Biomassa e biogas 15 45 RU 180 Cogenerazione < 50 MWe 30 230 Termoelettrica 1.450 4.650 Totale 3.034 7.366

Incentivazioni La concretizzazione degli obiettivi e delle strategie messe a punto a livello di programmazione, si esplica attraverso l’emanazione di incentivi in grado di stimolare le imprese e i cittadini a riconvertire tutto o parte dei propri consumi verso le FER e, in particolare, le biomasse. Gli incentivi possono essere di tipo economico o anche limitarsi a semplificazioni amministrative; gli aiuti economici si dividono a loro volta in diretti (contributi, finanziamenti, ecc.) o indiretti (defiscalizzazioni, detraibilità, ecc.), entrambi comunque tendenti a ridurre il differenziale di costo tra fonte tradizionale e rinnovabile, valorizzando la componente ambientale di quest’ultima. Sia pure in maniera non del tutto omogenea, sussistono in Italia incentivi pressoché per tutte le filiere connesse alla bioenergia.

Conclusioni Numerose innovazioni sono state introdotte in questi anni, rendendo possibile l’avvio di sia pur limitate esperienze ed altre sono necessarie per consolidare e sviluppare significativamente il mercato. Tra gli aspetti tecnici risaltano sia l’approvvigionamento che la conversione delle biomasse, con il fondamentale obiettivo dell’aumento dell’efficienza complessiva del sistema, della riduzione dei costi e della effettiva limitazione delle emissioni nocive.

Conclusioni Il definitivo salto di qualità del sistema biomasse da un mercato di nicchia ad un solido e stabile sistema organizzato, con una precisa collocazione nell’economia nazionale, dipende da numerosi fattori ma soprattutto dall’affermarsi di una piena consapevolezza del ruolo attuale e potenziale della bioenergia.

Grazie per l’attenzione ing. Paola Astuto Commissione Ambiente Ordine degli Ingegneri della Provincia di Napoli p.astuto@infing.it