Biomasse

Un nuovo fattore di impatti sulla salute e l'ambiente

Michele Corti

?

ALTRE EMERGENZE

● Velocità di estinzione di specie animali e vegetali 1000 volte più della norma di lunghi periodi di vita sulla Terra;

● Accumulo di sostanze organiche tossiche persistenti da combustioni e da sintesi chimiche;

● Patologie negli esseri viventi e danno epigenetico;

● Saturazione dei meccanismi di detossificazione naturale

BIOMASSE

… 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, nonché la parte biodegradabile dei rifiuti industriali e urbani

( Direttiva Europea 2009/28/CE

Costi energetici (e CO2)

● Cippatura = 1,5-2% dell'energia del cippato● Trasporto terrestre (a/r) = ogni 100 km = 2,9%● Trasporto cargo navale (a/r) = ogni 1000 km =

1,9%

● Es. 250 km strada + 9.000 km mare = costo > 42%

● 500 km strada = 14,5%

BIOMASSE E BIOCOMBUSTIBILI

Nelle centrali a biomasse viene prodotta energia elettrica e/o termica attraverso combustione in loco

Negli impianti di produzione di biocombustibili (bioetanolo, biodisel, biometano, bioidrogeno) la combustione avviene altrove

Energia da BIOMASSE

CENTRALI A BIOMASSE

BIOCOMBUSTIBILI

BIOGAS

BIOMASSE

OLI E GRASSI

OLI E GRASSI

OLI E GRASSI

BIOGAS SOLIDE

BIOGAS

BIOGAS

La dimensione delle centrali a biogas è limitata dal gruppo motore. Si utilizzano motori da 24 cilindri che arrivano a potenze di 1,5MW. Possono essere affiancati più motori. Anche la dimensione dei digestori ha dei limiti e gli impianti più grandi sono sotituiti da batterie di digestori

Potenze da 50 kW a qualche MW

Biomassa a cippato

Le centrali a biomassa solida (legno) possono essere di potenza molto variabile (da 100 kW a 50 MW)

Nel mondo si arriva a centrali sa 1 GW (sul mare e vicino ai porti di aree geografiche con disponibilità di legname)

Caldaia a cippato

FUMI MOTORI

BIOMASSE

FUMI(caldaie o motori)

BIOGAS

CENERI

Digestati

Perdite gas e emissioni stoccaggi H2S, COV, NO2

Spore fungine

BIOMASSE SOLIDE E LIQUIDE

● impianti con forno di combustione della biomassa solida + caldaia che alimenta turbina a vapore accoppiata ad un generatore;

● impianti con turbina a gas alimentata dal syngas da biomasse in ciclo semplice o combinato con turbina a vapore;

● impianti, alimentati da biomasse liquide (oli vegetali, biodiesel), costituiti da motori accoppiati a generatori (gruppi elettrogeni).

Sostanza organica

Batteri idrolitici fermentativi

(Acidi grassi, alcoli, ecc.)

(carboidrati, proteine, lipidi)

Batteri cetogenici/ omoacetogeniciAcetato

Metanigeni acetoclastici

CH4 + CO2

Metanigeni idrogenotrofi

H2 + CO2

CH4 + H20

Inquinante Salute Ambiente

Metalli pesanti Cancerogeni (polmone, vescica, rene, pelle), danni sistema nervosi, immunitario, pelle)

Si accumulano nel terreno, forme solubili in acqua

(PCDD) e (PCDF)

Interferenti endocrini, danni fertilità, sistema immunitatio, possibili cancerogeni (stomaco, linfomi, sarcomi)

Si accumulano nelle catene alimentari

formaldeide Irritante, sospetto cancerogeno Formazione ozono

COV Benzene cancerogeno, danni memoria, fegato, reni, sistema nervoso, respiratorio

Formazione ozono

Acidi (Hcl, HF) Irritanti pelle e vie respiratorie Danni agricoli e forestali da acidificazione

IPA Probabili cancerogeni, danni fertilità e polmoni

Si accumulano nel terreno e nei sedimenti

NO2 Irritante Formazione ozono, polveri secondarie, acidificazione

Inquinanti atmosferici da combustioni e conseguenza

Inquinante Impatto

Metalli pesanti Locale, regionale, globale

policlorodibenzo-p-diossine (PCDD) e dibenzofurani (PCDF)

Locale, regionale, globale

formaldeide Locale

COV Locale

Acidi (Hcl, HF) Locale, regionale, globale

IPA Locale, regionale, globale

Inquinanti atmosferici da combustioni e scala impatto

Emissioni annue con il caminodi una centrale a biogas da 999kW

(tonellate)

COV (composti organici) 4,8 di cui Formaldeide 2,9Ipa, diossine ecc. ?CO 15SO2 11

NOx 14HCl 0,35Polveri totali 0,35Polveri secondarie (derivate da NOx) 1,8

Biogas: aria più sporca

Potenza Emissioni NOx(tonnellate/anno)

Biogas Lombardia380 impianti

300MW 4000

Turbogas Mantova 800MW 1000

Calcolo per centrale da biogas 999kWh

Emissioni per energia prodotta

1 GJ = 280 kW

Emissioni (mg/kWh)

GASOLIO METANO CIPPATO

CO 10 150 250

SO2 350 200 20

NOx 350 150 350

Polveri 20 10 150

COV 5 2 10

Fonte: Ministero dell'ambiente austriaco

Media Lomb

Media TAA

Media TAA*

Media Lomb + TAA*

Guidebook Tier1 media

Guidebook Tier1 min

Guidebook Tier1 max

Inemar Priorità 1 novembre

2012

COT 13 7 7,4 11 7 2,4 22 3 NOx 143 290 290 225 211 60 420 79 CO 33 64 64 50 258 155 360 1.600 PTS 6,2 37 15 10,8 51 12 697 1,8

* solo sistemi avanzati di abbattimento polveri

Fattore di emissione

(g/GJ)

Enormi diversità

Tossicità relativa fumi da combustioni

Santa Caterina

TiranoE1 TiranoE2 Sondalo Coredo Tonadico Fondo Cavalese Predazzo

COT 9,1 28 5,7 11 10,0 12 0,07 NOx 35 377 71 87 497 389 200 205 160 CO 24 93 4,8 8,7 32 126 31 3,5 125 PTS 5,1 14 2,4 3,8 18 18 122 17 8,1

Fattore di emissione (g/GJ)

Fattori di emissione medi - impianti di teleriscaldamento a biomasse legnose

-

20

40

60

80

100

120

140

SantaCaterina

TiranoE1 TiranoE2 Sondalo Coredo Tonadico Fondo Cavalese Predazzo

g/G

J

PTS

Fattori di emissione medi - impianti di teleriscaldamento a biomasse legnose

-

100

200

300

400

500

600

SantaCaterina

TiranoE1TiranoE2Sondalo CoredoTonadico Fondo CavalesePredazzo

g/G

J

NOx

Sistemi filtri

● Multiciclone (più semplice ed economico)

● Filtro a maniche (sacchi cilindrici)

● Filtro elettrostatico (ionizzazione gas e cessione cariche elettriche a particelle e attrazione elettrodo di raccolta)

● Scrubber (colonna di lavaggio con liquido del flusso gassoso)

Il legno non è uguale

● Il cippato con maggior componente di corteccia detemina maggior impatto di emissioni inquinanti in ragione di umidità e contenuto di metalli pesanti;

● il cloro è a livelli modesti nel legno ma è significativo nel cippato da Eucalipto a rapido accerscimento;

● Sfalci e potature da aree urbane sono più inquinate con metalli pesanti;

● Se il legname non è vergine è probabile che vi siano maggior metalli pesanti in relazione ai trattamenti con prodotti antitarlo e protettivi

Elevata variabilità delle emissioni dalla combustione di biomasse

Emissioni di biomasse legnose

● Elevate emissioni da biomasse erbacee caratterizzate da più elevati contenuti di N, S, K, Cl e metalli pesanti rispetto al legno

● il cloro, come origine del cloruro di potassio (Kcl), causa corrosione e porta ad emissioni in atmosfera di acido cloridrico (HCl), diossine e furani;

● lo zolfo, come origine degli ossidi di zolfo (Sox) contribuisce alla formazione di emissioni nocive in atmosfera (acidificazione dell’atmosfera);

● i metalli pesanti, in genere causano problemi di emissioni di inquinanti in atmosfera, di formazione di aereosol e problemi di smaltimento delle ceneri.

Le perdite di gas dagli stoccaggi

● Dagli stoccaggi si perdono importanti quantità di CH4, NH3, NO2, H2S, COV

● Per una valutazione di impatto andrebbero considerate

● L’OMS nel 1996 ha definito la MCS come un disturbo acquisito con molteplici sintomi ricorrenti, associato a diversi fattori ambientali, tollerati dalla maggioranza della popolazione;

● La MCS si manifesta in seguito all’esposizione asostanze chimiche (solventi, vernici, fumo di tabacco, detergenti, profumi) a concentrazioni molto basse, che non causano effetti avversi nella popolazione generale;

● I sintomi riferiti sono di tipo irritativo a carico delle vie aeree, dell’apparato visivo, dell’apparato gastroenterico,associati spesso a cefalea e a malessere generale (MC

Sindrome da sensibilità chimica multipla (MCS)

(o intolleranza ambientale idiopatica)

COT

Nel parametro COT sono compresi tutti gli inquinati derivanti dalla incompleta combustione del metano (formaldeide, idrocarburi, benzene). Il COT corrisponde alla somma totale di questi ma non è previsto uno specifico limite di ognuno di questi.

Limite COT impianti a biogas = 150 mg/Nmc

Compreso o escluso il metano?

La maggior parte delle ARPA dicono “escluso”

Il TAR Piemonte 1 e alcune Arpa dicono “incluso)

IPA, Formaldeide, acroleina

Idrocarburi policiclici aromatici e benzene Presenti, anche questi ma in quantità minore rispetto alla Formaldeide, per combustione incompleta del metano

Acroleina Deriva dalla combustione della cellulosa (13% delle aldeidi del fumo da combustione legnosa). E' l'irritante più potente

Formaldeide (composto altamente sospetto cancerogeno)

La formaldeide è il principale inquinante, fra i composti del carbonio, che si forma nei processi di combustione del metano (circa il 60%) in un motore a combustione interna per incompleta combustione del metano

Le perdite di biogas inquinano

● I progettisti ammettono perdite di biogas pari all'1%

● Nell'impianto di 1MW 40. 000 mc di biogas● Le emissioni di H2S annue sono pari a 0,2

tonnellate● Si tratta di composti maleodoranti e tossici

anche a basse concentrazioni

Cov nel biogas

mg/m3 Media Intervallo

Rifiuti (Forsu ecc.) 700 400-1200

Fanghi 200 120-400

Sottoprodotti alimentari 18 10-30

Arrhenius e Joansson (2012)

H2S puzzolente e nocivo

● L'idrogeno solforato è un gas che causa la tipica “puzza di uova marce”

● L'idrogeno solforato non è calcolato nelle emissioni perché nella combustione è ossidato a SO2 (e SO3)

● A basse concentrazioni l'idrogeno solforato è stato dimostrato causa di problemi cardiaci, respiratori, neurologici di apprendimento

H2S per tipo di biogas mg/mc Media

Forsu 100-900

Fanghi 1000-4000

Reflui zootecnici 3000-10000

Scarti agroalimentari 400

Rischi microbiologici

Contaminazione veicolata dai digestati dei terreni e dei circuiti alimentari

Un rischio tanto più elevato quanto più gli scarti da avviare al digestore “raccolgono” un vasto bacino di aziende con coltivazioni e allevamenti

Nei digestati si trovano Salmonella ssp., Lysteria monocytogenes, Escherichia coli

Ma ci possono essere Clostridi

Shigella (se da fanghi di depurazione)

Molltiplicazione rischi

Inquinamento delle acqueColiformi beta galattosidasi positiviClostridium perfringens

89 milioni Ufc/ 100 ml

Escherichia coli beta glucoronidasi positivi

63 milioni Ufc /100 ml

Enterococchi intestinali 33.000 Ufc/ 100 ml

Clostridium perfringens 23.000 Ufc/100 ml

Salponella ssp. assente

Episodio inquinamento Torrente Talla (Subbiano, Arezzo) 6 giugno 2013

Resistono alla digestione anaerobica

●Spore di Clostridi

●Spore di Bacilli

●Shigella (patogeno umano)

●Mycobacterium paratubercolosis?●

Categoria di tossici nei digestati

Riferimento bibliografico

diossina-simili Brändli et al., 2007; Engwall and Schnürer, 2002; Olsman et al., 2002, 2007)

Idrocarburi aromatici (PAH)

Angelidaki et al., 2000; Brändli et al., 2007a, 2007b

Policlorobifenili (PCB) e pesticidi

Brändli et al., 2007a, 2007b; Nilsson, 2000.

Paraffine clorurate Brändli et al., 2007c; Nilsson et al., 2001

Ftalati Angelidaki et al., 2000; Brändli et al., 2007c; Hartmann and Ahring, 2003; Nilsson et al., 2000.

Composti fenolici Angelidaki et al., 2000; Levén et al., 2006; Levén and Schnürer, 2005; Wu et al., 1999.

Incidente Cervignano d'Adda 2 settembre 12013

Incidenti biogas

Busonengo, Vercelli 6 ottobre 2013

Conclusioni

● Tra le tipologie di impianti a biomasse ve ne sono alcune con parametri di emissione ancora poco conosciuti, molto variabili, non sempre sotto controllo (efficienza sistemi abbattimento ma anche variabilità biomasse utilizzate)

● Nel caso di alcuni inquinanti le biomasse localmente ma non solo possono fornire un contributo significativo che non appare giustificato dai benefici in termini di riduzione di emissioni climalterantiù

● Gli aspetti da monitorare non riguardano solo le emissioni in atmosfera ma anche effetti da rumore, odori (COV), rischi microbiologici (inquinamento acque e catene alimentari)