Convegno ENEA "Impatti energetici ed ambientali dei combustibili nel settore residenziale"
11 novembre 2015 - Roma
IMPATTI AMBIENTALI DEGLI IMPIANTI TERMICI CIVILI IN REGIONE
PIEMONTE
Abstract
Ing. Angelo Robotto, Ing. Enrico Brizio - Arpa Piemonte
PREMESSA
Il documento del GRUPPO DI LAVORO PER L’INDIVIDUAZIONE DELLE MISURE PER LA
RIDUZIONE DELL’INQUINAMENTO ATMOSFERICO, istituito dal Decreto 756 del 28/12/2011,
DG Valutazioni Ambientali (DVA) e sviluppato dal Ministero dell’Ambiente nel luglio 2012, aveva
già in allora dedicato ampio spazio all’utilizzo di biomasse in impianti residenziali.
I paragrafi che seguono rappresentano, per immagini e commenti, un ulteriore approfondimento
rispetto a quanto già riportato, con specifico riferimento alla realtà piemontese.
SCENARIO EMISSIVO
Sulla base dell’inventario regionale delle emissioni in atmosfera (IREA, aggiornato, di recente,
all’anno 2010), è possibile apprezzare la distribuzione delle emissioni legate al settore residenziale
in un territorio che comprende non solo la Regione Piemonte ma anche le limitrofe regioni francesi
e la Liguria. (vedi Figura 1).
Figura 1: Inventario sovra regionale delle emissioni, PM2.5 da impianti residenziali (t/y)
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La Tabella 1 e la Figura 2 riportano a tale proposito il dettaglio dell’inventario regionale piemontese
in relazione agli impianti residenziali, da cui si può dedurre come gli impianti a legna (si stimano
circa 600000 apparecchi in Regione Piemonte, consumanti 1,6 Mt di legna all’anno) causino la
quasi totalità delle emissioni di CO e PM dal settore residenziale.
Tabella 1: Emissioni di macroinquinanti da impianti residenziali in Regione Piemonte (fonte IREA
2010)
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Figura 2: Dettaglio territoriale delle emissioni di PM10 ed NOx dagli impianti residenziali piemontesi (t/y)
Sempre sulla base dei dati ricavabili dall’inventario regionale IREA 2010, è possibile ricavare il
peso delle emissioni degli impianti termici civili alimentati a legna rispetto alle emissioni
complessive regionali; da tali dati, rappresentati in Figura 3, emerge che le emissioni degli impianti
a biomasse rappresentano parte importante delle emissioni totali regionali, soprattutto per PM10
ed il CO. Si ricorda tuttavia la sottostima presente oggi in tutti gli inventari europei delle emissioni
da traffico veicolare, soprattutto per i parametri CO, NOx e PM, sottostima che potrebbe ritoccare
sensibilmente le percentuali riportate per alcuni parametri.
Figura 3: Confronto emissivo tra impianti a legna, impianti residenziali e totale regionale
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TECNOLOGIA ED EMISSIONI
Andando più nel dettaglio delle caratteristiche degli impianti termici civili alimentati a legno, il
confronto delle prestazioni emissive delle diverse tecnologie è rappresentato nelle Figure 4 e 5,
rispettivamente per i parametri macroinquinanti e microinquinanti. Il rapporto delle emissioni tra
macchine termiche tradizionali e quelle più moderne è molto significativo quando vengono
considerati impianti termici dotati di BAT, particolarmente performanti quanto si usa pellet o legna
con granulometria e pezzatura adeguate ed omogenee. I fattori emissivi medi basati sul parco
macchine della Regione Piemonte è riportato in Tabella 2.
Tabella 2: Fattori di emissione medi ponderati per impianti residenziali a legna in Regione Piemonte (fonte: IREA 2010 e
http://www.inemar.eu/xwiki/bin/view/FontiEmissioni)
1400
PM10 g/GJ
1200
COV g/GJ
fattori di emissione (g/GJ)
NOx g/GJ
1000
800
600
400
200
0
caldaie con
potenza < 50
MW
camino aperto
altri sistemi
tradizionale (stufe caminetti
cucina)
stufa
camino chiuso o stufa o caldaia stufa automatica
tradizionale a
inserto
innovativa
a pellets o
legna
cippato o BAT
legna/pellets
Figura 4: Evoluzione tecnologica dei fattori di emissione per i macro-inquinanti (fonte:
http://www.inemar.eu/xwiki/bin/view/FontiEmissioni)
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fattori di emissione (mg/GJ o ng/GJ)
900
800
IPA tot mg/GJ
700
IPA tot mg I-TEQ/GJ
600
PCDD/F ng I-TEQ/GJ
500
400
300
200
100
0
caldaie con
potenza < 50
MW
camino aperto
altri sistemi
tradizionale (stufe caminetti
cucina)
stufa
camino chiuso o stufa o caldaia stufa automatica
tradizionale a
inserto
innovativa
a pellets o
legna
cippato o BAT
legna/pellets
Figura 5: Evoluzione tecnologica dei fattori di emissione per i micro-inquinanti (fonte:
http://www.inemar.eu/xwiki/bin/view/FontiEmissioni)
In aggiunta alle caratteristiche tecnologiche delle macchine, le emissioni dagli impianti termici
alimentati a legna sono fortemente influenzati dagli aspetti di corretto dimensionamento e gestione
delle stesse (numerosità degli start-up, condizioni di combustione poco attiva o quiescente,
tipologia di accensione, presenza di accumulatori di fluido termo-vettore) così come dalle
caratteristiche della biomassa combustibile (umidità, pezzatura, omogeneità).
1400
1200
quercia
castagno
IPA tot (mg/Nm3, O2@10%)
1000
800
600
400
200
0
fiamma viva
quiescente
fiamma viva
quiescente
fiamma viva
quiescente
umidità < 25%
umidità < 25%
umidità 26-39%
umidità 26-39%
umidità > 40%
umidità > 40%
Figura 6: Influenza della tipologia di combustione e delle caratteristiche della biomassa sulle emissioni di IPA
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450
400
PM (mg/Nm3, O2@10%)
350
300
250
200
150
100
50
0
fiamma viva
fiamma viva
quercia
quercia
fiamma viva
quercia
umidità < 25%
umidità 26-39%
umidità > 40%
Figura 7: Influenza delle caratteristiche di umidità della biomassa sulle emissioni di PM
Come meglio esemplificato nelle Figure 6 e 7 (tratte da letteratura specialistica1), le emissioni di
IPA tendono ad aumentare con l’umidità della legna bruciata e nel caso di combustione non vivace
(quiescente, modalità “slumber” o smouldering”). Analoghe considerazioni potrebbero essere
avanzate per il parametro PM. Gli stessi studi inoltre correlano in modo molto stretto le emissioni di
CO e di IPA (vedi Figura 8) e riportano andamenti di CO, NOx ed ossigeno esemplificativi dei
funzionamenti a fiamma viva e in combustione quiescente (Figura 9): a fiamma vivace corrisponde
basso CO, basso O2, bassi IPA e alto NO, a fase di combustione quiescente alto CO, alto IPA, alto
O2, basso NO.
1
Release of polycyclic aromatic hydrocarbons, carbon monoxide and particulate matter from biomass
combustion in a wood-fired boiler under varying boiler conditions. Bignal K.L. et al. Atmospheric Environment
42 (2008) 8863-8871.
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Figura 8: Correlazione tra emissioni di IPA e di CO durante la combustione della legna
Al fine di minimizzare le emissioni nocive derivanti dalla combustione domestica della biomassa
occorrerebbe pertanto dimensionare e gestire le macchine termiche in modo che i momenti di
start-up e di combustione “lenta” fossero minimizzati. A tale scopo, è consigliabile l’uso di
accumulatori di acqua calda pronta all’uso e risulterebbe opportuno evitare l’inseguimento dei
picchi di richiesta facendo ricorso ad altri sistemi termici a basse emissioni (pompe di calore,
generatori a combustibile gasssoso).
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Figura 9: Andamento delle emissioni di CO e NOx durante la combustione della legna
EFFETTI DELLA COMBUSTIONE DELLA LEGNA SULLA QUALITA’ DELL’ARIA
Venendo ora ad una disamina maggiormente incentrata sugli effetti della combustione della legna,
la rete regionale di monitoraggio della Qualità dell’Aria ci restituisce concentrazioni del parametro
Benzo(a)Pirene (B(a)P), scelto come marker dell’esposizione agli IPA in aria ambiente. Queste
sostanze si trovano in atmosfera come prodotto di processi di pirolisi e di combustioni incomplete,
generalmente legate a fonti naturali come le eruzioni vulcaniche e gli incendi boschivi e a fonti
antropiche come il traffico stradale, le combustioni incontrollate in ambito agricolo e l’uso di olio
combustibile, carbone e legno nella produzione di energia e riscaldamento.
Le Figure 10 e 11 in particolare riportano gli andamenti di tale parametro in alcune realtà territoriali
piemontesi, evidenziando come le maggiori concentrazioni di B(a)P in atmosfera non siano
misurate nelle aree urbane più trafficate (Torino, Novara ed Alessandria) bensì in piccoli centri,
dove si stima un uso intensivo di biomasse legnose.
Nello specifico, dal 2005 in avanti, il limite di qualità dell’aria di Benzo(a)Pirene è superato in
provincia di Cuneo solo a Saliceto, in area scarsamente antropizzata ma con forte uso di legna per
riscaldamento. Al contempo, come già dibattuto, impianti tecnologicamente avanzati di
combustione o gassificazione della legna emettono IPA in concentrazioni molto ridotte.
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È anche possibile dimostrare come, a titolo di esempio, in alcune stazioni della rete di
monitoraggio regionale della Qualità dell’Aria, le concentrazioni di B(a)P in atmosfera sono
correlabili all’uso specifico di legna in impianti residenziali (Figura 12), a riprova degli impatti
dell’uso di legno in impianti termici non particolarmente performanti.
1.8
1.6
1.4
ng/m^3
1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
Alba
Borgo
S.Dalmazzo
Bra
Cuneo
Saliceto
Mondovì
2005
2006
2007
2008
2009
2010
2011
2012
2013
2014
Figura 10: Andamento delle concentrazioni di Benzo(a)Pirene nelle stazioni di monitoraggio della Provincia di Cuneo
(limite di legge per la qualità dell’aria pari a 1 ng/m 3)
Figura 11: Andamento delle concentrazioni di Benzo(a)Pirene in alcune stazioni della rete di monitoraggio della Regione
Piemonte
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concentrazione media annua di Benzo(a)pirene
(ng/Nm3)
1,6
1,4
1,2
1
0,8
0,6
0,4
0,2
0
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
emissione di PM da residenziale a legna (g/persona/y)
Figura 12: Correlazione tra le concentrazioni di Benzo(a)Pirene misurato in alcune stazioni di monitoraggio della Regione
Piemonte ed uso di biomassa in impianti termici civili
PIANIFICAZIONE E NORMATIVA REGIONALE IN MATERIA DI EMISSIONI DA
IMPIANTI TERMICI CIVILI
Le politiche regionali in materia partono da molto lontano nel tempo, forse prime in Italia nel
denunciare la criticità di un uso intensivo e indiscriminato del legno per la qualità dell’aria (Figura
13).
Lo Stralcio di Piano per il riscaldamento ambientale e il condizionamento approvato con DGR 4
agosto 2009, n. 46-11968 impone limiti stringenti agli impianti a biomassa, ma si applica solo al di
sopra dei 35 kW di potenza termica nominale (Figura 14).
Sulla base dei fattori di emissione precedentemente riportati nonché dei limiti imposti dalla
normativa regionali sugli impianti termici destinati alla climatizzazione ed il riscaldamento, è
possibile elaborare un confronto tra due scenari energetici, a parità di volumetria riscaldata: il
primo riferito a impianti termici singoli a biomassa, il secondo ad un eventuale impianto di
teleriscaldamento a biomassa al quale verrebbero applicate ordinarie tecnologie di contenimento
delle emissioni (misure primarie per l’ottimizzazione della combustione, un multiciclone ed un
elettrofiltro).
Il confronto, riportato in Figura 15, pur trascurando la maggiore efficienza energetica derivante da
una generazione centralizzata del calore dotata di accumulatori di acqua calda, evidenzia ancora
una volta l’importanza delle tecnologie di buona combustione e dei sistemi di abbattimento degli
inquinanti a camino ai fini di rendere ambientalmente compatibile l’uso energetico della biomassa.
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Figura 13: Confronto emissivo tra impianti termici a differente alimentazione (Fonte: A.Mussinatto, Regione Piemonte,
2007)
Figura 14: Limiti emissivi e requisiti prestazionali per gli impianti a biomassa in Regione Piemonte
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Figura 15: Generazione centralizzata di energia da biomassa, bilanci emissivi
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CONCLUSIONI
La produzione di energia da fonte rinnovabile, da un lato motore di innovazione e sostenibilità
globale, può comportare rilevabili effetti ambientali locali, quali il peggioramento della qualità
dell’aria, in particolare in regioni delicate come la pianura padana.
I punti chiave per la sostenibilità delle soluzioni energetiche a “base legno” sono almeno i seguenti:
· il ricorso alle BAT nel campo della scelta:
delle macchine termiche,
degli eventuali sistemi di abbattimento “end of pipe”,
dell’integrazione con altri combustibili o sistemi energetici a bassa emissione per
coprire i picchi di richiesta,
dell’automazione,
delle logiche di accumulo,
del corretto dimensionamento;
· l’utilizzo di materiale combustibile idoneo, per umidità, pezzatura ed omogeneità;
· una gestione consapevole, finalizzata alla minimizzazione delle fasi di accensione e
combustione quiescente, alla corretta accensione del materiale, alla manutenzione
adeguata, alla conformità alla norma tecnica;
· la centralizzazione della generazione di energia al fine di ottimizzare aspetti energetici ed
emissivi;
· il perseguimento di bilanci emissivi positivi o neutri sulla scala locale (massimizzazione
dell’efficienza termica, scelte coerenti di dimensione e localizzazione degli impianti);
· una prospettiva pianificatoria coerente e finalizzata: tecnologia, limiti di emissione, filiera
corta, approccio di espianto sostenibile, incentivi, fiscalità, ricaduta locale dei sussidi
economici.
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