INTRODUZIONE SOCIOECONOMICA

 

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 studio1 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.

 

  1. COLTIVAZIONE DELLA BIOMASSA

 

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, utilizzare queste biomasse 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 elettricità.

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, viene l’impianto viene 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

Lavoriamo 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. Abbiamo 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.

 

Foto 1 – meccanizzazione spinta

 

 

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.

Foto 2 raccolta della biomassa di montagna

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.

Foto 3 – recupero e trasformazione dei residui legnasi

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.

Foto 4 – Raccolta della Forestazione a rotazione breve

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.

Foto 5 – Produzione da biomassa da siepi ed arborati

3. SOFTWARE DISPONIBILE

La nostra 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)

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

 

 

4. LA CENTRALE DI PRODUZIONE COMBINATA

 

Foto 6 – 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.

Foto 7 – Generatore a vapore di trigenerazione

(cfr. pagine seguenti)

 

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 in 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.

 

 

 

 

Foto 1 – Absortion chiller

 

Fig. 1 – Shema di funzionamento

Fig. 2 – Schema di efficienza di diversi processi di trasformazione energetica

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 trasformazione 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.

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

vedi anche qua.