Impatto su salute e ambiente dei sistemi di produzione dell'energia

Roberto PellegrinoBiologo, ambientalista

SISTEMAAPERTO

ENERGIA

MATERIA

SISTEMACHIUSO ENERGIA

SISTEMAISOLATO

Scambi di energia e materia in diversi sistemi termodinamici

Sistema termodinamico esempio curva di crescita popolazioni

risorse energetiche utilizzate dai viventi comparsi sulla Terra nei vari periodi

(miliardi di anni)

Comparsa di organismi procarioti eterotrofi Comparsa organismi fotosintetici autotrofi

Utilizzo dell’energia chimica contenuta nelle molecole organiche

del «brodo primordiale»

0 1,8 4,5

Brodo primordiale: risorsa limitata sole: risorsa illimitata

0,5

organismi eterotriofi

Utilizzo dell’energia chimica contenuta nelle molecole organiche create dagli

organismi autotrofi tramite la fotosintesi

Organismi autotrofi

Energia solare

H2O CO2

CarboidratiCH2O

OssigenoO2

Flusso di materia ed energia nei viventi

Organismi eterotrofi

Produzione primaria di energia

comparsa dell’uomo nella scala dei tempi della vita sulla terra

Comparsa organismi fotosintetici autotrofiComparsa di organismi procarioti eterotrofi

Crescita della popolazione di homo sapiensdalla sua comparsa all’anno 2000

da 1 a10 milioni da 10 a 200 milioni da 200 a 6000 milioni

Combustibili fossilifuoco

2012 : raggiunti 7 miliardi di esseri umani

farmaciTrasporto derrate alimentari

Fibre sintetiche

Materie plastichetelecomunicazioni

coloranti

Energia elettrica

Riscaldamento/raffrescamentoProdotti per la pulizia

Dipendenza dal petrolio

ASPO-Italia, wikipedia

È necessario allora puntare sulle «Energie rinnovabili», ma cosa sono esattamente?

In ingegneria energetica con il termine energie rinnovabili si intendono le forme di energia prodotte da fonti di energia che per loro caratteristica intrinseca si rigenerano almeno alla stessa velocità con cui vengono consumate o non sono "esauribili" nella scala dei tempi "umani" e, per estensione, il cui utilizzo non pregiudica le risorse naturali per le generazioni future.

Da Wikipedia, l'enciclopedia libera.

FER: Fonte Energia Rinnovabile

eolico fotovoltaicoidroelettrico Biomasse/biogas

Le principali forme di energia rinnovabile dipendono dal sole

Solare fotovoltaico

Solare termicoCentrale idroelettricafotosintesi

Energia eolica

?

Origine delle biomasse

fotosintesi

Utilizzi umaniAlimenti, mangimi, fibre, legno

BIOMASSA

Rifiuti, Deiezioni,Scarti

Colture energetiche

Sfruttamento intensivo risorse naturalideforestazione

Quanta energia si accumula nelle biomasse?

1,2 Kg carbonio/mq*anno

Biomasse: quanta energia solare è convertita in energia utile?

x 100

Esempi di efficienza energetica:• Pannello fotovoltaico: 10 – 15%• Biomasse: 0,2-0,6%

Cosa implica questo?

Area occupata da un impianto fotovoltaico da 1MW

Superficie agricola destinata alle colture energetiche previste per un impianto a biogas da 1 MW

400 ha

EU-27: potenza rinnovabile nel 2010

BIO-ENERGIE in Germania: 8000 impianti da 1000-300kw

• Aumento degli scarti da smaltire • Effetto serra per emissioni di CH4 (stoccaggio digestato)• Rischio di diffusione germi patogeni

4500 t/a letame-liquame 16500 t/a digestatoprima… …dopo

Col BIOGAS i rifiuti «spariscono»

Confronto emissioni per combustione di Biomasse solide (legno, paglia) e metano (50MW)

CEEH Scientific Report No 10, Centre for Energy, Environment and Health Report series, November 2011

(g/Gj) SO2 NOx VOC CH4 CO N2O PM-2,5 CO2 (Kg/Gj)

legno 25 90 7,3 30 240 4 10 102paglia 130 90 7,3 30 325 4 12 102metano 0,3 42 2 0,1 28 0,1 0,1 57

Le bio-energie sono «pulite»

La concentrazione di metalli pesanti nelle ceneri derivanti dalla combustione di legname (rovere, faggio, abete) è simile a quella riscontrabile nelle ceneri prodotte dalla combustione di carbone, lignite e RSU. (valori in mg/Kg)

Demirbas A: Potential applications of renewable energy sources, biomass combustion problems in boiler power systems and combustion related environmental issues. Progress in Energy and Combustion Science 2005, 31(2):171-192.

Metalli pesanti nelle ceneri

combustibile Arsenico Cadmio Cromo Rame Piombo Mercuriocarbone 5,16 2,84 8,23 23,50 64,10 0,21lignite 8,54 6,18 9,40 72,80 80,70 0,43legno di abete 3,48 0,92 2,56 42,70 33,20 0,12legno di faggio 4,12 0,84 4,38 29,30 35,00 0,13legno di rovere 1,98 1,06 3,51 37,90 28,40 0,09rifiuti solidi urbani 2,46 0,86 2,73 52,80 36,20 0,11paglia di grano 0,18 0,20 3,08 25,10 5,68 0,06nocciola (guscio) 0,12 0,23 4,15 32,30 6,62 0,05noce (guscio) 0,26 0,18 2,18 23,60 5,09 0,08Peanut (guscio) 0,09 0,16 1,16 34,30 3,55 0,09Almond (guscio) 0,16 0,13 1,04 12,80 1,16 0,05Girasole (guscio) 0,06 0,10 0,95 13,30 1,63 0,03

Le bio-energie sono «pulite»

Motore a 4 tempi20 cilindriCilindrata: 48.670 cc (equivale a circa 7 autobus urbani)

1500 giri/minuto

2955 movimentazione/anno• 107 viaggi/anno carribotte (liquame)• 998 viaggi/anno carribotte (digestato)• 1850 viaggi/anno carri agricoli (biomasse vegetali)

Trasporti biomasse/liquami entro 30km

Fonte: Dati progetto presentato Opere Pie Riunite

Il motore che brucia biogas equivale a 2-3 automobili a mentano

Cogeneratore Jenbacher mod. J-320 GS C-25

PM 10: 1,5mg/mc X 4000mc/h X 24h = 144000mg/giorno = 144g/giorno

NOx: 200 mg/mc X 4000mc/h X 24h = 19200000mg/giorno = 19,2 Kg/giorno

Pm10: 2500 automobili diesel (euro 5) che percorrono 12 km al giorno nello stesso posto

NOx: 4600 automobili diesel (euro 5) che percorrono 12 km al giorno nello stesso posto

INQUINAMENTO EQUIVALENTE dell’impianto di AVIGLIANO

Il motore che brucia biogas equivale a 2-3 automobili a mentano

PM 10: 1,5mg/mc X 140000mc/h X 24h = 5.040.000 mg/giorno = 5 kg/giorno

NOx: 200 mg/mc X 4000mc/h X 24h = 672.000.000 mg/giorno = 672 Kg/giorno

Pm10: 87.500 automobili diesel (euro 5) che percorrono 12 km al giorno nello stesso posto

NOx: 161.000 automobili diesel (euro 5) che percorrono 12 km al giorno nello stesso posto

INQUINAMENTO EQUIVALENTE di 54 IMPIANTI A BIO-ENERGIE

UMBRIA 2013:34 impianti in funzione20 impianti autorizzati

Stima emissioni totali: 140.000 mc/h

in Umbria circolano 603.000 automobili

Il motore che brucia biogas equivale a 2-3 automobili a mentano

La Danimarca ha calcolato i costi sanitari associati alle emissioni da caldaie individuali e industriali (Ind.) e da caldaie di teleriscaldamento (FV)

(I costi sanitari per il riscaldamento)

K. Karlsson et al., 2011: CEEH’s calculations of healthrelated costs from air pollution as given in the Climate Commission’s scenarios (in Danish), CEEH Scientific Report No 10, Centre for Energy, Environment and Health Report series, November 2011, pp. 24.

Jörg Hacker Bioenergy – Chances and Limits German National Academy of Sciences Leopoldina, Nova Acta Leopoldina, 03/2012

La Germania non dovrebbe concentrarsi sulle bioenergie per ridurre il consumo di combustibili fossili e le emissioni di gas serra. La Germania dovrebbe concentrarsi su altre fonti di energia rinnovabile, come solare termico, fotovoltaico, e l'energia eolica, la cui richiesta di terreno, le emissioni di gas serra o altri impatti ambientali sono inferiori a quelli delle bio-energie. Il risparmio energetico e il miglioramento dell'efficienza energetica devono avere la priorità.

- La promozione delle bioenergie deve essere limitata a quelle forme che: a) non riducono la disponibilità di cibo o che stimolano aumenti di prezzo a causa della

competizione con risorse limitate quali l'acqua e la terra; b) non hanno grandi effetti negativi sugli ecosistemi e sulla biodiversità;c) hanno un sostanziale (>60-70%) migliore equilibrio sui gas ad effetto serra rispetto ad altri

vettori energetici che vanno a sostituire;d) non compromettono la gamma preziosa di servizi che gli ecosistemi forniscono all'umanità

La politica energetica della Germania è incentrata sulle bioenergie

Tra i membri 35 premi Nobel

Scienza per politica e societàLe Dichiarazioni e le Raccomandazioni dell'Accademia forniscono ai politici analisi e valutazione scientifica sui temi più urgenti della società di oggi. Esse si sviluppano indipendentemente da interessi economici e politici che danno consigli su come affrontare problemi specifici delle società. L’ Academy lavora per l'identificazione precoce dei principali sviluppi scientifici che possono diventare importanti per la società nel futuro, e fornisce analisi e raccomandazioni di conseguenza. In questo modo, la Leopoldina aiuta a impostare politiche sulla strada giusta.

German National Academy of Sciences Leopoldina

Scienziati che hanno contribito al rapporto “Bioenergy – Chances and Limits” (2012)Prof. Dr. Bärbel Friedrich ML Institut für Biologie/Mikrobiologie, Humboldt-Universität BerlinProf. Dr. Bernhard Schink ML Lehrstuhl für mikrobielle Ökologie, Limnologie und allgemeine Mikrobiologie, Universität KonstanzProf. Dr. Rudolf K. Thauer ML Max-Planck-Institut für terrestrische Mikrobiologie, Marburg Scientists involved in writing the reportProf. Dr. Fraser A. Armstrong Department of Inorganic Chemistry, University Oxford, Great BritainDr. Vincent Artero Institute de Recherches en Technologies et Sciences pour the Vivant, Université Joseph Fourier, Grenoble, FrancePriv. Doz. Dr. Nicolaus Dahmen Institut für Katalyseforschung und -Technologie, Karlsruher Institut für Technologie (KIT)Prof. Dr. Holger Dau Fachbereich Physik, Freie Universität BerlinProf. Dr. Eckhard Dinjus Institut für Katalyseforschung und -Technologie, Karlsruher Institut für Technologie (KIT)Prof. Dr. Peter Dürre Institut für Mikrobiologie und Biotechnologie, Universität UlmProf. Dr. Bärbel Friedrich ML Institut für Biologie/Mikrobiologie, Humboldt-Universität BerlinProf. Dr. Helmut Haberl Institut für Soziale Ökologie (SEC), Alpen-Adria Universität Klagenfurt, Wien, Graz, ÖsterreichProf. Dr. Thomas Happe AG Photobiotechnologie, Ruhr-Universität BochumProf. Dr. Christian Körner ML Institut für Botanik, Universität Basel, SchweizProf. Dr. Gerd Kohlhepp Geografisches Institut, Eberhard-Karls-Universität Tübingen Prof. Dr. Katharina Kohse-Höinghaus ML Fakultät für Chemie, Universität BielefeldDr. Philipp Kurz Institut für Anorganische Chemie, Christian-Albrechts-Universität KielDr. Christian Lauk Iè ammesso solonstitut für Soziale Ökologie (SEC), Alpen-Adria Universität Klagenfurt, Wien, Graz, ÖsterreichProf. Dr. Wolfgang Lubitz Max-Planck-Institut für chemische Energiekonversion, MülheimProf. Dr. Matthias Rögner Lehrstuhl für Biochemie der Pflanzen, Ruhr-Universität BochumPD. Dr. Thomas Senn Institut für Lebensmittelwissenschaft und Biotechnologie, Universität HohenheimProf. Dr. Victor Smetacek Alfred-Wegener-Institut für Polar-und Meeresforschung, BremerhavenProf. Dr. Bernhard Schink ML Lehrstühl für mikrobielle Ökologie, Limnologie und allgemeine Mikrobiologie, Universität Konstanz Scientists involved 47Dr. Ulrike Schmid-Staiger Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Verfahrenstechnik, StuttgartProf. Dr. Ernst-Detlef Schulze ML Max-Planck-Institut für Biogeochemie, JenaProf. Dr. Rudolf K. Thauer ML Max-Planck-Institut für terrestrische Mikrobiologie, MarburgProf. Dr. Peter Weiland Johann Heinrich von Thünen-Institut, BraunschweigDr. Karen Wilson Cardiff School of Chemistry, Cardiff University, Wales, Great BritainProf. D. Thomas Bley Institut für Lebensmittel- und Bioverfahrenstechnik der TU DresdenProf. Dr. Christian Barth Deutsches Institut für Ernährungsforschung, Golm Prof. Dr. Detlev Drenckhahn ML Institut für Anatomie und Zellbiologie, Julius-Maximilians-Universität WürzburgProf. Dr. Ian Donnison Institute for Biological, Environmental and Rural Sciences, Aberystwyth University, Wales, Great BritainProf. Dr. Ottmar Edenhofer und Kollegen Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung, PotsdamProf. Dr. Maarten Koornneef Max-Planck-Institut für Pflanzenzüchtung, Köln Dr. Adam Powell Centre for Sustainable Aquaculture Research, Swansea University, Wales, Great BritainDr. Robin Shields Centre for Sustainable Aquaculture Research, Swansea University, Wales, Great BritainProf. Dr. Mark Stitt ML Max-Planck-Institut für molekulare Pflanzenphysiologie, GolmDr. Christian Anton Nationale Akademie der Wissenschaften LeopoldinaDr. Henning Steinicke Nationale Akademie der Wissenschaften Leopoldina External ReviewersProf. Dr. Nikolaus Amrhein ML Group for Plant Biochemistry und Physiology, Eidgenössische Technische Hochschule (ETH) ZürichProf. Dr. Georg Fuchs ML Institut für Biologie II, Mikrobiologie, Albert-Ludwigs-Universität FreiburgProf. Dr. Wolfgang Junge Abteilung Biophysik, Universität OsnabrückProf. Dr. Bernt Krebs ML Institut für Anorganische und Analytische Chemie, Westfälische Wilhelms-Universität MünsterProf. Dr. Hermann Sahm Institut für Biotechnologie, Forschungszentrum JülichProf. Dr. Hans Joachim Schellnhuber ML Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung, PotsdamProf. Dr. Ferdi Schüth ML Max-Planck-Institut für Kohlenforschung, MülheimProf. Dr. Stefan Tangermann Department für Agrarökonomie und rurale Entwicklung, Georg-August-Universität Göttingen, Akademie der Wissenschaften zu Göttingen

Dobbiamo aumentare la produzione di energia rinnovabile per combattere i cambiamenti climatici. Ce lo impone l’EUROPA

EUROPA: Pacchetto clima energia 20-20-20

obiettivi italiani vincolanti da raggiungere entro il 2020e situazione al 2012

Ridurre del 6,5% le emissioni di gas serra risp. al 1990 (Kyoto)

Ridurre il consumo di energia del 13% risp. al 2005

Portare al 17% i consumi di energia rinnovabile rispetto al consumo totaleFonte dati 2012: GSE e Fondazione per lo Sviluppo Sostenibile

17%15%

126 ktep

risparmio energetico133 ktep

Situazione al 2012

Emissioni CO2 -7,3%

Rinnovabili elettriche:La situazione in Umbria alla fine del 2012:

Fonte: GSE, dato 2012: stima fornita dalla Regione dell’Umbria

Obiettivo 2020

L’Umbria deve compiere un grande sforzo nella produzione di energia rinnovabile

Fonte: Federal ministry for the Environment, nature Conservation and nuclear Safety - (Public Relations Division · 11055 Berlin -Germany)

GERMANIA 2011: % consumi energetici per tipo di fonte1,4% biogas agricolo

In Germania 6800 impianti a BIOGAS danno un contributo fondamentale alle energie rinnovabili

Correcting a fundamental error in greenhouse gas accounting related to bioenergy

Helmut Haberla et al., Energy Policy, Volume 45, June 2012

… «la combustione della biomassa per la fornitura di energia aumenta la quantità di carbonio nell'aria proprio come la combustione di carbone, petrolio o gas, se la raccolta della biomassa diminuisce la quantità di carbonio immagazzinato nelle piante e nei suoli, o riduce il sequestro futuro del carbonio».

Le biomasse non contribuiscono all’effetto serra perché la CO2 emessa è la stessa sottratta durante la crescita

delle piante

VERO SOLO SE SI UTILIZZANO SCARTI:Se la produzione di biomasse sostituisce le produzioni

alimentari in altre parti del globo aumenta la deforestazione

Chi lo dice?• Steve P. Hamburg et alt., Fixing a Critica Climate

Accounting Error, SCIENCE, vol 326, 2009• Timothy Searchinger et alt., Use of Croplands for

Biofuels Increases Greenhouse Gases Through Emission from Land-Use Change, SCIENCE, vol 319, 2008

• Andy Shilton and Benoit Guieysse, Sustainable sunlight to biogas is via marginal organics, Current Opinion in Biotechnology, 287, vol 21, 2010

• David Alan Walker, Biofuel, facts, fantasy, and feasibility, J. Appl. Phycol, 21, 509, 2009

Le biomasse non contribuiscono all’effetto serra perché la CO2 emessa è la stessa sottratta durante la crescita

delle piante

Come si valuta la qualità della produzione scientifica?l’ANVUR (Agenzia Nazionale Valutazione Ricerca Universitaria) legge n. 240/96 1. Il numero di articoli su riviste nazionali o internazionali censite su ISI o Scopus negli ultimi 10 anni; 2. Il numero delle citazioni; 3. L’ indice H4. Il Fattore di Impatto delle riviste

NatureScience

Fattore di impatto delle riviste scientifiche internazionali

Autore n. pubb ISI Media Citazioni H-index rivista citata o migliore impact factorWalker 18 42,44 12 Journal of Applied Phycology 2,326

Jörg Hacker 344 36,32 58 Nova acta Leopoldina 13,69

Schink, Bernhard 266 31,38 46 Nova acta Leopoldina 13,69

doering o* c 5 30 3 Science 31,2

Singh Anoop 90 28,51 23 Renewable & Sustainable Energy Reviews 6,577

Gerbens-Leenes P* W 3 25,33 2 Global environmentali change human amd policy dimensions6,901

Rubbia Carlo 216 25,13 30

Guieysse B 61 22,66 22 Current Opinion in Biothecnologies 7,82

Hamburg Steven 6 18,3 3 science 31,2

Searchinger Timoty D. 7 17,86 2 Science 31,2

Shilton 38 11,95 12 Current Opinion in Biothecnologies 7,82

Se fosse vero non ci sarebbe bisogno degli INCENTIVI economici:

Senza la sicurezza degli incentivi nessuna banca finanzierebbe progetti di BIOGAS, BIOMASSE SOLIDE eccFonte: Rai- Report 2010

Le biomasse sono economicamente sostenibili

Infine uno sguardo all’import/export cerealicolo e alla crescita della popolazione italiana

L’Italia ha importato 15,2 milioni di tonnellate tra cereali, semi oleosi e farine proteiche. La popolazione italiana aumenta costantemente

Import / export:Il saldo valutario netto è circa -2 miliardi di euro

Fonte: Anacer - Associazione nazionale cerealisti

Istat: popolazione residente in Italia

Gli incentivi alle rinnovabili rendono meno competitive le produzioni alimentari rispetto a quelle energetiche

Biomasse: Siamo sicuri che vale la pena?Efficienza energetica 0,1% rispetto all’energia solare ricevuta (fotovoltaico 10-15%)

Inquinamento delle falde (fertirrigazione con digestato)

Emissioni inquinanti in aria

Non si potrebbe puntare a forme rinnovabili più efficienti e meno impattanti?

Competizione con le produzioni alimentari

Lievitazione prezzi terreni agricoli e deprezzamento delle abitazioni limitrofe

Contributo incerto alla diminuzione dell’effetto serra

(scarti)

Grazie per l’attenzione