PRESENTAZIONE

 

Per alleviare i mali dell’ambiente bisogna provvedere con almeno tre interventi urgenti:

Abbassare la temperatura della terra;

Ridurre la presenza di CO2 e altri gas serra presenti nell’atmosfera;

Produrre energia da un processo in cui i gas serra eliminati siano più di quelli generati, a costi minimi e profitto massimo.

 

Per cercare soluzione a questo problema ci si è indirizzati su un processo che a prima vista è sembrato tra i più appropriati: “Coltivazione e combustione di biomassa forestale a rapido accrescimento”. Le ipotesi da verificare erano:

La coltivazione di biomassa forestale riduce il riscaldamento del suolo, quindi dell’intera atmosfera terrestre.

La coltivazione di biomassa forestale consuma CO2 durante la sua crescita.

La trigenerazione da biomassa forestale genera meno CO2 di quanto ne produca nella combustione.

Questo processo deve essere generato a costi minimi e profitto massimo.

 

L’indagine è stata compiuta da GNOSYS (Italia) e da BDC (Germania).

L’indagine è stata localizzata sui Monti Lepini, Ausoni ed Aurunci, basandola su modelli matematici e tecnici.

 

I Monti Lepini, Ausoni ed Aurunci, nonché gran parte dell’Agro pontino costituiscono una risorsa enorme di ricchezza che aspetta solo di essere impiegata. L’impiego di queste risorse non va concepito con la prospettiva capitalistica in cui l’impresa bada solo al proprio reddito monetario, ma con quella collettivista di generare lavoro, protezione dell’ambiente, nuova cultura, prodotti e servizi di utilità diffusa a soddisfare altri mercati succedanei e a generare un reddito per il sostentamento degli Enti locali coinvolti.

Da un primo studio del 1982  dell’Ente Nazionale per la Cellulosa e la Carta citiamo:

Nell’ambito della Comunità Economica Europea, il nostro Paese è il maggior importatore di legname grezzo per uso industriale con una produzione annua nell’ultimo decennio di circa 5 milioni di m³, seguito dalla Germania (circa 4 milioni) e dalla Francia (circa 3 milioni).

Nello stesso periodo l’Italia ha importato annualmente 3-4 milioni di m³ di segati di conifere e circa 1 milione di segati di latifoglie, collocandosi a livello mondiale ai primissimi posti tra i paesi importatori. L’importazione di pasta per carta è andata progressivamente aumentando fino a raggiungere nell’ultimo biennio (1979-80) quasi 1,7 milioni di t/anno, con assoluta prevalenza di cellulosa di conifere.

In termini monetari il settore dei prodotti della silvicoltura, dell’industria del legno e della carta occupa il terzo posto nella graduatoria dei saldi negativi della bilancia commerciale italiana dopo gli oli greggi di petrolio e la carne ed ha raggiunto nel 1980 un valore di circa 2.800 miliardi di Lire, con un aumento di oltre il 400% in 5 anni e con una incidenza delle conifere pari al 70-80%.

Nell’intero pianeta le conifere (42% della superficie forestale mondiale) sono meno diffuse delle latifoglie (58%); esse sono tuttavia prevalenti nel Canada (82%), nell’Unione Sovietica (77/%) e nel resto dell’Europa (67%). Nell’ambito della CEE le conifere prevalgono in Germania (61%), nel Regno Unito (60%) e in Danimarca (57%); il Paese con la minore percentuale di resinose è l’Italia (29%), seguita dal Lussemburgo (29%), dalla Francia (33%), dal Belgio (45%) e dall’Olanda (50%).

Da quanto esposto e dalla constatazione che la domanda di legname di conifere è ovunque in fortissimo costante aumento, soprattutto da parte dell’industria della cellulosa e della carta, scaturisce la necessità di accrescere rapidamente la produzione nazionale mediante l’impiego ad alto accrescimento nella chiara consapevolezza, tuttavia, che l’autosufficienza non sarà comunque realizzabile. Le conifere ad alto accrescimento possono contribuire in misura notevole e in tempi relativamente brevi a ridurre il nostro deficit di produzione, dando così anche respiro alle opere di miglioramento dei boschi naturali, attuabili inevitabilmente in tempi più lunghi.

Il volumetto si propone di orientare il coltivatore sulla scelta della specie e delle tecniche da impiegare.

La vasta materia trattata ha dovuto essere compendiata e semplificata. Ciò può essere andato a discapito del dettaglio tecnico, per il quale si rinvia peraltro alla letteratura specifica citata, ma varrà a portare un contributo per la divulgazione delle nozioni di coltivazione.

 

 

 

 ABBASSAMENTO DELLA TEMPERATURA TERRESTRE

La dimostrazione a questa teoria viene data con un modello matematico basato sulle affermazione dei principali centri di ricerca che confermano tutti il principio secondo il quale la copertura del terreno, sia urbano che forestale, abbassa il grado di riscaldamento del suolo, quindi dell’intera atmosfera.

 

RIDUZIONE DEL CONSUMO DI CO2 PRESENTE NELL’ATMOSFERA

E’ universalmente accettato che la crescita degli alberi e degli arborei assorbe CO2 e restituisce ossigeno.

 

La trigenerazione da biomassa forestale genera meno CO2 nella combustione di quanta ne produca nel suo ciclo di crescita.

 

 

 COLTIVAZIONE DELLA BIOMASSA FORESTALE

 

Con il termine “biomassa” si indica la massa di tutti gli esseri vegetali ed animali presenti sulla terra. Raccolti, piante, rifiuti animali e scarti arborei possono essere bruciati, o convertiti in gas combustibile (processo di gasificazione).

La cogenerazione da combustione di biomasse è molto appropriata sia in agricoltura che nelle applicazioni forestali, in quanto queste attività sono piene di biomasse combustibili.

Segherie, cartiere, allevamenti di polli, e similari, sono pieni di biomasse da eliminare.

E’ buon senso, sia sotto l’aspetto economico che della protezione dell’ambiente, utilizzarle per generare energia.

Inoltre, una numerosa serie di coltivazioni a fini energetici, come ad esempio il salice piangente, sono in continuo aumento proprio per la produzione di energia.

Uno dei primi esempi di impianto a cogenerazione di biomasse è stato quello del Museo di  Blackwater Valley a Benburb nell’Irlanda del Nord. L’impianto da 200 kW di potenza impiega segatura e scarti di legname per produrre calore per il museo e per vendere energia elettrica alla rete irlandese. Progettato e costruito in Irlanda del Nord, l’impianto è il primo al mondo ad operare ad alimentazione continua. La ramaglia viene caricata automaticamente, l’impianto è sorvegliato a distanza, e richiede due consegne di materia prima a settimana a mezzo di camion. Un essiccatore, che utilizza il calore stesso dell’impianto, provvede ad asciugare il legname prima di caricarlo nel gasificatore. I chips di legname bruciano in un flusso contenuto di aria, trasformandosi così in gas.

L’impianto ha una potenza di 400 kW termici e 200 kW elettrici. Può lavorare in automatico 24 ore al giorno per sei giorni la settimana, dopo di che va arrestato per la pulizia.

Le ricerche svolte dal nostro gruppo di ricerca riguardano tutti gli aspetti della meccanizzazione forestale e la raccolta e trasformazione delle biomasse legnose di varia provenienza. In particolare, lavoriamo sui seguenti temi:

 

 

 

Meccanizzazione spinta

Si lavora sull’impiego di attrezzature industriali specializzate per la raccolta del legno: abbattitrici, trattori forestali e cippatrici. Ne valutiamo l’idoneità alla selvicoltura italiana e le prestazioni ottenibile nelle condizioni del nostro Paese. Si è già prodotto uno studio completo sulla cippatura in Italia e numerosi rapporti sull’uso degli harvester nelle piantagioni di pioppo, pino strobo e pino insigne e nei cedui di castagno.

 

 

 

Coltivazione e raccolta della biomassa nei boschi Alpini e Appenninici

Su tutto l’arco alpino i proprietari boschivi e le ditte di utilizzazione forestale stanno mostrando un crescente interesse nei confronti del settore biomasse, che potrebbe offrire uno sbocco al materiale ricavato dai lavori di miglioramento boschivo, attualmente poco valorizzato. La possibilità di vendere questo materiale contribuirebbe certamente ad abbattere i costi degli interventi, rendendoli meno onerosi o più redditizi a seconda delle situazioni. A questa grande aspettativa però non corrisponde attualmente un’attivazione della filiera perché nessuno è ancora in grado di fornire una stima sufficientemente credibile dei costi di raccolta, ed ovviamente pochi sono disposti ad esporsi senza un minimo di certezza. Con il supporto di importanti sponsor locali, abbiamo lanciato un programma di ricerca destinato a fornire in breve tempo dati concreti ed affidabili sui costi di raccolta attesi per i diversi interventi. Le prove serviranno anche a definire strategie di raccolta ottimizzate, capaci di abbattere il costo della biomassa forestale.

 

 

 

 

Recupero e trasformazione dei residui legnosi

Lavoriamo sui cantieri meccanizzati per la raccolta dei residui legnosi generati dalle utilizzazioni forestali e dalla gestione delle colture agricole legnose, quali vite, olivo e frutteti. Conduciamo ricerche sia sulle macchine imballatrici che sulle trincia-raccoglitrici. Entrambe le opzioni sono interessanti, perché offrono diverse possibilità logistiche. Le imballatrici sono generalmente meno produttive ma consentono migliori condizioni di stoccaggio. La cippatura e raccolta in un solo passaggio può essere la soluzione più economica, e attualmente stiamo considerando quattro nuove attrezzature per effettuare questo lavoro.

 

 

 

Raccolta della Short Rotation Forestry

Da alcuni anni in Italia si stanno piantando vaste superfici di short-rotation, ma la raccolta di queste colture rappresenta ancora una incognita. Il nostro gruppo ha iniziato a lavorare sulla raccolta della short-rotation dal 1994. Negli anni 1995, 1996 e 1997 i nostri ricercatori hanno eseguito ricerche applicate sull’argomento in Danimarca, Germania e Svezia. Dal 1998 stiamo seguendo i cantieri meccanizzati allestiti da Potlatch e Boise Paper Solutions nell’Oregon nord orientale. L’esperienza acquisita all’estero è già stata trasferita alle piantagioni italiane in occasione di diversi progetti, e nuove prove saranno effettuate nel corso dei prossimi anni.

 

 

 

Produzione di biomassa da siepi ed arborei

Le siepi svolgono numerosi ruoli benefici, tra cui la fitodepurazione. La gestione delle siepi e delle fasce tampone può fornire quantitativi rilevanti di biomassa, la cui raccolta però implica particolari condizioni operative, quali la dimensione ridotta delle piante e la diluizione della risorsa su distanze abbastanza estese. Finora abbiamo testato diversi sistemi di raccolta, tanto manuali che meccanizzati, inclusa la cippatura integrale delle piante e l’imballatura delle ramaglie. Un’altra importante fonte di biomassa in ambiente agricolo è rappresentata dall’arboricoltura da legno: i primi impianti sono stati effettuati all’inizio degli anni ’90 e oggi devono essere diradati, eliminando la specie di accompagnamento. Nel 2004 abbiamo effettuato la prima prova di diradamento meccanizzato effettuata in Italia su questi impianti, allestendo cantieri razionali e capaci di rendere remunerativo l’intervento.

 

EMBED PBrush

Foto 5 – Produzione da biomassa da siepi ed arborati

 

 

3. SOFTWARE DISPONIBILE

La formazione agli operatori prevede l’utilizzo di applicativi a vari livelli di sofisticazione in funzione degli obiettivi dello studio. Si va dai semplici fogli di calcolo a software molto complessi, che hanno richiesto mesi di lavoro. In ogni caso, il valore dei software è soprattutto nelle equazioni incorporate, che sono il risultato di accurati studi scientifici. Questi software costituiscono la base per la formazione sulla coltivazione più razionale della biomassa forestale da impiegare nella rigenerazione di energia.

I principali software che impieghiamo nella formazione degli operatori sono i seguenti:

Chipcost: software per il calcolo della produttività delle cippatrici e per la stima del costo unitario di cippatura

Modello: Recupero delle Ramaglie all’Imposto

ASV: software per la stima della produttività e dei costi di utilizzazione e decespugliatura con il minicingolato ASV (Sviluppato per il Servizio Forestale degli Stati Uniti in collaborazione con l’Università della California – in Inglese, unità Britanniche)

Demone: software di filiera per la progettazione di centrali di teleriscaldamento a biomassa

Syschips: software per la stima dei costi di raccolta delle biomasse forestali (contenuto nel software Demone)

Arboreti: software per il calcolo dei costi di diradamento delle piantagioni da arboricoltura da legno e per la stima del reddito ottenibile dall’intervento.

 

 

CALCOLO ESTIMATIVO DELLO SFRUTTAMENTO ENERGETICO

DI UN TERRENO PIANEGGIANTE COLTIVATO CON

PIANTE RESINOSE AD ACCRESCIMENTO RAPIDO

 

 

10.000 x (superficie coltivabile totale in ettari)

150      x (quintali producibili per ettaro)

100      = (chilogrammi per quintale)

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150.000.000 x (chilogrammi di biomassa totale producibile)

2.500 = (potere calorifero per kg)

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375.000.000.000 x (chilocalorie totali producibili)

0,8 = (indice di conversione da chilocalorie in chilowattora)

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300.000.000.000 x (chilowattora totali producibili)

0,3 = (rendimento della centrale elettrica)

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100.000.000.000 :  (producibilità elettrica totale della biomassa totale in chilowattora a pieno regime di coltivazione)

600.000.000 =  (consumo elettrico chilowattora/anno 2009 nel Comune di Latina)

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6,666 (anni di crescita per rinnovare l’intera massa legnosa)

 

 

COMMENTO

Questa ipotesi calcola lo sfruttamento della sola energia elettrica. Nell’ipotesi di sfruttamento anche dell’energia termica a fini di riscaldamento e di refrigerazione ad assorbimento il rendimento del sistema arriva a 0,9. Nel caso si impieghino pompe di calore reversibili il rendimento energetico totale può arrivare almeno a 3.

Il sistema può essere composto da 7 centrali da 10 megawatt di potenza ciascuna, considerando che ogni impianto va sospeso un giorno a settimana per pulizia.

Il CO2 e gli altri eventuali gas serra possono essere completamente abbattuti da semplici filtri ad acqua, mentre la biomassa in coltivazione provvede ad eliminare quello già in circolazione.

 

 

NOTE DI PREVISIONE FINANZIARIA

 

 

Calcolo estimativo del costo elettrico per il Comune di Latina

 

600.000.000 x Consumo elettrico annuo nel Comune di Latina

0,18 = Costo in Euro per kWh

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118.000.000 Costo annuo dell’energia elettrica nel Comune di Latina

 

 

 

COMMENTO

E’ da ritenere che il costo della refrigerazione nel Comune di Latina oggi debba essere totalmente inglobato nel costo elettrico, per cui l’ipotesi di refrigerazione ad assorbimento abbasserebbe solo il consumo elettrico senza apportare benefits finanziari da inserire nel computo dell’investimento.

Il costo di riscaldamento (stufette elettriche a parte), al contrario, può essere inserito come voce di entrata finanziaria per il piano di investimento e di ammortamento.

 

 

4. LA CENTRALE DI PRODUZIONE COMBINATA

 

 

 

 

Generatore a gas di trigenerazione

 

La centrale di trigenerazione può essere composta da generatori a gas, come il caso di foto 6, oppure da cogeneratori a vapore, come da successiva foto 7, con l’aggiunta esterna di un refrigeratore ad assorbimento, come descritto nel para. Successivo.

 

 

5. LA TRIGENERAZIONE DI ENERGIA

 

GENERALITA’

La trigenerazione, o trigen, consiste nella produzione simultanea di energia meccanica (spesso convertita in elettricità), calore e refrigerazione da una singola fonte di calore quali combustibili, energia solare, o fuel cell.

La trigenerazione è un estensione della cogenerazione con l’ulteriore produzione di refrigerazione per mezzo di un ulteriore dispositivo chiamato “frigorifero ad assorbimento” (mentre quello tradizionale è definito “a compressione di gas”

Per trigenerazione si intende, inoltre, tutti quei sistemi che producono al contempo elettricità, calore e refrigerazione ed alcuni altri prodotti (principalmente chimici).

 

DETTAGLI

Generalmente il riscaldamento di uno spazio e cisterne di acqua calda servono come conservatori di calore per una utilizzazione di calore sovraccumulato. In estate, ad esempio, la domanda di calore è molto più contenuta di quanto non lo sia in inverno, quindi il calore in eccesso prodotto da processi di generazione di elettricità  può essere trasformato refrigerazione o in aria condizionata da un condizionatore ad assorbimento.

Abitualmente le centrali termoelettriche di generazione elettrica convertono solo 1/3 dell’energia contenuta nel combustibile, mentre il resto è dissipato come calore. Gli effetti negativi per l’ambiente prodotti da questa dissipazione di calore impongono la necessità di aumentare l’efficienza della produzione elettrica.

Uno dei metodi per aumentare l’efficienza della produzione elettrica consiste nella cogenerazione di elettricità e calore, in cui fino ai 3/5 dell’energia del combustibile può essere convertita in energia utilizzabile. La cogenerazione rappresenta, quindi, la simultanea produzione ed impiego di due fonti di energia, quella elettrica (o meccanica) e quella termica, da parte di un sistema che utilizza lo stesso combustibile. La produzione combinata di elettricità e calore “combined heat and power” (CHP) è utilizzata ovunque (industria, agricoltura, costruzioni) quando vi è richiesta simultanea di elettricità e calore che superi le 400 ore/anno di domanda.

Nei climi più caldi la necessità di riscaldamento è limitata ad alcuni mesi l’anno, mentre vi sono significative necessità di condizionamento dell’aria durante i mesi caldi. In questo secondo caso il calore può essere utilizzato per produrre refrigerazione attraverso “cicli di assorbimento”. Questo processo di cogenerazione “espanso” è conosciuto come processo di “trigenerazione”, o ciclo combinato di produzione di elettricità, calore e refrigenerazione “combined heat, cooling and power” production (CHCP).

Quindi, il termine CHP è conosciuto come l’acronimo per “produzione combinata di elettricità e calore, mentre il termine CHCP rappresenta l’acronimo per “produzione combinata di elettricità, calore e refrigerazione.

Un acronimo americano corrente è BCHP (Building cooling, heating and power) per la trigenerazione utilizzabile negli edifici. In Germania gli acronimi corrispondenti sono KWK (Kraft-Wärme-Kopplung), o BHKW (Block-Heizkraftwerk), oppure KWKK (Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung) rispettivamente.

 

Absorptive refrigeration

 

 

La produzione di energia elettrica è la maggiore fonte di emissione di CO2, mentre i trasporti  sono la seconda fonte.

Nel 1990 la produzione di energia elettrica ha emesso il 35% di tutte le emissioni di CO2 del Regno Unito.

Vari metodi possono essere applicati per la riduzione delle emissioni, includendo almeno:

Le fonti di energia rinnovabile, che producono elettricità ad emissione zero.

Il sequestro del carbonio, che raccoglie le emissioni di CO2  e le sotterra.

Il risparmio energetico, che riduce la quantità di energia richiesta per produrre uno stesso effetto. Gli utenti, in effetti, acquistano elettricità per gli effetti che essa produce.

La trigenerazione, che aumenta l’efficienza della produzione di energia.

 

 

APPLICAZIONI PRINCIPALI PER TRIGENERAZIONE

 

Un absorber chilling esprime tutte le sue capacità innovative di efficienza di un sistema di traformazione di energia nei seguenti casi:

 

combustione da biomassa vegetale ed animale

 

generazione fotovoltaica

 

conversione da fuel cells;

 

generazione combinata da combustibili tradizionali.

 

Generazione combinata da combustibili biologici.

Conifere a rapido accrescimento, Ente Nazionale per la Cellulosa e per la Carta, Roma, 1982, 5° Ed., pagg 4 e 5

Stima dedotta da esperienza compiuta su area di proprietà nel 1998 su terreno argilloso esposto ad Est, con umidità media del terreno ed UR media = 05. La specie in riproduzione era quercia a crescita spontanea.

Cifra media stimata

Si noti come una centrale nucleare da 2000 megawatt di potenza (praticamente un mostro) possa produrre solo fino a 17.520.000.000 di kWh/anno, cioè solo il 17,52% in più della biomassa totale presa in considerazione, e solo ca. 6 volte in più della producibilità annua dell’energia prodotta dal nostro impianto in esame. La centrale nucleare di Latina ora dismessa era di appena 200 megawatt di potenza.

Cifra media stimata su biomassa resinosa

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Impiego totale di biomassa. was last modified: luglio 2nd, 2017 by Enrico Furia

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