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LA VALORIZZAZIONE ENERGETICA DELLE BIOMASSE
CON IL TERMINE DI BIOMASSA VIENE INDICATA IN GENERALE LA MATERIAORGANICA; IN PARTICOLARE, LA BIOMASSA VEGETALE, SIA SPONTANEA CHE COLTIVATA DALL’UOMO, TERRESTRE E MARINA, È QUELLA PRODOTTA PER EFFETTO DEL PROCESSO DI FOTOSINTESI CLOROFILLIANA CON L’APPORTO DELL’ENERGIA DELLA RADIAZIONE SOLARE, DI ACQUA E DI SOSTANZE NUTRITIVE.
SONO QUINDI INDICATE IN GENERALE COME BIOMASSE:
TUTTI I PRODOTTI DELLE COLTIVAZIONI AGRICOLE E DELLA FORESTAZIONE
I RESIDUI DELLE LAVORAZIONI AGRICOLE E GLI SCARTI DELL’INDUSTRIA ALIMENTARE
LE ALGHE
TUTTI I PRODOTTI ORGANICI DERIVANTI DALL’ATTIVITÀ BIOLOGICA ANIMALE
COMPONENTE ORGANICA DEI RIFIUTI SOLIDI URBANI
Dott. Ing. Nicola Granigliagraniglia2@unisi.it
CLASSIFICAZIONE DELLE BIOMASSE
LE BIOMASSE DI ORIGINE VEGETALE POSSONO SUDDIVIDERSI IN QUATTRO CATEGORIE:
RESIDUI FORESTALI E DELL’INDUSTRIA DEL LEGNO
SOTTOPRODOTTI AGRICOLI
RESIDUI AGROINDUSTRIALI
COLTURE ENERGETICHE
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RESIDUI FORESTALI E DELL’INDUSTRIA DEL LEGNO DERIVANO DALLE LAVORAZIONI DELLE SEGHERIE, DALLA TRASFORMAZIONE DEL PRODOTTO LEGNO E DAGLI INTERVENTI DI MANUTENZIONE DEL BOSCO.
SOTTOPRODOTTI AGRICOLI SONO PAGLIE, STOCCHI, SARMENTI DI VITE, RAMAGLIE DI POTATURA, ECC..
RESIDUI AGROINDUSTRIALI SONO COSTITUITI DA SANSE, VINACCE, LOLLA DI RISO ED ALTRI PRODOTTI PROVENIENTI DALL’INDUSTRIA ALIMENTARE (RISERIE, DISTILLERIE, OLEIFICI) E RAPPRESENTANO LA FONTE DI BIOMASSA MAGGIORMENTE DISPONIBILE PER SCOPI ENERGETICI.
COLTURE ENERGETICHE SONO FINALIZZATE ALLA PRODUZIONE DI BIOMASSE (ERBACEE E LEGNOSE) PER LO SFRUTTAMENTO ENERGETICO O PER LA REALIZZAZIONE DI BIOCOMBUSTIBILI. LE SPECIE PIÙ INTERESSANTI SONO: GIRASOLE, COLZA, CANNA DA ZUCCHERO, SORGO, PIOPPO, ACACIA ED EUCALIPTO.
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SCHEMA DI CLASSIFICAZIONE DEI BIOCOMBUSTIBILI
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SPECIE UTILIZZABILI E CARATTERIZZAZIONE
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USO ENERGETICO DELLE BIOMASSE
L’ENERGIA CONTENUTA NELLE BIOMASSE, UTILIZZATA DALL’UOMO E DAGLI ANIMALI ATTRAVERSO LA DIGESTIONE, PUÒ ESSERE UTILIZZATA DIRETTAMENTE PER LA PRODUZIONE DI ENERGIA TERMICA NEL PROCESSO DI COMBUSTIONE(USO TRADIZIONALE E DOMINANTE), PER LA PRODUZIONE DI ENERGIA ELETTRICA (COMBINATA ALL’ENERGIA TERMICA) OPPURE CONCENTRATA IN UNA VARIETÀ DI COMBUSTIBILI SOLIDI, LIQUIDI O GASSOSI, TALI DA RENDERE PIÙFACILE IL TRASPORTO E L’UTILIZZAZIONE FINALE.
IN SINTESI, I PROCESSI DI CONVERSIONE IN ENERGIA DELLE BIOMASSE POSSONO ESSERE RICONDOTTI A DUE GRANDI CATEGORIE:
PROCESSI TERMOCHIMICI
PROCESSI BIOCHIMICI
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PROCESSI TERMOCHIMICI
SONO BASATI SULL'AZIONE DEL CALORE CHE PERMETTE LE REAZIONI CHIMICHE NECESSARIE A TRASFORMARE LA MATERIA IN ENERGIA E SONO UTILIZZABILI PER I PRODOTTI ED I RESIDUI IN CUI IL RAPPORTO C/N ABBIA VALORI SUPERIORI A 30 ED IL CONTENUTO DI UMIDITÀ NON SUPERI IL 30%.
LE BIOMASSE PIÙ ADATTE A SUBIRE PROCESSI DI CONVERSIONE TERMOCHIMICA SONO LA LEGNA E TUTTI I SUOI DERIVATI (SEGATURA, TRUCIOLI, ECC.), I PIÙ COMUNI SOTTOPRODOTTI COLTURALI DI TIPO LIGNO-CELLULOSICO (PAGLIA DI CEREALI, RESIDUI DI POTATURA DELLA VITE E DEI FRUTTIFERI, ECC.) E TALUNI SCARTI DI LAVORAZIONE (GUSCI, ECC.).
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PROCESSI BIOCHIMICI
PERMETTONO DI RICAVARE ENERGIA PER REAZIONE CHIMICA DOVUTA AL CONTRIBUTO DI ENZIMI, FUNGHI E MICRO-ORGANISMI CHE SI FORMANO NELLA BIOMASSA SOTTO PARTICOLARI CONDIZIONI E VENGONO IMPIEGATI PER QUELLE BIOMASSE IN CUI IL RAPPORTO C/N SIA INFERIORE A 30 E L'UMIDITÀALLA RACCOLTA SUPERIORE AL 30%.
RISULTANO IDONEI ALLA CONVERSIONE BIOCHIMICA LE COLTURE ACQUATICHE, ALCUNI SOTTOPRODOTTI COLTURALI (FOGLIE E STELI DI BARBABIETOLA, PATATA, ECC.), I REFLUI ZOOTECNICI, ALCUNI SCARTI DI LAVORAZIONE NONCHÉALCUNE TIPOLOGIE DI REFLUI URBANI ED INDUSTRIALI.
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LA FILIERA ENERGETICA PER IL RECUPERO DELLE BIOMASSE
RACCOLTA E ACCUMULO DELLE BIOMASSEÈ UNA DELLE FASI PIÙ DELICATE IN CONSIDERAZIONE DELLA FORTE DEPERIBILITÀ E STAGIONALITÀ DEL COMBUSTIBILE. IN GENERALE SIA I PRODOTTI AGROINDUSTRIALI CHE GLI SCARTI DI LAVORAZIONE DEL LEGNOSONO FAVORITI SUL PIANO LOGISTICO IN QUANTO NON LEGATI A LAVORAZIONI STAGIONALI E SPESSO CONCENTRATI NEGLI STABILIMENTI DOVE AVVENGONO LE LAVORAZIONI DEI MATERIALI STESSI
PREPARAZIONE DEL COMBUSTIBILEL’UMIDITÀ INFLUENZA PARTICOLARMENTE L’EFFICIENZA DEL PROCESSO DI COMBUSTIONE, PER STABILIZZARE LA PRODUZIONE DI ENERGIA SI RICORRE ALLA MISCELAZIONE DI DIVERSI COMBUSTIBILI
PRODUZIONE DI ENERGIA ELETTRICA E CALORELE PRINCIPALI TECNOLOGIE DI CONVERSIONE ENERGETICA DELLE BIOMASSE SONO LA COMBUSTIONE, LA GASSIFICAZIONE, LA PIROLISI, LA FERMENTAZIONE ALCOLICA, LA DIGESTIONE ANAEROBICA
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LE PRINCIPALI FILIERE ENERGETICHE
LE TECNOLOGIE
LE ALTERNATIVE PIÙ VALIDE PER L’UTILIZZAZIONE ENERGETICA DELLE BIOMASSE SONO LE SEGUENTI:
COMBUSTIONE DIRETTA, CON CONSEGUENTE PRODUZIONE DI CALORE DA UTILIZZARE PER IL RISCALDAMENTO DOMESTICO, CIVILE E INDUSTRIALE O PER LA GENERAZIONE DI VAPORE (FORZA MOTRICE PER LA PRODUZIONE DI ENERGIA ELETTRICA)
TRASFORMAZIONE IN COMBUSTIBILI LIQUIDI DI PARTICOLARI CATEGORIE DI BIOMASSE COLTIVATE, COME LE OLEAGINOSE (PRODUZIONE DI BIODIESEL, VIA ESTRAZIONE DEGLI OLI E SUCCESSIVA CONVERSIONE CHIMICA DEGLI STESSI IN MISCELE DI ESTERI METILICI) E LE ZUCCHERINE (PRODUZIONE DI ETANOLO VIA FERMENTAZIONE)
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PRODUZIONE DI BIOGAS MEDIANTE FERMENTAZIONE ANAEROBICA DI REFLUI ZOOTECNICI, CIVILI O AGROINDUSTRIALI. IN QUESTO CASO L’ASPETTO ENERGETICO RIVESTE UN RUOLO COMPLEMENTARE RISPETTO A QUELLO PIÙPROPRIAMENTE AMBIENTALE
PRODUZIONE DI GAS COMBUSTIBILE A PARTIRE DA LEGNO, BIOMASSE LIGNOCELLULOSICHE COLTIVATE, RESIDUI AGRICOLI O RIFIUTI SOLIDI URBANI, DA UTILIZZARE PER LA CONVERSIONE ENERGETICA. IN TAL CASO LE PROSPETTIVE OFFERTE DAI PROCESSI AVANZATI DI GASSIFICAZIONE ACCOPPIATI AI CICLI COMBINATI SONO PARTICOLARMENTE INTERESSANTI PER GLI ELEVATI RENDIMENTI DI CONVERSIONE ENERGETICA RAGGIUNGIBILI
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LA COMBUSTIONE
LA COMBUSTIONE È UNA REAZIONE CHIMICA DI OSSIDAZIONE DI UN COMBUSTIBILE CON UN COMBURENTE (ARIA OD OSSIGENO) CHE AVVIENE CON ALTA VELOCITÀ E FORTE SVILUPPO DI ENERGIA TERMICA. DAL PUNTO DI VISTA TERMODINAMICO È UN PROCESSO DI CONVERSIONE DELL’ENERGIA CHIMICA DEL COMBUSTIBILE IN CALORE.
IL VALORE DELLA TEMPERATURA CHE SI OTTIENE DIPENDE DAL POTERE CALORIFICO DEL COMBUSTIBILE, DAL TIPO DI COMBURENTE USATO E DAL RAPPORTO COMBUSTIBILE/COMBURENTE. PER AVERE UNA COMBUSTIONE COMPLETA, E QUINDI LO SFRUTTAMENTO TOTALE DELL’ENERGIA CHIMICA DISPONIBILE, SI OPERA CON ECCESSO DI COMBURENTE; L’AUMENTO OLTRE UN CERTO LIMITE NON È OPPORTUNO, PERCHÈ PROVOCA UNA DIMINUZIONE DELLA TEMPERATURA MASSIMA OTTENIBILE.
LA COMBUSTIONE, ALLO STATO ATTUALE, RESTA LA SOLUZIONE PIÙAFFIDABILE.
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LE TECNOLOGIE DI COMBUSTIONE PIÙ DIFFUSE SONO LE SEGUENTI:
- COMBUSTORE A GRIGLIA (FISSA O MOBILE) - COMBUSTORE A LETTO FLUIDO (BOLLENTE O CIRCOLANTE)- COMBUSTORE A TAMBURO ROTANTE- COMBUSTIONE A DOPPIO STADIO
L’ENERGIA TERMICA RECUPERATA VIENE UTILIZZATA GENERALMENTE PER RISCALDAMENTO, PER PROCESSI PRODUTTIVI INDUSTRIALI OPPURE PER GENERARE ELETTRICITÀ GRAZIE A CICLI A GAS O A VAPORE.
LA COMBUSTIONE DI BIOMASSA ASSOCIATA A CICLI A VAPORE NON SEMPRECONSENTE DI OTTENERE OTTIMI RENDIMENTI DI GENERAZIONE ELETTRICA.VALORI TIPICI PER IMPIANTI DI POTENZA MEDIO – GRANDE (NEL CASO DELLE BIOMASSE, CIÒ SIGNIFICA ALMENO DELL’ORDINE DEI 10 MWe) SI AGGIRANO INTORNO AL 25%; MENTRE SONO NETTAMENTE INFERIORI IN CASO DI IMPIANTI DI PICCOLA TAGLIA.
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LE PROBLEMATICHE DERIVANTI DALL’UTILIZZO DI COMBUSTIBILI CON BASSO POTERE CALORIFICO ED ALTA UMIDITÀ, E DELLA CONSEGUENTE RIDUZIONE DI RENDIMENTO, POSSONO ESSERE RISOLTE CON SISTEMI DI CIPPATURA, BRICCHETTATURA O PELLETS (ATTRAVERSO L’UTILIZZO ANCHE DI ALCUNE TIPOLOGIE DI SCARTI DELL'INDUSTRIA DEL LEGNO QUALI SEGATURA E POLVERI).
IL PELLET SI DISTINGUE PER LA BASSA UMIDITÀ(INFERIORE AL 12 %) E PER LA SUA ELEVATA DENSITÀ.
IL PRESUPPOSTO PER IL SUO UTILIZZO È L'IMPIEGO DI LEGNAME NON TRATTATO CON CORROSIVI, COLLE O VERNICI. SONO PRODOTTI CON LA POLVERE OTTENUTA DALLA SFIBRATURA DEI RESIDUI LEGNOSI PRESSATA IN APPOSITE MACCHINE E SI PRESENTANO IN FORMA DI CILINDRETTI DI 1,5-2 cm DI LUNGHEZZA E 6-8 mm DI DIAMETRO.HA CARATTERISTICHE DI COMPATTEZZA, MANEGGEVOLEZZA, ALTO POTERE CALORIFICO (4.000-4.500 kCal/kg) E DI AFFINITÀ AD UN COMBUSTIBILE FLUIDO. È MOLTO INDICATO PER PICCOLI E MEDI IMPIANTI RESIDENZIALI.
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CON RESIDUI E POLVERI PIÙ GROSSOLANE VENGONO PRODOTTI I BRICCHETTI, CHE SONO DEI TRONCHETTI PRESSATI, IN GENERE DI 30 cm DI LUNGHEZZA E 7-8 cm DI DIAMETRO. I PROCESSI PER LA PRODUZIONE DI PELLETS E BRICCHETTI NON RICHIEDONO L'USO DI ALCUN TIPO DI COLLANTE, POICHÉ LA COMPATTAZIONE AVVIENE FISICAMENTE E CON L'ALTA TEMPERATURA GENERATA NEL PROCESSO. HANNO ALTO POTERE CALORIFICO (4.000-4.500 kCal/kg), E SONO INDICATI PER IMPIANTI MEDI E GRANDI, MA SI PRESTANO ANCHE ALL'USO IN PICCOLI IMPIANTI ANCHE RESIDENZIALI.
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CIPPATO DERIVA DALL'INGLESE CHIPS "PEZZETTINI“.
SONO APPUNTO PEZZETTINI DI LEGNO RICAVATI DAGLI SCARTI DI SEGHERIE CHE LAVORANO PIANTE PRIVE DI SOSTANZE INQUINANTI QUALI VERNICI, COLLE, ECC.
SONO UN OTTIMO COMBUSTIBILE CHE USATO IN APPOSITE CALDAIE O STUFE SPRIGIONA UNA POTENZA CALORIFICA DI 3000-3500 kCal/kg A SECONDA DEL GRADO DI UMIDITÀ.
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UNO DEI MAGGIORI INCONVENIENTI DELLA COMBUSTIONE DEI BIOCOMBUSTIBILI SOLIDI È L'ALTO TENORE DI EMISSIONI, SOPRATUTTO DI CO E PRINCIPALMENTE NEI PICCOLI IMPIANTI RESIDENZIALI DOVE PUÒ ANCHE DAR LUOGO AD INTOSSICAZIONI.
IL CO È UN GAS COMBUSTIBILE CHE, SE OPPORTUNAMENTE MISCELATO CON ARIA A TEMPERATURE ELEVATE BRUCIA. LA POST-COMBUSTIONE CONSISTE NEL BRUCIARE IL MONOSSIDO DI CARBONIO PRESENTE NEI FUMI DELLA COMBUSTIONE PRIMARIA. LA FIAMMA, CON L'AUSILIO DI IMMISSIONE DI ARIA RICCA DI OSSIGENO (ARIA SECONDARIA) BRUCIA IL MONOSSIDO DI CARBONIO E DEMOLISCE LA MAGGIOR PARTE DELLE MOLECOLE DEI FUMI E DELLE CENERI, OTTENENDO COSÌ UNA BASSA EMISSIONE DI MATERIALE INQUINANTE, MASSIMO RENDIMENTO E SUFFICIENTE MARGINE DI SICUREZZA.
OGGI SI POSSONO TROVARE IMPIANTI ANCHE RESIDENZIALI CHE ADOTTANOQUESTA TECNOLOGIA.
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I VANTAGGI DI QUESTA NUOVA TECNOLOGIA SONO LA RIDUZIONE DEI GAS TOSSICI IMMESSI NELL'AMBIENTE, AUMENTO DEL RENDIMENTO TERMICO DICIRCA IL 10%, RISPARMIO ECONOMICO ED ENERGETICO.
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CONDIZIONI DI LAVORO DELLE DIVERSE TIPOLOGIE
Paglia45062-975-11,7Grate 2-3per paglia
Legno urbano, paglia
42166118520Grate-1griglia vibrante
a lancio
Legno urbano e agricolo
48263117018CFB-3letto fluido circolante
Legno urbano e agricolo
45461226028CFB-2letto fluido circolante
Legno, noccioli e
gusci
45461226028CFB-1letto fluido circolante
Legno urbano,residui
agricoli
51391725527FCB-1letto fluido
CombustibileTemperatura[°C]
Pressione [atm]
Vapore [kg/ora]
Capacità[MWe]Tipo boiler
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SCHEMA DI FUNZIONAMENTO
LA CO-COMBUSTIONE (COFIRING)
SERVE A PRODURRE ENERGIA ELETTRICA E CONSISTE NELLA SOSTITUZIONE DI UNA PORZIONE DI CARBONE (FINO AL 20%) CON BIOMASSA DA UTILIZZARE NELLA STESSA CALDAIA DELL' IMPIANTO PREESISTENTE, CIÒ PUÒ ESSERE FATTO MISCELANDO LA BIOMASSA CON CARBONE PRIMA CHE IL COMBUSTIBILE VENGA INTRODOTTO NELLA CALDAIA O UTILIZZANDO ALIMENTAZIONI SEPARATE PER BIOMASSA E CARBONE. SI RIDUCONO LE EMISSIONI DI PROTOSSIDO D'AZOTO, ANIDRIDE SOLFOROSA ED ANIDRIDE CARBONICA.
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GASSIFICAZIONE
LA GASSIFICAZIONE È LA CONVERSIONE DI COMBUSTIBILI LIQUIDI O SOLIDI IN PRODOTTI GASSOSI UTILI SIA COME COMBUSTIBILI CHE COME MATERIA PRIMA PER DIVERSI PROCESSI CHIMICI (OSSIDO DI CARBONIO, ANIDRIDE CARBONICA, METANO, IDROGENO E MISCELE COME IL SYNGAS) ESEGUITA PER REAZIONECON ARIA, OSSIGENO, VAPORE O LORO MISCELE.
BENCHÉ NEL PROCESSO DI GASSIFICAZIONE VENGA CONSUMATA PARTE DELL’ENERGIA TERMICA POSSEDUTA DAL COMBUSTIBILE ORIGINARIO, L’OPERAZIONE RISULTA CONVENIENTE IN QUANTO LA COMBUSTIONE CON COMBUSTIBILI GASSOSI RISULTA PIÙ FACILMENTE REGOLABILE E CONTROLLABILE, NON PORTA A FORMAZIONI DI CENERI E PERMETTE IL RAGGIUNGIMENTO DI TEMPERATURE PIÙ ELEVATE PER LA POSSIBILITÀ DI RIDURRE L’ECCESSO DI ARIA NECESSARIO PER LA COMBUSTIONE COMPLETA E DI REALIZZARE PRERISCALDAMENTI PIÙ COMPLETI ED EFFICIENTI.
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LA GASSIFICAZIONE CONSISTE NELL'OSSIDAZIONE INCOMPLETA DI UNA SOSTANZA IN AMBIENTE AD ELEVATA TEMPERATURA (900/1000°C) PER LA PRODUZIONE DI UN GAS COMBUSTIBILE (DETTO GAS DI GASOGENO O SYNGAS).
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GENERAZIONE DI ELETTRICITÀ CON TURBINE A GAS
RISPETTO ALLE TURBINE A VAPORE, PRESENTANO IL VANTAGGIO, A PARITÀ DI POTENZA, DI UNA MAGGIOR LEGGEREZZA, DI UNA MAGGIORE RAPIDITÀ DI MESSA IN MARCIA, HANNO BUONE PROSPETTIVE DI MIGLIORAMENTO E COSTI DI CAPITALE UNITARI PIÙ BASSI. HANNO PERÒ RENDIMENTI BASSI E SVILUPPANO POTENZE SENSIBILMENTE INFERIORI.
GRAN PARTE DELLE RICERCHE CONDOTTE SUI SISTEMI A GASSIFICATORE DI CARBONE/TURBINA A GAS È UTILE ANCHE PER QUELLI A GASSIFICATORE INTEGRATO DI BIOMASSA/TURBINA A GAS (BIG/GT).
SI STANNO CONDUCENDO RICERCHE SU METODI PER GASSIFICARE ALTRI COMBUSTIBILI A BASE DI BIOMASSA (COME I RIFIUTI).
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I PRINCIPALI TIPI DI GASSIFICATORE
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PIROLISI
PER PIROLISI SI INTENDE LA DEGRADAZIONE TERMICA DELLA MATERIA ORGANICA IN COMPLETA ASSENZA O IN CARENZA DI OSSIGENO.
LE TEMPERATURE DI LAVORO SONO RELATIVAMENTE BASSE. I TRE PRODOTTI PRINCIPALI CHE SI OTTENGONO SONO: IL CARBONE VEGETALE, LA FRAZIONE GASSOSA E LA FRAZIONE OLEOSA LIQUIDA (OLIO PIROLITICO). LE PROPORZIONI RELATIVE DEI PRODOTTI DIPENDONO FORTEMENTE DALLA VELOCITÀ DI REAZIONE E DAL TIPO DI BIOMASSA UTILIZZATA.
LA SOSTANZA SOLIDA CARBONIZZATA PUÒ ESSERE USATA COME UN CARBURANTE O COME CARBONE ATTIVATO.
IL GAS GENERATO È RICCO DI IDROCARBURI E HA UN ELEVATO VALORE CALORIFERO PER SODDISFARE IL FABBISOGNO ENERGETICO TOTALE DI UN IMPIANTO DI PIROLISI DI BIOMASSA.
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L’OLIO PIROLITICO È RICCO DI CARBONIO, È UNA MISCELA DI IDROCARBURI CONTENENTE OSSIGENO, IN UN RAPPORTO CONSIDEREVOLE, CENERE, ZOLFOE AZOTO IN PICCOLISSIME QUANTITÀ E HA POTERE CALORIFICO DI 27,15 MJ/kg.
L’OLIO PIROLITICO, COME COMBUSTIBILE, HA LE SEGUENTI CARATTERISTICHE:
PUÒ ESSERE UTILIZZATO DIRETTAMENTE O IN MISCELA CON ALTRI OLICOMBUSTIBILI
HA BASSO CONTENUTO DI ZOLFO
PUÒ ESSERE UTILIZZATO COME MATERIALE GREZZO IN PROCESSI FRAZIONATI PER OTTENERE COMBUSTIBILE.
DALLA SUA DISTILLAZIONE SONO OTTENUTI PRODOTTI ALTERNATIVI AGLI OLI COMBUSTIBILI. QUESTE FRAZIONI POSSONO ESSERE USATE DIRETTAMENTE O IN MISCELA CON ALTRI COMBUSTIBILI CONVENZIONALI.
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INDICATIVAMENTE, FACENDO RIFERIMENTO ALLE TAGLIE DEGLI IMPIANTI SI PUÒ AFFERMARE CHE I CICLI COMBINATI AD OLIO PIROLITICO APPAIONO I PIÙPROMETTENTI, SOPRATTUTTO IN IMPIANTI DI GRANDE TAGLIA, MENTRE MOTORI A CICLO DIESEL, ALIMENTATI CON PRODOTTI DI PIROLISI, SEMBRANO PIÙADATTI AD IMPIANTI DI PICCOLA POTENZIALITÀ
CON UNA PIROLISI LENTA A BASSE TEMPERATURE E LUNGO TEMPO DI PERMANENZA SI HA UN CONTENUTO CARBONE DI LEGNA DI CIRCA IL 30% IN PESO CON UN CONTENUTO ENERGETICO DI CIRCA IL 50%
LA PIROLISI ESTREMAMENTE VELOCE (FLASH) CONDOTTA AD UNA TEMPERATURA RELATIVAMENTE BASSA (INTORNO A 500 °C CON UN MASSIMO DI 650°C) E CON UN TEMPO DI PERMANENZA MOLTO BASSO (MENO DI 1 SECONDO) FA AUMENTARE I PRODOTTI LIQUIDI FINO ALL’80% IN PESO
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SE CONDOTTA A TEMPERATURE SUPERIORI (SOPRA I 650°C) FA AUMENTARE I PRODOTTI GASSOSI FINO ALL’80% IN PESO
UNA PIROLISI CONDOTTA IN CONDIZIONI CONVENZIONALI, OVVERO A TEMPERATURE MODERATE (INFERIORI A 600°C) DÀ ORIGINE A PRODOTTI GASSOSI, LIQUIDI E SOLIDI IN PROPORZIONI PIÙ O MENO COSTANTI
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PRODUZIONE DI BIOGAS MEDIANTE DIGESTIONE ANAEROBICA
IL BIOGAS È PRODOTTO PER FERMENTAZIONE ANAEROBICA DI MATERIALE ORGANICO CIOÈ UN PROCESSO DI CONVERSIONE BIOCHIMICA IN ASSENZA DI OSSIGENO CHE CONSISTE NELLA DEMOLIZIONE DELLE SOSTANZE ORGANICHECOMPLESSE (LIPIDI, PROTIDI, GLUCIDI) CONTENUTE NEI VEGETALI E NEI SOTTOPRODOTTI ANIMALI AD OPERA DI MICRO-ORGANISMI.
IL GAS OTTENUTO È VERSATILE QUANTO IL GAS NATURALE ED È COSTITUITO PER IL 50-70% DA METANO E PER LA RESTANTE PARTE DA CO2. IL POTERE CALORIFICO DEL GAS VARIA A SECONDA DEL METANO CONTENUTO E MEDIAMENTE È DI CIRCA 23 MJ/Nm3.
IL BIOGAS COSÌ PRODOTTO VIENE TRATTATO, ACCUMULATO E PUÒ ESSERE UTILIZZATO COME COMBUSTIBILE PER ALIMENTARE CALDAIE A GAS ACCOPPIATE A TURBINE PER LA PRODUZIONE DI ENERGIA ELETTRICA O IN CENTRALI A CICLO COMBINATO O MOTORI A COMBUSTIONE INTERNA.
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I SOTTOPRODOTTI DI TALE PROCESSO BIOCHIMICO SONO OTTIMI FERTILIZZANTI POICHÉ PARTE DELL'AZOTO CHE AVREBBE POTUTO ANDARE PERDUTO SOTTO FORMA DI AMMONIACA È DIRETTAMENTE UTILIZZABILE. AL TERMINE DEL PROCESSO DI FERMENTAZIONE SI CONSERVANO INTEGRI I PRINCIPALI ELEMENTI NUTRITIVI (AZOTO, FOSFORO, POTASSIO), GIÀ PRESENTI NELLA MATERIA PRIMA, RISULTANDO IN TAL MODO UN OTTIMO FERTILIZZANTE(AMMESSO CHE NON SIA CONTAMINATO) MIGLIORE, SOTTO MOLTI ASPETTI, DEL LETAME DI PARTENZA (È PRIVO DI SEMI DELLE ERBACCE, È INODORE E NON ATTIRA INSETTI).
LA TECNOLOGIA DEL BIOGAS HA FATTO IMPORTANTI PASSI AVANTI NEGLI ULTIMI ANNI, UNITAMENTE ALLA TECNOLOGIA DELLA DIGESTIONE ANAEROBICA, CONCRETIZZANDO LE PROPRIE POTENZIALITÀ PER LA PRODUZIONE DI ENERGIA.
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DIGESTIONE AEROBICA
LA DIGESTIONE AEROBICA È UN PROCESSO BIOCHIMICO DI DEGRADAZIONE DELLE SOSTANZE ORGANICHE PER OPERA DI MICRO-ORGANISMI, IL CUI SVILUPPO È CONDIZIONATO DALLA PRESENZA DI OSSIGENO. QUESTI BATTERI CONVERTONO SOSTANZE COMPLESSE IN ALTRE PIÙ SEMPLICI, LIBERANDO CO2
E H2O E PRODUCENDO UN ELEVATO RISCALDAMENTO DEL SUBSTRATO, IN MODO PROPORZIONALE ALLA LORO ATTIVITÀ METABOLICA. QUINDI LA FERMENTAZIONE AEROBICA È UNA POTENZIALE FONTE DI ENERGIA TERMICA, SFRUTTABILE SOPRATUTTO IN AMBIENTI AGRO-ZOOTECNICI.
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LA GASSIFICAZIONE DEGLI RSU
HA COME PRODOTTO UN GAS DI SINTESI (SYNGAS) CON LE SEGUENTI FINALITÀ:
1) RIMUOVERE LE BARRIERE TUTTORA ESISTENTI SULL'APPLICAZIONE DELLE TECNOLOGIE DI GASSIFICAZIONE DEGLI RSU
2) FAVORIRE LA DIFFUSIONE DEI CICLI COMBINATI A GAS CHE RESTANO UNA DELLE TECNOLOGIE AMBIENTALMENTE PIÙ VALIDE PER LA PRODUZIONE DI ELETTRICITÀ
3) AMPLIARE IL RICORSO ALLE FONTI RINNOVABILI (IL TASSO DI RINNOVABILITÀ DEGLI RSU È CORRENTEMENTE INDICATO NEL 66%)
4) EVITARE IL RICORSO AL CONFERIMENTO IN DISCARICA DEGLI RSU.
CON RIFERIMENTO AD UN INSEDIAMENTO URBANO DA 500.000 ABITANTI L'UTILIZZO DEL SYNGAS OTTENUTO DAGLI RSU CONGIUNTAMENTE A GAS NATURALE IN UNA TURBINA DA CIRCA 100 MW (INVECE CHE I NORMALI MOTORI A COMBUSTIONE INTERNA COME PROPOSTO DALLE TECNOLOGIE CORRENTI) CONSENTE DI INNALZARE LE RESE DI CONVERSIONE IN ELETTRICITÀ DAL 35 AL 52% MENTRE I COSTI DI PRODUZIONE SAREBBERO PARI A 0,045 €/kWh.
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LA PRODUZIONE DA DISCARICHE DI RSU
UNA DISCARICA COMPLETAMENTE ISOLATA MEDIANTE IMPERMEABILIZZAZIONE NATURALE O CON TELI SINTETICI DIVIENE UN "CONTENITORE DI ACCUMULO" DEL BIOGAS CHE SI PRODUCE IN SEGUITO AL PROCESSO DI DECOMPOSIZIONE DELLA SOSTANZA ORGANICA CONTENUTA NEI RIFIUTI. I PRINCIPALI COMPOSTI PRODOTTI SONO METANO ED ANIDRIDE CARBONICA.
PER EVITARE DISPERSIONI NEL SOTTOSUOLO E NELL’ARIA (CON RELATIVO RISCHIO DI ESPLOSIONI), DIFFUSIONE DI ODORI MOLESTI E DANNI ALLAVEGETAZIONE, IL BIOGAS VIENE RACCOLTO MEDIANTE UN’APPOSITA RETE DI CAPTAZIONE. IL SISTEMA DI ESTRAZIONE È COSTITUITO DA UNA SERIE DI POZZI VERTICALI, DAI QUALI SI DIPARTONO A RAGGERA DELLE TUBAZIONI DRENANTI (FESSURATE), DISPOSTE ORIZZONTALMENTE IN MODO DA RAGGIUNGERE TUTTO IL CORPO DELLA DISCARICA; LA PRESSIONE, ALLA QUALE SONO SOTTOPOSTI I GAS ALL’INTERNO DEL CORPO DELLA DISCARICA NE PERMETTE LA RACCOLTA E L’ASPORTAZIONE.
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IL SISTEMA DI ASPIRAZIONE DEL BIOGAS PUÒ ESSERE DI TIPO NATURALE O FORZATO. IL BIOGAS COSÌ RACCOLTO PUÒ ESSERE CONVOGLIATO TRAMITE UN COLLETTORE PRINCIPALE AD UNA CENTRALE A GAS PER LA PRODUZIONE DIENERGIA ELETTRICA E TELERISCALDAMENTO. DA NOTARE CHE IL METANO CONTENUTO NEL BIOGAS SAREBBE ALTRIMENTI DESTINATO A DISPERDERSI IN ATMOSFERA, IL METANO È UN GAS AD EFFETTO SERRA 7 VOLTE PIÙ ATTIVO DELL'ANIDRIDE CARBONICA.
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CONSIDERAZIONI AMBIENTALISVANTAGGI
IN MOLTI PAESI, TRA I QUALI L’ITALIA, LE BIOMASSE PRODOTTE (CHE SONO CONSIDERATE DALLA NORMATIVA VIGENTE UN RIFIUTO A TUTTI GLI EFFETTI) NON RIENTRANO IN ADEGUATI CIRCUITI DI RACCOLTA. AGRICOLTORI, ALLEVATORI E INDUSTRIE AGROALIMENTARI GENERALMENTE TENDONO A DISFARSI DEI SOTTOPRODOTTI BRUCIANDOLI O ABBANDONANDOLI NELL’AMBIENTE. NELL’UNO COME NELL’ALTRO CASO SI TRATTA DI SOLUZIONI SVANTAGGIOSE DAL PUNTO DI VISTA AMBIENTALE ED ECONOMICO.
L’ABBANDONO INCONTROLLATO NELL’AMBIENTE PUÒ ESSERE DELETERIO: LA DECOMPOSIZIONE DELLE BIOMASSE PORTA COME ABBIAMO VISTO ALLA LIBERAZIONE IN ATMOSFERA DI GAS CLIMALTERANTI (CO2 E CH4).
LA LORO COMBUSTIONE NEI CAMPI, OLTRE A PROVOCARE RILEVANTI EMISSIONI DI INQUINANTI ATMOSFERICI, PUÒ PROVOCARE LA DIFFUSIONE DI INCENDI.
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LA VALORIZZAZIONE ENERGETICA DELLE BIOMASSE PERMETTE DI SOTTRARRE ALLO SMALTIMENTO IN DISCARICA DECINE DI MILIONI DI TONNELLATE DI RESIDUI OGNI ANNO, ANCHE CON CONSEGUENTI RISPARMI SUL MANCATO CONFERIMENTO IN DISCARICA.
LA COMBUSTIONE CONTROLLATA DEI SOTTOPRODOTTI AGRICOLI PUÒ INOLTRE RIDURRE GLI INQUINANTI FINO AL 99% RISPETTO ALLA COMBUSTIONE INCONTROLLATA ALL’ARIA APERTA.
CONSIDERAZIONI AMBIENTALIVANTAGGI
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ALTRO VANTAGGIO IMPORTANTE È COSTITUITO DAL MINOR TENORE DI CO2RISPETTO AGLI IMPIANTI ALIMENTATI CON COMBUSTIBILI FOSSILI.
RICAVANDO ENERGIA DALLE BIOMASSE, INCREMENTANDO LA SUPERFICIE DELLE AREE COLTIVATE E DELLE FORESTE, IL BILANCIO DEL CICLO DELL’ANIDRIDE CARBONICA SI SPOSTEREBBE DI NUOVO VERSO LE CONDIZIONI DI EQUILIBRIO E LA CO2 IMMESSA ANNUALMENTE POTREBBE ESSERE DI NUOVO ASSORBITA COMPLETAMENTE DAGLI ORGANISMI VEGETALI, SENZA ACCUMULARSI.
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ATTUALE DIFFUSIONE DELLE BIOMASSE
LE BIOMASSE COSTITUISCONO UNA DELLE PRINCIPALI FONTI ENERGETICHE E LA MAGGIORE IN ASSOLUTO FRA QUELLE RINNOVABILI. È DIFFICILE EFFETTUARE RILEVAZIONI STATISTICHE ACCURATE, POICHÈ LA MAGGIOR PARTE DEGLI IMPIANTI SONO DI PICCOLA E MEDIA TAGLIA, MA SI VALUTA CHE LE BIOMASSE RAPPRESENTINO IL 15% DELL’OFFERTA ENERGETICA TOTALE MONDIALE CON 55 MILIONI DI TJ/anno (1.230 MTEP/anno).
I PVS RICAVANO IL 38% DELLA PROPRIA ENERGIA DALLE BIOMASSE CON 48 MILIONI DI TJ/anno (1.074 MTEP/anno), IN MOLTI DI ESSI TALE RISORSA SODDISFA FINO AL 90% DEL FABBISOGNO ENERGETICO TOTALE MEDIANTE LA COMBUSTIONE DI LEGNO, PAGLIA E RIFIUTI ANIMALI.
NEI PAESI INDUSTRIALIZZATI LE BIOMASSE CONTRIBUISCONO PER IL 3% AGLI USI ENERGETICI PRIMARI CON 7 MILIONI DI TJ/anno (156 MTEP/anno) QUINDI CON QUOTE MARGINALI RISPETTO AL LORO EFFETTIVO POTENZIALE.
Dott. Ing. Nicola Granigliagraniglia2@unisi.it
GLI USA RICAVANO IL 3,2% DELLA PROPRIA ENERGIA DALLE BIOMASSE, EQUIVALENTE 70 MTEP/anno; L’UE CIRCA IL 5%, PARI A 62,4 MTEP/anno,
ALL’AVANGUARDIA SONO I PAESI DEL CENTRO-NORD EUROPA, CHE HANNO INSTALLATO GROSSI IMPIANTI DI COGENERAZIONE E TELERISCALDAMENTO ALIMENTATI A BIOMASSE, CON PUNTE DEL 18% IN FINLANDIA, 17% IN SVEZIA, 13% IN AUSTRIA.
L’ITALIA, CON IL 2,5% DEL PROPRIO FABBISOGNO COPERTO DALLE BIOMASSE (5,3 MTEP/anno), È AL DI SOTTO DELLA MEDIA EUROPEA E SI PONE IN UNA CONDIZIONE DI SCARSO SVILUPPO, NONOSTANTE L’ELEVATO POTENZIALE DI CUI DISPONE, CHE RISULTA NON INFERIORE AI 27 MTEP/anno.
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LA FRANCIA, CHE HA LA PIÙ VASTA SUPERFICIE AGRICOLA IN EUROPA, PUNTA MOLTO ANCHE SULLA PRODUZIONE DI BIODIESEL ED ETANOLO, ADOTTANDO UNA POLITICA DI COMPLETA DEFISCALIZZAZIONE PER L’IMPIEGO COME COMBUSTIBILE .
LA GRAN BRETAGNA INVECE HA SVILUPPATO UNA PRODUZIONE TRASCURABILE DI BIOCOMBUSTIBILI, RITENUTI ALLO STATO ATTUALE ANTIECONOMICI, E SI ÈDEDICATA IN PARTICOLARE ALLO SVILUPPO DI UN VASTO ED EFFICIENTE SISTEMA DI RECUPERO DEL BIOGAS DALLE DISCARICHE, SIA PER USI TERMICI CHE ELETTRICI.
LA SVEZIA E L’AUSTRIA, CHE CONTANO SU UNA LUNGA TRADIZIONE DI UTILIZZO DELLA LEGNA DA ARDERE, HANNO CONTINUATO AD INCREMENTARE TALE IMPIEGO DANDO GRANDE IMPULSO ALLE PIANTAGIONI DI BOSCO CEDUO (SALICE, PIOPPO) CHE HANNO RESE 3-4 VOLTE SUPERIORI ALLA MEDIA COME FORNITURA DI MATERIA PRIMA.
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CONFRONTO TRA SCENARIO ATTUALE ED OBIETTIVI DEL BIOMASS ACTION PLAN (MTEP)
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PRODUZIONE DI ENERGIA PRIMARIADA BIOMASSE SOLIDE NELLA UE (MTEP)
NEI 27 PAESI DELLA UE, NEL 2007 SONO STATI PRODOTTI 66,4 MTEP DI ENERGIA PRIMARIA DA BIOMASSE SOLIDE.
SOLO 0,7 MTEP IN PIÙ RISPETTO ALL’ANNO PRECEDENTE, TALE RALLENTAMENTO È DOVUTO ALLE FAVOREVOLI CONDIZIONI CLIMATICHE CHE SI SONO VERIFICATE DURANTE L’INVERNO SCORSO.
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PRODUZIONE DI ENERGIA PRIMARIA DA BIOMASSE SOLIDE PROCAPITE NELLA UE (MTEP)
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PRODUZIONE DI ENERGIA ELETTRICA DA BIOMASSE SOLIDE NELLA UE (TWh)
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PRODUZIONE DI ENERGIA TERMICA DA BIOMASSE SOLIDE NELLA UE (MTEP)
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PRODUZIONE DI ENERGIA PRIMARIA DA RSUNELLA UE (MTEP)
NEI 27 PAESI DELLA UE, NEL 2007 SONO STATI PRODOTTI 6,1 MTEP DI ENERGIA PRIMARIA DA RIFIUTI SOLIDI URBANI CON UNA CRESCITA DEL 6,3% RISPETTO AL 2006.
PRODUZIONE DI ENERGIA PRIMARIA PROCAPITE DA RSU NELLA UE (TEP/1000 ab)
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PRODUZIONE DI ENERGIA ELETTRICA DA RSU NELLA UE (GWh)
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PRODUZIONE DI ENERGIA TERMICA DA RSU NELLA UE (kTEP)
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PRODUZIONE DI ENERGIA PRIMARIA DA BIOGAS NELLA UE (MTEP)
NEI 27 PAESI DELLA UE, NEL 2007 SONO STATI PRODOTTI 5,9 MTEP DI ENERGIA PRIMARIA DA RIFIUTI SOLIDI URBANI CON UNA CRESCITA DEL 20,5% RISPETTO AL 2006.
PRODUZIONE DI ENERGIAPRIMARIA PROCAPITE
DA BIOGAS NELLA UE (TEP/1000 ab)
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PRODUZIONE DI ENERGIA ELETTRICA DA BIOGAS NELLA UE (GWh)
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PRODUZIONE DI ENERGIA TERMICA DA BIOGAS NELLA UE (MTEP)
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DISPONIBILITÀ DI BIOMASSA RESIDUALE IN ITALIA
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PURTROPPO, DATO IL MODO IN CUI È UTILIZZATA LA BIOMASSA PIÙ DIFFUSA (LA LEGNA DA ARDERE), IN REALTÀ SI VERIFICA UN PROGRESSIVO IMPOVERIMENTO DELLA RISORSA. INFATTI, LA SITUAZIONE COMPLESSIVA NEI PVS, E IN PARTICOLARE IN QUELLI PIÙ POVERI DOVE LE BIOMASSE COPRONO IL 90% CIRCA DEL CONSUMO GLOBALE DI ENERGIA, NON È MIGLIORATA SIGNIFICATIVAMENTE RISPETTO A 10 O ANCHE A 100 ANNI FA E ANZI, LA TENDENZA ALLA DEFORESTAZIONE È PROSEGUITA INESORABILMENTE, SPECIE NELLE REGIONI SEMIARIDE E MONTAGNOSE. IL PROBLEMA PRINCIPALE ÈPERTANTO RAPPRESENTATO DALLA NECESSITÀ DI AUMENTARE L’EFFICIENZA ENERGETICA DEI PROCESSI E DELLE ATTREZZATURE NONCHÈ DI RAZIONALIZZARE LA RACCOLTA IN MODO DA CONTENERE LA DOMANDA.
INOLTRE, L’AUMENTO DELLA POPOLAZIONE HA PORTATO ALLA TRASFORMAZIONE DI VASTE ZONE BOSCHIVE IN AREE AGRICOLE, RIDUCENDO LE AREE DI PRODUZIONE DI LEGNAME E CARBONE VEGETALE, CHE VENGONOCONSUMATI SOPRATTUTTO PER LA COTTURA DEI CIBI, CON TECNOLOGIE SPESSO ARCAICHE E RESE ENERGETICHE BASSISSIME.
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TREND FUTURI
SECONDO LE STIME DELLA UE ENTRO IL 2010 ALMENO 15-20 MILIONI DI ETTARI DI TERRA COLTIVABILE VERRANNO ESCLUSI DALLA PRODUZIONE.
SE SI UTILIZZASSERO QUESTE AREE PER LA COLTIVAZIONE A FINI ENERGETICI SI EVITEREBBERO 90-120 MLN DI TONNELLATE DI EMISSIONI DI ANIDRIDE CARBONICA DAL CARBONE, 72-96 MLN DI TONNELLATE DI EMISSIONI DAL PETROLIO E 50-67 MLN DI TONNELLATE DI EMISSIONI DAL GAS NATURALE.
I TRASPORTI RIMANGONO IL SETTORE PIÙ CRITICO DAL PUNTO DI VISTA DELLA RIDUZIONE DELLE EMISSIONI. IN UN RECENTE STUDIO DELLA UE È STATO CALCOLATO CHE LE EMISSIONI DI CO2 IMPUTABILI AL SETTORE DEI TRASPORTI POTREBBERO AUMENTARE DEL 39% ENTRO IL 2010.
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