Università degli Studi di Firenze
Master IMES
L’impiego dei residui di lavorazione del legno
per il riscaldamento di ambienti e nei servizi
tecnologici
Ing. D. D’Amico
Ing. S. Pozzolini
Tipologie di aziende che producono scarti legnosi
Gli scarti legnosi provengono dal settore del legno - arredamento, con
circa 88 000 imprese sul territorio nazionale e una media di 4-6 addetti
in produzione per azienda. Gli scarti possono essere sia di legno vergine
che trattato:
Segherie
Mobilifici
Produttori di Pallet
Produttori di compensato - pannelli - cornici
Taglio piallatura legno
Carpenteria in legno
Falegnameria per edilizia
Altri prodotti in legno sughero
vergine
trattato
vergine
trattato
vergine
vergine
vergine
vergine
Ogni anno in Italia è recuperato dalle aziende del settore del legno arredamento per fini energetici (riscaldamento, acqua calda sanitaria e
processi tecnologici) circa il 65% degli scarti prodotti di legno vergine
(pari a 3000000 t) e il 45% degli scarti di legno trattato (600000 t).
Situazione in Toscana (6945 aziende - 27996 addetti)
Tipo di azienda
ntot
addtot addmed
Mobili
3195 15103 4-5
Trattamento legno 156
904
5-6
Pannelli
24
268 10-12
Pallet
133
811
6
Falegnameria
2263 6687
3
Segherie
22
99
4-5
Altro - sughero
1152 4124
4
Tot
6945
residuimed
20 - 25 t/a
50 - 60 t/a
100 - 120 t/a
300 t/a
150 t/a
400 - 500 t/a
40 t/a
27996
In Toscana sono prodotti circa 500000 t di scarti legnosi all’anno di
cui l’ 80% di legno vergine e il 20% di legno trattato. Stimando un
recupero per fini energetici del 65% (325000 t) è possibile sostituire
100000 tep di combustibili fossili pari ad un’emissione di CO2 di 280000
t, con una diminuzione significativa dell’impatto ambientale.
Vantaggi del recupero dei residui legnosi per fini energetici
Il recupero della biomassa legnosa autoprodotta per fini energetici (riscaldamentoproduzione acqua calda - servizi tecnologici) oltre a produrre vantaggi di tipo
ambientale, è fonte di risparmio per l’azienda in quanto consente:
►Disponibilità di materia prima a costo zero
[Un’area aziendale di copertura compresa tra i 1000 e i 4000 m2 richiederebbe, solo
per il riscaldamento (150 giorni) con fonte alternativa, una quantità annua di
cippato compresa tra le 50 e le 200 t con un costo tra i 2500 e i 10000 euro annui]
►Risparmio per i combustibili tradizionali e spese di trasporto
[Nel caso per esempio di una copertura di 1500 m2 con fonte tradizionale il risparmio
del metano per riscaldamento ed acqua calda sanitaria (con una caldaia da 110 kW)
è di circa 17000 Euro all’anno senza considerare le spese per il trasporto]
►Vendita del surplus di materiale ad altre aziende
[Vendita degli scarti legnosi a produttori di pellet oppure di pannelli, carta e cartone]
►Risparmio per lo smaltimento e spese di trasporto
►Riduzione delle emissioni di zolfo e di altri inquinanti
►Bilancio nullo della CO2
Scarti legnosi impiegabili come combustibile e condizioni di utilizzo
Il materiale legnoso residuale deve essere identificato giuridicamente prima di
un impiego per fini energetici. Tale materiale può essere considerato biomassa
combustibile ( e quindi utilizzabile in impianti termici) oppure rifiuto (in tal
caso occorre l’autorizzazione alla gestione dei rifiuti non pericolosi, con costi
più elevati e sistemi complessi).
Per biomassa combustibile si intende : materiale vegetale prodotto dalla
lavorazione esclusivamente meccanica di legno vergine e costituito da
cortecce, segatura, trucioli, chips, refili, tondelli, granulati e cascami
non contaminati da inquinanti. La conversione energetica della biomassa
può essere effettuata attraverso la combustione diretta o previa pirolisi o
gassificazione. [Parte II - Sez. IV - Par. 1 - Allegato X - Titolo V - DLgs 3 Aprile 2006]
Non sono sottoposti ad autorizzazione alle emissioni gli impianti di
combustione alimentati a biomassa di potenza inferiore ad 1 MW.
Dovranno comunque
essere rispettati i seguenti
limiti di emissione:
Caratteristiche dei residui legnosi
I parametri tecnologici che caratterizzano i residui di legno vergine per fini
energetici sono la dimensione e il tenore di umidità. Di solito ha luogo l’
omogeneizzazione della pezzatura con un trituratore.
Segherie - 1° fase lavorazione - (sciaveri, schegge, cortecce, segatura) : [ 30 - 60 ] %
Scarti di carpenteria e falegnameria - 2° fase di lavorazione : [13 - 20]%
Scarti dai reparti piallatura : [7 - 17]%
Il materiale sminuzzato può essere considerato ben stoccabile nell’intervallo di
umidità del 20 - 30% (con un’ umidità sup. Al 40% potrebbe essere attaccato da
microorganismi) . L’essiccazione del materiale oltre a permettere rendimenti termo
dinamici più alti, garantisce una migliore qualità di combustione, minore produzione
di fumo e catrame, minore usura delle apparecchiature. La necessità di essiccare più
o meno il materiale dipende anche dalla scelta della caldaia.
Filiera dei residui legnosi
Trituratore
Il p.c.i. medio dei residui legnosi è 3500 Kcal/Kg
Camera di
alimentazione
Deposito
Caratteristiche
caldaia
Griglia fissa
bassa umidità
Griglia fissa
alta umidità
Griglia mobile
Gamma potenza
[10- 3000 kW]
[10- 3000 kW]
[50- 3000 kW]
Regolazione potenza
[20 - 100 %]
[25 - 100 %]
[30 - 100 %]
Umidità combustibile
[10 - 37 %]
[20 - 55 %]
[9 - 60 %]
Contenuto ceneri
Rendimento
nominale
≤ 1%
[75 - 80] %
≤ 2%
[70 - 75] %
≤ 10%
[80 - 85] %
Casi studio di aziende nel settore del legno arredamento
Nei casi di impianti con potenza inferiore ad 1 MW la soluzione più adottata
comporta l’ utilizzo di una caldaia a griglia fissa ad alimentazione inferiore
che tratta materiale con basso contenuto di umidità (10 - 37%). Nel caso delle
segherie, ove sono prodotti gli assortimenti legnosi più disparati a volte con
alto contenuto d’acqua o cortecce il sistema ideale è costituito da un impianto
a griglia mobile con movimento di avanzamento - arretramento (in questo caso
non è necessaria la fase di essiccazione).
Costo impianto a cippato
Caldaia, estrattore, centrale di regolazione, ciclone.
Costo esclusa IVA e installazione
Tempo recupero investimento con autoproduzione di scarti
legnosi : 2 anni (metano) – 2,2 anni (GPL) – 3.3 anni (GASOLIO)
Il trattamento fitosanitario dei pallet
Gli imballaggi in legno sono fra i principali responsabili
delle infestazioni di parassiti forestali su scala planetaria.
Una delle misure previste dall’ ISPM 15 - FAO per l’esportazione è il trattamento
termico (HT) che consiste nel mantenere gli imballaggi alla temperatura di almeno
56 °C per un periodo di 30 minuti. Alla fine del trattamento è impresso un marchio
(IPPC – FAO) su ciascun pallet per attestare l’avvenuta sterilizzazione. Il trattamento
è obbligatorio dal momento che è richiesto dal Paese importatore.
A livello Nazionale l’ente gestore del marchio IPPC/FAO è il Consorzio Servizi Legno
Sughero mentre il ruolo di supervisore per la procedura di trattamento fitosanitario
attraverso controlli a campione spetta all’A.R.P.A. delle varie Regioni.
Celle per trattamento fitosanitario
I processi per il trattamento fitosanitario consentiti contemplano l’utilizzo di aria
riscaldata (data dal riscaldamento prodotto da uno scambiatore di calore e dall’uso di
ventilatori) o di gas di combustione immessi all’ interno di una cella (in questo caso
si raggiungono temperature al di sopra dei 100 °C e si parla di essiccazione ad alta
temperatura).
Le caratteristiche tecniche dell’ impianto secondo quanto previsto dall’ ISPM-15
nel caso di trattamento ad alta temperatura consentono l’ uso di una caldaia
alimentata a biomassa. Il biocombustibile può essere costituito dai residui di legno
vergine provenienti dall’azienda, nel caso di autoproduzione di imballaggi.
Bilancio energetico sterilizzazione
Caratteristiche pallet: dim [1.2 m x 0.8 m x 0.135 m] = 0.1296 m3
Abete rosso : Db (densità basale) = 400 kg / m3
U0 (umidità iniziale) = 40 %
Cl (calore specifico) = 0.324 cal / g °C
Cella di essiccazione: [10 m x 7 m x 2.5 m] = 175 m3
64 cataste da 17 pezzi (1088 pallets), V = 141 m3
Il trattamento fitosanitario prevede il mantenimento
di 56°C al cuore del legno per un periodo di almeno 30 minuti.
E’ considerato un T = 50°C, con T1 = 20°C e T2 = 70 °C.
1059 kWh
E f = El + Ea
1308 kWh
+ 20 % per riscaldamento struttura e dispersioni
E tot = 2840 kWh
473 kWh
Risparmio energetico
Utilizzo di caldaia a biomassa da 400 kW :
legna, trucioli, torba.
T = 7 h, Cciclo= 1 t
Consumo orario
Biocombustibile
0.714 m3/h
142.8 Kg/h
Hm (potere cal. scarti pallet) = [3000 Kcal/Kg
- 700 kWh/m3], t = 80 %, Pnom = 400 kW
Dimensionamento
silo
Nh (periodo regime) = 8h
N (tempo inter-rifornimento) = 30 giorni
V = 171 m3 + (20%) = 205 m3 = 41t
Risparmio annuo cippato per sterilizzazione = 330 t = 19800 Euro a 6
Euro/q. Per produrre 1 t di scarti al giorno sono necessari mediamente 7
addetti alla produzione (produzione media = 150 kg scarti / giorno).
Conclusioni
Tenendo conto del costo annuo per trattamento fitosanitario di 1000
Pallet al giorno (U0 = 40%, T0 = 20°C) con caldaia da 400 kW di potenza
e diverse tipologie di combustibile:
cippato
19800 Euro
metano
56000 Euro
il recupero degli scarti di legno vergine derivanti dalla produzione dei Pallet
a partire dai semilavorati risulta essere conveniente.
Infatti, di fronte ad un investimento iniziale di circa 110000 Euro
comprensivo della caldaia, estrattore del cippato, coclea di trasporto e
sistema di regolazione + installazione e IVA 20 % e tenendo conto della
detrazione IRPEF del 36% il tempo di recupero dell’investimento è di : 3.5 anni
nel caso di uso di cippato e di 1 anno e 3 mesi con il metano.
Per quanto detto oltre che per il riscaldamento e la produzione di acqua calda
sanitaria visti i tempi ridotti di recupero di investimento e la disponibilità di
materia prima a costo zero è conveniente che nel caso di autoproduzione dei
pallet i residui di lavorazione fossero impiegati nel trattamento fitosanitario dei
pallet stessi ed eventualmente per l’essiccazione.