Gioacchino NardinDipartimento di Energetica e Macchine

Università degli Studi di Udine

Le Filiere dell'Energia

Martedi’ 26 novembre 2010, Camera di Commercio di Trieste Io Convegno Tematico, “Le Biomasse”

FONDAZIONE INTERNAZIONALE TRIESTE PER IL PROGRESSO E LA LIBERTÀ DELLE SCIENZE

TRIESTE INTERNATIONAL FOUNDATION FOR SCIENTIFIC PROGRESS AND FREEDOM

Impianti a biomasse: aspetti strategici ed impiantistici

• Non vi è dubbio che la nostra epoca si deve confrontare con i limiti delle risorse su scala globale. L’attuale emergenza energetica ed ambientale costituisce una delle più rapide e dirompenti fasi di trasformazione a cui la Comunità umana è chiamata a confrontarsi, sia a livello globale che a livello locale.

• Evoluzione delle fonti tradizionali:

- alla fine dell’800 la nascita dell’era del petrolio,

- alla fine del 900 la piena maturità,

- alla fine del primo secolo del nuovo millennio la probabile fine

Nel 2008: quasi

150$/barile

PREMESSA

IL CONTESTO INTERNAZIONALE• Le problematiche attuali sono legate alle sfide della globalizzazione ed il

confronto con i paesi emergenti (Cina e India, ma anche dell’Est Europa); il controllo e la gestione dei giacimenti energetici ed i relativi approvvigionamenti sono il nuovo e più importante terreno di scontro della politica internazionale, di converso l’effetto serra ed il relativo cambiamento climatico richiedono politiche ambientali condivise a livello internazionale.

• In Italia: - dipendenza energetica

- approvvigionamento non certo (rigassificatori)- incapacità cronica di prendere decisioni importanti (TAV, rifiuti, impianti, ecc.)

• È necessario elaborare una nuova coscienza collettiva, una nuova classe dirigente con capacità interpretative, ideative e

SOPRATTUTTO progettuali.

Andamento di produzione e consumi di energia primaria - Italia

0

20

40

60

80

100

120

140

1990

1991

1992

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

Mte

p Consumi

Produzione

LO SCENARIO ATTUALE• Oggi lo scenario energetico è radicalmente cambiato in conseguenza

degli alti costi di fornitura, così come è cambiata la percezione dello scenario ambientale; oltre alla riduzione dei consumi è necessario affiancare la produzione di energie rinnovabili: si passa dall’attenzione ai consumi all’attenzione delle produzioni energetiche locali (e rinnovabili!).

• Alle logiche di costo della produzione agricola segue un suo trend legato ad aspetti commerciali specifici del settore, mentre il trend di crescita dei costi energetici è sicuramente fortemente crescente:questa divaricazione tra le due logiche dei costi porterà nel tempo a rendere sempre più conveniente l’utilizzo energetico delle colture agroindustriali!

• La globalizzazione del mercato deve avere come contrappeso sistemi economici territoriali che tendono a combinare le risorse tecniche ed intellettuali ai fabbisogni, al fine di realizzare “filiere corte” dove bisogni e produzione si accordino in sistemi tendenti all’autosufficienza.

• Il territorio chiede alla classe politica e al governo non solo di provvedere ai fabbisogni, ma anche quella di soddisfarli utilizzando la classe imprenditoriale e culturale locale, e le risorse del territorio, ovviamente, là dove possibile e opportuno.

LE FILIERE CORTE

• I benefici ottenuti dalla filiera corta, dunque, garantiscono vantaggi intrinseci nel territorio sia in termine di promozione delle risorse interne (tecniche ed intellettuali), sia in termini di riduzione degli attori esterni: questo si traduce nell’ “abbassamento” della soglia di convenienza che porta alla creazione di valore nella filiera virtuosa.

LE FILIERE CORTE

• Flussi energetici e flussi economico/sociali hanno diverse scale di valore!

• Il nostro sistema politico e amministrativo deve farsi carico di ambedue le facce della medaglia: bisogni e sistemi di copertura interna.

LE FILIERE CORTE

FLUSSO ECONOMICO/SOCIALEFLUSSO ENERGETICO

BENEFICIO ENERGETICO

ASSOLUTO

LIMITATO!

BENEFICI ECONOMICO-

SOCIALI PER IL TERRITORIO

ELEVATI!

• Esempi tipici di scarsa conoscenza del territorio: piano energetico regionale del FVG, ma anche i casi di Torviscosa, Portogruaro e dell’elettrodotto dall’Austria.

• Il territorio chiede ai nostri amministratori di non impostare piani territoriali generici, velleitariamente strategici perché non è questa la sua funzione: le strategie sono funzioni di condizioni al contorno che sono sovra regionali, ma le attività di progettazione devono svilupparsi “dal basso”!

LE FILIERE CORTE

• In questo contesto è opportuno recuperare le indicazioni della legge 10/91 è predisporre un Programma Provinciale sulle fonti rinnovabili inteso come bacino produttivo agro energetico industriale.

• Il Programma Provinciale attiva tutte le iniziative per realizzare il sistema tra gli operatori del sistema, ed in particolare con le parti più vitali e competenti dell’Università, al fine di rendere più palesi le “opportunità amiche”.

LO SCENARIO ATTUALE

Biomasse e sequestro di CO2

Rapporto fra l’anidride carbonica sequestrata e l’anidride carbonica rilasciata (rCO2)durante la produzione delle biomasse stesse

Biomassa rCO2

Erbacee annualiSorgo 9,3 – 17,4

Erbacee poliennaliMiscanto, canna comune 13,3 – 24,8

LegnosePioppo, robinia e salice 4,3 – 18,2

BiocarburantiBio-etanoloBio-diesel

1,0 – 1,71,2 – 1,7

Il progetto ‘ATON’

Alcune esperienze pratiche: l’impianto a bio-olio di Fagagna

Azienda di prodotti dolciari

Conservazione prodotti caseari

Essiccatoio

Costruenda zona

artigianale

Cabina di Trasformazion

e

STEP 1: costruzione di un impianto di produzione di energia elettrica alimentata ad olio di origine vegetale.

STEP 2: costruzione di una rete di teleriscalda-mento /teleraffrescamento per lo sfruttamento delle code termiche della centrale (raffreddamento motori e calore sensibile dei fumi).

STEP 3: organizzazione di una filiera agro-industriale per la produzione in loco del biolio.

Alcune esperienze pratiche: l’impianto a bio-olio di Fagagna

Il progetto completo

Alcune esperienze pratiche: impianto pilota di combustione

della pollina

Problemi: rilevante contenuto di azoto (4-12 %), alto contenuto di cenere e bassa temperatura di fusione delle medesime

Che cos’è? Deiezioni del pollame e dalla lettiera in paglia o truciolo

Caratteristiche energetiche: Potere calorifico inferiore

Soluzione brevettata: griglie a gradini mobili con recupero aria calda iniettata direttamente sotto griglia (Carico termico volumico: +10%)

La sezione di trasformazione termochimicaLa sezione di trasformazione termochimicaCeneri della pollina hanno una bassa temperatura di fusione

ACQUAARIA

ARIA

BAROTTO MOBILE

Perché è esploso l’utilizzo di biomasse al fine Perché è esploso l’utilizzo di biomasse al fine energetico?energetico?

Aspetti tecnici

Aspetti ambientali

Aspetti economici

Perché è esploso l’utilizzo di biomasse al fine Perché è esploso l’utilizzo di biomasse al fine energetico?energetico?

• Aspetti ambientali:– Le temperature di combustione sono di norma inferiori a quelle dei

combustibili tradizionali è inferiore la produzione di NOx termici.

– Le biomasse, di norma, non contengono zolfo non producono ossidi di zolfo e la successiva formazione di acido solforico (piogge acide).

Per emissioni gassose primarie si intendono le emissioni dal camino. Gli inquinanti possono essere distinti in due classi:

macroinquinanti (NOx, SOx, CO, polveri, ecc.)

microinquinanti (metalli pesanti, idrocarburi policiclici aromatici, ecc.).

Le temperature di combustione sono di norma inferiori a quelle dei combustibili tradizionali, conseguentemente è inferiore la produzione di NOx termici. Le biomasse, di norma, non contengono zolfo e quindi non producono ossidi di zolfo e la successiva formazione di acido solforico (piogge acide).

Nelle emissioni, oltre alla presenza degli inquinanti caratteristici delle combustioni tradizionali, si trovano forme ossidate di sostanze organiche od inorganiche già presenti nelle biomasse e composti inorganici vaporizzati o mobilizzati per adsorbimento del particolato emesso.

Perché è esploso l’utilizzo di biomasse al Perché è esploso l’utilizzo di biomasse al fine energetico?fine energetico?

Le tipologie di generatori termici disponibili alimentati a legno sono fondamentalmente tre, sulla base della forma fisica delle tre principali categorie di combustibili vegetali:

legna da ardere in ciocchi, pastiglie di legno macinato e pressato (pellet), legno sminuzzato (cippato)

Generatori termici a biomassa Generatori termici a biomassa ligneocellulosicaligneocellulosica

Caldaie a biomassa per riscaldamento:Caldaie a biomassa per riscaldamento: caldaie a caldaie a fiamma inversa per la combustione di legna in ciocchifiamma inversa per la combustione di legna in ciocchi

• Carica manuale della legna in ciocchi

• Potenza limitata a qualche decina di kW utenze domestiche (singole o pochi appartamenti)

• La legna non prende totalmente fuoco nel vano di carico ma brucia solamente quando giunge in prossimità della griglia:

– la potenza erogata dalla caldaia è più stabile nel tempo

– la combustione è controllata– aumenta il rendimento– si riducono le emissioni

inquinanti

Possibilità di abbinare sistemi di regolazione a microprocessore ( ηt 90%)

Regolazione ed ottimizzazione dell’aria di combustione in base al fabbisogno di ossigeno, misurato nei fumi con la sonda lambda

Caldaie a biomassa per riscaldamento:Caldaie a biomassa per riscaldamento: caldaie a pellets (Hcaldaie a pellets (Hii=3000=30003400 kWh/m3400 kWh/m33; ; ρρ=600=600700 kg/m700 kg/m33))

legno essiccato e pressato in piccoli cilindri

comportamento di un fluido (agevolate operazioni di movimentazione)

ideale per impianti di riscaldamento automatici di tutte le dimensioni

l’accensione è automatica e molto rapida, per mezzo di una resistenza elettrica.

nei sistemi più avanzati la regolazione dell’aria comburente e del flusso di combustibile vengono effettuate automaticamente ad opera di un microprocessore. Queste caratteristiche di semplicità d’uso e di automazione conferiscono agli impianti di riscaldamento a pellets un elevato livello di comfort.

Caldaie a biomassa per riscaldamento:Caldaie a biomassa per riscaldamento: caldaie a pellets (Hcaldaie a pellets (Hii=3000=30003400 kWh/m3400 kWh/m33; ; ρρ=600=600700 kg/m700 kg/m33))

L’impianto è costituito da: caldaia (bruciatori alimentati

dall’alto, sviluppano una fiamma orizzontale);

serbatoio pellet (le caldaie a pellets di piccola potenza sono dotate di un serbatoio per il combustibile di capacità generalmente limitata a qualche centinaio di litri);

sistema di alimentazione del combustibile (coclea);

centralina di regolazione;

Caldaie a biomassa per riscaldamento:Caldaie a biomassa per riscaldamento: caldaie a cippato (Hcaldaie a cippato (Hii=600=600900 kWh/m900 kWh/m33; ; ρρ=200=200400 kg/m400 kg/m33))

legno di diversa originediversa origine in pezzi della dimensione di qualche cm

carico automatico attraverso dispositivi meccanici;

gli impianti a cippato sono totalmente automatizzati e non hanno limiti dimensionali, potendo raggiungere potenze anche di diversi MW termici

per le caratteristiche di automazione e risparmio di esercizio, gli impianti a cippato sono particolarmente indicati per il riscaldamento di edifici di dimensioni medie o grandi, quali alberghi, scuole, condomini, ospedali e centri commerciali. (teleriscaldamento)(teleriscaldamento)

Caldaie a biomassa per riscaldamento:Caldaie a biomassa per riscaldamento: caldaie a cippato (Hcaldaie a cippato (Hii=600=600900 kWh/m900 kWh/m33; ; ρρ=200=200400 kg/m400 kg/m33))

caldaia (a griglia) fissa (materiali fini a basso contenuto di umidità) mobile (pezzatura grossolana ad alto contenuto di

ceneri ed umidità)

L’accumulatore termicoL’accumulatore termico

• Il funzionamento regolare della caldaia, evitando interruzioni dovute ad un’insufficiente richiesta di energia da parte dell’impianto, di riscaldamento consente:– di aumentare il rendimento globale dell’impianto– di proteggere la caldaia da formazioni di condensati

catramosi – di ridurre la fumosità delle emissioni e lo sporcamento

del camino

• Introdurre un “volano” termico per l’impianto di riscaldamento accumulatore termico : invece di bloccare la combustione o surriscaldare gli ambienti, la caldaia può continuare a funzionare immagazzinando energia nel serbatoio di accumulo;

È un servizio energetico urbano mediante il quale È un servizio energetico urbano mediante il quale il il calorecalore per il riscaldamento degli edifici e per altri usi a per il riscaldamento degli edifici e per altri usi a

bassa temperatura (come l’acqua calda per uso bassa temperatura (come l’acqua calda per uso igienico-sanitario) igienico-sanitario) viene distribuito tramite una rete di viene distribuito tramite una rete di

tubazioni interrate precoibentatetubazioni interrate precoibentate che connettono il che connettono il generatore termico con le utenze finali attraverso uno generatore termico con le utenze finali attraverso uno

scambiatore. scambiatore.

Il teleriscaldamentoIl teleriscaldamento

Gioacchino NardinDipartimento di Energetica e Macchine

Università degli Studi di Udine

Le Filiere dell'Energia Venerdì 26 novembre 2010

Camera di Commercio di Trieste Io Convegno Tematico

“Le Biomasse”

FONDAZIONE INTERNAZIONALE TRIESTE PER IL PROGRESSO E LA LIBERTÀ DELLE SCIENZE

TRIESTE INTERNATIONAL FOUNDATION FOR SCIENTIFIC PROGRESS AND FREEDOM

Grazie per l’attenzione