Impatto su salute e
ambiente dei sistemi di
produzione dell'energia
Roberto Pellegrino
Biologo, ambientalista
Scambi di energia e materia in diversi sistemi termodinamici
Sistema termodinamico
SISTEMA
ENERGIA
APERTO
MATERIA
SISTEMA
CHIUSO
ENERGIA
SISTEMA
ISOLATO
esempio
curva di crescita popolazioni
risorse energetiche utilizzate dai viventi comparsi
sulla Terra nei vari periodi
(miliardi di anni)
0
0,5
1,8
Comparsa di organismi
procarioti eterotrofi
Utilizzo dell’energia chimica
contenuta nelle molecole organiche
del «brodo primordiale»
Brodo primordiale: risorsa limitata
4,5
organismi eterotriofi
Comparsa organismi fotosintetici autotrofi
Utilizzo dell’energia chimica contenuta
nelle molecole organiche create dagli
organismi autotrofi tramite la fotosintesi
sole: risorsa illimitata
Flusso di materia ed energia nei viventi
Produzione primaria di energia
Energia solare
Carboidrati Ossigeno
CH2O
O2
Organismi
autotrofi
Organismi
eterotrofi
H2O
CO2
comparsa dell’uomo nella scala dei tempi della vita sulla terra
Comparsa di organismi procarioti eterotrofi
Comparsa organismi fotosintetici autotrofi
Crescita della popolazione di homo sapiens
dalla sua comparsa all’anno 2000
fuoco
da 1 a10 milioni
da 10 a 200 milioni
Combustibili fossili
da 200 a 6000 milioni
2012 : raggiunti 7 miliardi di esseri umani
Dipendenza dal petrolio
Prodotti per la pulizia
Trasporto derrate alimentari
farmaci
Riscaldamento/raffrescamento
Fibre sintetiche
coloranti
Materie plastiche
Energia elettrica
telecomunicazioni
ASPO-Italia, wikipedia
È necessario allora puntare sulle «Energie
rinnovabili», ma cosa sono esattamente?
In ingegneria energetica con il termine energie rinnovabili si intendono le forme di
energia prodotte da fonti di energia che per loro caratteristica intrinseca si rigenerano
almeno alla stessa velocità con cui vengono consumate o non sono "esauribili" nella
scala dei tempi "umani" e, per estensione, il cui utilizzo non pregiudica le risorse
naturali per le generazioni future.
Da Wikipedia, l'enciclopedia libera.
FER: Fonte Energia Rinnovabile
idroelettrico
eolico
fotovoltaico
Biomasse/biogas
Le principali forme di energia rinnovabile dipendono dal sole
Energia eolica
?
fotosintesi
Solare fotovoltaico
Centrale idroelettrica
Solare termico
Origine delle biomasse
Utilizzi umani
Alimenti, mangimi, fibre, legno
fotosintesi
Colture energetiche
Rifiuti, Deiezioni,
Scarti
BIOMASSA
Sfruttamento intensivo risorse naturali
deforestazione
Quanta energia si accumula nelle biomasse?
1,2 Kg
carbonio/mq*anno
Biomasse: quanta energia solare è convertita in energia utile?
Efficienza energetica =
energia solare ricevuta
x 100
energia convertita
Esempi di efficienza energetica:
• Pannello fotovoltaico: 10 – 15%
• Biomasse: 0,2-0,6%
Cosa implica questo?
Superficie agricola destinata alle colture energetiche previste per un impianto
a biogas da 1 MW
400 ha
Area occupata da un impianto fotovoltaico da 1MW
EU-27: potenza rinnovabile nel 2010
BIO-ENERGIE in Germania: 8000 impianti da 1000-300kw
Col BIOGAS i rifiuti «spariscono»
prima…
4500 t/a letame-liquame
•
•
•
…dopo
16500 t/a digestato
Aumento degli scarti da smaltire
Effetto serra per emissioni di CH4 (stoccaggio digestato)
Rischio di diffusione germi patogeni
Le bio-energie sono «pulite»
Confronto emissioni per combustione di Biomasse solide (legno, paglia) e metano (50MW)
(g/Gj)
SO2
NOx
VOC
CH4
CO
N2O
legno
paglia
metano
25
130
0,3
90
90
42
7,3
7,3
2
30
30
0,1
240
325
28
4
4
0,1
PM-2,5 CO2 (Kg/Gj)
10
12
0,1
CEEH Scientific Report No 10, Centre for Energy, Environment and Health Report series, November 2011
102
102
57
Le bio-energie sono «pulite»
Metalli pesanti nelle ceneri
La concentrazione di metalli pesanti nelle ceneri derivanti dalla combustione di legname (rovere,
faggio, abete) è simile a quella riscontrabile nelle ceneri prodotte dalla combustione di carbone,
lignite e RSU. (valori in mg/Kg)
combustibile
carbone
lignite
legno di abete
legno di faggio
legno di rovere
rifiuti solidi urbani
paglia di grano
nocciola (guscio)
noce (guscio)
Peanut (guscio)
Almond (guscio)
Girasole (guscio)
Arsenico Cadmio
5,16
2,84
8,54
6,18
3,48
0,92
4,12
0,84
1,98
1,06
2,46
0,86
0,18
0,20
0,12
0,23
0,26
0,18
0,09
0,16
0,16
0,13
0,06
0,10
Cromo
8,23
9,40
2,56
4,38
3,51
2,73
3,08
4,15
2,18
1,16
1,04
0,95
Rame
23,50
72,80
42,70
29,30
37,90
52,80
25,10
32,30
23,60
34,30
12,80
13,30
Piombo Mercurio
64,10
0,21
80,70
0,43
33,20
0,12
35,00
0,13
28,40
0,09
36,20
0,11
5,68
0,06
6,62
0,05
5,09
0,08
3,55
0,09
1,16
0,05
1,63
0,03
Demirbas A: Potential applications of renewable energy sources, biomass combustion problems in boiler power systems and
combustion related environmental issues. Progress in Energy and Combustion Science 2005, 31(2):171-192.
Il motore che brucia biogas equivale a 2-3 automobili a
mentano
Motore a 4 tempi
20 cilindri
Cilindrata: 48.670 cc
(equivale a circa 7 autobus urbani)
1500 giri/minuto
Cogeneratore Jenbacher mod. J-320 GS C-25
Trasporti biomasse/liquami entro 30km
2955 movimentazione/anno
• 107 viaggi/anno carribotte (liquame)
• 998 viaggi/anno carribotte (digestato)
• 1850 viaggi/anno carri agricoli (biomasse vegetali)
Fonte: Dati progetto presentato Opere Pie Riunite
Il motore che brucia biogas equivale a 2-3 automobili a
mentano
PM 10: 1,5mg/mc X 4000mc/h X 24h = 144000mg/giorno = 144g/giorno
NOx: 200 mg/mc X 4000mc/h X 24h = 19200000mg/giorno = 19,2 Kg/giorno
INQUINAMENTO EQUIVALENTE dell’impianto di AVIGLIANO
Pm10: 2500 automobili diesel (euro 5) che percorrono 12 km al giorno nello stesso posto
NOx: 4600 automobili diesel (euro 5) che percorrono 12 km al giorno nello stesso posto
Il motore che brucia biogas equivale a 2-3 automobili a
mentano
UMBRIA 2013:
34 impianti in funzione
20 impianti autorizzati
Stima emissioni totali: 140.000 mc/h
PM 10: 1,5mg/mc X 140000mc/h X 24h = 5.040.000 mg/giorno = 5 kg/giorno
NOx: 200 mg/mc X 4000mc/h X 24h = 672.000.000 mg/giorno = 672 Kg/giorno
INQUINAMENTO EQUIVALENTE di 54 IMPIANTI A BIO-ENERGIE
Pm10: 87.500 automobili diesel (euro 5) che percorrono 12 km al giorno nello stesso posto
NOx: 161.000 automobili diesel (euro 5) che percorrono 12 km al giorno nello stesso posto
in Umbria circolano 603.000 automobili
La Danimarca ha calcolato i costi sanitari associati alle emissioni da caldaie
individuali e industriali (Ind.) e da caldaie di teleriscaldamento (FV)
(I costi sanitari per il riscaldamento)
K. Karlsson et al., 2011: CEEH’s calculations of healthrelated costs from air pollution as given in the Climate
Commission’s scenarios (in Danish), CEEH Scientific Report No 10, Centre for Energy, Environment and Health
Report series, November 2011, pp. 24.
La politica energetica della Germania è incentrata sulle
bioenergie
Jörg Hacker Bioenergy – Chances and Limits
German National Academy of Sciences Leopoldina, Nova Acta Leopoldina, 03/2012
La Germania non dovrebbe concentrarsi sulle bioenergie per ridurre il consumo di combustibili
fossili e le emissioni di gas serra.
La Germania dovrebbe concentrarsi su altre fonti di energia rinnovabile, come solare termico,
fotovoltaico, e l'energia eolica, la cui richiesta di terreno, le emissioni di gas serra o altri impatti
ambientali sono inferiori a quelli delle bio-energie.
Il risparmio energetico e il miglioramento dell'efficienza energetica devono avere la priorità.
- La promozione delle bioenergie deve essere limitata a quelle forme che:
a) non riducono la disponibilità di cibo o che stimolano aumenti di prezzo a causa della
competizione con risorse limitate quali l'acqua e la terra;
b) non hanno grandi effetti negativi sugli ecosistemi e sulla biodiversità;
c) hanno un sostanziale (>60-70%) migliore equilibrio sui gas ad effetto serra rispetto ad altri
vettori energetici che vanno a sostituire;
d) non compromettono la gamma preziosa di servizi che gli ecosistemi forniscono all'umanità
German National Academy of Sciences Leopoldina
Tra i membri 35 premi Nobel
Scienza per politica e società
Le Dichiarazioni e le Raccomandazioni dell'Accademia forniscono ai politici analisi e valutazione
scientifica sui temi più urgenti della società di oggi. Esse si sviluppano indipendentemente da
interessi economici e politici che danno consigli su come affrontare problemi specifici delle
società. L’ Academy lavora per l'identificazione precoce dei principali sviluppi scientifici che
possono diventare importanti per la società nel futuro, e fornisce analisi e raccomandazioni di
conseguenza. In questo modo, la Leopoldina aiuta a impostare politiche sulla strada giusta.
Scienziati che hanno contribito al rapporto “Bioenergy – Chances and Limits” (2012)
Prof. Dr. Bärbel Friedrich ML Institut für Biologie/Mikrobiologie, Humboldt-Universität Berlin
Prof. Dr. Bernhard Schink ML Lehrstuhl für mikrobielle Ökologie, Limnologie und allgemeine Mikrobiologie, Universität Konstanz
Prof. Dr. Rudolf K. Thauer ML Max-Planck-Institut für terrestrische Mikrobiologie, Marburg Scientists involved in writing the report
Prof. Dr. Fraser A. Armstrong Department of Inorganic Chemistry, University Oxford, Great Britain
Dr. Vincent Artero Institute de Recherches en Technologies et Sciences pour the Vivant, Université Joseph Fourier, Grenoble, France
Priv. Doz. Dr. Nicolaus Dahmen Institut für Katalyseforschung und -Technologie, Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Prof. Dr. Holger Dau Fachbereich Physik, Freie Universität Berlin
Prof. Dr. Eckhard Dinjus Institut für Katalyseforschung und -Technologie, Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Prof. Dr. Peter Dürre Institut für Mikrobiologie und Biotechnologie, Universität Ulm
Prof. Dr. Bärbel Friedrich ML Institut für Biologie/Mikrobiologie, Humboldt-Universität Berlin
Prof. Dr. Helmut Haberl Institut für Soziale Ökologie (SEC), Alpen-Adria Universität Klagenfurt, Wien, Graz, Österreich
Prof. Dr. Thomas Happe AG Photobiotechnologie, Ruhr-Universität Bochum
Prof. Dr. Christian Körner ML Institut für Botanik, Universität Basel, Schweiz
Prof. Dr. Gerd Kohlhepp Geografisches Institut, Eberhard-Karls-Universität Tübingen
Prof. Dr. Katharina Kohse-Höinghaus ML Fakultät für Chemie, Universität Bielefeld
Dr. Philipp Kurz Institut für Anorganische Chemie, Christian-Albrechts-Universität Kiel
Dr. Christian Lauk Iè ammesso solonstitut für Soziale Ökologie (SEC), Alpen-Adria Universität Klagenfurt, Wien, Graz, Österreich
Prof. Dr. Wolfgang Lubitz Max-Planck-Institut für chemische Energiekonversion, Mülheim
Prof. Dr. Matthias Rögner Lehrstuhl für Biochemie der Pflanzen, Ruhr-Universität Bochum
PD. Dr. Thomas Senn Institut für Lebensmittelwissenschaft und Biotechnologie, Universität Hohenheim
Prof. Dr. Victor Smetacek Alfred-Wegener-Institut für Polar-und Meeresforschung, Bremerhaven
Prof. Dr. Bernhard Schink ML Lehrstühl für mikrobielle Ökologie, Limnologie und allgemeine Mikrobiologie, Universität Konstanz Scientists involved 47
Dr. Ulrike Schmid-Staiger Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Verfahrenstechnik, Stuttgart
Prof. Dr. Ernst-Detlef Schulze ML Max-Planck-Institut für Biogeochemie, Jena
Prof. Dr. Rudolf K. Thauer ML Max-Planck-Institut für terrestrische Mikrobiologie, Marburg
Prof. Dr. Peter Weiland Johann Heinrich von Thünen-Institut, Braunschweig
Dr. Karen Wilson Cardiff School of Chemistry, Cardiff University, Wales, Great Britain
Prof. D. Thomas Bley Institut für Lebensmittel- und Bioverfahrenstechnik der TU Dresden
Prof. Dr. Christian Barth Deutsches Institut für Ernährungsforschung, Golm
Prof. Dr. Detlev Drenckhahn ML Institut für Anatomie und Zellbiologie, Julius-Maximilians-Universität Würzburg
Prof. Dr. Ian Donnison Institute for Biological, Environmental and Rural Sciences, Aberystwyth University, Wales, Great Britain
Prof. Dr. Ottmar Edenhofer und Kollegen Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung, Potsdam
Prof. Dr. Maarten Koornneef Max-Planck-Institut für Pflanzenzüchtung, Köln
Dr. Adam Powell Centre for Sustainable Aquaculture Research, Swansea University, Wales, Great Britain
Dr. Robin Shields Centre for Sustainable Aquaculture Research, Swansea University, Wales, Great Britain
Prof. Dr. Mark Stitt ML Max-Planck-Institut für molekulare Pflanzenphysiologie, Golm
Dr. Christian Anton Nationale Akademie der Wissenschaften Leopoldina
Dr. Henning Steinicke Nationale Akademie der Wissenschaften Leopoldina External Reviewers
Prof. Dr. Nikolaus Amrhein ML Group for Plant Biochemistry und Physiology, Eidgenössische Technische Hochschule (ETH) Zürich
Prof. Dr. Georg Fuchs ML Institut für Biologie II, Mikrobiologie, Albert-Ludwigs-Universität Freiburg
Prof. Dr. Wolfgang Junge Abteilung Biophysik, Universität Osnabrück
Prof. Dr. Bernt Krebs ML Institut für Anorganische und Analytische Chemie, Westfälische Wilhelms-Universität Münster
Prof. Dr. Hermann Sahm Institut für Biotechnologie, Forschungszentrum Jülich
Prof. Dr. Hans Joachim Schellnhuber ML Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung, Potsdam
Prof. Dr. Ferdi Schüth ML Max-Planck-Institut für Kohlenforschung, Mülheim
Prof. Dr. Stefan Tangermann Department für Agrarökonomie und rurale Entwicklung, Georg-August-Universität Göttingen, Akademie der Wissenschaften zu Göttingen
Dobbiamo aumentare la produzione di energia
rinnovabile per combattere i cambiamenti climatici.
Ce lo impone l’EUROPA
EUROPA: Pacchetto clima energia 20-20-20
obiettivi italiani vincolanti da raggiungere entro il 2020
e situazione al 2012
Situazione al 2012
Ridurre del 6,5% le emissioni di
gas serra risp. al 1990 (Kyoto)
Emissioni CO2 -7,3%
risparmio energetico
Ridurre il consumo di energia del
13% risp. al 2005
Portare al 17% i consumi di
energia rinnovabile rispetto al
consumo totale
Fonte dati 2012: GSE e Fondazione per lo Sviluppo Sostenibile
133 ktep
126 ktep
17%
15%
L’Umbria deve compiere un grande sforzo nella
produzione di energia rinnovabile
Rinnovabili elettriche:
La situazione in Umbria alla fine del 2012:
Obiettivo 2020
Fonte: GSE, dato 2012: stima fornita dalla Regione dell’Umbria
In Germania 6800 impianti a BIOGAS danno un
contributo fondamentale alle energie rinnovabili
GERMANIA 2011: % consumi energetici per tipo di fonte
1,4% biogas agricolo
Fonte: Federal ministry for the Environment, nature Conservation and nuclear Safety - (Public Relations Division · 11055 Berlin -Germany)
Le biomasse non contribuiscono all’effetto serra perché
la CO2 emessa è la stessa sottratta durante la crescita
delle piante
Correcting a fundamental error in greenhouse gas
accounting related to bioenergy
Helmut Haberla et al., Energy Policy, Volume 45, June 2012
… «la combustione della biomassa per la fornitura di energia aumenta la quantità di
carbonio nell'aria proprio come la combustione di carbone, petrolio o gas, se la raccolta
della biomassa diminuisce la quantità di carbonio immagazzinato nelle piante e nei suoli,
o riduce il sequestro futuro del carbonio».
Le biomasse non contribuiscono all’effetto serra perché
la CO2 emessa è la stessa sottratta durante la crescita
delle piante
VERO SOLO SE SI UTILIZZANO SCARTI:
Se la produzione di biomasse sostituisce le produzioni
alimentari in altre parti del globo aumenta la deforestazione
Chi lo dice?
•
•
•
•
Steve P. Hamburg et alt., Fixing a Critica Climate
Accounting Error, SCIENCE, vol 326, 2009
Timothy Searchinger et alt., Use of Croplands for
Biofuels Increases Greenhouse Gases Through
Emission from Land-Use Change, SCIENCE, vol
319, 2008
Andy Shilton and Benoit Guieysse, Sustainable
sunlight to biogas is via marginal organics,
Current Opinion in Biotechnology, 287, vol 21,
2010
David Alan Walker, Biofuel, facts, fantasy, and
feasibility, J. Appl. Phycol, 21, 509, 2009
Come si valuta la qualità della produzione scientifica?
l’ANVUR (Agenzia Nazionale Valutazione Ricerca Universitaria) legge n. 240/96
1. Il numero di articoli su riviste nazionali o internazionali censite su ISI o Scopus negli ultimi 10 anni;
2. Il numero delle citazioni;
3. L’ indice H
4. Il Fattore di Impatto delle riviste
Autore
n. pubb ISI
Media Citazioni
H-index
Walker
18
42,44
Jörg Hacker
344
36,32
Schink, Bernhard
266
31,38
doering o* c
5
30
Singh Anoop
90
28,51
Gerbens-Leenes P* W
3
25,33
Rubbia Carlo
216
25,13
Guieysse B
61
22,66
Hamburg Steven
6
18,3
Searchinger Timoty D.
7
17,86
Shilton
38
11,95
Nature
Science
rivista citata o migliore
impact factor
12 Journal of Applied Phycology
2,326
58 Nova acta Leopoldina
13,69
46 Nova acta Leopoldina
13,69
3 Science
23 Renewable & Sustainable Energy Reviews
31,2
6,577
2 Global environmentali change human amd policy dimensions
6,901
30
22 Current Opinion in Biothecnologies
7,82
3 science
31,2
2 Science
31,2
12 Current Opinion in Biothecnologies
Fattore di impatto delle riviste scientifiche internazionali
7,82
Le biomasse sono economicamente sostenibili
Se fosse vero non ci sarebbe bisogno
degli INCENTIVI economici:
Senza la sicurezza degli incentivi nessuna banca
finanzierebbe progetti di BIOGAS, BIOMASSE
SOLIDE ecc
Fonte: Rai- Report 2010
Infine uno sguardo all’import/export cerealicolo e alla
crescita della popolazione italiana
L’Italia ha importato 15,2 milioni di tonnellate tra cereali, semi oleosi e
farine proteiche. La popolazione italiana aumenta costantemente
Istat: popolazione residente in Italia
Import / export:
Il saldo valutario netto è circa -2 miliardi di euro
Fonte: Anacer - Associazione nazionale cerealisti
Gli incentivi alle rinnovabili rendono meno competitive le
produzioni alimentari rispetto a quelle energetiche
Biomasse: Siamo sicuri che vale la pena?
Efficienza energetica 0,1% rispetto all’energia solare ricevuta (fotovoltaico 10-15%)
Competizione con le produzioni alimentari
Inquinamento delle falde (fertirrigazione con digestato)
Emissioni inquinanti in aria
Lievitazione prezzi terreni agricoli e
deprezzamento delle abitazioni limitrofe
Contributo incerto alla diminuzione dell’effetto serra
Non si potrebbe puntare a
forme rinnovabili più
efficienti e meno impattanti?
(scarti)
Grazie per l’attenzione