ENERGIA DA FONTI ALTERNATIVE

FILIERA LEGNO ENERGIA

Dott. Fabio PolanzanE:mail fabiopolanzan@inwind.it

AMBIENTE

Definizione Economica:

insieme di risorse naturali originarie

(non create dall’uomo)

Definizione Scientifica

In ecologia si definisce ambiente l’insieme dei fattori esterni a un organismo che ne influenzano la vita. Il termine viene anche inteso, in senso più ampio, come il complesso degli elementi naturali (la flora, la fauna, il paesaggio) e delle risorse che circondano un determinato organismo e, in particolare, gli esseri umani.

L'ambiente può essere definito come un sistema di condizioni materiali in cui un organismo vive. In realtà per "ambiente" si deve intendere semplicemente "tutto ciò che ci circonda"... compresi noi stessi.

l'insieme dei fattori ecologici.

elementi abiotici(inanimati)

elementi biotici (esseri viventi).

+

FATTORI ECOLOGICI

determinano l'ambiente

agendo sul loro ciclo di sviluppo e nel lungo periodo sul processo di evoluzione delle specie.

flussi

influenzando la distribuzione

degli organismi viventi nello

spazio

I "vegetali" trasformano l'energia solare e la materia abiotica del terreno per produrre bioenergia e sono gli unici organismi viventi ad avere questa caratteristica tipica dei "produttori". Gli animali "primari" (erbivori) si cibano dei vegetali assorbendone la bioenergia, divenuti a loro volta prede degli animali "secondari" (carnivori) cedono la bioenergia a questi ultimi. I resti degli animali (primari e secondari) uccisi o morti sono trasformati nuovamente in materia abiotica tramite l'azione dei microrganismi decompositori. La “materia” è l'oggetto di scambio tra i settori abiotici e biotici mediante continui flussi in equilibrio tra loro.

ENERGIA

Un terzo elemento fondamentale è l'energia proveniente dal sole. Senza l'irraggiamento solare non ci sarebbero i cicli abiotici e biotici. Senza il sole non ci sarebbero fenomeni atmosferici, piante o altri produttori e la vita come oggi noi la conosciamo.

ELEMENTI AMBIENTE

• Fattori biotici

• Fattori abiotici

• Energia

I tre elementi hanno un ruolo determinante e insostituibile nel definire l'ambiente. L'energia esterna proveniente dal Sole determina le caratteristiche dei fattori abiotici e, insieme a questi ultimi, costituisce la base dell'esistenza dei fattori biotici (vita). Questi ultimi sono a loro volta in grado di modificare i fattori abiotici. Soltanto tenendo in conto questi tre fattori determinanti, le relazioni ed i loro feedback, è possibile definire con precisione il concetto di ambiente.

UOMO AMBIENTE

INQUINAMENTO Variazione nella composizione dell’aria,

dell’acqua, del suolo, causata dall’emissione di agenti inquinanti di origine chimica e fisica

La presenza dell’uomo con le sue azioni tese a produrre e a migliorare il proprio benessere ha portato ad influire in maniera pesante sull’equilibrio ecologico dell’ambiente talvolta in maniera negativa.

PRINCIPALI CAUSE DELL’INQUINAMENTO

• Aumento demografico

• Urbanesimo;

• Incremento e concentrazione dell’attività industriale;

• Sviluppo dei trasporti e delle attività agricole.

POLITICA AMBIENTALE NEL MONDO E IN EUROPA

Conferenze mondiali sull’ambiente

– Stoccolma 1972

– Rio de Janeiro 1992

– Kyoto 1997

– Johannesburg 2002

CHE FARE?

Necessità di preservare questi equilibri per il benessere del pianeta e delle generazioni future

che lo popoleranno

SVILUPPO SOSTENIBILE

“uno sviluppo che risponde alle esigenze del presente senza compromettere la capacità delle generazioni future di soddisfare le proprie". In altri termini, la crescita odierna non deve mettere in pericolo le possibilità di crescita delle generazioni future.

MANTENERE GLI EQUILBRI DEL NOSTRO ECOSISTEMAcon un uso sostenibile delle risorse

TERMINI AMBIENTALI

Uso sostenibile delle risorse

L’impronta ecologica è un indicatore che mette in relazione gli stili di vita di una popolazione con la quantità di natura necessaria per sostenerli

“ogni nostra azione corrisponde ad un piccolo consumo di territorio”

IMPRONTA ECOLOGICA

AREA (ha/pro capite) DI SUPERFICIE NATURALE (campi, foreste, sottosuolo, mare,..) PRODUTTIVA necessaria ad ognuno di noi per sostenere i nostri consumi, di materie prime ed energia e per assorbire i nostri rifiuti

BISOGNA TENER CONTO

• della maggior parte delle risorse consumate e di molti rifiuti prodotti

• che la maggior parte di queste risorse e dei flussi dei rifiuti possono essere convertiti nell’area biologicamente produttiva necessaria a fornire queste funzioni

PRODUZIONE vs CONSUMO

Le principali categorie di aree ecologicamente produttive:• terreni agricoli, • pascolo, • foresta, • aree marine, • aree edificate• aree necessarie ad assorbire la CO2 relativa all’uso

dell’energia derivata da combustibili fossili

• 5 categorie di consumo: • alimenti, • abitazioni, • trasporti, • beni di consumo, • servizi

Come si calcola l’impronta ecologica di un bene di consumo ?

(kg/ha) annua media tàProduttivi

(kg/pc) annuo medio Consumo)/.(. pchaEI

ESEMPI SU BASE ANNUALE 1 kg di pane richiede 9,7 m2

1 kg di carne bovina richiede 140 m2

1 kg di vegetali richiedono 2,6 m2

5 km percorsi per ogni giorno lavorativo comportano una necessità di:

- 122 m2 se percorsi in bicicletta - 303 m2 se percorsi in autobus - 1530 m2 se si usa l’automobile

Ogni nostra azione sfrutta una parte di territorio

Ogni nostra azione sfrutta una parte di territorio

OBBIETTIVIPolitiche Europee sulle Fonti Rinnovabili

Programmi/Direttive dell’UE

• prestazioni energetiche degli edifici → applicazione prioritaria delle fonti rinnovabili (solare, biomassa)

• riduzione delle emissioni di gas serra dell’8%

• combustibili per trasporto → 2% del totale (2005) - 5,75% (2010)

ITALIA

• Nel 2005, in Italia la produzione lorda di energia elettrica da impianti alimentati da fonti rinnovabili ha raggiunto il valore di 49.920 GWh. Il maggiore contributo è venuto dalla produzione idroelettrica, pari a 36.067 GWh, seguito dalla produzione da biomasse e rifiuti, 6.155 GWh, geotermica, 5.324 GWh, ed eolica, 2.343 GWh

•Nella Direttiva Europea 2001/77/CE sulla promozione delle fonti rinnovabili, l’Italia ha indicato, quale obiettivo realistico al 2010, una produzione interna lorda di elettricità da fonti rinnovabili pari a 76.000 GWh ed una percentuale di produzione da fonti rinnovabili del 22% (sul consumo interno lordo di elettricità).

BIOMASSA e ENERGIA

L’agricoltura è l'unico settore produttivo in grado di rispondere con efficacia alla crescente richiesta di materie rinnovabili.

Il termine biomassa, comunemente da noi utilizzato,designa ogni sostanza organica di origine vegetale oanimale , da cui attraverso processi di tipo termochi-mico, biochimico o processi degenerativi sia possibile ottenere energia.

PRINCIPALI BIOMASSE UTILIZZATE

• legname da ardere

• residui agricoli e forestali

• scarti dell'industria agroalimentare

• reflui degli allevamenti

• rifiuti urbani

• specie vegetali coltivate per lo scopo

L’utilizzazione delle biomasse per fini energetici non contribuisce all’effetto serra.

L'articolo 1 dell'allegato III del DPCM 8 marzo 2002 definisce la tipologia e la provenienza delle biomasse combustibili:

• a) Materiale vegetale prodotto da coltivazioni dedicate; • b) Materiale vegetale prodotto da trattamento esclusivamente meccanico

di coltivazioni agricole non dedicate; • c) Materiale vegetale prodotto da interventi selvicolturali, da

manutenzioni forestali e da potatura; • d) Materiale vegetale prodotto dalla lavorazione esclusivamente

meccanica di legno vergine e costituito da cortecce, segatura, trucioli, chips refili e tondelli di legno vergine, granulati e cascami di legno vergine, granulatí e cascami di sughero vergine, tondelli, non contaminati da inquinanti, aventi le caratteristiche previste per la commercializzazione e l'impiego;

• e) Materiale vegetale prodotto dalla lavorazione esclusivamente meccanica di prodotti agricoli, avente le caratteristiche previste perla commercializzazione e l'impiego.

La CO2 emissione in atmosfera viene riassorbita per generare attraverso la fotosintesi nuova biomassa

6CO2+6H20+energia (solare) C6H12O6+602

Fotosintesi Clorofilliana

•quando si bruciano combustibili fossili si immette in atmosfera della CO2 il cui carbonio era precedentemente immagazzinato nel sottosuolo: si libera quindi nuova CO2 che va a incrementarne la quantità totale presente;

•quando invece si brucia legno, si immette ugualmente della CO2 in atmosfera (freccia rossa), ma si tratta di quella stessa CO2 che precedentemente le piante avevano sottratto all’atmosfera con i processi fotosintetici (freccia verde) e immagazzinato nelle proprie parti legnose: il bilancio pertanto è neutro, cioè in definitiva non si immette nessuna nuova CO2 e non si va quindi a incrementarne la quantità già presente.

COMBUSTIBILI FOSSILI E COMBUSTIBILI VEGETALI

Con il Protocollo di Kyoto gli ecosistemi forestali hanno assunto un ruolo importante come strumento per mitigare i cambiamenti climatici (Ciccarese et al. 1999).

STOCK: rappresenta la biomassa totale presente in un bosco all’anno n, comprensiva di biomassa epigea, ipogea e della biomassa contenuta nel suolo al netto di tagli e incendi.

SINK: quantità di tonnellate di carbonio che vengono fissate da un anno all’altro nelle foreste semi–naturali, risulta dalla differenza degli stock calcolati anno dopo anno.

La relazione tra sostanza secca e contenuto di carbonio è variabile , ma in genere si usa assumere che:

1 g s.s. = 0.5 g C = 1.83 g CO2 atmosferica fissata

E’ POSSIBILE STIMARE LE QUANTITA’ DI CO2 STOCCATA O EMESSA IN UN POPOLAMENTO ARBOREO QUANDO BRUCIAMO O PRODUCIAMO BIOMASSA LEGNOSA

Composizione della biomassacomposti ad alto peso molecolare:-la cellulosa,- l’emicellulosa,- la lignina -da altri, relativamente più semplici, come gli estrattivi di natura organica ed inorganica Le loro quantità relative variano a seconda la specie e l’età della pianta.

Tre forme di biomassa:

GASSOSA Biogas

LIQUIDA Biodiesel SOLIDA Biomassa legnosa

Pre-Trattamenti

essiccazione – riduzione del contenuto d’acqua al fine di incrementare il potere calorifico del legno. cippatura – riduzione in scaglie del materiale legno. pelletizzazione (o densificazione) - essiccazione di materiale legnoso seguita da una sminuzzatura in piccole scaglie, quasi polvere, e successivamente compressione in piccoli cilindri.

DALLA BIOMASSA ALL’ENERGIA

La conversione di biomasse in combustibilebiochimici: processi di fermentazione con il contributo di enzimi, funghi e micro-organismi biogas (miscela di metano e anidride carbonica) C/N sia inferiore a 30 e l'umidità alla raccolta superiore al 30%. :

digestione aerobica: metabolizzazione delle sostanze organiche per opera di micro-organismi, il cui sviluppo è condizionato dalla presenza di ossigeno.

digestione anaerobica: avviene in assenza di ossigeno e consiste nella demolizione, ad opera di micro-organismi, di sostanze organiche complesse  contenute nei vegetali e nei sottoprodotti di origine animale, producendo gas (biogas)

fermentazione alcolica: avviene per mezzo della presenza di lieviti in condizioni di ambiente privo di ossigeno.

esterificazione: processo nel quale un olio vegetale è fatto reagire in eccesso di alcool metilico e in presenza di un catalizzatore.

termochimici: il calore prodotto può essere convertito in energia elettrica: il rapporto C /N deve essere superiore a 30 e l'umidità alla raccolta inferiore al 30%.

combustione diretta: consiste nel bruciare la biomassa in presenza di aria. carbonizzazione: trasformazione di materiale legno-cellulosico, per azione di calore, in carbone mediante l’eliminazione dell’acqua e delle sostanze volatili dalla materia vegetale gasificazione: processo in cui  materiale ligno-cellusoico è termochimicamente convertito in un gas a basso o medio potere calorifico inferiore, tramite la vaporizzazione dei componenti più volatili (gas di idrocarburi, idrogeno ecc.) pirolisi: decomposizione di materiali organici,  per mezzo di calore (tra 400 e 800°C) e in completa assenza di  ossigeno. I prodotti sono sia gassosi, sia liquidi

MATERIE UTILIZZABILI PER LA GENERAZIONE DI

ENERGIA ELETTRICA DA BIOMASSE• Combustione: acero gentile e pioppi a rapido accrescimento da coltivare in zona collinare o da cippatatura di sottobosco

• Liquide: olio grezzo da girasole ed altri prodotti.

• Alcoliche: barbabietola ecc.

• DIGESTIONE: culture vegetali; mais, silomais, colza, sorgo, triticale, girasole, erba medica, barbabietola, paglia, ecc. miscelati a: scarti di lavorazione; olio, latte, ecc. liquami zootenici, bovino, suino, ovino, ecc. scarti di prima lavorazione di prodotti agricoli da olive, uva, barbabietole, pomodoro e frutta in genere.

ATTENZIONE: La combustione porta a liberare energia e composti chimici come anidride carbonica, acqua, ossidi di azoto, anidride solforosa e ceneri.

PRINCIPALI UTILIZZI ENERGETICI DELLEBIOMASSE

•BIOMASSE LEGNOSE: impianti di combustione dibiomassa vergine e produzione a bassa efficienzadi energia elettrica (17/ 20%).

•BIOCOMBUSTIBILI: impianti a basso oalto rendimento termodinamico;

•BIOMASSE AGRICOLE: Biogas peralimentazione sistemi ad alta efficienza digenerazione elettrica (45%) ;

MOTIVAZIONI AMBIENTALI

• Emissioni di CO2 equivalenti alla quantità riassorbita dalle piante per l’accrescimento, con effetto complessivo nullo sul piano ambientale.

•Emissioni in atmosfera assenti

• Utilizzo dell'energia termica a costo "zero“

• Riutilizzo dei reflui nel settore agricolo come ammendante organico stabilizzato

• Inserimento paesaggistico a impatto nullo (impianti di piccola taglia distribuiti sul territorio).

L’attenzione è rivolta al legno quale fonte di energia termica, ovvero in quanto atto a fornire i combustibili legnosi. Perché il legno bruci fornendo energia termica occorre una iniziale somministrazione di calore affinché possano avvenire quei complessi fenomeni di degradazione dai quali si origineranno i gas combustibili capaci di portare ad un bilancio energetico positivo. Tali fenomeni in assenza di aria sono detti di carbonizzazione e combustione lenta, con aria abbondante di combustione viva.

IL LEGNO COME ENERGIA

Quando si parla di fonti energetiche rinnovabili spesso l’attenzione è rivolta al solare o all’eolico e si lascia in secondo piano il legno. Eppure sono moltissime le realtà geografiche in cui è questo materiale a rappresentare la prima, se non unica, fonte energetica rinnovabile, oltre ad essere in generale la più antica.

L’importanza del legno come risorsa energetica a livello globale è evidenziata dalla seguente tabella.

L’Italia sta mostrando un incremento abbastanza marcato nella produzione

di calore da biomasse legnose.

Il legno, nelle sue varie forme, costituisce la quasi totalità della biomassa quale fonte energetica; a livello europeo, l’83,4% dell’energia derivante dall’uso del legno è destinata alla produzione di calore, il rimanente 16,6% alla produzione di elettricità (anno 2004).

Il legno è un combustibile apprezzato per intrinseche qualità positive di natura ecologica ambientale (1), politica , economica e sociale (2).

(1)•neutrale ai fini dell’incremento delle emissioni di gas ad effetto serra, poiché mediante la fotosintesi le piante legnose sottraggono anidride carbonica dall’atmosfera e fissano il carbonio nei tessuti.•La su combustione genera emissioni di anidride carbonica, tuttavia la quantità rilasciata nell’atmosfera è pari a quella precedentemente assorbita, chiudendo quindi un ciclo naturale. In realtà si deve parlare di “paraneutralità” carbonica, essendo comunque necessaria una certa quantità di energia per produrre, allestire e trasportare il legno destinato alla combustione.•contenuti consumi di vettori energetici fossili, che bruciando trasferiscono all’atmosfera enormi quantità di carbonio rimaste inattive nei giacimenti fino ad oggi.•rinnovabile ed inesauribile quando prodotto, come garantito nei Paesi europei, in regime di durevolezza e sostenibilità, ovvero quando il ritmo di impiego della stessa non supera la capacità di rigenerazione.Assenza di rischio di incidenti ad elevato impatto ambientale, possibili invece durante il trasporto e lo stoccaggio dei combustibili fossili.

ECOLOGICO AMBIENTALE

(2)•produzione interna al Paese, aspetto positivo sia per la sicurezza dell’approvvigionamento sia per il bilancio economico nazionale. •valore aggiunto locale e di mantenere una certa occupazione in zone montane e disagiate.Il principale aspetto negativo del legno come risorsa energetica è legato all’emissione di inquinanti (NOx e polveri) durante la combustione.A titolo di esempio, si riporta il bilancio delle emissioni di CO2 per le principali filiere produttive dei combustibili da biomassa; le emissioni evitate sono stimate in funzione del combustibile fossile sostituito, tenendo conto dei rispettivi poteri calorifici:

Biomassa legnosa

Emissioni evitate

kg CO2/m3

Emissioni prodotte

kg CO2/m3

Bilancio medio

kg CO2/m3

Tronchetti 450-750 40-55 400-700

Cippato 200-350 25-35 170-320

Pellet e bricchetti

650-1100 90-95 560-1000

POLITICA, ECONOMICA E SOCIALE

IL LEGNOIl legno, costituito da fibre di cellulosa trattenute da una matrice di lignina, è il materiale ricavato dai fusti delle piante, in particolare dagli alberi ma anche dagli arbusti. Si ricava sia dalle conifere sia dalle latifoglie.Queste piante “perenni” sono caratterizzate dall'avere fusto e rami che crescono concentricamente verso l'esterno di anno in anno e di avere i tessuti composti essenzialmente da cellulosa, emicellulosa e lignina.

polimero % sulla sostanza secca potere calorifico inferiore (MJ/kg)

cellulosa 50 17.2 – 17.5

Emicellulosa 10 – 30 16 – 16.4

lignina 20 - 30 26 - 27

Corteccia esterna: fisiologicamente è morta, serve come protezione alla pianta e consente gli scambi gassosi necessari alla vita della pianta.

Corteccia interna: detta anche Alburno è formata da cellule vive e costituiscono l'apparato circolatorio della pianta consentendo la conduzione dei sali minerali dalle radici alle foglie. Si distingue dall'interno durame dal colore più chiaro.

Libro: contiene i vasi che conducono il nutrimento sintetizzato delle foglie ad ogni parte dell'albero.

Cambio: Strato sottile di tessuto responsabile della produzione di nuovo legno, sia verso l'esterno sia verso l'interno.

Durame: La parte più interna del tronco è formata da cellule morte e a livello commerciale è quella più pregiata, perché essendo la parte più vecchia della pianta è quella più stabile e meno soggetta agli attacchi di parassiti.

Midollo: Parte centrale del tronco, generalmente poco differenziabile dal durame che lo contiene. In alcune varietà di legno sono molto visibili i caratteristici anelli stagionali. Un albero, dopo aver raggiunto una certa altezza, si ingrossa soprattutto nel tronco. La parte che cresce si chiama cambio e si forma annualmente tra il legno e il libro, la membrana vicino alla corteccia. Negli alberi delle zone temperate, il cambio nuovo cresce durante la primavera e l'estate, e solitamente il primo legno è più poroso e quindi più chiaro di quello prodotto in seguito.

In quanto materiale poroso ed igroscopico, il legno contiene sempre una certa quantità di acqua legata o igroscopica (molecole catturate dall’aria circostante e legate pareticellulari) e può contenere acqua libera o di imbibizione nelle sue cavità.

Due sono le caratteristiche fisiche che incidono sulle caratteristiche energetiche del legno: il tenore idrico e la densità. Il tenore idrico, sempre espresso in termini percentuali, viene dato come contenuto idrico “w” (umidità sul peso umido) o come umidità “u” (umidità sul secco); l’umidità complessiva del legno allo stato fresco può variare, a seconda della specie e della parte del fusto considerata, dal 30 – 40% al 200%. La densità “ρw“ è la massa per unità di volume, si esprime in kg/m3 e può essere calcolata sullo stato fresco o secco del legnoVaria notevolmente tra le diverse specie e per le nostrane, riferita allo stato fresco, va da 800 a più di 1100 kg/m3. La densità sterica “DSw, kg/mst” si usa invece per un ammasso di legno da energia ed è il rapporto fra il peso del materiale e il volume che esso occupa col suo insieme di pieni e vuoti.

Contenuto idrico: indicato con la sigla “w” e dato in termini percentuali da

è la misura normalmente impiegata nel commercio del legno da energia. Il contenuto idrico è legato all’umidità dalla seguente relazione

Contenuto idrico: indicato con la sigla “w” e dato in termini percentuali da

è la misura normalmente impiegata nel commercio del legno da energia. Il contenuto idrico è legato all’umidità dalla seguente relazione

Umidità: indicato con la sigla “u” e calcolato in termini percentuali come

è di norma impiegato nella tecnologia del legno. L’umidità è legata al

contenuto idrico dalla seguente relazione

Potenziale calorifico del legno PC

Il potere calorifico di una sostanza combustibile esprime la quantità di energia che può essere ricavata dalla combustione completa di un'unità di peso.

potere calorifico superiore considera come prodotto della combustione anche quello ceduto durante la condensazione del vapore acqueo

L’indicatore energetico fondamentale del legno è il potere calorifico inferiore (pci). Esso esprime la quantità di energia termica ricavabile dalla combustione completa di 1 kg di legno se l’acqua liberata nella combustione è rimasta allo stato di vapore; si misura in MJ/kg.

Potere calorifico inferiore: decresce con il suo contenuto idrico secondo la relazione lineare

pciW = [pci0 x (100 – w) – 2.44 x w]/100

pci0 = potere calorifico della sostanza legnosa anidra, espresso in MJ/kg

2.44 MJ/kg H2O= costante che esprime il calore latente di vaporizzazione dell’acqua riferito a 25°C

L’umidità del legno modifica, riducendolo, il potere calorifico del legno: parte dell’energia liberata nel processo di combustione è infatti assorbita dall’evaporazione dell’acqua e non è quindi disponibile per l’uso termico desiderato. La seguente tabella esemplifica la variazione del pci di un legno in funzione del suo contenuto idrico (Hellrigl, 2006):

u 0 12 18 25 35 50 75 100 150

w 0 10.7 15.3 20 25.9 33.3 42.9 50 60

Pci(MJ/kg)

18.5 16.3 15.3 14.3 13.7 11.5 9.53 8.03 5.94

É interessante notare che il potere calorifico allo stato anidro del legno delle diverse specie botaniche mostra un range di variazione relativamente modesto. Basterà ricordare un valore medio di 18 – 18.5 MJ/kg per le latifoglie e 19 – 19.5 MJ/kg per le conifere. Il pci dei combustibili legnosi densificati (pellet e bricchetti), in assenza di densificanti, è da assumere quasi identico a quello del legno o dei legni di cui sono composti; le variazioni sono dovute esclusivamente al diverso contenuto di umidità delle diverse forme commerciali.

VALORI INDICATIVI DEL Pci DI ALCUNE SPECIE ARBOREE (w) del 13%

Le caratteristiche del legno finora descritte sono legate fra loro dalla densità energetica, che esprime il contenuto energetico di un’unità di volume del legno. Tale unità può essere il metro cubo massiccio (m3) (e si parla di densità energetica massiccia, poco usata nella xiloenergetica), o il metro stero (mst) (e si parla allora di densità energetica sterica, usata per cippato e legna da ardere). La densità energetica sterica (MJ/mst) del legno da energia è data dal prodotto della densità sterica per il potenziale calorifico; i suoi valori spaziano da meno di 2000 MJ/mst per cippati molto umidi di legni leggeri fino ad oltre 10000 MJ/mst per legna da stufa corta e ben accatastata di legni pesanti

METRO STERO (mst): unità di volume apparente corrispondente ad una catasta di legna delle dimensioni di 1*1*1m, che considera i vuoti (interstizi) per pieni.

La quantità di legna contenuta in un ms dipenda da:•Forma e dimensione dei pezzi•Modalità di accatastamento•Specie legnosa•Umidità relativa

Per il legno sminuzzato si fa riferimento al metro stero alla rinfusa (msa)

Densità energetica (E)

è il rapporto tra il contenuto energetico del combustibile legnoso e il volume sterico in cui è compreso. Si esprime in: MJ/ms o kWh/ms.

Densità energetica massiccia: si usa per il legno massiccio, viene espressa in MJ/m3 ed è data da

DEmw = PCw x ρw (densità sterica)

Densità energetica sterica: si usa per il legno commerciato a volumesterico, viene espressa in MJ/mst ed è data da

DEsw = DEm x cv = PCw x ρw x cv = PCw x DSw

cv = coefficiente volumetrico (m3/mst) proprio dell’assortimento consideratoDSw = densità sterica

Nelle misure ponderali del legno, deve essere sempre indicato anche il tenore del contenuto d'acqua

PESO E VOLUME

Il rapporto fra la massa del combustibile legnoso e il suo volume, può essere espresso con tre differenti e distinte unità di misura:

Peso specifico: si riferisce al peso delle sostanze legnose allo stato anidro (cellulose, emicellusose, lignine etc.) che compongono le pareti cellulari con cui si struttura il corpo legnoso.La sostanza legnosa ha un peso specifico di 1,5 (valore adimensionale riferito al rapporto peso e volume dell'acqua a 4° C); tale valore è identico per le diverse specie legnose (Fonte: Giordano).

Massa volumica: si riferisce al peso e al volume del corpo legnoso (corpo poroso) o al singolo pezzo di combustibile densificato (pellet e briquette); composti da un'insieme di sostanze e da vuoti (lumi vascolari etc.) variamente riempiti di aria e/o di acqua. Si esprime in: kg/m3 o t/ m3

Massa volumica sterica: è impiegata per gli ammassi dei combustibili legnosi tal quali (legna da ardere, cippato e pellet) che presentano al loro interno degli spazi vuoti, più o meno grandi in funzione della loro pezzatura e della loro forma. Si esprime in: kg/msr, kg/msa, t/msr o t/msa

msr = metro stero alla rinfusa ;

msa = metro stero accatastato

LA MASSA VOLUMICA DELLE PRINCIPALI SPECIE FORESTALI

Conifere Latifoglie

La legna è il più antico combustibile utilizzato nella storia dell’umanità; circa 150 anni fa è iniziato un impiego sempre più massiccio delle fonti fossili (carbone, gas naturale, petrolio), che a partire dalla metà del secolo scorso hanno quasi del tutto sostituito il legno in virtù della loro disponibilità, economicità e praticità. Negli ultimi anni però si sta osservando una decisa inversione di tendenza, evidenziata dal progressivo aumento della richiesta della biomassa legnosa per scopi energetici.

VANTAGGI DELLA LEGNA

ecologico-ambientale: la riscoperta dell’impiego del legno-energia rispecchia la crescente attenzione della collettività per la tutela dell’ambiente;

socio-economico: l’utilizzo del legno-energia di produzione nazionale contribuisce a ridurre la dipendenza energetica dall’estero, con ripercussioni positive sul bilancio economico, contribuendo a dare slancio all’economia locale, privilegiando la cura e la valorizzazione del territorio e creando opportunità di lavoro nelle zone più svantaggiate.

tecnologico: la raccolta e la trasformazione del legno-energia oggi si effettua con macchine efficienti e pratiche che permettono di agevolare le operazioni e abbattere i costi; l’impiego della biomassa legnosa nelle sue varie forme si giova poi dell’introduzione di impianti termici caratterizzati da facilità d’uso, elevato rendimento e basse emissioni inquinanti;

TRASFORMAZIONE E STOCCAGGIO

ASSORTIMENTI COMMERCIALI DELLA BIOMASSA LEGNOSA

legna da ardere, disponibile in ciocchi o tronchetti di dimensioni di circa 30-50 cm di lunghezza, derivante dai cedui e dagli assortimenti meno pregiati delle fustaie. Questo tipo di materiale va utilizzato dopo essere stata stagionata, in questo modo il contenuto idrico del legno passerà dal 50 - 60% al 15 - 20%, aumentandola resa in calore al momento della combustione.Trattasi di un utilizzo esclusivamente domestico per impianti ad alimentazione manuale (camini, stufe e caldaie, forni) dotati di efficienza energetica non elevata (50 – 60%);

cippato, ottenuto tramite un’operazione meccanica che riduce gli assortimenti legnosi in scaglie (chips) di piccole dimensioni (2-10 cm di lunghezza e qualche millimetro di spessore), atto ad alimentare impianti ad alimentazione automatica.Il cippato può essere costituito da scaglie di solo legno, di legno e corteccia oppure derivare da piante intere, comprensive di rami e foglie, con evidenti differenze qualitative. La geometria dei chips varia con le tecniche di taglio adottate, in funzione delle dimensioni richieste dall’impianto e dal suo sistema di alimentazione; l’omogeneità è il parametro fondamentale, poiché dimensioni disomogenee possono provocare bloccaggi di tali sistemi;

pellet, combustibile densificato di forma cilindrica di 1,5 - 3 cm di lunghezza e 4 - 6 mm di diametro derivante da un processo industriale, attraverso il quale la materia prima (trucioli, segatura, scarti di segheria) a basso contenuto idrico (11 – 14%) viene trasformata in piccoli cilindri comprimendo la biomassa polverizzata; il calore di processo solitamente attiva l’effetto legante della lignina,  rendendo superfluo l’uso di collanti naturali. Il pellet deve essere prodotto da legno vergine non contaminato da materiali sintetici (colle, vernici, plastiche, preservanti). Le sue caratteristiche lo rendono simile ad un fluido nelle fasi di movimentazione, permettendo un elevato grado di automazione degli impianti di combustione ma ha un prezzo superiore a quello del cippato.

bricchetto, combustibile in forma di parallelepipedo o cilindro ottenuto comprimendo della biomassa polverizzata con o senza l’ausilio di additivi di pressatura, utilizzabile sia per applicazioni domestiche che industriali. I bricchetti sono considerati combustibile migliore rispetto alla legna per la loro maggiore capacità termica, ossia trattengono il calore per un periodo maggiore e mantengono elevata la temperatura all’interno del forno.

La filiera legno-energia include le attività e i soggetti che utilizzano risorse legnose e forestali finalizzate alla produzione di energia, principalmente termica. Sono quindi comprese tutte le operazioni aventi per oggetto il materiale legnoso che vanno dal luogo di produzione all’impianto di combustione: l’approvvigionamento, il condizionamento, il trasporto, l’eventuale stagionatura e lo stoccaggio più o meno prolungato. Chiaramente, dato l’elevato numero di variabili in gioco, non esiste una filiera tipica bensì molte tipologie differenti, che cambiano essenzialmente a seconda della fonte (foresta o fuori foresta), della forma commerciale del biocombustibile  (legna da ardere, cippato, pellet, bricchetti), delle attrezzature impiegate, del tipo di impianto finale di combustione.

Sempre più spesso le aziende agricole di pianura e della pedemontana avviano piccole filiere rivolte all’autoconsumo a seguito dell’installazione di caldaie a cippato o legna in pezzi per le proprie necessità, soprattutto nelle zone non raggiunte dal gas metano.

FILIERA LEGNO ENERGIA

Le filiere di tipo commerciale sono invece rivolte all’approvvigionamento di impianti piccoli (<250 kWt) e medio-grandi, ricordandone le diverse esigenze: gli impianti piccoli necessitano di cippato stagionato (w<30%), gli altri accettano qualsiasi umidità. Tali filiere coinvolgono  imprese di utilizzazione forestale ed, eventualmente, contoterzisti per la fase di trasporto del prodotto con autotreno. Quando esistente, conviene appoggiarsi ad una piattaforma biomasse, in grado di garantire sempre una fornitura just in time di cippato di qualità A.

Le esperienze nel settore rivelano che sono le filiere corte, ovvero i sistemi impianto-approvvigionamento correttamente dimensionati al fine di valorizzare l’impiego delle biomasse legnose disponibili in loco, ad essere le più versatili, facilmente gestibili. L’adozione di tali filiere evita il rischio di una dipendenza degli impianti dall’importazione di biomassa estera e massimizza l’efficienza ambientale della trasformazione energetica del combustibile legnoso, grazie ai minori input richiesti per la fase di trasporto. Sono i piccoli e medi impianti a favorire l’implementazione di filiere corte, impostate e gestite da piccole aziende agrarie e forestali, che ottengono un valore aggiunto alla propria attività venendo rese partecipi della gestione di tali impianti. In linea di massima, il bacino di raccolta di una filiera di questo tipo non dovrebbe superare un raggio di 60-80 km dall’impianto. I grandi impianti necessitano invece un approvvigionamento strutturato su larga scala, gestito da grosse imprese dedite al commercio del legname in grado di garantire migliaia di tonnellate/anno di materiale legnoso.

Biomassa legnosa

Energia resa / energia consumata

legna da ardere 8 – 8,7

cippato (stagionato all’aria) 7,8 – 8,3

pellet e bricchetti 13 – 15,4

A livello indicativo, si riporta il bilancio energetico delle diverse filiere ai fini di valutare la sostenibilità dal punto di vista energetico dell’impiego delle biomasse in sostituzione ai combustibili fossili. Si utilizza il rapporto tra l’output energetico (l’energia resa dal combustibile legnoso) e l’input energetico (l’energia consumata nel ciclo produttivi dello stesso):

Cippato da ambiente: foresta

GLI IMPIANTI PRODUTTIVI DI BIOMASSA LEGNOSA

• la loro natura tipologica;

• la loro localizzazione, estensione e diffusione nel territorio;

•le caratteristiche compositivo-strutturali;

•le modalità di meccanizzazione applicabili nella loro gestione e utilizzazione;

•le loro potenzialità produttive;

•le diverse tipologie di prodotto finale estraibile.

punto di partenza per lo sviluppo di una filiera

CONSIDERARE

IMPIANTI PRODUTTIVI

2

impianti localizzati in zona

collinare, pedemontana o

montana: boschi cedui.

1

impianti localizzati presso le aziende

agricole di pianura: sistemi arborei lineari e/o impianti a pieno

campo

GLI IMPIANTI PRODUTTIVI LINEARI DI PIANURA

siepi campestri (mono/bi-filari);

PRODUZIONE

bande boscate polivalenti (sistemi costituiti da più filari paralleli e raggruppati).

•ecologico: habitat per la fauna selvatica, frangivento a difesa delle colture agrarie, ombreggiamento, aumento della biodiversità, assorbimento della CO2;

•protettivo: consolidamento di rive e argini di fossi e canali, difesa del suolo dall’erosione;

•igienico-sanitario: difesa dal rumore e dagli inquinanti, positivo contributo alla lotta biologica a favore delle colture agrarie;

•estetico-ricreativo: abbellimento, diversificazione e miglioramento del paesaggio, creazione di occasioni di svago a favore delle attività turistiche.

Le siepi campestri(platani, robinie olmi)

Le bande boscate polivalenti

Si tratta di sistemi polivalenti, in grado di svolgere molteplici funzioni di tipo:

•estetico;

•Ecologico (fonoassorbenti, habitat, fitodepurazione);

•Produttivo (manutenzione)

IMPIANTI PRODUTTIVI A PIENO CAMPO DI PIANURA

arboreti specializzati per la produzione di biomassa legnosa a scopo energetico: sono a turno breve o medio;

arboreti specializzati per la produzione di legno da opera e caratterizzati da file intercalari costituite da specie legnoseatte a produrre biomassa da energia;

boschetti interpoderali campestri; boschi planiziali naturaliformi.

Short Rotation Forestry (SRF)

ARBORETI SPECIALIZZATI PER LA PRODUZIONE DI BIOMASSA LEGNOSA A SCOPO ENERGETICO

Impianti lineari di specie a rapido accrescimento destinate alla produzione di biomassa con turno di raccolta annuale massimo biennale

Medium Rotation Forestry (MRF)

Impianti lineari di specie a crescita più lenta rispetto le precedenti destinate alla produzione di biomassa con turno di raccolta di 5-8 anni

•modulo compositivo-strutturale geometrico e regolare e da un

•elevato grado di meccanizzazione nelle operazioni di messa a dimora delle piante, realizzazione delle cure colturali

•periodica utilizzazione una volta raggiunta la fine del turno

Arboreti da biomassa a turno breve SRF

impianti sono caratterizzati da una densità molto elevata

(in media 8.000-12.000 piante/ettaro, fino a valori massimi

di 20.000 individui/ettaro). specie arboree impiegate: salice e in alcuni casi l’eucalipto, la robinia (Agostinetto, 2004 b) o la paulownia (Brocchi Colonna e Cortiana, 2004).

Si tratta sempre di popolamenti puri, mono-specifici.

In coltivazioni realizzate in Lombardia con progetti di ricerca, cloni di pioppo a turno annuale hanno dato produzioni di 30-40 tonnellate/ettaro/anno di sostanza fresca

Produttività

SRF (turno ceduazione 1-2 anni)

L’obiettivo è la produzione di grandi quantità

di biomassa ligno-cellulosica a costi contenuti

Con questo modello colturale si ottiene un prodotto di piccole dimensioni (diametro medio 22 cm) adatto alla sminuzzatura o cippatura

MODELLI DI SRF

La lunghezza dei turni varia in funzione del clima e delle condizioniedafiche.

Arboreti da biomassa a turno medio MRF

Densità più ridotta rispetto ai popolamenti di SRF

(1.500 piante/ettaro)

maggiore distanza tra le file e tra le piante lungo le fi le stesse.

specie impiegate: robinia, il platano, l’olmo campestre, il frassino ossifillo; scelte per la velocità di accrescimento, per la cospicua densità del legno e per la capacità pollonifera che si mantiene elevata e costante nel tempo.

possono essere considerate come un insieme di più siepi lineari parallele e affiancate tra loro a formare un arboreto a pieno campo.

Di solito si osserva una certa mescolanza tra le specie, per

dare al popolamento una maggiore stabilità nei confronti di eventuali attacchi parassitari

Turno ceduazione 5-6 anni durata di vita impianto 60-70 anni

Produttività

Epoca del taglio nel ciclo di vita dell’arboreto

Produzione stimata

Produttività media/ettaro dell’arboreto allo scadere del primo turno,quando l’arboreto ha 5 anni di età

110 – 125 tonnellate/ettaro

Produttività/ettaro/anno dell’arboreto in relazione al primo turno

22 – 25 tonnellate/ettaro/anno

Produttività media/ettaro dell’arboreto allo scadere del terzo turno, quando

l’arboreto ha 15 anni di età

220 – 225 tonnellate/ettaro

Produttività/ettaro/anno dell’arboreto in relazione al terzo turno

44 – 45 tonnellate/ettaro/anno

Arboreti specializzati per la produzione di legno da opera e caratterizzati da file intercalari costituite da specie legnose atte a produrre biomassa da energia.

impianti di arboricoltura finalizzati alla produzione di legno da opera sono solitamente caratterizzati da un modulo razionale che prevede l’alternanza geometrica e regolare di file principali, in cui sono allocate le specie deputate a dare legname di pregio, e file intercalari, in cui si mettono a dimora altre specie legnose deputate ad accompagnare e favorire la crescita delle specie di pregio e le specie accompagnatrici sono entità idonee alla produzione di biomassa legnosa impiegabile a fini energetici

Arboreto da legno di recente impianto con file intercalari costituite da piante di ontano nero e frassino ossifillo.

specie principali:T= 30-40 anniQuercia, Frassino

specie secondarie:T=10-12 anni

Paltanospecie accompagnatrici:Ontano nero, carpino, olmo

I boschetti interpoderali campestri

I boschetti interpoderali campestri sono in genere formazioni di dimensioni piuttosto contenute (raramente la loro estensione supera l’ettaro, solitamente si tratta di poche centinaia di metri quadri) e localizzate nei pressi di zone golenali, alvei fluviali, rive di fossi o canali, bordi dei campi: si tratta sempre di terreni aziendali marginali, non utilizzati perciò per le colture agrarie estensive.

specie legnose idonee a produrre legno-energia:

Robinia, salice, pioppo, ontano, olmo

BOSCHI PLANIZIALI NATURALIFORMI

I BOSCHI CEDUI NELLE AREE COLLINARI, PEDEMONTANE E MONTANE (solo latifoglie)

Imboschimenti realizzati su particolari porzioni di territorio (tali lembi boschivi in genere riguardano pochi ettari) nell’ambito di opere di riqualificazione ambientale o di interventi a carattere naturalistico.

Specie arboree:gli ontani; i frassini; la farnia; i pioppi, il salice bianco; l’acero campestre; il carpino bianco; il ciavardello; la robinia; l’olmo campestre; il tiglio; il platano.

Rilevante importanza l’effettuazione dei diradamenti allo scopo di ridurre l’elevata densità del sesto d’impianto iniziale e di regolare in maniera corretta la crescita e la competizione degli individui delle varie specie presenti.

popolamenti forestali destinati esclusivamente alla produzione di legno-energia, nella forma di legna da ardere in pezzi o legno cippato

Specie: robinia; castagno; roverella, carpino nero e orniello.

TABELLA RIASSUNTIVA FONTI BIOMASSE LEGNOSE

Le fasi del lavoro di utilizzazione forestale in un cantiere tipo si dividono in:

Abbattimento: recisione del fusto al piede e atterramento della pianta.

Allestimento:

•sramatura: taglio dei rami e del cimale fino alla completa pulizia del tronco;

•depezzatura: divisione del fusto in assortimenti commerciali;

•scortecciatura: asportazione parziale o totale della corteccia;

•concentramento: trasporto del legname dal letto di caduta alle via di esbosco.

Esbosco: trasporto del legname attraverso le vie di esbosco fino all’imposto o alla zona di carico.

Trasporto: trasporto del legname attraverso strade forestali e strade pubbliche.

Trattamento dei residui: cippatura della ramaglia e del cimale o coppatura della pianta intera.

UTILIZZAZIONI FORESTALI

AbbattimentoMotosega

Abbattitrice con sega a catenaAbbattitrice a disco

Abbattitrice con pinza a cesoia

Feller buncher: macchine abbattitrici-accatastatrici ) che afferrano la pianta, la recidono con un appropriato organo di taglio, la sollevano, la trasportano e la accatastano ordinatamente a bordo pista, normalmente impiegata in condizioni favorevoli di percorribilità, in situazioni pianeggianti e con buona viabilità.

GLI HARVESTER

Harvester :sono grandi macchine operatrici che effettuano assieme l’abbattimento, il concentramento e l’allestimento della biomassa legnosa, aumentando significativamente la produttività del lavoro rispetto all’utilizzazione manuale e riducendo la fatica e la pericolosità dell’operazione. Essi infatti afferrano, abbattono e concentrano le piante oggetto della raccolta, sramano i fusti con appositi coltelli, li depezzano a misure prefissate (per mezzo di un sensore e di un calcolatore) e ammassano separatamente i toppi e la ramaglia con i cimali

Testa Harvester: afferra, taglia, srama, scorteccia e depezza

Macchine per la raccolta delle colture a turno breve (SRF)

Esclusivamente per la raccolta di fusti e polloni caratterizzati da un solo anno di crescita.

Nei cantieri finora allestiti su coltivazioni di pioppo da biomassa a turno annuale il sistema di lavoro utilizzato prevede l’impiego di una trinciacaricatrice adattata tramite l’applicazione di una punta speciale in sostituzione di quelle generalmente impiegate per la raccolta del mais o del foraggio. La punta da biomassa è applicata sulla piastra frontale di montaggio e consente di tagliare i fusti e di convogliarli verso il tamburo trinciante della macchina.

Esbosco

La movimentazione del legname costituisce un momento di importanza rilevante tra le attività di utilizzazione e prima trasformazione della biomassa legnosa da energia, sia che avvenga in bosco, nel sito di svolgimento del cantiere oppure all’imposto, sia che venga effettuata presso il piazzale di lavorazione e trasformazione.

•le gru idrauliche;

•le pinze per tronchi;

•i caricatori forestali su pala gommata;

•i rimorchi forestali e i rimorchi agricoli;

•le gabbie per la legna da ardere;

•le gru a cavo (solo su pendii, presso boschi collinari, pedemontani

o montani).

I forwarder: sono trattori articolati portanti nei quali si riuniscono assieme le funzionalità del trattore, del rimorchio e del caricatore. Il retrotreno è costituito da un cassone o un telaio a culla, montato su un solo assale o su un doppio assale oscillante, mentre sull’avantreno, oltre al motore e alla cabina, è montata una gru con pinza idraulica per la movimentazione del legname.

le risine o canalette (solo su pendii, presso boschi collinari, pedemontani o montani);

il trattore forestale e il trattore agricolo;

Esbosco per via aerea: il legname viene portato all’ imposto per mezzo di linee teleferiche

•le gru idrauliche;

•le pinze per tronchi;

•i caricatori forestali su pala gommata;

•i rimorchi forestali e i rimorchi agricoli;

•le gabbie per la legna da ardere;

Trasformazione della biomassa

Macchine e mezzi utilizzati per le operazioni di riduzione dei residui e ramaglie

Cippatrice: macchina munita di coltelli o ruote dentate in grado di ridurre anche tronchi di diametri considerevoli in piccoli pezzi di legno dalle dimensioni di 5-10 cm, può essere fissa, trasportabile su camion e utilizzata come attrezzo da attaccare al trattore con la presa di forza

Processore montato su trattore forestale e alimentato con presa di forza di quest’ultimo

Processori (sramatura e depezzatura) su trattori o su carrello su teleferica: attrezzatura in grado di afferrare i tronchi abbattuti e sramarli, scortecciarli e tagliarli in toppi di lunghezza desiderata

COSTI ELEVATINecessità di ottimizzare il cantiere al fine di abbassare i costi di produzione del combustibile.

MOVIMENTAZIONE E TRASPORTO

Scarico con una gru idraulica di fasci di tronchetti già depezzati

Carico di cippato su un autotreno con un trattore munito di pala

container scarrabili

Cassone ribaltabile a sponde alte

boschi con buona accessibilità, dove gli alberi possono essere trascinati per una distanza di 60 – 80 m fino alla strada forestale

NON ALTAMENTE MECCANIZZATO

ALTAMENTE MECCANIZZATO

Zone senza accesso carrozzabile in regioni di montagna

DIFFICILMENTE ACCESSIBILE

STAGIONATURA

durante la stagionatura infatti vi può essere un deterioramento non solo quantitativo ma anche qualitativo del materiale, con conseguente perdita di potere calorifico.

Secco:se il cippato è ottenuto dapiante morte o se si decide di lasciare stagionare in campole piante intere abbattute, per

esempio riunendole in cataste abordo bosco o a bordo arboreto, per poi andarle a cipparedopo alcuni mesi, quando ormai il legno si è asciugatobiomassa risultante è già pronta per l’uso (il suo contenuto idrico, mediamente pari al 30-35% circa)

Fresco :cippato è prodottoeseguendo la sminuzzatura a partire da piante appenaabbattute; in questo caso è essenziale prestare la necessariaattenzione per favorire una buona asciugatura e una completamaturazione

STOCCAGGIO

allestimento in cumuli sotto tettoie areate:•Cumuli piccoli e separati;

allestimento in cumuli all’aperto con copertura mediante telo traspirante:

•Tessuto non tessuto traspirante in polipropilene resistente ai raggi UV

•Al suo interno la biomassa inizia la fermentazione con formazione di muffe bianche sulla superficie delle particelle legnose e innalzamento della temperatura all’interno del cumulo fino a 70-80 °C. In questo modo l’acqua contenuta nel legno evapora verso l’alto attraverso gli interstizi presenti tra i chips ed esce in atmosfera attraverso il telo traspirante

PERDITE PER FERMENTAZIONE E PERICOLO AUTOCOMBUSTIONE

•la presenza di una temperatura favorevole (20-25 °C), rappresenta condizione ottimale per la proliferazione di vari microrganismi che si nutrono del legno e dei suoi componenti (funghi, batteri e muffe) gia a partire da poche ore dopo la cippatura e dura per alcune settimane;

•Processo di fermentazione e all’interno dei cumuli si possono raggiungere temperature medie di 70-80 °C (l’innalzamento termico dovuto alla respirazione microbica può superare a volte anche i 100 °C con pericolo di autocombustione

•rapida perdita d’acqua dal legno per evaporazione

•perdita di materiale legnoso

1) inteso legno stagionato 1 anno, con contenuto idrico del 25 - 30%;2) alla produzione di biomassa per riscaldare, tramite caldaia ad alto rendimento (90%), un edificio monofamiliare di 100 m2, ben coibentato, con vetri doppi, in zona in cui la

temperatura minima assoluta raggiunge -10°C;3) 18 anni è il turno di un bosco ceduo a prevalenza di querce;4) quantità non riferita a 1 ettaro ma a 100 m di filare.

Le problematiche principali per effettuare il dimensionamento di una caldaia a biomassa sono:

stima dei fabbisogni energetici dell’edificio; calcolo della potenza massima necessaria alle condizioni di progetto della potenza media; adozione di soluzioni realizzative compatibili con gli spazi e i volumi esistenti.

I fabbisogni termici vanno stimati sulla base dei consumi medi annui (di gasolio o metano) registrati negli ultimi anni antecedenti l’intervento; sulla base di tale dato si ottiene una potenza media prelevata dalla centrale termica e la potenza massima necessaria. Si riporta un esempio con funzione di linea-guida.

La combustione del legno avviene essenzialmente in tre stadi, funzione della temperatura del processo:

Essiccazione

Degradazione termica

Combustione

TECNOLOGIA

Localizzazione delle tre fasi della combustione del legno in una caldaia a combustione inversa

 1. ESSICAZIONE

2. DEGRADAZIONE TERMICA

3. COMBUSTIONE

EssiccazioneL’acqua contenuta nel legno inizia a evaporare già a temperature inferiori ai 100 °C. Essendo l’evaporazione un processo che usa l’energia rilasciata dal processo di combustione, abbassa la temperatura in camera di combustione, rallentando il processo di combustione. Il contenuto idrico del legno è uno dei parametri qualitativi più importanti dei combustibili legnosi.

Degradazione termica (pirolisi/gassificazione)Dopo il processo di essiccazione, a partire da una temperatura di 200 °C circa, il legno è sottoposto ad una fase di degradazione termica che porta all’evaporazione della sua componente volatile. Questa componente rappresenta in termini ponderali oltre il 75% del legno. Nelle caldaie questa fase viene favorita dai flussi di aria primaria pre-riscaldata.

Combustione

Consiste nella completa ossidazione dei gas, una fase che inizia tra i 500 e i 600 °C e si protrae fino ai 1000 °C circa. Nel range 800-900 °C il carbone solido è combusto.

La mancanza di adeguate condizioni causa la combustione incompleta del legno e quindi aumentano le emissioni nocive.

La combustione incompleta è causata principalmente dalle seguenti condizioni negative:

1. inadeguata mescolanza tra aria e combustibile nella camera di combustione, 2. una carenza complessiva di ossigeno disponibile 3. temperatura di combustione troppo bassa 4. tempi di permanenza troppo brevi

Tempo Temperatura Turbolenza

È importante un adeguato tempo di permanenza del combustibile sul focolare e dei fumi caldi nella seconda zona di combustione e negli scambiatori. La temperatura deve raggiungere livelli sufficientemente elevati per consentire di completare le varie fasi della combustione specie quella di ossidazione dei gas. Infine, è fondamentale creare un elevato grado di turbolenza con un sufficiente apporto d’aria nelle varie zone e fasi della combustione attraverso gli apporti di aria primaria, secondaria ed eventualmente terziaria.

La combustione completa è naturalmente solo un concetto teorico, specie nei combustibili solidi quale è il legno, in quanto è problematico raggiungere un corretto grado di mescolanza tra aria e combustibile in un periodo di tempo così limitato. da luogo appunto ad una incompleta combustione dei gas e ad un aumento di incombusti sia organici che inorganici, questo si traduce in un aumento del contenuto di CO e polveri nei fumi esausti.

Negli ultimi trentenni vi è stato un significativo aumento dell’efficienza nelle caldaie a legno che ha portato a una sostanziale riduzione dell’emissione di CO e delle altre emissioni nocive (polveri, composti organici volatili, ossidi di azoto e di zolfo).

PARAMETRI CHE INFLUSCONO SULLA COMBUSTIONE

la percentuale di O2, dovrebbe essere nel range 5-8%

la quantità di CO2 dovrebbe essere quanto più prossima al valore teorico che per il legno è 20,4%. Esiste tuttavia una forte correlazione tra O2 e CO2, a valori di O2 del 5-8% corrispondono valori di CO2 del 13-16%.

la quantità di NOx è legata principalmente alla temperatura che forma i così detti NOx termici, perciò la temperatura dovrebbe essere nel range 850-1200 °C.

Oltre al CO, esistono una serie di altri parametri che caratterizzano i fumi esausti e che possono essere usati come parametri-controllo della

qualità del processo di combustione:

SITUAZIONE ATTUALE DEGLI IMPIANTI ALIMENTATI A BIOMASSE

•tipologia tradizionale e più diffusa•bene si adattano a tutti i combustibili e si rilevano sufficientemente flessibili nei confronti dell’umidità;•quest’ultima caratteristica li fa spesso preferire alle altre soluzioni;

2. Impianti di combustione a letto fluido •il combustibile viene mantenuto in sospensione tramite un flusso d’aria dal basso verso l’alto• comporta l’impiego di un vettore solido che, trascinato dall’aria comburente, viene a contatto con il combustibile.• utilizzo della sabbia silicea con dimensione dei grani inferiore a 1 mm.

• produzione di un gas combustibile (detto gas di gasogeno) da avviare a motori endotermici o a turbine a gas.•processo termochimico, che dà origine a biogas e ad una miscela combustibile di CH4 e CO2•ossidazione incompleta di una sostanza in ambiente ad elevata temperatura (900÷1.000°C)

3. Gassificatori

1. Impianti di combustione a griglia fissa e mobile

Riscaldamento domestico con caldaie a biomasse

Tipologie impianti riscaldamento:

• Impianti per il riscaldamento ausiliario: stufe di maiolica e ad aria calda, caminetti, stufe a caminetto, stufe-cucina

• Impianti per il riscaldamento centralizzato: caldaie ad alimentazione manuale e automatiche

Teleriscaldamento a biomasse

Il teleriscaldamento a biomasse fornisce calore ad un'insieme di abitazioni e/o attività, posto nelle vicinanze del luogo di produzione della biomassa utilizzata (bosco, terreni di coltura, segherie, …).

Componenti dell’impianto di teleriscaldamento

L’’impianto è costituito dalle sezioni: area di stoccaggio delle biomasse ;pretrattamento riduzione pezzatura e dell’umidità della biomassa ;linea di alimentazione dotata degli opportuni controlli linea ;combustore a tecnologia avanzata (griglia);eventuale abbattitore di polveri a ciclone;recupero energetico, mediante sistemi a: - tubi di fumo se il fluido vettore è acqua calda a bassa pressione o aria; -a tubi di acqua se necessità acqua in pressione surriscaldata o vapore; -ad olio diatermico impianto di trattamento acqua di alimentazione caldaia e circuito di teleriscaldamento

Vantaggi del telerescaldamento

Minor inquinamento e maggior efficienza energetica Costi: agevolazioni fiscali. Sicurezza: si sposta la combustione nell'impianto di teleriscaldamento Maggiore affidabilitàComodità: l'utente del teleriscaldamento deve solo regolare sul (crono)termostato la temperatura e pagare la bolletta.Si recuperano spazi riservati a bombole o serbatoi.

Punti critici del teleriscaldamento a biomasse

Accettabilità sociale (impatto paesaggistico e ambientale dell'impianto e del trasportoStoccaggioCondizioni di lavoro (sicurezza ed ergonomia) degli addetti alla raccolta- selezione-trasporto. Disponibilità di più fonti di approvvigionamento. Sostenibilità economica; stabilità e convenienza del kWhtermico, anche in assenza di contributi pubblici. La rete del teleriscaldamento è un'infrastruttura che assorbe dal 50% al 80% del costo dell'impianto.

Impatto ambientale delle biomasse legnose

Le ceneri costituiscono l’effluente solido principale :

• ceneri pesanti da sotto griglia; • ceneri pesanti da zona convettiva; • ceneri leggere da filtro a maniche o da elettrofiltro. Sono costituite in massima parte da sostanze inerti e incombuste quali silice, ossidi di alluminio,potassio, calcio, magnesio, sodio, altri metalli in tracce e agglomerati carboniosi. Il quantitativo dipende dalla tipologia e dalla qualità della biomassa utilizzata ed è mediamente pari all’8% della biomassa utilizzata con punte che vanno da un massimo del 15% (lolla di riso) a un minimo del 2% (cippato di legno). In genere il 40% è costituito da ceneri leggere e il restante 60% da ceneri pesanti.

Controllato continuo dei gas di combustione che per la determinazione di: HCl, CO, NOx, CO2, SO2, O2 e COT.•La temperatura dei fumi in atmosfera è mediamente di 132 °C (70 - 160 °C), mentre la portata media è di 81.000 Nm3/h (24.000-200.000 Nm3/h in relazione della potenza termica). •Per ciò che concerne l’acqua di reintegro delle torri di raffreddamento, i consumi di acqua oscillano tra 2,2 e 6,2 m 3/MWe con una media di 4,6 m 3/MWe.

GRAZIE PER L’ATTENZIONE