Legno per la produzione di energia da legno di piccole dimensioni EURIS Modulo 12 Tuomo Pesola1, Janne Alahuhta1, Raffaele Spinelli2, Anabela Rodrigues3, José Vicente Ferreira3 & Tom Kent4 1Oulu Polytechnic, School of Renewable Natural Resources – Finland; 2CNR Ivalsa – Italy; 3Viseu Polytechnic Institute; 4Waterford Institute of Technology EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably

Obiettivi della lezione Panoramica sulle politiche di supporto alla produzione di energia da legno Comprensione di base sul legno come combustibile Comprensione di base sulle possibilità e sul significato dell’utilizzazione delle foreste per la produzione di energia Conoscenze sui principali metodi di raccolta e sui dispositivi utilizzati nella produzione di energia con legno Conoscenze sul processo e sulle caratteristiche di combustione del legno Conoscenze sulle principali soluzioni e sui sistemi di riscaldamento EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably

Politiche internazionali sul cambiamento del clima Impegno Internazionale “…per conseguire la stabilizzazione della concentrazione di gas-serra nell’atmosfera a livelli che possano prevenire pericolose interferenze umane con il sistema climatico…” Earth Summit, Rio de Janeiro, 1992 Kyoto Agreement, 1997 Obiettivi-vincolo 5% di riduzione gas-serra nel 1990 per i Paesi in Annex 1 8% per Paesi EU Anche attraverso: Protezione di serbatoi naturali di carbonio (foreste) Sviluppo di energie rinnovabili (combustibili legnosi) da: International Energy Agency, World Energy Outlook, 2000 EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably

Politica europea sulle energie rinnovabili Libro Bianco sulle energie rinnovabili COM(97)599 Obiettivo di raddoppio di ER dal 6% al 12% nell’ EU entro il 2010 Gli obiettivi specifici per il 2010 includono: Altri incentivi di supporto per ER e combustibili legnosi sono: Carta Verde sulla sicurezza della fornitura energetica COM (2002) 321 Direttiva 2001/77/EC sulla promozione della produzione elettrica da ER Direttiva 2003/30/EC sulla promozione dei biocombustibili Programma di supporto: Energie Intellegente - Europe (2003-06) EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably

Posizione attuale dei combustibili legnosi 6% dell’energia in EU deriva da ER nel 1998 La biomassa fino al 63% della fornitura di ER in EU Produzione di calore per il 97% da biomassa Solo 9% dell’elettricità in EU prodotta con biomassa Da: Eurostat, 2001 EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably

Potenziale futuro dei combustibili legnosi Share of Primary Energy Produced from Wood in 1998 Source: Eurostat, 2001 90 4% in 1998 % Total Energy 80 Requirement 70 % Renewables 13% in 2020 60 50 40 30 20 10 EU15 FIN IRL I NL P SK UK 20% in 2020 8% in 2020 EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably

Benefici dei combustibili legnosi La produzione di energia da legno segue le richieste europee in ordine di: Limita le emissioni di gas-serra, Energia pulita, Energia sostenibile rinnovabile, locale, Uso alternativo del territorio & imprese rurali, Selvicoltura sana per una gestione forestale sostenibile. EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably

Umidità del legno & potere calorifico Potere Calorifico (P.C.) = 18 - 21GJ/t Produzione di energia = 5 - 5.8MWh/t (petrolio = c. 40GJ/t, c. 11MWh/t) Umidità del legno Legno fresco ha ~ 50% di acqua La vaporizzazione dell’acqua consuma energia P.C. aumenta al diminuire di U% Potere Calorifico Variazioni minime tra specie La densità di energia (GJ/m3) varia al variare della densità delle specie Potere calorifico Umidità (%) da: Wood fuels information pack 2002 Potere calorifico delle parti della pianta MJ/kg Specie legno Corteccia foglie Fraxinus spp. 19.96 19.30 21.43 Quercus spp. 20.00 19.35 21.21 Pinus sylvestris 19.31 19.53 20.23 Picea abies 19.05 18.80 19.77 da: Wood fuels Basic Information Pack, 2000 EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably

Quantificazione dei combustibili legnosi Unità di misura per la produzione, fornitura, trasporto e immagazzinamento di combustibili legnosi Legno tondo 1m3 = Legna da ardere 1.49m3 metri steri = Chips 2.5m3 volume da: Wood Fuel Basic Information Pack, 2000 Unità di misura per contenuto di energia Potere Calorifico del Legno = 18-21GJ/t (legno secco o odt - oven dry tonne) 1 odt = 1 / [densità basale (kg/m3) / 1000] m3 volume EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably

Fonti di combustibili legnosi Gestione forestale Specie legnose / dimensioni non commerciabili Diradamenti / assortimenti piccoli Cimali e ramaglia Residui industriali Prime lavorazioni: Trucioli e corteccia umidi Falegnamerie: trucioli secchi, cascami Pasta e carta: corteccia & acque reflue Impianti da energia Cedui di salice, pioppo ed eucalipto Turni brevi/rapido accrescimento Raccolti come chips o a pianta intera EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably

Tipologie Legna da ardere Cippato Densità 350 - 400 kg/m3 50% di umidità da fresca, 25% da secca Potere Calorifico 4.5 - 5.5 GJ/m3 Cippato Densità 300 kg/m3 45-60% U% da fresco, 10-30% da secco Potere Calorifico 2 - 3 GJ/m3 Legna densificata (pellets e briquettes) Densità 600 - 700 kg/m3 U=10% Potere Calorifico c.17 GJ/t EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably

EURIS: la risorsa di legna da combustibile Da cosa? Diradamenti Specie legnose / assortimenti non commerciabili Cimali e ramaglia Perché? Energia rinnovabile e sostenibile sfruttata ed utilizzata localmente Facilita una buona gestione forestale Sviluppo e lavoro in ambito rurale Industrie locali che sviluppano risorse locali Fornitori di energia a livello locale e di comunità Possibilità di ottenere lo sviluppo economico senza degrado ambientale EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably

Legna per energia: la catena produttiva Raccolta - Diradamenti (o taglio finale)/ depezzatura / concentramento / trasporto Essiccazione Trasporto - da bordo strada al primo trasformatore Lavorazione del legno da energia - in legna da ardere - in chips EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably

Scelta del sito di raccolta Situazione del sito - bilancio dei nutrienti / specie legnosa / capacità di carico / sottobosco / scheletro del suolo Accesso Condizioni economiche Disponibilità di macchine e di forza lavoro Tener conto sempre dell’intera catena di lavorazione! EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably

Sistemi di raccolta Raccolta non integrata Legna da energia (potatura, diradamento) Organizzazione semplice Limiti economici Le rese di raccolta dipendono dal tipo (primo / secondo) e dall’intensità di diradamento oltre che dalla specie Possibilità non sfruttate EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably

Legna da energia (scarti) + assortimenti tradizionali Raccolta integrata Legna da energia (scarti) + assortimenti tradizionali Integrazione economica, ottimizzazione fattibile, organizzazione complessa La disponibilità di legna da energia e/o degli assortimenti tradizionali deve essere adeguata Non integrata Due operazioni indipendenti Integrata interdipendenti Abete rosso Pino Betulla VTT Energy EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably

Essiccazione del legno Circa metà del peso del legno fresco è acqua La necessità di essiccare dipende dall’utilizzo del legno Il processo di essiccazione varia con il clima, il periodo dell’anno, specie legnosa, porzione di tronco e fase di immagazzinamento Il legno può essere accatastato nel corso dell’estate perché possa essiccare EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably

Trasporto Tipo, velocità e capacità di carico del veicolo dipendono dalle distanze da coprire e dalla qualità della strada Veicoli - Trattori - Autocarro - Autocarro per container - Autocarro con rimorchio - Semirimorchio Il trasporto viene pianificato in maniera integrato con l’intera catena di lavorazione in modo da ridurre le spese VTT Energy Il legno per energia può essere trasformato in balle in bosco in modo da facilitare il trasporto EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably

Cippato Legno “fluidificato” Processo semplice Può partire da materiale di piccole dimensioni Strumenti specifici Cippatori (a disco / a martelli / a punta) Sfibratori a martelli Configurazione della cippatrice: a trattore / a motore indipendente / autotraente / su autocarro / cippatrice sul posto EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably

Diradamento / depezzatura / troncatura / concentramento Catena legno - chip Imballaggio essiccazione Necessità che l’utilizzatore primario definisca la scelta della modalità di lavorazione Necessità e requisiti diversi a seconda del bollitore e del sistema di riscaldamento locale Trasporto Cippatura e trasporto Trasporto delle balle essiccazione (se necessaria) essiccazione (se necessaria) Cippatura ed immagazzinamento Trasporto del cippato all’utilizzatore Trasporto della legna e delle balle all’utilizzatore Cippatura o sfibratura Piccoli impianti Grandi impianti EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably

Produzione di legna da ardere tradizionale e ben conosciuta mercato ampio e vivace Commercio internazionale Raccolta sul terreno Motosega / trattore + rimorchio / muli o cavalli Lavorazione in cantiere selezione / troncatura / spacco EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably

Tecniche di lavorazione della legna da ardere Tutte le tecniche lavorano con energia elettrica o da combustibili fossili Troncatura a sega (disco / nastro / motosega) Spacco meccanico / idraulico A cuneo (orizzontale / verticale / multi-direzionale) A vite Assortitori per legna da ardere Troncatura, spacco e carico combinati Differenti livelli di sofisticazione EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably

Combustione Fasi della combustione (dipendono dalla temperatura): 1) essiccazione; 2) Riscaldamento, gasificazione e combustione delle sostanze gasificate; 3) Combustione della parte solida (combustione finale) 3 parametri influiscono sul risultato finale: a) Tempo; b) Temperatura; c) Turbolenza VTT Energy EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably

Reazione : C + O2 → CO2 + 32,8 KJ/kg Carbonio Numerose caratteristiche influiscono sul processo di combustione umidità, composizione chimica, densità, composizione delle ceneri, dimensione media delle particelle, specie arborea… Reazione : C + O2 → CO2 + 32,8 KJ/kg Carbonio 2H2 + O2 → 2H2O + 142,2 MJ/kg Idrogeno VTT Energy EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably

Applicazioni su piccola scala Boilers 1. Sovra-combustione (solo legna da ardere) Alimentazione e combustione avvengono simultaneamente; il passaggio dell’aria avviene attraverso uno sportello controllabile. Poche possibilità di controllo dell’efficienza Sovra-combustione (VTT Energy) Sotto-combustione (VTT Energy) EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably

2. Sotto-combustione (sia per legna che per cippato) Il combustibile viene gasificato e la combustione avviene nella parte inferiore del materiale legnoso Gas e fiamme vengono portati nella camera di combustione per la combustione finale L’aria tramite una porta controllabile al di sotto del camino o tramite ventilatori esterni Buon controllo dell’efficienza 3. Combustione inversa Si tratta di una sotto-combustione migliorata La combustione dei gas nell’apposita camera viene controllata meglio Temperature elevate EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably

Alimentazione e combustione Principalmente a cippato Acqua calda Bruciatore Serbatoio Ceneri Bruciatori Alimentazione e combustione Principalmente a cippato Il bruciatore è connesso col boiler, all’interno del quale viene conservato il calore 1. Tipo 1 Richiede forti quantitativi di chips, equivalenti al calore prodotto, alimentazione nell’unità di combustione Combustione su griglia (temperatura >1000°C) con fornitori di aria controllati 2. Tipo 2 Combustione in precamera isolata ad alimentazione costante di combustibile Adatto anche per chips umidi, trucioli e legna (VTT Energy) EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably

Forte perdita di calore per eccesso di aria Camini Per legna da ardere 1. Camini aperti Forte perdita di calore per eccesso di aria crea più “atmosfera” che riscaldamento 2. Camini chiusi Aria controllata da apposite aperture ciclo dei gas in apposite strutture che mantengono il calore Anche per riscaldamento Forni per cottura Combina cottura e riscaldamento Camino chiuso EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably

Riscaldamento domestico Il sistema è costituito da un bruciatore, condutture, pompa, valvole, serbatoio di espansione, serbatoio di accumulo e radiatori per il riscaldamento domestico. Il serbatoio di accumulo è opzionale, non obbligatorio, se la combustione è ben controllata Il serbatoio di accumulo è necessario quando vengono bruciati legna da ardere e chips grossolani L’acqua di ritorno deve essere come minimo a 70°C Sistema di riscaldamento (Wood fuels basic information pack 2002/VedTek 1996) EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably

Principi per il dimensionamento di un sistema di riscaldamento Dipende dagli scopi riscaldamento per azienda / impianto familiare Le seguenti informazioni sull’edificio influenzano il dimensionamento: superfici e volumi Tempi di lavoro (a meno di 24h/giorno) Tempi di lavoro condizionamento aria Necessità particolari per riscaldamento acqua Attuale sistema di riscaldamento, possibili sistemi addizionali e condizioni dell’impianto Il dimensionamento può basarsi anche su previsioni o calcoli basati su dati annuali passati. EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably

Bruciatori ad ampia scala Bruciatori su griglia - griglia inclinata / in movimento / piana Letti fluidi - Velocità - Letti fluidi convenzionali / circolanti / a più letti di combustione Pulizia dei gas esausti - Collettori meccanici / lavatori / precipitatori elettrostatici / filtri Eliminazione degli SOx e NOx Wood energy information pack 2002 EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably

CHP –Impianti combinati energia - calore Producono in contemporanea calore ed elettricità Hanno maggiore efficienza. Producono la stessa quantità di energia in due modi: - CHP: con 100 unità di combustibile efficienza = 85 % - Impianti separati: con 152 unità efficienza 56 % Il numero di CHP è in aumento e le dimensioni di profittabilità degli impianti diminuisce per il miglioramento tecnologico Principio di funzionamento di un CHP (wood fuels basic information pack 2002) EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably

Conclusioni La produzione di legno per energia combina selvicoltura, produzione legnosa, di energia e l’ambiente E’ conforme allo sviluppo sostenibile (ecologico,economico e sociale) Sostiene l’impiego su scala locale Copre l’intera catena produttiva, dall’uso domestico alla produzione industriale di energia elettrica Lo sviluppo tecnologico promuove un aumento dell’utilizzo del legname per la produzione di energia Grosse differenze tra Paesi nelle possibilità e modi di utilizzo. EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably