Progetto ENERGIA 2018-19: Energie Rinnovabili Energia per ...

Attività interdisciplinare per la seconda classe del primo biennio

Progetto ENERGIA 2018-19:

Energie Rinnovabili – Energia per il futuro

Laboratorio LENSeS

prof. Tonello Moreno

in

Aula Magna

prof.ssa Zamburlini Adriana

prof. Fagotto Roberto Referenti progetto

Relatore

introduzione

21 marzo 2019

SCHEMA DEL PROGETTO

• FASE 1: Presentazione progetto (21 marzo)

• Fase 2: Lavoro in classe

• FASE 3: Visita impianto(aprile – maggio)

• FASE 4: Produzione del PPT (dopo la visita all’impianto)

• FASE 5: Presentazione dei lavori (fine maggio)

Lavori di classe • Ogni classe approfondisce gli aspetti correlati ad un sistema di

produzione di energia collegato con un tipo di centrale.

Classi coinvolte

Tipologia di centrale

Destinazione Visita

2AG- 2BG

Idroelettrica

Centrale di SOMPLAGO (UD) Martedì 2 aprile 2019

2B – 2E

Geotermica e Termovalorizzatore

Impianto HERA di Ferrara Martedì 2 aprile 2019

2F – 2D

Termoelettrica a Carbone e CDR

ENEL “Palladio” di Fusina (VE) Martedì 7 maggio 2019

2A – 2C

Biomasse - Umido

Impianto BIOMANN di Maniago (PN) Mercoledì 3 aprile 2019

STRUTTURA DEL LAVORO DI CLASSE

Ciascuna classe sarà suddivisa in 5 gruppi di lavoro che tratteranno un aspetti specifico dell’impianto oggetto della visita fra i quali:

A. Caratteristiche della fonte di energia utilizzata dalla centrale (aspetti

chimici, fisici, approvvigionamento, ecc); B. Struttura e aspetti impiantistici della “centrale di produzione”. C. Le trasformazioni di energia che avvengono nell’impianto; D. Aspetti ambientali correlati della centrale considerata (acqua, aria,

rifiuti, rumore, ecc); E. Vantaggi e svantaggi del tipo di produzione di energia che avviene

nella centrale. Ciascun gruppo di lavoro produrrà un PPT costituito da 10 slide

riguardanti i diversi aspetti di cui 2 in lingua inglese

Earth Overshoot Day (l'indicatore che rivela il giorno del superamento del budget naturale a

disposizione dell'umanità)

2 agosto è stato il giorno del superamento del 2017:

cioè il giorno in cui la popolazione mondiale ha già consumato

tutte le risorse terrestri - frutta e verdura, carne e pesce, acqua

e legno - disponibili per il 2017 e così inizia a sovrasfruttare il

pianeta.

Precedenti giorni di superamento:

2016: 8 agosto

2015: 13 agosto

2014: 19 agosto;

2013: 20 agosto;

2012: 22 agosto;

2011: 26 settembre;

2003: 22 settembre;

1993: 21 ottobre.

(fonte: Global Footprint Network, un'organizzazione di ricerca internazionale, a livello ambientale, con sedi in California e in

Europa, a calcolare la giornata, che ogni anno occorre prima poiché aumentano i consumi mondiali di natura )

Quanto pesiamo sull’ambiente? U

na d

overo

sa p

rem

essa

L’impronte ecologica è un indicatore che misura

l’area totale (ettari/persona) di ecosistemi terrestri e

acquatici che servono per soddisfare le nostre

esigenze:

QUALI?

alimentari;

domestiche;

di trasporto;

per produrre beni di consumo;

per la gestione dei rifiuti.

Quanto pesiamo sull’ambiente? U

na d

overo

sa p

rem

essa

La biocapacità è la capacità produttiva di un

territorio (in termini di risorse naturali).

Se l’impronta ecologica e la biocapacità del territorio

sono uguali, siamo in condizioni di equilibrio, ovvero

di sostenibilità.

Quanta terra ci occorre? U

na

do

vero

sa p

rem

ess

a

La popolazione mondiale è arrivata a quasi

7 miliardi

Tra terre e mari, abbiamo a disposizione circa

13 miliardi di ettari

Quanta terra ci occorre? U

na

do

vero

sa p

rem

ess

a

Per sostenere il nostro stile di vita servirebbe

mezzo pianeta in più

Nuove IMPRONTE

MOZAMBICO

ITALIA

USA

Impronta idrica: utilizzo e spreco

di acqua.

Impronta del carbonio: La carbon

footprint - o impronta di carbonio -

rappresenta l’insieme delle emissioni di gas

a effetto serra attribuibili a un prodotto,

un'organizzazione o un singolo individuo.

Impronta alimentare:

spreco alimentare, doppia piramide

e conseguenze sulla salute umana.

http://www.footprintnetwork.org/ecological_footprint_nations/ecological.htm

Cosa dobbiamo fare?

Prenderci cura della Terra

Perché?

LaTerra è viva

In che modo?

Iniziando ad osservarla con occhi semplici

RINNOVABILE

CHE COSA?

FONTE DI ENERGIA

Solare

Termica

Fotovoltaica

Eolica

Idroelettrica

Biomassa

Geotermica

Idrogeno

EFFICIENZA

DI CHE TIPO?

Macchine

DI CHE COSA?

ENERGETICA

Automobili elettriche o idrogeno

Motori ad alta efficienza

Impianti Industrie a basso impatto energetico

Case a basso impatto energetico

Uomo

tecnologico

Uso di risorse

Consumo di energia

Riciclo

Riutilizzo

Stile di vita

Dispositivi Lampade a basso consumo

Illuminazione a LED

SOSTENIBILE

CHI O CHE COSA?

SVILUPPO UMANO

PER CHI O CHE COSA?

AMBIENTE NATURALE • Conservazione della biodiversità • Cambiamento climatico • Energia da fonti rinnovabili e riduzione delle

emissioni di CO2 • Riciclo e gestione sostenibile dei rifiuti • Stile di vita e impatto sull’ambiente: consumi,

mobilità sostenibile • Produzione sostenibile: bio-prodotti, OGM,

nuova politica dell’agricoltura, prodotti Km zero, gestione dell’acqua

“Lo sviluppo sostenibile è quello sviluppo che consente alla generazione presente di soddisfare i proprio bisogni senza compromettere la capacità delle future generazioni di soddisfare i loro bisogni”. (Commissione Mondiale per l’Ambiente e lo Sviluppo, nota anche come Commissione Brundtland, 1987)

IL CONCETTO DI SOSTENIBILITÀ

“Noi non ereditiamo la terra dai nostri padri. La prendiamo in prestito dai nostri figli”. (saggezza delle popolazioni indigene d'America)

EQUA DISTRIBUZIONE DI RISORSE

CHI O CHE COSA?

Energetiche

Materie prime

e non solo ……

Acqua potabile

Costruire alternative

per generare speranza

Dal basso mediante la

società civile organizzata.

L'organizzazione è anticipare il futuro.

La grande speranza siamo noi: da

consumatori a consumATTORI,

cioè Cittadini Attivi e Responsabili.

PENSIAMOCI…………..

ALTRIMENTI ALTRI LO FARANNO PER NOI!

24

I report dell’IPCC sono il risultato di un

ampio lavoro svolto da scienziati di tutto il

mondo

16 capitoli

235 Autori

900 revisori

Più di 2.000 pagine

Quasi 10.000 referenze

Più di 38.000 commenti

Le FER e i cambiamenti climatici

http://www.ipcc.ch/

25

Emissioni totali di gas serra da attività umane per anno e per gruppo di gas (1970-2010)

+1,3%/anno

1970-2000

+2,2%/anno

2000-2010

IPCC, 2014

Le FER e i cambiamenti climatici

Il DLgs. 28 marzo 2011 n° 28 impone le seguenti definizioni:

Art. 2

1. Ai fini del presente decreto legislativo si applicano le definizioni della direttiva

2003/54/CE del Parlamento Europeo e del Consiglio del 26 Giugno 2003. Si

applicano inoltre le seguenti definizioni:

«energia da fonti rinnovabili»: energia proveniente da fonti rinnovabili non fossili,

vale a dire energia eolica, solare, aerotermica, geotermica, idrotermica e

oceanica, idraulica, biomassa, gas di discarica, gas residuati dai processi di

depurazione e biogas;

a)«energia eolica»: energia meccanica del vento da convertire in energia elettrica

mediante aerogeneratori;

b)«energia solare»: energia radiante del sole convertita in energia elettrica

mediante i pannelli fotovoltaici ed energia termica mediante i pannelli termici,

oppure solare termodinamico, o a concentrazione, che converte l’energia termica

del sole in energia elettrica con processo simile al termoelettrico (CSP);

c)«energia aerotermica»: energia accumulata nell'aria ambiente sotto forma di

calore. Si può ottenere energia termica mediante i pannelli aerotermici o

attraverso le pompe di calore;

d)«energia geotermica»: energia immagazzinata sotto forma di calore nella crosta

terrestre. Si può ottenere energia elettrica con il vapore d’acqua, come le centrali

termoelettriche, oppure energia termica con le pompe di calore;

FER : Fonti di Energia Rinnovabile


Art. 2








e) «energia idrotermica»: energia immagazzinata nelle acque superficiali sotto

forma di calore. Si può ottenere energia elettrica, mediante un processo simile

al termoelettrico,;

f) «energia oceanica»: energia immagazzinata nelle acque marine sotto forma di

energia cinetica. Si può ottenere energia elettrica con impianti simili alle

centrali idroelettriche;

g) «energia da biomassa»: energia chimica convertita in termica proveniente la

frazione biodegradabile dei prodotti, rifiuti e residui di origine biologica

provenienti dall'agricoltura (comprendente sostanze vegetali e animali), dalla

silvicoltura e dalle industrie connesse, comprese la pesca e l'acquacoltura, gli

sfalci e le potature provenienti dal verde pubblico e privato, nonché la parte

biodegradabile dei rifiuti industriali e urbani;

h) «energia idraulica»: energia meccanica dell’acqua (accumulo in bacini in quota

o fluente attraverso fiumi, canali) da convertire in energia elettrica nelle centrali

idroelettriche


Art. 2








i)«energia da gas di discarica»: energia proveniente da biogas prodotto nelle

discariche dalla digestione dei rifiuti. Si può produrre energia elettrica o meglio

cogenerazione (calore ed energia elettrica).

j)«energia da gas residuati dai processi di depurazione»: energia proveniente da

biogas prodotto per fermentazione anaerobica dei fanghi di depurazione. Si può

produrre energia elettrica o meglio cogenerazione (calore ed energia elettrica).

k)«energia da biogas»: energia proveniente da gas ottenuti dalla fermentazione

delle deiezioni provenienti da allevamenti (bovini, suini, pollame, ...), rifiuti vegetali

ed altri residui di origine biologica. Si può produrre energia elettrica o meglio

cogenerazione (calore ed energia elettrica).


Art. 2








l)Alla voce biomassa troviamo anche i seguenti prodotti da cui possiamo ottenere

la trasformazione dell’energia chimica in energia termica:

Biocarburanti: carburanti liquidi o gassosi per i trasporti ricavati dalla

biomassa;

Bioliquidi: combustibili liquidi per scopi energetici diversi dal trasporto,

compresi l’elettricità, il riscaldamento ed il raffreddamento

Biogas: “gas costituito prevalentemente da metano e

da anidride carbonica prodotto mediante digestione

anaerobica della biomassa”

https://www.arpa.veneto.it/temi-ambientali/energia/le-fonti-energetiche-rinnovabili-1/biogas

30

POTENZIALE MONDIALE DI ENERGIA RINNOVABILE

ENERGIA EOLICA BIOMASSE

ENERGIA IDROELETTRICA ENERGIA SOLARE

Milioni di Tonnellate di Petrolio Equivalente (Mtep)

500 250

100

50

10

31

quale disponibilità

2.100 h

2.400 h

2.600 h

ore in un anno

8760

35

Quanta energia elettrica serve in Italia? E

NE

RG

IA E

LE

TT

RIC

A

ORE DEL GIORNO

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020

Andamento annuo del consumo di Energia in Italia (Mtep)

Consumi italiani per fonte primaria 2016 (Mtep)

Carbone: 11,78

Gas Naturale: 58,08

Petrolio: 57,81

Rinnovabili: 33,21

Energia Elettrica: 8,15

TOTALE: 169

6,97%

34,36%

34,20%

19,65%

4,82%

Consumi italiani per fonte primaria 2016 (Mtep)

TOTALE: 169

(4418)

6,97%

34,36%

34,20%

19,65%

4,82%

Carbone

Gas Naturale

Petrolio

Rinnovabili

Energia elettrica

33,21

8,15 11,78

58,08

57,81

FER in Italia e tecnologie impiantistiche - EE

18,5%

48,5%

12,6% 4,9%

5,1%

6,8%

3,6%15,5%

Solar energy

Hydro power

Wind power

Geothermal energy

Bioenergy

Solid biomass (wood & other)Biogas from agricultural sourcesLiquid biofuels

Contributo di ciascuna FER alla produzione di energia elettrica in % (2014)


Proposta inviata il 20 marzo 2019 dal Governo italiano alla

Comissione Europea: il PNIEC

Piano Nazionale Integrato Energia e Clima per il decennio 2021-

2030

Punti salienti del PNIEC :

FER al 30% dei consumi nazionali (adesso siamo intorno al 20%)

con la seguente suddivisione per settore:

55,4% del consumo elettrico

33% del consumo termico

21,6% del consumo nei trasporti

Riduzione dei consumi annui a 132 Mtep

Introduzione della VAS: valutazione ambientale strategica per la

valutuazione dell’impatto ambientale del piano nel 2019

Puntare sulla generazione distribuita.

Centrali a biomassa

In ingegneria energetica una centrale a biomasse è una tipologia di centrale elettrica che utilizza l'energia rinnovabile ricavabile dalle biomasse estraendola attraverso diverse tecniche: l'energia può essere ottenuta sia per combustione diretta delle biomasse, mediante particolari procedimenti tendenti a migliorare l'efficienza, sia mediante pirolisi, sia mediante estrazione di gas di sintesi (syngas) tramite gassificazione. Il termine biomassa definisce qualsiasi materia organica (cioè derivata dal processo di fotosintesi clorofilliana) con esclusione dei combustibili fossili e delle plastiche di origine petrolchimica. Questa definizione raggruppa una varietà estremamente eterogenea di materiali: può trattarsi, ad esempio, di cascami dell'industria, di residui di lavorazioni agricole e forestali, di legname da ardere, di scarti dell'industria agroalimentare, di sterco e reflui degli allevamenti, di oli vegetali, rifiuti urbani, ma anche specie vegetali coltivate allo scopo, come il pioppo, il miscanto, o altre essenze e specie a crescita rapida e di facile coltivazione, adatte allo scopo.

Centrali a biomassa

Concentrazioni del carbonio in atmosfera Per quanto riguarda le implicazioni ambientali, quella prodotta dalle biomasse è un'energia rinnovabile. Uno dei vantaggi di questa modalità di produzione dell'energia elettrica è che essa si basa sull'utilizzo di scarti agricoli, industriali e urbani, anziché sull'uso di derivati del petrolio. L'utilizzo energetico di biomasse ha un effetto positivo sull'ambiente, poiché il carbonio contenuto nella biomassa fa parte del ciclo naturale del carbonio e non incrementa, a lungo termine, la concentrazione di anidride carbonica nell'atmosfera, a differenza del consumo di combustibili fossili e derivati, come olio combustibile, carbon fossile o gas naturale, normalmente impiegati nelle centrali termoelettriche. Per questo motivo, l'energia da biomasse risolve «...in modo brillante il problema dell'aumento di CO2 nell'atmosfera», con riflessi positivi sul contenimento della porzione di riscaldamento globale per effetto serra attribuibile ai gas serra sprigionati dall'uso di combustibili fossili.

Vantaggi

Centrali a biomassa

L'energia da biomasse ha risolto due dei fondamentali problemi che affliggono altre forme di energia rinnovabile, come quella solare e quella eolica: la difficoltà di stoccaggio e la discontinuità nell'erogazione: •Stoccaggio dell'energia: il risultato può essere agevolmente raggiunto mediante il semplice stoccaggio del combustibile, in maniera analoga a quanto avviene con i combustibili fossili. •Continuità di erogazione: l'energia da biomasse è regolabile a piacimento e può essere interrotta in ogni momento, al pari delle energie da fonti fossili. •Semplicità tecnologica e riduzione dei costi: rispetto ad altri impianti a energie rinnovabili (idroelettrico, solare termico, impianto fotovoltaico, eolico, geotermoelettrico), le centrali a biomasse necessitano di tecnologie poco sofisticate e di più agevole reperibilità, accessibili anche a paesi a basso sviluppo tecnologico. Inoltre, e anche per questo motivo, la messa in opera di impianti di tale tipo richiede investimenti di dimensioni piuttosto ridotte rispetto ad altri delle fonti rinnovabili citate.

Vantaggi

Centrali a biomassa

Efficienza ed emissioni. La generazione di energia da biomasse può raggiungere un'efficienza molto alta, con valori che dipendono dalla tecnologia di combustione utilizzata: essa raggiunge il 90% con la cosiddetta "tecnica a letto fluido", sviluppata, in origine (anni sessanta del Novecento), per una più efficace combustione del carbone, e riadattata per le biomasse. L'efficienza può essere ulteriormente migliorata sfruttando una delle qualità delle centrali a biomasse: la continuità di erogazione di energia. Questa infatti favorisce un ulteriore vantaggio, la possibilità di usare le centrali per la cogenerazione di energia termica da destinare al teleriscaldamento di ambienti domestici (si tratta dello sfruttamento del calore generato durante il processo, che altrimenti andrebbe disperso: questa possibilità è sfruttata ad esempio nel 60% delle centrali installate in Italia, secondo dati disponibili al 2006). Tale vantaggio (cogenerazione energia e calore per uso di riscaldamento domestico) tuttavia vale anche per le centrali funzionanti a combustibili fossili.

Vantaggi

Centrali a biomassa

Efficienza ed emissioni. Al pari di ogni processo di combustione, quello che avviene nelle centrali a biomasse introduce fattori di inquinamento nell'aria: monossido di carbonio, NOx, composti organici volatili (COV), particolati e altri inquinanti. Tali effetti sono tuttavia fortemente ridimensionati (tra l'85 e il 90%) dalle tecnologie ad alta efficienza utilizzate nella combustione, idonee a prevenire e a ridurre sostanzialmente le emissioni indesiderate, grazie soprattutto a un basso eccesso d'aria (tra il 15 e il 20%) e alla temperatura di combustione di circa 850 °C. Inoltre, dalle emissioni derivanti dalla

combustione del legno e degli scarti legnosi sono praticamente assenti due importanti inquinanti atmosferici, lo zolfo e gli idrocarburi policiclici aromatici. Solo nel caso di impianti non dotati di tecnologie idonee, le emissioni di inquinanti in atmosfera potrebbero attestarsi su livelli superiori rispetto alla produzione di energia elettrica con l'utilizzo dei combustibili fossili: carbone, gas naturale o petrolio.

Vantaggi

Centrali a biomassa

Approvvigionamento. Uno dei pregi delle centrali da biomasse è costituito dalla possibilità di rivolgersi a materie prime e a risorse di scarto comunemente disponibili in ogni territorio a livello globale, senza dover far affidamento su coltivazioni specializzate e senza sottrarre quindi estensioni utili all'agricoltura di base, potendo avvantaggiarsi invece dell'uso di terreni incolti o di superfici agrarie di scarso valore produttivo. Ad esempio, uno studio del 1997 ha stimato, per il sistema industriale italiano, una potenzialità produttiva di biomasse di scarto in circa 65 milioni di tonnellate per anno.

Vantaggi

Centrali a biomassa

Approvvigionamento. Le tipologie di biomasse considerate nella stima di questo volume di produzione sono tali da non sottrarre terreni all'agricoltura: biomasse da boschi (esclusa la legna da ardere), biomasse da residui agricoli (come la paglia) e da scarti agro-industriali, residui arborei (potature), coltivazioni in set-aside (terreni fertili lasciati incolti) e in terreni marginali. A queste quantità va poi aggiunto il volume annuo delle deiezioni animali, stimate in circa 130 milioni di tonnellate. L'impatto ecologico dell'approvvigionamento di combustibile destinato a una centrale a biomasse dev'essere valutato in rapporto alla lunghezza della filiera di approvvigionamento e alla disponibilità in loco di materia prima. È possibile, peraltro, anche servirsi di piantagioni apposite, gestite secondo criteri forestali responsabili e sostenibili, con la coltivazione di alberi a crescita rapida e politiche di Short Rotation Forestry.

Vantaggi

Centrali a biomassa

Rete elettrica. Al pari di altri impianti di piccole dimensioni dispersi in vari punti del territorio (eolico, microeolico, solare, idroelettrico e microidroelettrico, energia mareomotrice), la produzione di energie attraverso centrali a biomasse, in genere di taglia molto ridotta rispetto alle tradizionali centrali industriali, contribuisce alla graduale creazione di un'architettura infrastrutturale di generazione distribuita dell'energia elettrica basata sulle cosiddette smart grid ("griglia intelligente"). La progressiva transizione verso un'architettura di rete del genere è perseguita dalle linee guida della politica energetica dell'Unione europea, descritte (all'interno dell'iniziativa Framework Programmes for Research and Technological Development) nella Smart Grid European Technology Platform, che prevedono l'abbandono del tradizionale paradigma del "controllo centralizzato e del flusso unidirezionale", in funzione dell'implementazione e sviluppo di una rete infrastrutturale intelligente attraversata da flussi omnidirezionali di energia attraverso i nodi di una griglia che integra, al suo interno, produzione, flussi energetici, sistema informativo e sistema di controllo, in modo da ottimizzare gestione e controllo, e ottenere una maggior sicurezza, ed evitare criticità e black-out.

Vantaggi

Centrali a biomassa

Rispetto a quelli fossili, i combustibili da biomasse hanno un basso potere calorifico specifico (bassa densità energetica). Ad esempio, con riferimento alla sostanza secca, il potere calorifico specifico si aggira intorno a 4500 kcal/kg per la bagassa, a 4200 per il pioppo e il salice, a circa 4100 per la paglia e per gli scarti del legno, e a solo 2500 per i rifiuti solidi urbani. Questi dati vanno confrontati con il potere calorifico più che doppio che sono in grado di esprimere le fonti fossili: ben 10000 kcal/kg per il petrolio e 12000 per il gas naturale. Inoltre, le biomasse si segnalano per un alto tasso di umidità residua (dal 30 al 50% in peso), che comporta la necessità di trattamenti preliminari di essiccazione e densificazione prima dell'avvio a processi di combustione, pirolisi, o gassificazione.

Svantaggi

Centrali a biomassa

Questo forte divario sulla quantità di calorie generabili per unità di peso (e di volume), rispetto ai tradizionali combustibili fossili, si riflette in modo negativo se si operano confronti a parità di calorie prodotte per l'utilizzo finale: •occupazione di spazio per lo stoccaggio in tutte le fasi: lo spazio necessario a stoccare il combustibile a biomasse è molto superiore a quello necessario per i combustibili tradizionali (per questi addirittura inesistente se ci si riferisce al gas naturale, fornito da metanodotti); •i costi di trasporto sono decisamente superiori a causa del maggior volume necessario ai mezzi di trasporto (autoveicoli industriali) •l'inquinamento prodotto dalla combustione di gasolio da autotrazione è molto superiore per il trasporto di biomasse che per quello dei combustibili fossili;

Svantaggi

Centrali a biomassa

Questo forte divario sulla quantità di calorie generabili per unità di peso (e di volume), rispetto ai tradizionali combustibili fossili, si riflette in modo negativo se si operano confronti a parità di calorie prodotte per l'utilizzo finale: •la raccolta del combustibile comporta una serie di fasi che richiedono dispendio di energia irrecuperabile, in particolare per la produzione di cippato dai boschi: taglio sulla/della pianta, trasporto degli sfalci, trasformazione degli sfalci, o comunque dei sottoprodotti in legno, in pezzature di dimensioni idonee alla combustione (effettuata mediante macchinari che consumano energia); sono inoltre da tenere presenti gli aspetti dell'inquinamento dovuti ai trasporti delle parti nelle varie fasi intermedie del ciclo pianta-pezzature combustibili, prima del trasporto finale alla centrale termica di utilizzo finale (tale aspetto varia a seconda dei vari tipi di biomassa utilizzati). Tale svantaggio, per i paesi privi o quasi di risorse fossili, riguarda, naturalmente, il confronto rispetto ai combustibili fossili così come essi arrivano ai punti di raccolta (porti, oleo/metanodotti). Va tenuto conto, però, che anche per i combustibili fossili esiste un analogo irrecuperabile dispendio di energia dovuto all'estrazione nei luoghi di produzione e al trasporto fino ai luoghi di consumo.

Svantaggi

Centrali a biomassa

Su larga scala, l'uso di terreni agricoli per estese coltivazioni dedicate alla produzione di biomassa può sortire l'effetto di sottrarre terreno all'agricoltura e quindi alle produzioni di valore alimentare. Al contempo, l'eventuale uso massiccio di biomasse (per es. alberi) ridurrebbe la capacità delle foreste di catturare e sequestrare la CO2 (l'anidride carbonica). Quest'ultimo problema, peraltro, può essere risolto con opportune politiche forestali e silvicolturali, attingendo da piantagioni di alberi a crescita rapida (come il pioppo) gestite mediante Short Rotation Forestry, o mediante accorte politiche sostenibili di gestione delle foreste.

Svantaggi

Schema centrale elettrica a biomassa

Biogas

I biogas sono una miscela di vari tipi di gas, composti principalmente da metano, prodotti dalla fermentazione batterica in anaerobiosi (assenza di ossigeno) dei residui organici provenienti da residui vegetali o animali. I residui utili possono avere più origini: scarti dell'agroindustria (trinciato di mais, sorgo o altre colture), dell'industria alimentare (farine di scarto o prodotti scaduti), dell'industria zootecnica (reflui degli animali o carcasse); si possono utilizzare anche colture appositamente coltivate allo scopo di essere raccolte e trinciate per produrre "biomassa", come mais, sorgo zuccherino, grano, canna comune, bietole; attualmente sono in corso delle ricerche per l'utilizzo di alghe. L'intero processo vede la decomposizione del materiale organico da parte di alcuni tipi di batteri, producendo anidride carbonica, idrogeno e metano (metanizzazione dei composti organici).

Biogas

Il biogas si forma spontaneamente dalla fermentazione di materia organica. Le discariche di rifiuti urbani possono diventarne grandi produttori, visto che normalmente il 30–40% del rifiuto è appunto materiale organico, altre fonti principali potrebbero essere l'industria agricola o zootecnica; tale gas per essere utilizzabile ed ottenere un valore economico, prima deve essere captato ed accumulato in apposite strutture evitandone la dispersione nell'ambiente, per essere in seguito bruciato per produrre calore ed energia elettrica. A titolo di esempio, da una discarica di circa 1 000 000 metri cubi che cresce di 60 000 m³ l'anno, si possono estrarre quasi 5,5 milioni di metri cubi di biogas l'anno (oltre 600 m³ ogni ora)

Biogas

Sono state sviluppate tecnologie ed impianti specifici che, tramite l'utilizzo di batteri in appositi "fermentatori" chiusi (da non confondere con gassificatori che invece producono gas mediante la combustione), sono in grado di estrarre grandi quantità di biogas dai rifiuti organici urbani (preferibilmente da raccolte differenziate) e dal letame prodotto dagli allevamenti intensivi, o anche dai fanghi di depurazione e dai residui dell'agro-industria.

Biogas Gli impianti di biogas idonei al trattamento di matrici prevalentemente solide sono chiamati "a secco", perché non hanno bisogno di liquami per il loro funzionamento. In questo caso l'acqua necessaria al processo è legata all'umidità del materiale utilizzato per alimentare l'impianto. Il gas prodotto in questo processo (biogas) può essere utilizzato per la combustione in caldaie da riscaldamento o per produrre energia elettrica e/o calore; il biogas è formato prevalentemente da metano, pertanto con un necessario processo di depurazione e separazione di altri componenti (per esempio, anidride carbonica e zolfo), può essere usato come biometano per autotrazione (auto e veicoli a metano). Quest'ultima applicazione ha trovato buon successo in Paesi dell'Europa centrale e settentrionale quali Svizzera, Germania, Svezia ecc., e in via sperimentale anche in Italia, costituendo una delle più concrete promesse nel campo della mobilità eco-sostenibile. Esistono varie tipologie di impianti di produzione di biogas indirizzati a trattare matrici organiche differenti, liquide o solide. Caratteristiche principali di un impianto sono il sistema di miscelazione matrici all'interno del fermentatore/digestore, il caricatore di matrici solide così come il sistema di filtrazione del biogas prodotto.

Biogas

La produzione di biogas si articola nelle seguenti fasi: •Fase aerobica transitoria, che avviene grazie alla presenza di ossigeno: comporta un aumento della mineralizzazione delle sostanze organiche, con produzione di anidride carbonica ed acqua. È costituita da una rapida degradazione dei rifiuti che si compie in un periodo variabile da alcune ore a qualche giorno in funzione della profondità degli strati e del loro grado di compattazione;

•Fase anaerobica: suddivisa in una prima fase acida ed in una seconda metanigena che subentra una volta esaurito l'ossigeno presente, è una trasformazione più lenta e incompleta, che produce anidride carbonica e metano.

Biogas

Dal punto di vista impiantistico un sistema per la produzione di biogas, nel caso di depurazione di reflui in loco, è costituito da: •Serbatoio in cui viene depositata la biomassa e periodicamente aggiunta quella fresca; per aumentare la percentuale di umidità della sostanza organica di partenza si aggiunge solitamente un minimo d'acqua; •Dispositivo di regolazione della portata, che consente al refluo di entrare per gravità nell'impianto; •Miscelatore, necessario per garantire una certa omogeneità del liquame ed evitare il formarsi di eventuali sedimenti. •Digestore anaerobico, ermeticamente chiuso e coibentato, in cui il liquame precipita nella parte inferiore, mentre il biogas gorgoglia verso la parte superiore del digestore; •Recipiente esterno dove viene convogliato il liquame digerito; •Serbatoio finale di stoccaggio. Nel caso della discarica, si può operare un'impermeabilizzazione dei cumuli di rifiuti, trasformando in pratica la discarica in un contenitore di accumulo del biogas, al cui interno avviene la decomposizione della frazione organica contenuta nei rifiuti.

Biogas

L'impianto di valorizzazione energetica (combustione per ricavare energia) del biogas da discarica risulta costituito dalle seguenti sezioni: •Sezione di estrazione. I primi elementi sono i pozzi di captazione del biogas. Un pozzo è composto da elementi di captazione verticali, ovvero sonde in PEHD microfessurate introdotte nella massa dei rifiuti, e da tubazioni in acciaio di chiusura, dette "teste di pozzo". Essi hanno diametro e profondità che varia in funzione delle caratteristiche della discarica. Il biogas estratto dai pozzi è convogliato poi verso le sottostazioni di regolazione e di raccolta. Ogni sottostazione è collegata, tramite tubazione, con la sezione di aspirazione e controllo. •Sezione di aspirazione e controllo. L'aspirazione ha lo scopo di far lavorare in depressione tutta la rete di captazione del biogas e di fornire contemporaneamente la pressione necessaria al biogas per alimentare i gruppi elettrogeni e/o le torce. In questa sezione è presente un sistema di analisi e controllo del biogas, che permette di analizzare in continuo il contenuto di metano e di ossigeno lungo i pozzi e lungo le linee di trasporto.

Biogas

L'impianto di valorizzazione energetica (combustione per ricavare energia) del biogas da discarica risulta costituito dalle seguenti sezioni: •Sezione di produzione di energia. L'impianto di produzione di energia elettrica è costituito da gruppi elettrogeni (motori a combustione interna) e da trasformatori BT/MT. Il gas aspirato è inviato, in lieve pressione, ai motori. I motori sono accoppiati a generatori sincroni trifase. L'energia elettrica prodotta in bassa tensione è elevata in media tensione mediante le apparecchiature di trasformazione-elevazione, e veicolata alla rete di distribuzione. •Torcia ad alta temperatura. La torcia ad alta temperatura costituisce un dispositivo di cui ogni discarica deve essere dotata per bruciare il biogas prodotto (evita la formazione di diossine). In particolare, essa viene attivata nel caso in cui la portata di biogas estratto dalla discarica sia superiore al fabbisogno energetico massimo dei gruppi di generazione, o in caso di mancato funzionamento dei gruppi elettrogeni.

Biogas

La CO2 prodotta dalla combustione del metano così ricavato permette di pareggiare il bilancio dell'anidride carbonica emessa in atmosfera: infatti la CO2 emessa dalla combustione del biogas è la stessa CO2 fissata dalle piante (o assunta dagli animali in maniera indiretta tramite le piante), al contrario di quanto avviene per la CO2 emessa ex novo dalla combustione dei carburanti fossili. Ulteriore vantaggio ecologico nell'utilizzo del biogas, è quello di impedire la diffusione nella troposfera del metano emesso naturalmente durante la decomposizione di carcasse e vegetali: il metano è infatti uno dei gas-serra più potenti ed è quindi auspicabile la sua degradazione in CO2 e acqua per combustione. L'emissione di 1 kg di CH4, in un orizzonte temporale di 100 anni, equivale ad emettere 25 kg di CO2(IPCC 2007).

Vantaggi

Biogas

Tuttavia il biogas ha molte controindicazioni. Se si escludono le centrali che sfruttano il biogas prodotto dalla decomposizione di prodotti organici delle discariche, molte centrali a biogas usano liquami animali combinati con vegetali (nel rapporto di 1:3), poiché la resa del biogas si ottimizza mescolando più tipologie di prodotti organici. Primo fra tutti, quindi, per questo tipo di centrali (il più diffuso), c'è il problema della materia prima. Infatti, per alimentare una centrale da 1 MW usando solamente prodotti appositamente coltivati occorrono circa 300 ha di terreno a disposizione. Pertanto, se ciò venisse effettuato su grande scala per molte migliaia di ettari su terreni agricoli di pregio già utilizzati per l'alimentazione umana o animale, si sottrarrebbe terreno alla produzione di derrate alimentari. È pertanto fondamentale regolamentare la percentuale e la tipologia di superficie nazionale coltivabile a biomasse, per mantenere un equilibrio fra colture dedicate all'alimentazione umana o animale e colture dedicate alla produzione di energia.

Svantaggi

Biogas

Gli ultimi anni sono stati però caratterizzati da un progressivo abbandono dei terreni a causa della scarsa redditività dell'agricoltura e dalla concorrenza dei paesi esteri. La sostituzione di colture a basso reddito con il mais da biomassa ha permesso a molte aziende di sopravvivere a questo momento di crisi. Questo pone però il problema della conversione di territorio agricolo a fine alimentare in territorio agricolo a fine energetico. In questi casi, poiché i vegetali necessari per la fermentazione non sono destinati all'alimentazione umana e poiché quello che conta è la resa, i terreni coltivati vengono irrorati con dosi massicce di fertilizzanti e di pesticidi, inquinando il terreno stesso e le falde acquifere sottostanti. Un altro problema è legato ai cattivi odori emessi dalla fermentazione dei vegetali e/o dal liquame associato. Il problema è risolvibile mediante una corretta gestione dell'impianto, infatti le vasche per lavorare devono essere completamente sigillate. Molte di queste centrali, in genere per sfruttare il calore in eccesso in una rete di teleriscaldamento, stanno sorgendo lontano dalle zone di produzione del liquame e vicino alle abitazioni con conseguente pesante disagio per le popolazioni.

Svantaggi

Biogas

Progetto ENERGIA 2018-19: Energie Rinnovabili Energia per ...

Documents

Transcript of Progetto ENERGIA 2018-19: Energie Rinnovabili Energia per ...