FONTI ENERGETICHE
RINNOVABILI
E BIOMASSE
Manuela Dodi
Bologna, 5 febbraio 2007
UPI Emilia Romagna – 5 febbraio 2007
Seminario “Fonti Energetiche Rinnovabili e Biomasse”
ARGOMENTI DELLA PRESENTAZIONE
• CONTESTO ENERGETICO
• LE FONTI ENERGETICHE
• FONTI DI ENERGIA RINNOVABILE
• BIOMASSE
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Seminario “Fonti Energetiche Rinnovabili e Biomasse”
CONTESTO ENERGETICO
La domanda di energia nel mondo continua a salire trainata da tre principali
fattori:
•La crescita economica
•L’aumento della popolazione
•I prezzi dell’energia
La combinazione di questi tre elementi nel corso degli ultimi anni ha determinato una
crescita della domanda di energia nel mondo dai 6,6 miliardi di tep nel 1980 a circa
9,1 miliardi di tep nel 2002 con un aumento percentuale di poco inferiore al 2%
all’anno.
L'attuale sistema energetico è essenzialmente basato sulle fonti primarie di origine
fossile, cioè costituite da riserve di combustibili naturali formatisi in milioni di anni nel
corso dell'evoluzione del nostro pianeta e che si sono conservati nelle profondità
della crosta terrestre.
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CONTESTO ENERGETICO
Tali fonti vengono "bruciate" per soddisfare circa l' 83% dell'attuale fabbisogno
energetico globale.
Sono costituite essenzialmente da petrolio, carbone e gas naturale (metano); un
altro 6% circa del fabbisogno energetico globale è coperto da materiale fissile
(essenzialmente uranio 235, ricavato dall'uranio naturale) utilizzato in centrali
nucleari, per cui circa il 90% del fabbisogno energetico globale è coperto da fonti
primarie esauribili.
Poco più del 10% del fabbisogno energetico globale è coperto da fonti di energia
rinnovabili, idroelettrico 6%, biomasse, geotermico ed eolico in assieme coprono il
5% circa.
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CONTESTO ENERGETICO
Questo dovrebbe dare la dimensione del problema che si dovrà affrontare nei
decenni futuri, poiché una fonte esauribile è, come dice la parola, destinata ad
esaurirsi ed accadrà in un tempo che in scala storica è relativamente breve; su base
scientifica è previsto che il picco di produzione del petrolio arriverà in un lasso di
tempo che va da 5 anni a 30 anni, dopo di che il prezzo del greggio comincerà a
salire fino a diventare economicamente insostenibile per il nostro sistema.
Andamento simile è previsto per il gas naturale e per il carbone di alta qualità
mentre per il carbone di qualità inferiore e per gli scisti bituminosi ci sono tempi
di approvvigionamento nell'ordine di uno o due secoli ma con maggiori problemi di
rendimento energetico e di immissioni in atmosfera già oggi al limite della sostenibilità
ambientale; è da considerare inoltre, che gli idrocarburi non servono solo per fini
energetici ma anche per la produzione di innumerevoli articoli industriali di uso
comune per i quali spesso sono insostituibili materie prime.
Alla copertura dei fabbisogni di energia da parte degli idrocarburi corrisponde una
forte emissione di anidride carbonica di origine antropica con forte impatto sul clima a
scala mondiale.
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CONTESTO ENERGETICO
A fronte di ciò, a livello internazionale l’entrata in vigore, nel 2003, del Protocollo di
Kyoto ha definito gli obiettivi di riduzione delle emissioni clima alteranti per i paesi
aderenti, introducendo tra gli altri meccanismi flessibili per il raggiungimento degli
obiettivi di riduzione, come:
•Emission Trading
•Joint Implementation
•CDM – Clean Development Mechanisms
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CONTESTO ENERGETICO
Il quadro energetico dell’Unione Europea, è definito in particolare da:
•Programma Europeo sul Cambiamento Climatico (ECCP), adottato dalla
Commissione per il raggiungimento degli obiettivi di Kyoto
•Libro Verde per la sicurezza di approvvigionamento (Green Paper on Security of
Supplì) della Commissione Europea
•Dichiarazione Europea sullo Sviluppo Sostenibile che richiede la riduzione
dell’1% annuo delle emissioni di GHG in Europa fino al 2020
•Una serie di Direttive tra le quali: quella sullo scambio delle quote di emissione,
quella sul rendimento energetico degli edifici e quella sulla produzione di energia da
fonti rinnovabili
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CONTESTO ENERGETICO
•Direttive del Parlamento Europeo in materia di Energia:
– Direttiva 1996/92/CE e successivi aggiornamenti, recanti norme comuni per il
mercato interno dell’energia elettrica
– Direttiva 1998/30/CE e successivi aggiornamenti, recanti norme comuni per il
mercato interno del gas naturale
– Direttiva 2001/77/CE sulla promozione dell’energia elettrica prodotta da fonti
energetiche rinnovabili nel mercato interno dell’elettricità
– Direttiva 2003/30/CE sulla promozione dell’uso dei biocarburanti o di altri
carburanti rinnovabili nei trasporti
– Direttiva 2002/91/CE sul rendimento energetico nell’edificio
– Direttiva 2004/8/CE sulla promozione della cogenerazione
– Direttiva 2006/32/CE concernente l’efficienza degli usi finali dell’energia e i
servizi energetici
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CONTESTO ENERGETICO
– Direttiva 2003/96/CE sulla tassazione dei prodotti energetici e dell’elettricità
– Direttiva 2000/55/CE sui requisiti di efficienza energetica degli alimentatori per
lampade fluorescenti
– Direttiva 2002/40/CE riguardante l’etichettatura indicante il consumo di energia
dei forni elettrici per uso domestico
– Direttiva 2002/31/CE riguardante l’etichettatura indicante il consumo di energia
dei condizionatori d’aria per uso domestico
– Direttiva 2003/66/CE riguardante l’etichettatura indicante il consumo di energia
dei frigoriferi elettrodomestici, dei congelatori elettrodomestici e delle relative
combinazioni
– Regolamento n.2422/2001/CE concernente l’etichettatura relativa alle
apparecchiature per ufficio
– Direttiva 2004/17/CE sullo scambio emissioni che coordina le procedure di
appalto degli enti erogatori di acqua ed energia
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CONTESTO ENERGETICO
– Direttiva 2004/18/CE relativo al coordinamento delle procedure di
approvvigionamento degli appalti pubblici di lavori, forniture e servizi
– Direttiva 2003/87/CE che istituisce un sistema per lo scambio di quote di
emissione dei gas ad effetto serra
– Regolamento n.1228/2003 relativo agli scambi transfrontalieri elettrici
– Regolamento n. 1777/2005 relativo alle condizioni di accesso alle reti di
trasporto del gas naturale
– Direttiva 2005/89/CE sulle misure per la sicurezza degli approvvigionamenti di
elettricità e per gli investimenti in infrastrutture
– Direttiva 2005/32/CE recante norme di eco - compatibilità dei prodotti che
consumano energia
– Piano d’azione per la biomassa
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CONTESTO ENERGETICO
A livello nazionale la comparsa di nuovi attori, il trasferimento di nuove competenze
agli enti territoriali, la creazione di nuovi strumenti e meccanismi è dovuta
principalmente a:
•Liberalizzazione del mercato elettrico e del gas avviata nel 1999
•Modifica del titolo V della Costituzione che inserisce l’energia fra le materie a
legislazione concorrente fra Stato e Regioni, modificando radicalmente i compiti e i
ruoli dei diversi livelli istituzionali
•Legislazione per l’incremento della produzione da fonti rinnovabili
•Decreti per l’incremento dell’efficienza energetica.
•Misure previste dalla finanziaria 2007 in campo energetico e ambientale.
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CONTESTO ENERGETICO
- Finanziaria 2007 •Agevolazioni fiscali per la riqualificazione energetica degli edifici
•Fondo per l’incentivazione di edifici ad altissima efficienza
•Contributi per frigoriferi ad alta efficienza
•Incentivi per l’installazione di motori industriali ad alta efficienza e a velocità
variabile
•Semplificazioni amministrative per i piccoli auto - produttori di energia
elettrica
•Riduzione dell’accisa del gpl e incentivi all’impiego di autoveicoli a gpl e
metano
•Incentivi per i biocarburanti
•Interventi sulla fiscalità energetica per finalità sociali e misure per le
infrastrutture energetiche
•Iva agevolata per energia ecologica
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CONTESTO ENERGETICO
- Finanziaria 2007 Agevolazioni fiscali per la riqualificazione energetica degli edifici. La Finanziaria
2007 prevede l’innalzamento dal 36% al 55%la percentuale di detrazione fiscale per:
-interventi di riduzione dei consumi energetici per la climatizzazione invernale almeno
del 20 % rispetto ai valori di legge per i nuovi edifici (fino a un ammontare di 100.000
euro in tre anni);
-interventi specifici su pareti e finestre (fino ad un ammontare di 60.000 in tre anni).
Con l’obiettivo di:
-Ridurre le dispersioni termiche del 30 – 40% e garantire risparmi energetici per 50100 kilotep/a (migliaia di tonnellate equivalenti di petrolio l’anno).
-Stimolare interventi atti all’installazione di pannelli solari (fino a un ammontare di
60.000 € in 3 anni).
-Incentivare la sostituzione di vecchie caldaie con altre ad alta efficienza energetica
(fino a un ammontare di 30.000 € in 3 anni).
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CONTESTO ENERGETICO
- Finanziaria 2007 Fondo per l’incentivazione di edifici ad altissima efficienza. La Finanziaria 2007 –
al fine di favorire la costruzione di nuovi edifici di medie e grandi dimensioni
(volumetria superiore a 10.000 m3) con un fabbisogno energetico minore del 50% di
quanto dispone l’attuale normativa – prevede un contributo pari al 55% degli extra
costi sostenuti per conseguire il predetto valore.
Per questa voce è previsto un fondo di 45 milioni €, che dovrebbe consentire la
realizzazione di 15 – 20 edifici esemplari dal punto di vista energetico e replicabili sul
territorio nazionale.
Effetti attesi:
-Riduzione della bolletta energetica delle famiglie.
-Contenimento della spesa energetica del Paese.
-Impatti industriali e occupazionali legati alla costruzione dei pannelli solari e alla loro
installazione.
-Sviluppo di un indotto qualificato (progettisti, artigiani, installatori e certificatori) nel
campo della bioedilizia.
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CONTESTO ENERGETICO
- Finanziaria 2007 Contributi per frigoriferi ad alta efficienza. La Finanziaria 2007 concede una
detrazione fiscale in un’unica rata – per una quota pari al 20% degli importi a carico del
contribuente (e un ammontare complessivo non superiore a 200 € per ciascun
apparecchio) – per la sostituzione di frigoriferi, congelatori e loro combinazioni, di
classe energetica non inferiore ad A+, acquistati nel corso del 2007.
Effetti attesi:
-Riduzione dei consumi: ipotizzando che i frigoriferi di classe A+ raggiungano il 15%
delle vendite, la riduzione sarebbe pari a 85 GWh/a (milioni di kWh).
-Bollette meno care per i consumatori.
-Industrie stimolate a ricercare e produrre elettrodomestici ad elevata efficienza.
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CONTESTO ENERGETICO
- Finanziaria 2007 Incentivi per l’installazione di motori industriali ad alta efficienza e a velocità
variabile. La Finanziaria 2007 – per l’acquisto o la sostituzione di motori funzionanti in
bassa o media tensione (anche integrati in apparecchiature) con motori a elevata
efficienza di potenza elettrica compresa tra 5 e 90 kW – prevede una detrazione fiscale
in un'unica rata, per una quota pari al 20% degli importi a carico del contribuente, per
un ammontare complessivo (comprensivo delle spese di installazione) non superiore a
1.500 € per ciascun motore.
Nel caso, invece, di acquisto o installazione di Inverter su impianti con potenza elettrica
compresa tra 7,5 e 90 KW, la soglia massima per la detrazione è pari a 1.500 €..
Effetti attesi:
-Riduzione dei consumi di energia elettrica a parità di servizio.
-Incremento della capacità competitiva delle imprese.
-Risparmi energetici fino al 30% per i variatori di velocità ai motori elettrici e un
potenziale di riduzione dei consumi di 15 TWh/a, pari al 10% dei consumi elettrici
dell’industria.
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CONTESTO ENERGETICO
- Finanziaria 2007 Semplificazioni amministrative per i piccoli auto – produttori di energia
elettrica. La Finanziaria 2007 estende agli impianti di potenza fino a 200 kW,
alimentati da fonti rinnovabili o cogenerativi, il meccanismo dello “scambio sul posto”
dell’energia elettrica, finora vigente per i piccolissimi impianti da fonti rinnovabili fino a
20 kW.
Vengono, inoltre, semplificate le procedure fiscali e cancellate alcune imposte
onerose sotto il profilo amministrativo, per un importo pari a circa 1mln di € all’anno.
Effetti attesi:
•Promozione della piccola generazione distribuita pulita ed efficiente.
•Diffusione di una cultura dell’uso razionale dell’energia.
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CONTESTO ENERGETICO
- Finanziaria 2007 Riduzione dell’accisa del GPL e incentivi all’impiego di autoveicoli a GPL e
metano. La Finanziaria 2007 dispone una riduzione del 20% del carico fiscale per il
GPL. L’accisa si riduce così a 227,77 € per 1.000 kg di prodotto.
Introduce poi incentivi per trasformare autovetture a gas metano o GPL e per
l’acquisto di autoveicoli a metano e GPL, con un fondo 100 milioni €/anno per il 2007,
2008 e 2009.
Effetti attesi:
•Ripercussioni positive sulle medie e piccole imprese per l’alimentazione a gas e sulle
imprese artigiane di trasformazione dei veicoli.
•Aumento (stimato in 120.000 unità nel solo 2007) dei veicoli a gas in circolazione.
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CONTESTO ENERGETICO
- Finanziaria 2007 Incentivi per i bio-carburanti. La Finanziaria 2007 allinea la legislazione italiana sui
bio – carburanti alla Direttiva europea 2003/30/CE sugli obiettivi di miscelazione
obbligatoria dei bio – carburanti nei carburanti petroliferi, secondo una percentuale
progressiva: 1% al 2005; 2,5% al 2008; 5,75% al 2010. A questo fine si rende
operativo l’utilizzo di circa 16,7 milioni di € derivanti da sanzioni irrogate dall’Antitrust
già destinate, con decreto del Ministero, alle bioenergie.
Viene convogliata al bio – diesel anche una parte dei 73 milioni di € destinati negli
anni precedenti al bio – etanolo e all’ETBE (Etil – Terzia – Butil Etere, composto
organico derivante dagli alcoli etilico e isobutilico) e non utilizzabili a questi fini a
causa del contenzioso con la Commissione europea. Dal 2007, se tale contenzioso si
sbloccherà, i 73 mln verranno, invece, destinati al bioetanolo.
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CONTESTO ENERGETICO
- Finanziaria 2007 Incentivi per i bio-carburanti.
Effetti attesi:
•Diversificazione delle fonti energetiche primarie.
•Riduzione delle emissioni di gas a effetto serra.
•Risoluzione del contenzioso con la Commissione UE e prevenzione verso ulteriori
procedure di infrazione.
•Positive ricadute nei settori agricolo e della trasformazione industriale.
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CONTESTO ENERGETICO
- Finanziaria 2007 Interventi sulla fiscalità energetica per finalità sociali e misure per le
infrastrutture energetiche. La Finanziaria 2007 destina il maggior gettito fiscale,
derivante dall’incidenza dell’imposta sul valore aggiunto sui prezzi di carburanti e
combustibili di origine petrolifera, in relazione ad aumenti del prezzo internazionale
del greggio , rispetto al valore di riferimento previsto nel DPEF 2007-2011 – nel limite
di 100 milioni di € annui – alla costituzione di un apposito fondo (la cui dotazione
iniziale per il triennio 2007 – 08 – 09 è pari a 50 mln di €) da utilizzare a copertura di
interventi di riduzione dei costi della fornitura energetica per le fasce sociali che più
risentono del peso del caro energia.
Effetti attesi:
•Nuove occasioni per diversificare le fonti di approvvigionamento energetico.
•Sbocchi occupazionali.
•Riduzione della bolletta energetica.
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CONTESTO ENERGETICO
- Finanziaria 2007 Iva agevolata per forniture di energia “ecologica”. La fornitura di energia termica
per uso domestico tramite reti pubbliche di teleriscaldamento o nell’ambito del
contratto servizio energia prevede l’Iva agevolata solo se è prodotta da fonti
rinnovabili o da impianti di cogenerazione ad alto rendimento; alle forniture di energia
da altre fonti, sotto qualsiasi forma, si applica l’aliquota ordinaria.
La Finanziaria 2007 agevola in sostanza l’uso delle fonti rinnovabili e della
cogenerazione nell’ambito dei contratti servizio energia.
Effetti attesi:
•Aumento dell’interesse del fornitore a orientarsi verso fonti rinnovabili e
cogenerazione..
•Progressivo rafforzamento del processo di diversificazione delle fonti energetiche.
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CONTESTO ENERGETICO
Bando per la promozione delle fonti rinnovabili per la produzione di energia
elettrica e/o termica tramite agevolazioni alle piccole e medie imprese ai sensi
del D. M. n.33/2000, art. 5.
Il Ministero dell’Ambiente e della Tutela del Territorio e del Mare, congiuntamente
con MCC S.p.A. ha emanato il Bando per le Piccole e Medie Imprese pubblicato nella
Gazzetta Ufficiale n. 12 del 16 gennaio 2007, che prevede la corresponsione di
contributi in conto capitale per la realizzazione di diverse tipologie di impianti.
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CONTESTO ENERGETICO
•Impianto Fotovoltaico connesso alla rete di potenza nominale compresa tra 20 e 50
kWp
•Impianto Eolico connesso alla rete di potenza nominale compresa tra 20 e 100 kWp
•Impianto Solare Termico per la produzione di acqua calda sanitaria, per il
riscaldamento e raffrescamento degli ambienti, per la fornitura di calore di processo a
bassa temperatura e per il riscaldamento delle piscine. Sono incentivati gli impianti
che impiegano collettori piani vetrati, sottovuoto e piani non vetrati di superficie
lorda compresa tra 50 e 500 m², equivalenti a 35 e 350 kW
•Impianto termico a cippato o pellets da biomasse, per la produzione di calore, di
potenza nominale compresa tra 150 e 1000 kW.
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CONTESTO ENERGETICO
La Giunta della Regione Emilia Romagna ha recentemente licenziato il “Piano
Energetico Regionale – PER”, il quale definisce:
•Lo scenario evolutivo del sistema energetico regionale (offerta e consumo di
energia) al 2015
•Gli obiettivi di sviluppo sostenibile del sistema energetico regionale
•Gli indirizzi programmatici e le linee di intervento prioritarie alle quali legare gli
interventi di Regione ed Enti Locali in attuazione della L.R. 26/04 del 23 dicembre
2004
•L’attivazione del Fondo per l’attuazione dei programmi di intervento.
Il PER agisce per programmi di indirizzo triennali approvati dall’Assemblea
Legislativa regionale ed annuali approvati dalla Giunta Regionale.
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CONTESTO ENERGETICO
La legge n°26 del 23/12/2004, indica principi ed obiettivi della politica energetica
regionale, creando una strategia diretta allo sviluppo sostenibile e disciplina
l’approvazione e l’attuazione del PER ponendo a fondamento degli interventi di
competenza della Regione o degli enti Locali i cui obiettivi e gli indirizzi programmatici
sono fissati dallo stesso.
Struttura della legge:
Titolo I - FINALITA’, PROGRAMMAZIONE, INTERVENTI
Titolo II - IMPIANTI E RETI
Titolo III - SERVIZI E OPERATORI
Titolo IV - ATTUAZIONE DI DIRETTIVE COMUNITARIE
Titolo V - STRUTTURE TECNICHE
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CONTESTO ENERGETICO
- L. R. 26 del 23/12/2004 Titolo I - FINALITA’, PROGRAMMAZIONE, INTERVENTI
•Finalità ed obiettivi delle politica energetica territoriale
•Funzioni della Regione
•Funzione delle Province
•Funzioni dei Comuni
•Strumenti delle pianificazione territoriale ed urbanistica ed adeguamenti delle
disposizioni regolamentari in materia di energia
•Livelli della programmazione energetica territoriale: verifica delle sostenibilità
ambientale e territoriale degli interventi programmati
•Concertazione istituzionale e partecipazione sociale
•Il Piano Energetico Regionale
•Attuazione del PER
•Fondo per l’attuazione del PER: forme e modalità di finanziamento
•Requisiti prestazionali degli interventi per accedere alle provvidenze regionali
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CONTESTO ENERGETICO
- L. R. 26 del 23/12/2004 Titolo II - IMPIANTI E RETI
•Gerarchie degli interventi
•Procedure autorizzative degli impianti
•Parametri di valutazione degli impianti termoelettrici a fonti convenzionali ai fini
autorizzativi
•Certezza di esecuzione dei provvedimenti autorizzativi: disposizioni
•Condizioni per il corretto esercizio degli impianti di generazione elettrica: disposizioni
•Sviluppo e manutenzione delle reti di trasporto e distribuzione dell’energia: disciplina
della programmazione e valutazione preventiva di sostenibilità ambientale e
territoriale degli interventi
•Intese Stato/Regione per assicurare l’integrazione ed il coordinamento tra la politica
nazionale e regionale
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CONTESTO ENERGETICO
- L. R. 26 del 23/12/2004 Titolo III - SERVIZI ED OPERATORI
•Obblighi di servizio pubblico dei distributori di energia elettrica e gas naturale rispetto
agli obiettivi di risparmio energetico e valorizzazione delle fonti energetiche
•Qualificazione degli operatori preposti all’attuazione degli interventi finanziati dalla
Regione
Titolo IV - ATTUAZIONE DI DIRETTIVE COMUNITARIE
•Direttiva 2001/77/CE
•Direttiva 2002/91/CE
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CONTESTO ENERGETICO
- L. R. 26 del 23/12/2004 Titolo V - STRUTTURE TECNICHE
•Agenzia energetica regionale
•Gestione associata delle funzioni conferite a provincie e comuni
•Collaborazione tra le strutture tecniche regionali e locali
•Osservatorio dell’energia
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CONTESTO ENERGETICO
- Efficienza energetica negli usi finali L'introduzione di miglioramenti tecnologici o gestionali negli usi finali
dell'energia permette di ottenere quote consistenti di riduzione dei consumi a
costi inferiori a quelli di produzione, in linea con le strategie rivolte alla
sicurezza di approvvigionamento – Il Green Paper on Security of Supply della
Commissione Europea del 2000, ed il suo aggiornamento del 2005 individua la
gestione della domanda come la prima priorità
La domanda di climatizzazione può essere drasticamente ridotta impiegando
tecniche per il raffrescamento naturale degli edifici, siano essi nuovi oppure in fase di
ristrutturazione.
Un isolamento termico adeguato accoppiato alla corretta orientazione consente, oggi,
di realizzare edifici che per il riscaldamento richiedono soltanto 15 kWh/m² all'anno.
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CONTESTO ENERGETICO
- Efficienza energetica negli usi finali La sostituzione di elettrodomestici, di caldaie, oppure di motori elettrici, attualmente
installati, con i migliori esistenti sul mercato, può ridurre di molto il consumo di
energia, con beneficio economico oltre ai benefici energetici ed ambientali.
Sebbene alcuni incentivi economici siano intrinseci ai mercati ed esistano già
strumenti e sinergie efficaci come il Third Party Financing (TFP), essi sono troppo
deboli e non sufficienti a consentire lo sfruttamento di tutto il potenziale di risparmio,
economicamente vantaggioso, ostacolato dalla presenza di barriere di mercato
presenti sul lato della domanda, come la mancanza di informazioni tra gli utenti finali,
gli incentivi separati, alti tassi di interesse impliciti, difficoltà di accesso ai
finanziamenti.
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CONTESTO ENERGETICO
- Efficienza energetica negli usi finali Il superamento delle barriere è reso possibile dall'adozione di adeguate politiche
energetiche e di strategie di regolazione del mercato dell'energia che siano di
supporto allo sviluppo dei programmi e dei servizi per l'efficienza energetica,
realizzati dalle aziende energetiche e dagli altri attori.
L'efficienza negli usi finali dell'energia è, assieme alla direzione degli obiettivi
dell'economia verso mete diverse dalla crescita quantitativa, e allo sviluppo
delle fonti rinnovabili, una delle chiavi per la realizzazione di una società a
elevato benessere e basso impatto ambientale.
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CONTESTO ENERGETICO
- Produzione decentrata di energia La produzione di energia elettrica da parte di generatori decentrati di piccola taglia,
sia alimentati da fonti rinnovabili che fossili costituisce un ribaltamento del paradigma
culturale e tecnologico che ha governato l'espansione del sistema energetico negli
ultimi cento anni.
Oggi, la possibilità di espansione delle fonti energetiche rinnovabili, per loro natura
diffuse, e l'uso razionale dell'energia (quindi la possibilità di ridurre le emissioni di
CO2 nell'atmosfera) è condizionata dalla affermazione del nuovo paradigma della
generazione distribuita.
La generazione distribuita, essendo strutturalmente integrata nell'ambiente
costruito, dà luogo ad un nuovo tipo di interdipendenza energetica fra edificio e
impianto; in più, le regole che governano la progettazione e la ristrutturazione
dovranno a breve essere riscritte a seguito della nuova direttiva europea sul
risparmio energetico negli edifici.
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CONTESTO ENERGETICO
- Produzione decentrata di energia Trattandosi di una trasformazione di sistema, i problemi da affrontare sono numerosi
e complessi, in quanto investono diversi aspetti, quali:
•Tecnologici;
•Normativi;
•Economici;
•Finanziari,
•Organizzativi;
•Culturali.
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CONTESTO ENERGETICO
- Programmazione e gestione energetica
decentrata La modifica del Titolo V della Costituzione (Legge costituzionale 3/2001) inserisce
l'energia fra le materie a legislazione concorrente fra Stato e regioni, modificando
radicalmente i compiti e i ruoli dei diversi livelli istituzionali.
Le Amministrazioni, che avevano già provveduto all'emanazione dei principali atti
applicativi del Decreto legislativo 112/98 (riforma Bassanini), si sono trovate di fronte
al nuovo contesto che implicava un urgente raccordo ed una precisa definizione dei
ruoli.
A questo fine è stato predisposto il disegno di legge "Riforma e riordino del settore
energetico“.
Contestualmente è stato stipulato un Accordo tra Governo, Regioni, Province e
Comuni per definire in maniera concordata l'esercizio dei compiti e delle funzioni di
rispettiva competenza in materia di produzione di energia elettrica e i criteri per la
valutazione dei nuovi progetti di impianti.
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Seminario “Fonti Energetiche Rinnovabili e Biomasse”
CONTESTO ENERGETICO
- Programmazione e gestione energetica
decentrata A seguito del Protocollo di Torino del 2001, le Regioni si sono impegnate ad
elaborare piani energetico – ambientali per definire obiettivi di riduzione delle eissioni
di gas climalteranti coerenti con gli impegni nazionali previsti dal Protocollo di Kyoto,
ratificato dal nostro Paese nel giugno 2002.
Sul fronte dell'uso razionale dell'energia, i decreti sull'efficienza energetica
prevedono un coinvolgimento delle Regioni, che hanno così a disposizione un
nuovo potente strumento d'intervento.
Anche Province e Comuni possono svolgere un ruolo importante nella
definizione di aree di intervento sul versante dell'efficienza e dell'impiego delle
fonti rinnovabili.
UPI Emilia Romagna – 5 febbraio 2007
Seminario “Fonti Energetiche Rinnovabili e Biomasse”
LE FONTI ENERGETICHE
Si definiscono fonti primarie di energia quelle presenti in natura prima di avere
subito una qualunque trasformazione.
Sono fonti primarie sia le fonti di energia esauribili quali petrolio grezzo, gas
naturale, carbone, energia nucleare sia le fonti di energia rinnovabili, ottenibili dalla
risorsa solare, dalla risorsa eolica, dalla risorsa idrica, dalle biomasse, dalla
geotermia e dall'intelligenza umana (risparmio energetico)
Si definiscono invece fonti secondarie quelle che derivano, in qualunque modo, da
una trasformazione di quelle primarie: sono fonti secondarie, per esempio, la benzina
(perché deriva dal trattamento del petrolio greggio), il gas di città (che deriva dal
trattamento di gas naturali), l’energia elettrica (che deriva dalla trasformazione di
energia meccanica o chimica) eccetera.
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LE FONTI ENERGETICHE
Perché una fonte primaria possa essere sfruttata, deve avere alcune caratteristiche
peculiari: deve essere cioè concentrabile, indirizzabile, frazionabile, continua e
regolabile.
Concentrabile: vuol dire che deve essere possibile concentrare la sorgente di
energia entro un’area relativamente limitata, affinché sia possibile controllarla. Una
fonte di energia dispersa su una superficie molto estesa diventerebbe praticamente
impossibile da gestire.
Indirizzabile: vuol dire che deve essere possibile indirizzare il prodotto (benzina,
acqua, raggi solari) nella direzione in cui esso deve essere utilizzato (bruciatore,
turbina, lente, specchio).
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LE FONTI ENERGETICHE
Frazionabile: vuol dire che deve essere possibile frazionare la fonte in più parti, in
modo da poter utilizzare solamente la parte, piccola o grande che sia, che ci serve in
quel momento.
Continua: vuol dire che la sorgente deve poter funzionare per un certo tempo,
fornendo la sua energia con una certa continuità, e non esaurirsi in pochi secondi.
Regolabile: vuol dire che l’energia fornita dalla sorgente deve essere graduabile
secondo le necessità.
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LE FONTI ENERGETICHE
Tavola del consumo di energia primaria nel 2003 – Percentuali per area
geografica - Statistical Review of World
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LE FONTI ENERGETICHE
Tavola dell’approvvigionamento dei consumi di energia primaria dal 1977 al
2002, nel 2002 il maggior consumo è stato del 2,6% mentre nel 2003 del 2,9% Statistical Review of World
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LE FONTI ENERGETICHE
Tavola del consumo di energia primaria procapite per area geografica, in sintesi
il 25% della popolazione residente nelle aree industrializzate utilizza il 75% delle
fonti primarie annualmente consumate - Statistical Review of World
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LE FONTI ENERGETICHE
Tabella dei consumi energetici finali per settore in Emilia Romagna 2003
Valori espressi in migliaia di tonnellate equivalente di petrolio (Tep)
Comb.
Solidi
Agricoltura
Industria
6
Residenziale
Terziario
Trasporti
Totale
6
Prodotti
Petroliferi
Comb.
Gassosi
375
15
361
3.072
438
2.075
210
Fonti
Rinnovabili
Energia
Elettrica
Totale
%
78
468
3,42
5
1.089
4.533
33,08
27
431
2.971
21,68
1.018
534
1.762
12,86
3.819
107
43
3.969
28,96
5.203
6.287
2.175
13.703
100
32
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LE FONTI ENERGETICHE
Grafico dei consumi energetici finali per settore in Emilia Romagna 2003
Valori espressi in percentuale
- PER Emilia Romagna -
Agricoltura
Trasporti
Residenziale
3%
22%
29%
Terziario
13%
Industria
33%
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LE FONTI ENERGETICHE
Tabella degli obiettivi di risparmio energetico in Emilia Romagna al 2010
Risparmio energetico per
settore
Risparmio di energia
(Mtep/a)
Riduzione emissioni
(tCO2/a)
Civile
0,55
1.400.00
Industriale
0,4
1.120.000
Agricoltura
0,05
120.000
Trasporti
0,68
2.150.000
Totale
1,68
4.790.000
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FONTI DI ENERGIA RINNOVABILE
Le Fonti di Energia Rinnovabili (F.E.R.) sono in larga parte derivanti dall'energia
solare, generatrice, appunto, di quasi tutta l'energia nel nostro sistema solare sia
delle FER e sia delle fonti esauribili, le FER sono dette anche fonti di energia
alternativa, termine improprio visto che in origine sono state le fonti esauribili quali il
carbone e il petrolio ad essere alternative alle fonti rinnovabili quali la legna e la forza
cinetica dell'acqua e del vento già utilizzate prima dell'impiego dei combustibili fossili.
Comunemente si ritiene che l'energia ottenibile dalle FER sia troppo costosa se
paragonata al costo dell'energia ottenuta dalle fonti primarie esauribili, questo non è
esatto, o meglio lo è sempre meno; inoltre viene comunemente ritenuto che il
potenziale delle FER non sia tale da soddisfare le necessità energetiche della nostra
società e questa è una affermazione clamorosamente errata, in quanto le potenzialità
sono enormi e abbondantemente sufficienti per le necessità energetiche in tutto il
pianeta, in molti casi ci sarebbe anche la possibilità poter scegliere le FER più adatte
nel contesto territoriale, tra le varie possibili sullo stesso.
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FONTI DI ENERGIA RINNOVABILE
Le risorse energetiche rinnovabili si possono considerare come segue:
Risorsa solare primaria:
• Radiazione solare
– Fotovoltaico
– Solare termico
Risorse solari secondarie:
• Biomassa
• Eolico
• Idroelettrico
Attualmente la richiesta globale di energia è per una potenza di circa 10 TW.
L'energia captabile con le tecnologie già sviluppate o in via di perfezionamento è
valutata in circa 80-90 TW.
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FONTI DI ENERGIA RINNOVABILE
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FONTI DI ENERGIA RINNOVABILE
Sintesi degli obiettivi di risparmio energetico e valorizzazione delle fonti
rinnovabili al 2010
PER Emilia Romagna
RISPARMIO ENERGETICO NEL SETTORE CIVILE – OBIETTIVO 550.000 TEP
RISPARMIO ENERGETICO NELL’INDUSTRIA – OBIETTIVO: 400.000 TEP
RISPARMIO ENERGETICO NEI TRASPORTI – OBIETTIVO: 680.000 TEP
RISPARMIO ENERGETICO IN AGRICOLTURA – OBIETTIVO: 50.000 TEP
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FONTI DI ENERGIA RINNOVABILE
Sintesi degli obiettivi di risparmio energetico e valorizzazione delle fonti
rinnovabili al 2010
PER Emilia Romagna
FOTOVOLTAICO – OBIETTIVO: 20 MW
EOLICO – OBIETTIVO: 15 – 20 MW
BIOMASSE – OBIETTIVO: 300 MW
SOLARE TERMICO – OBIETTIVO: 90.000 mq
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FONTI DI ENERGIA RINNOVABILE
Sintesi degli obiettivi di risparmio energetico e valorizzazione delle fonti
rinnovabili al 2010
PER Emilia Romagna
IDROELETTRICO – OBIETTIVO: 16 MW
GEOTERMIA – OBIETTIVO: 9 – 12 MW
GENERAZIONE DISTRIBUITA E COGENERAZIONE – OBIETTIVO: 600 MW
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FONTI DI ENERGIA RINNOVABILE
COSTI ATTUALI E PREVISIONI DI COSTO DELL’ENERGIA PRODOTTA DALLE FER
- IEA: INTERNATIONAL ENERGY AGENCY -
IDROELETTRICO
Costo attuale
(€/kWh)
Riduzione di costo
negli ultimi dieci
anni (%)
Riduzione di costo
nei prossimi dieci
anni (%)
Grande Hydro
0,02 – 0,04
Costante
Leggero aumento
Mini Hydro
0,02 – 0,10
Costante
Leggera
diminuzione
Tecnologia
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FONTI DI ENERGIA RINNOVABILE
COSTI ATTUALI E PREVISIONI DI COSTO DELL’ENERGIA PRODOTTA DALLE FER
- IEA: INTERNATIONAL ENERGY AGENCY -
BIOMASSE
Costo attuale
(€/kWh)
Riduzione di costo
negli ultimi dieci
anni (%)
Riduzione di costo
nei prossimi dieci
anni (%)
Combustione di
rifiuti
0,02 – 0,14
Costante
Crescita continua
Digestione
anaerobica
0,02 – 0,14
5 – 10
5 – 10
Gas di rifiuti
0,04 – 0,06
10 - 15
Costante
0,04 – 0,07 (calore)
0,08 – 0,1 (en.el.)
5 – 10 (calore)
10 – 15 (en. el.)
10 – 20 (calore)
40 – 70 (en. el.)
Tecnologia
Biomasse solide
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FONTI DI ENERGIA RINNOVABILE
COSTI ATTUALI E PREVISIONI DI COSTO DELL’ENERGIA PRODOTTA DALLE FER
- IEA: INTERNATIONAL ENERGY AGENCY -
BIOCARBURANTI
Costo attuale
(€/kWh)
Riduzione di costo
negli ultimi dieci
anni (%)
Riduzione di costo
nei prossimi dieci
anni (%)
Etanolo
0,30 – 0,40
5 – 10
25 – 50
Biodiesel
0,50 – 0,60
5 – 10
20 – 25
Tecnologia
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FONTI DI ENERGIA RINNOVABILE
COSTI ATTUALI E PREVISIONI DI COSTO DELL’ENERGIA PRODOTTA DALLE FER
- IEA: INTERNATIONAL ENERGY AGENCY -
SOLARE
Costo attuale
(€/kWh)
Riduzione di costo
negli ultimi dieci
anni (%)
Riduzione di costo
nei prossimi dieci
anni (%)
Solare termico per
energia termica
0,02 – 0,04
Costante
Leggero aumento
Solare termico per
energia elettrica
0,02 – 0,10
Costante
Leggera
diminuzione
Fotovoltaico
0,50 – 1,50
40
40 - 50
Tecnologia
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FONTI DI ENERGIA RINNOVABILE
COSTI ATTUALI E PREVISIONI DI COSTO DELL’ENERGIA PRODOTTA DALLE FER
- IEA: INTERNATIONAL ENERGY AGENCY -
EOLICO
Costo attuale
(€/kWh)
Riduzione di costo
negli ultimi dieci
anni (%)
Riduzione di costo
nei prossimi dieci
anni (%)
Eolico a terra
0,04 – 0,08
30 – 50
30 – 50
Eolico off – shore
0,05 – 0,08
--
30 - 40
Tecnologia
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FONTI DI ENERGIA RINNOVABILE
COSTI DI IMPIANTO ATTUALI E PREVISIONI DI COSTO
DEI PRINCIPALI SISTEMI “FER” (www.ilsolea360gradi.it/2004/novembre.pdf)
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FONTI DI ENERGIA RINNOVABILE
Dalle risorse energetiche rinnovabili si possono ottenere:
•Potenza termica
•Potenza elettrica
•Potenza termica e potenza elettrica cioè la cogenerazione
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FONTI DI ENERGIA RINNOVABILE
- Risorsa solare: il Fotovoltaico La tecnologia fotovoltaica consiste nella trasformazione diretta della luce solare in
energia elettrica mediante l’impiego di dispositivi che utilizzano l’effetto fotovoltaico
basato cioè sulle proprietà di alcuni materiali semiconduttori, in grado di convertire
l'energia della radiazione solare in energia elettrica, senza parti meccaniche in
movimento e senza l'uso di alcun combustibile.
Dispositivo senza parti in movimento (collettore o pannello) assorbe potenza solare e
genera potenza elettrica in corrente continua (il valore dipende ovviamente
dall’intensità della radiazione solare incidente).
Rendimento massimo di conversione varia secondo il tipo di collettore: come valore
indicativo si può prendere R pari a circa il 15%. Il collettore è costituito da un certo
numero di dispositivi elementari (celle FV) collegate in serie in modo da fornire una
tensione elettrica adeguata.
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FONTI DI ENERGIA RINNOVABILE
- Risorsa solare: il Fotovoltaico Tecnologie disponibili - Tipi di celle:
•Silicio monocristallino (Rmax˜25%)
•Silicio policristallino (Rmax˜20%)
•Silicio amorfo come film sottile (Rmax˜10%)
•Semiconduttori binari o ternari (Rmax˜40%)
•Altri film sottili (Rmax˜15%)
Moduli commerciali hanno rendimento complessivo minore:
•m-Si e p-Si :R attorno a 15%
•a-Si : R attorno a 7%
•Altri film sottili: R attorno a 10%
•S.C. binari e ternari: R attorno a 30%;
•usi spaziali,concentrazione
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FONTI DI ENERGIA RINNOVABILE
- Risorsa solare: il Fotovoltaico Pannelli di silicio mono – cristallino
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FONTI DI ENERGIA RINNOVABILE
- Risorsa solare: il Fotovoltaico Cella silicio poli – cristallino
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FONTI DI ENERGIA RINNOVABILE
- Risorsa solare: il Fotovoltaico Moduli commerciali:
•Flessibili (quelli a film sottile) o rigidi (tutti gli altri)
•Con cornice metallica o senza
•Opachi o semitrasparenti
•Colorati
•Dimensioni e caratteristiche non standardizzate
Tempo di ritorno energetico – Pay Back Time: fra tre e cinque anni, secondo il tipo
di modulo e la disponibilità di radiazione solare.
Durata tipica dei moduli: circa 30 anni
Garanzie del costruttore: 1-2 anni per difetti di fabbricazione; 20-25 anni per
rendimento non minore dell’80% di quello iniziale
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FONTI DI ENERGIA RINNOVABILE
- Risorsa solare: il Fotovoltaico I componenti essenziali di un sistema fotovoltaico si possono riassumere nei
seguenti:
•
•
•
•
Campo fotovoltaico;
Gruppo di conversione DC/AC (Inverter);
Impianto elettrico utente (230 Vac);
Doppio contatore con rete di distribuzione (per scambio di energia).
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FONTI DI ENERGIA RINNOVABILE
- Risorsa solare: il Fotovoltaico I vantaggi della tecnologia fotovoltaica sono:
•Buona affidabilità e basso livello di manutenzione;
•Assenza di rumore durante il funzionamento;
•Modesto impatto ambientale;
•Fonte energetica gratuita.
Gli svantaggi:
•Discontinuità della fonte energetica;
•Costi di impianto elevati;
•Spazi di installazione elevati.
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FONTI DI ENERGIA RINNOVABILE
- Risorsa solare: il Fotovoltaico Gli impianti fotovoltaici possono essere suddivisi in due categorie:
•Impianti collegati alla rete elettrica (grid – connected): sono quei sistemi
fotovoltaici che oltre a produrre energia elettrica per l’utenza, immettono in rete
l’energia in esubero. Tali impianti sono utilizzati dove la produzione di energia elettrica
da fonte convenzionale è costosa e/o a elevato impatto ambientale. Tipiche
applicazioni riguardano la generazione diffusa mediante impianti collegati alla rete
elettrica di distribuzione in bassa o media tensione
•Impianti isolati (stand – alone): si tratta di impianti la cui energia prodotta in
esubero viene accumulata in apposite batterie.
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FONTI DI ENERGIA RINNOVABILE
- Risorsa solare: il Solare Termico Un dispositivo senza parti in movimento (collettore) riceve radiazione solare e
la converte in potenza termica ceduta ad un fluido termovettore (tipicamente
acqua o aria).
Rendimento tipico medio R = 50%.
Energia solare incidente in un anno su 1 m² di superficie orizzontale circa 1400 kWh
(che è il valore medio per l’Italia; in Trentino ˜1100 kWh, in Sicilia ˜1700 kWh).
Tecnologia disponibile: collettori piani vetrati
Impianto per acqua calda sanitari – ACS: in pianura padana tipicamente ˜4 m2 di
collettori con accumulo di ˜300 litri copre al 60% nell’anno e al 100% da aprile a
ottobre le esigenze di una famiglia di 4 persone.
Impianto “Combi” per un contributo significativo al riscaldamento di ambienti, con
integrazione da impianto convenzionale: tipicamente da 10 a 15 m² , però risulta
molto sovradimensionato per la sola ACS estiva.(Il riscaldamento potrebbe essere
totalmente solare se fosse disponibile tecnologia per accumulo stagionale efficiente e
compatto).
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FONTI DI ENERGIA RINNOVABILE
- Risorsa solare: il Solare Termico Tecnologia disponibile:
•Collettori piani senza copertura trasparente, per uso solo stagionale (acqua calda
per piscine, stabilimenti balneari…)in località con clima mite.
•Collettori solari sotto vuoto (tipicamente tubolari): In climi freddi consentono di avere
buoni rendimenti a bassa temperatura, mentre in climi temperati o caldi permettono di
produrre vapore di processo a T>100°C.
Tempi di ritorno: pochi anni, anche senza incentivi
Utenze particolarmente adatte: impianti sportivi e ricreativi,campeggi, alberghi,
soprattutto se l’uso è soprattutto estivo, per cui richiesta di potenza termica e
disponibilità di potenza solare sono in fase.
Particolarmente valida a livello ambientale, è conveniente in zone agricole e
montane, l’integrazione con caldaie a biomassa.
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FONTI DI ENERGIA RINNOVABILE
- Risorsa solare: il Solare Termico I vantaggi del solare termico sono:
•riduzione di consumi di combustibile per il riscaldamento (o di elettricità nel caso di
scaldabagni elettrici);
•risparmi sui costi annuali delle bollette;
•riduzione delle emissioni inquinanti e dei gas ad effetto serra.
Gli svantaggi:
•maggiore costo di investimento iniziale per l'impianto termo – sanitario;
•necessità di individuare luoghi idonei per il posizionamento di collettori e serbatoio.
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FONTI DI ENERGIA RINNOVABILE
- Risorsa Biomassa In linea generale, Biomassa è tutto ciò che ha matrice organica, con esclusione delle
plastiche e dei materiali fossili, che esulano dall’argomento in questione.
Le più importanti tipologie di biomassa sono:
•residui forestali;
•scarti dell’industria di trasformazione del legno (trucioli, segatura, etc.);
•scarti delle aziende zootecniche;
•scarti mercatali.
La biomassa ha tre applicazioni principali:
•biopower (produzione di energia elettrica e termica da biomassa);
•biofuels (produzione di combustibili da biomassa);
•bioproducts (produzione di composti chimici da biomassa).
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FONTI DI ENERGIA RINNOVABILE
- Risorsa Biomassa I principali vantaggi della biomassa sono:
•Abbondanza
•Buona diffusione nel territorio;
•Rinnovabilità con il ciclo agro – forestale;
•Facilità di conversione in combustibili ad alto potere energetico;
•Economia del prodotto;
•Rigenerazione di terre desolate e aree disboscate;
•Buone opportunità di creare occupazione nelle comunità rurali;
•Buon bilancio dei livelli di CO2: l’uso di energia da biomassa non provoca un
aumento di livelli di CO2 poiché le piante la riassorbono durante la loro crescita
(fotosintesi);
•Integrazione del reddito agricolo con abbattimento dei costi aziendali;
•Minima produzione di zolfo con conseguente riduzione di piogge acide.
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FONTI DI ENERGIA RINNOVABILE
- Risorsa Biomassa Gli svantaggi:
•la combustione della biomassa causa emissioni in atmosfera che devono essere al
di sotto dei limiti normativi;
•scarsa informazione dell’opinione pubblica;
•mancanza di strutture di collegamento tra ricerca ed utilizzatori.
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FONTI DI ENERGIA RINNOVABILE
- Risorsa Eolica L’energia Eolica utilizza l’energia cinetica del vento, trasformandola dapprima
in energia meccanica e conseguentemente in energia elettrica.
Nel corso del suo sviluppo, l’energia Eolica è quella che meno, tra le fonti di
energia rinnovabile, ha dovuto subire la concorrenza del petrolio e dei suoi
derivati, conseguentemente alle sue caratteristiche e peculiarità assolutamente
distintive.
L’impianto eolico produce elettricità mediante gli aerogeneratori i quali hanno
come principio di funzionamento lo stesso dei mulini a vento.
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FONTI DI ENERGIA RINNOVABILE
- Risorsa Eolica Un aerogeneratore (turbina eolica) è
una macchina in grado di trasformare
l'energia cinetica posseduta dal vento
in energia meccanica, la quale a sua
volta viene utilizzata per la produzione
di energia elettrica.
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FONTI DI ENERGIA RINNOVABILE
- Risorsa Eolica E’ costituito essenzialmente da un sostegno che ospita alla sua sommità la gondola
o navicella, costituita da un basamento o da un involucro esterno; al suo interno si
trovano l'albero di trasmissione lento, il moltiplicatore di giri, l'albero veloce, il
generatore elettrico e i dispositivi ausiliari.
All'estremità dell'albero lento e all'esterno della gondola è fissato il rotore, costituito
da un mozzo, sul quale sono montate le pale, che hanno il compito di raccogliere
l'energia cinetica del vento.
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FONTI DI ENERGIA RINNOVABILE
- Risorsa Eolica Disponibilità e tipologie degli aerogeneratori (turbina eolica):
•Ad asse orizzontale:
–
tipicamente tripala;
– potenze nominali da pochi kW ad alcuni MW;
– Pmax pari a circa 5MW (altezza torre circa 100 m, lunghezza pale circa 60m)
•Ad asse verticale:
– varie configurazioni;
– Pmax nettamente più bassa (<100kW)
•Utilizzazione predominante in “parchi eolici”, costituiti da parecchi aeromotori
•Zone montane:
– risorsa eolica disponibile tipicamente sui crinali;
– velocità medie del vento inferiori a quelle di pianure e mari del nord-Europa
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FONTI DI ENERGIA RINNOVABILE
- Risorsa Eolica La risorsa eolica prevede i seguenti vantaggi:
•Oltre ad essere continuamente disponibile e non inquinante, può essere utilizzata
per compiere svariati lavori, sia meccanici che elettrici;
•La sua utilizzazione pratica non richiede particolari modifiche al modo di vivere;
•E’ disponibile sia di giorno che di notte, ed in zone temperate è disponibile in modo
proporzionale alla richiesta;
•I meccanismi che sfruttano l’energia eolica non richiedono necessariamente
tecnologie d’avanguardia;
•Ecologicamente parlando non è inquinante e non influisce per nulla sugli ecosistemi
in cui è inserita.
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FONTI DI ENERGIA RINNOVABILE
- Risorsa Eolica Impatto ambientale:
•Singoli aeromotori e soprattutto parchi eolici sottraggono territorio ad altri usi
•Emettono rumore
•Hanno impatto sull’avifauna
•Hanno impatto visivo che rende problematica la loro accettazione da parte delle
comunità interessate.
•E’fondamentale il coinvolgimento e la costruzione graduale di un consenso
informato.
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FONTI DI ENERGIA RINNOVABILE
- Risorsa Idroelettrica La tecnologia idroelettrica è la più “matura” tra le fonti rinnovabili; gli impianti idraulici
sfruttano l’energia potenziale meccanica propria contenuta in una portata di acqua
che si trova disponibile ad una certa quota rispetto al livello in cui sono posizionate le
turbine.
La potenza di un impianto idraulico dipende da due termini:
•Salto: differenza di quota tra il punto di prelievo dell’acqua ed il punto di restituzione.
•Portata: volume d’acqua prelevato nell’unità di tempo (m3/s).
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FONTI DI ENERGIA RINNOVABILE
- Risorsa Idroelettrica Gli impianti idroelettrici emettono pochi gas serra e nessun altro effluente inquinante
o sottoprodotto di scarto nocivo.
L'energia idroelettrica è rinnovabile, in quanto utilizza una fonte naturale come
l'acqua, la quale non viene né inquinata, né consumata durante la produzione di
energia elettrica.
In base alla taglia di potena nominale della centrale, gli impianti idraulici si
suddividono in:
•Micro – impianti: P < 100 kW;
•Mini – impianti: 100 < P (kW) < 1000;
•Piccoli – impianti: 1000 < P(kW) <10000;
•Grandi – impianti: P > 10000 kW.
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FONTI DI ENERGIA RINNOVABILE
- Risorsa Idroelettrica Gli impianti possono essere identificati come:
•Ad acqua fluente: che non dispongono di alcuna capacità di regolazione degli
afflussi, per cui la portata sfruttata coincide con quella disponibile nel corso d'acqua
(a meno di una quota detta deflusso minimo vitale, necessari per salvaguardare
l'ecosistema).
•A deflusso regolato (a bacino):sono provvisti di una capacità di invaso alla presa
del corso d'acqua atta a modificare il regime delle portate utilizzate dalla centrale.
•A pompaggio: sono impianti con tutte le caratteristiche degli impianti tradizionali ma
che ricavano la disponibilità di acqua nel serbatoio superiore mediante sollevamento
elettromeccanico (con pompe).
•Inseriti in un canale o in una condotta per approvvigionamento idrico: l'acqua
potabile è approvvigionata ad una città adducendo l'acqua da un serbatoio di testa
mediante una condotta in pressione.
UPI Emilia Romagna – 5 febbraio 2007
Seminario “Fonti Energetiche Rinnovabili e Biomasse”
FONTI DI ENERGIA RINNOVABILE
- Risorsa Idroelettrica La risorsa idroelettrica ha come presupposti i seguenti vantaggi:
•Affidabilità della fonte energetica;
•Utilizzazione di corsi d’acqua anche modesti o marginali;
•Rispetto nei confronti degli ecosistemi;
•Elevato rendimento globale ottenibile;
•Bassi costi di manutenzione e mantenimento;
•Elevata energia specifica;
•Buona potenzialità sul territorio;
•Tecnologie all’avanguardia.
UPI Emilia Romagna – 5 febbraio 2007
Seminario “Fonti Energetiche Rinnovabili e Biomasse”
FONTI DI ENERGIA RINNOVABILE
- Risorsa Idroelettrica Impatto ambientale:
•Impatto ambientale:
•Bacino idroelettrico sottrae territorio ad altri usi
•Eventuale rottura diga può provocare catastrofe
•Conflitto fra usi della risorsa acqua ( agricolo, idroelettrico, turistico- ricreativo )
Azioni di mitigazione:
•Garantire sempre il deflusso minimo vitale
•Per decidere fare bilancio complessivo
•Perseguire gestione locale completa della risorsa acqua
UPI Emilia Romagna – 5 febbraio 2007
Seminario “Fonti Energetiche Rinnovabili e Biomasse”
FONTI DI ENERGIA RINNOVABILE
- Ipotesi di impianti a FER Rifugi montani: FV ed eolico ( ad asse verticale) per generazione elettrica (gruppo
elettrogeno di emergenza);impianto solare termico, assistito da pompa di calore, per
riscaldamento e produzione di ACS.
Miglior qualità ambientale rispetto ad uso solo di gruppo elettrogeno.
Aziende agricole: Come sopra, con plausibile aggiunta di impianto nano – idraulico
e caldaia a biomassa.
Con elettricità e calore si incentivano le filiere delle attività produttive: filiera del latte e
formaggi, essiccamento del foraggio…
Campeggi: come nei casi precedenti. Acqua calda disponibile in abbondanza a costi
contenuti permette di offrire migliori servizi con bonus ambientale aggiunto.
UPI Emilia Romagna – 5 febbraio 2007
Seminario “Fonti Energetiche Rinnovabili e Biomasse”
FONTI DI ENERGIA RINNOVABILE
- Problemi gestionali degli impianti a FER Idroelettrici: nessun problema particolare legato all’intermittenza. Indisponibilità
prevedibile con grande anticipo (mesi, o almeno settimane).
A biomassa: nessun problema se non si sbagliano grossolanamente le stime di
disponibilità del combustibile.
Eolici: problemi di intermittenza. Indisponibilità prevedibile con anticipo di qualche
giorno, ma non con certezza.
Fotovoltaici: Problemi di intermittenza su varie scale temporali: passaggio di nuvole,
ritmo giornaliero, ritmo – stagionale.
UPI Emilia Romagna – 5 febbraio 2007
Seminario “Fonti Energetiche Rinnovabili e Biomasse”
FONTI DI ENERGIA RINNOVABILE
- Problemi gestionali degli impianti a FER La realizzazione di impianti isolati ibridi e il collegamento in rete servono proprio a
superare il problema legato all’intermittenza.
La gestione della rete elettrica diventa più complicata, ma attualmente il problema
è risolubile, per la disponibilità sia di hardware(elettronica di potenza) che di software
(per la gestione in tempo reale del dispacciamento).
Anzi la tendenza alla generazione distribuita riguarda anche gli impianti a
combustibili fossili, perché abbassa le perdite di distribuzione.
UPI Emilia Romagna – 5 febbraio 2007
Seminario “Fonti Energetiche Rinnovabili e Biomasse”
FONTI DI ENERGIA RINNOVABILE
- Impianti di Cogenerazione a FER Attualmente solo centrali a biomassa vegetale o biogas.
Di solito si privilegia la produzione elettrica, ma non è sempre la strategia migliore.
Se si privilegia la produzione termica, la produzione elettrica diminuisce ma può
aumentare il rendimento complessivo.
Si stanno sperimentando moduli FV che producono anche potenza termica. La
temperatura di uscita del fluido non può essere >45°C, altrimenti si penalizza troppo il
rendimento elettrico.
Siccome si stanno diffondendo gli impianti di riscaldamento a bassa temperatura (T
˜30°C), questi moduli potranno diventare molto interessanti una volta resi affidabili e
commercializzati
UPI Emilia Romagna – 5 febbraio 2007
Seminario “Fonti Energetiche Rinnovabili e Biomasse”
FONTI ENERGETICHE
RINNOVABILI
E BIOMASSE
Manuela Dodi
Bologna, 5 febbraio 2007
UPI Emilia Romagna – 5 febbraio 2007
Seminario “Fonti Energetiche Rinnovabili e Biomasse”
BIOMASSE
S'intende per biomassa ogni sostanza
organica derivante direttamente o
indirettamente dal processo di
fotosintesi clorofilliana:
•Residui agricoli
•Legname
•Residui agroforestale
•Colture energetiche
•Rifiuti industriali vegetali
•Parti organiche RSU
UPI Emilia Romagna – 5 febbraio 2007
Seminario “Fonti Energetiche Rinnovabili e Biomasse”
BIOMASSE
Mediante il processo di fotosintesi le piante assorbono dall'ambiente circostante
anidride carbonica (CO2) e acqua, che vengono trasformate, con l'apporto
dell'energia solare e di sostanze nutrienti presenti nel terreno, in materiale organico
utile alla crescita della pianta.
In questo modo vengono fissate complessivamente circa 2×10^11 tonnellate di
carbonio all'anno, con un contenuto energetico equivalente a 70 miliardi di
tonnellate di petrolio, circa 10 volte l'attuale fabbisogno energetico mondiale.
UPI Emilia Romagna – 5 febbraio 2007
Seminario “Fonti Energetiche Rinnovabili e Biomasse”
BIOMASSE
CICLO DELLA BIOMASSA = TRASFORMAZIONE NATURALE DI ENERGIA
•Energia solare
•Acqua del sottosuolo
•Anidride carbonica
•Aria
•Minerali ed ulteriori minerali estratti dal suolo
UPI Emilia Romagna – 5 febbraio 2007
Seminario “Fonti Energetiche Rinnovabili e Biomasse”
BIOMASSE
Biomassa è un termine che riunisce una gran quantità di materiali, di natura
estremamente eterogenea.
In forma generale, si può dire che è biomassa tutto ciò che ha matrice organica, con
esclusione delle plastiche di origine petrolchimica e dei materiali fossili, es. petrolio e
carbone che esulano dall’argomento in questione.
La biomassa per usi energetici è probabilmente la più concreta ed immediata F.E.R.
disponibile; le sue principali applicazioni sono:
•Produzione di energia
•Sintesi di carburanti
•Sintesi di prodotti
UPI Emilia Romagna – 5 febbraio 2007
Seminario “Fonti Energetiche Rinnovabili e Biomasse”
BIOMASSE
Il biossido di carbonio emesso dagli impianti termici alimentati a biomasse è lo
stesso che viene assorbito dai vegetali per produrre una quantità uguale di biomassa.
Nel ciclo energetico della biomassa il bilancio del biossido di carbonio è in
equilibrio.
Come risultato dei progressi tecnologici la maggior parte dei motori dei veicoli
attualmente in circolazione nell'Unione Europea è in condizione di usare una miscela
contenente una bassa percentuale di bio – carburante senza problemi.
I più recenti sviluppi tecnologici permettono di utilizzare percentuali più elevate di biocarburante nella miscela.
Alcuni Paesi utilizzano già miscele contenenti il 10%, e oltre, di bio-carburante.
UPI Emilia Romagna – 5 febbraio 2007
Seminario “Fonti Energetiche Rinnovabili e Biomasse”
BIOMASSE
I principali vantaggi delle biomasse sono:
– Abbondanza della quantità
– Facilità di estrazione energetica
– Economia
– Rigenerazione delle terre desolate
– Sviluppo in aree inutilizzate
– Contributo negativo all'effetto serra e alla produzione di piogge acide
– Basso tenore di zolfo
– Rinnovabilità
– Il fine ciclo costituisce potenziale fertilizzante
UPI Emilia Romagna – 5 febbraio 2007
Seminario “Fonti Energetiche Rinnovabili e Biomasse”
BIOMASSE
Considerazioni generali:
– Convenienza economica: principale elemento di valutazione
– Coerenza temporale dell’offerta e della domanda
– Sistemi di accumulo per garantire giacenza quantitativa e temporale
– Combinazioni di tecnologie: sistemi energetici integrati
– Conoscenza normativa
– Introduzione di tecnologie energetiche innovative durante le fasi di
ristrutturazione
UPI Emilia Romagna – 5 febbraio 2007
Seminario “Fonti Energetiche Rinnovabili e Biomasse”
BIOMASSE
- Stato dell’arte Ad oggi, le biomasse soddisfano il 15% circa degli usi energetici primari nel
mondo, con 55 milioni di TJ/anno (1.230 Mtep/anno).
L’utilizzo di tale fonte mostra, però, un forte grado di disomogeneità fra i vari Paesi.
I Paesi in Via di Sviluppo - PvS, nel complesso, ricavano mediamente il 38% della
propria energia dalle biomasse, con 48 milioni di TJ/anno (1.074 Mtep/anno),
ma in molti di essi tale risorsa soddisfa fino al 90% del fabbisogno energetico totale,
mediante la combustione di legno, paglia e rifiuti animali.
UPI Emilia Romagna – 5 febbraio 2007
Seminario “Fonti Energetiche Rinnovabili e Biomasse”
BIOMASSE
- Stato dell’arte Nei Paesi Industrializzati, invece, le biomasse contribuiscono appena per il 3% agli
usi energetici primari con 7 milioni di TJ/anno (156 Mtep/anno).
In particolare, gli USA ricavano il 3,2% della propria energia dalle biomasse,
equivalente a 3,2 milioni di TJ/anno (70 Mtep/anno).
L’Europa ricava complessivamente il 3,5% dell’energia, corrispondenti a circa 40
Mtep/anno, con punte del 18% in Finlandia, 17% in Svezia, 13% in Austria, l’Italia,
con il 2,5% del proprio fabbisogno coperto dalle biomasse, è al di sotto della
media europea.
L’impiego delle biomasse in Europa soddisfa, dunque, una quota abbastanza
marginale dei consumi di energia primaria, rispetto alla sua potenzialità.
UPI Emilia Romagna – 5 febbraio 2007
Seminario “Fonti Energetiche Rinnovabili e Biomasse”
BIOMASSE
- Stato dell’arte All’avanguardia, nello sfruttamento delle biomasse come fonte energetica, sono i
Paesi del centro-nord Europa, che hanno installato impianti di cogenerazione e
teleriscaldamento alimentati a biomasse.
La Francia, che ha la più vasta superficie agricola in Europa, punta molto anche
sulla produzione di bio – diesel ed etanolo, per il cui impiego come combustibile ha
adottato una politica di completa defiscalizzazione.
La Gran Bretagna invece, ha sviluppato una produzione trascurabile di bio –
combustibili, ritenuti allo stato attuale antieconomici, e si è dedicata in particolare allo
sviluppo di un vasto ed efficiente sistema di recupero del biogas dalle discariche, sia
per usi termici che elettrici.
UPI Emilia Romagna – 5 febbraio 2007
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BIOMASSE
- Stato dell’arte La Svezia e l’Austria, che contano su una lunga tradizione di utilizzo della legna da
ardere, hanno continuato ad incrementare tale impiego sia per riscaldamento che per
teleriscaldamento, dando grande impulso alle piantagioni di bosco ceduo (salice,
pioppo) che hanno rese 3÷4 volte superiori alla media come fornitura di materia
prima.
Nel quadro europeo dell’utilizzo energetico delle biomasse, l’Italia si pone in una
condizione di scarso sviluppo, nonostante l’elevato potenziale di cui dispone, che
risulta non inferiore ai 27 Mtep!
UPI Emilia Romagna – 5 febbraio 2007
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BIOMASSE
- Bio – Energia La bio – energia è qualsiasi forma di energia utile ottenuta dai biocombustibili.
La biomassa rappresenta la più consistente tra le fonti di energia rinnovabile
anche se esistono molteplici difficoltà di impiego dovute all’ampiezza e
all’articolazione delle fasi che costituiscono le singole filiere.
Le tecnologie per ottenere energia dai vari tipi di biomasse sono naturalmente
diverse, come diversi sono i prodotti energetici che si ottengono.
UPI Emilia Romagna – 5 febbraio 2007
Seminario “Fonti Energetiche Rinnovabili e Biomasse”
BIOMASSE
- Bio – Energia Ad esempio, se un materiale ha molto carbonio (C) e poca acqua (H2O), è adatto
per essere bruciato per ottenere calore o elettricità; se, viceversa, ha molto
azoto (N) ed è molto umido, può essere sottoposto ad un processo biochimico
che trasforma le molecole organiche in metano ed anidride carbonica.
Infine, combustibili liquidi adatti ad essere utilizzati nei motori a benzina o diesel
possono essere ottenuti a partire da particolari specie vegetali.
In sintesi, i processi di conversione in energia delle biomasse possono essere
ricondotti a due grandi categorie:
•PROCESSI TERMOCHIMICI
•PROCESSI BIOCHIMICI
UPI Emilia Romagna – 5 febbraio 2007
Seminario “Fonti Energetiche Rinnovabili e Biomasse”
BIOMASSE
- Bio – Energia PROCESSI TERMOCHIMICI – I processi di conversione termochimica sono basati
sull'azione del calore che permette le reazioni chimiche necessarie a trasformare la
materia in energia e sono utilizzabili per i prodotti ed i residui cellulosici e legnosi in
cui il rapporto C/N abbia valori superiori a 30 ed il contenuto di umidità non
superi il 30%.
Le biomasse più adatte a subire processi di conversione termochimica sono la legna
e tutti i suoi derivati (segatura, trucioli, ecc.), i più comuni sottoprodotti colturali di tipo
ligno-cellulosico (paglia di cereali, residui di potatura della vite e dei fruttiferi, ecc.) e
taluni scarti di lavorazione (lolla, pula, gusci, noccioli, ecc.).
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BIOMASSE
- Bio – Energia PROCESSI BIOCHIMICI – I processi di conversione biochimica permettono di
ricavare energia per reazione chimica dovuta al contributo di enzimi, funghi e microorganismi, che si formano nella biomassa sotto particolari condizioni, e vengono
impiegati per quelle biomasse in cui il rapporto C/N sia inferiore a 30 e l'umidità
alla raccolta superiore al 30%.
Risultano idonei alla conversione biochimica le colture acquatiche, alcuni
sottoprodotti colturali (foglie e steli di barbabietola, ortive, patata, ecc.), i reflui
zootecnici e alcuni scarti di lavorazione (borlande, acqua di vegetazione, ecc.),
nonché lacune tipologie di reflui urbani ed industriali.
UPI Emilia Romagna – 5 febbraio 2007
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BIOMASSE
- Bio – Energia Cofring (Co – Combustione)
Una immediata opportunità per l'utilizzo massiccio delle biomasse come fonte per
ottenere energia elettrica.
Fin dal 1990 molte verifiche sperimentali hanno dato esito positivo nella
sostituzione di una porzione di carbone con biomassa da utilizzare nella stessa
caldaia dell'impianto preesistente, ciò può essere fatto miscelando la biomassa
con carbone prima che il combustibile venga introdotto nella caldaia o utilizzando
alimentazioni separate per la biomassa e il carbone.
UPI Emilia Romagna – 5 febbraio 2007
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BIOMASSE
- Bio – Energia Cofring (Co – Combustione)
Si può arrivare a sostituire il 20% di carbone con biomasse, riducendo le
emissioni di protossido d'azoto, di anidride solforosa e di anidride carbonica.
In U.S.A. gli impianti termoelettrici a carbone predisposti per il cofiring hanno avuto
un tempo di ammortamento medio di 8 anni, ed è stato ritenuto molto conveniente
dalle stesse società proprietarie di tali impianti.
Anche il cofring di gas naturale con biogas o syngas può dare buoni risultati di
efficienza, anche quando applicato a sistemi medio – piccoli.
UPI Emilia Romagna – 5 febbraio 2007
Seminario “Fonti Energetiche Rinnovabili e Biomasse”
BIOMASSE
- Bio – Energia Cofring (Co – Combustione)
Co – combustione = combustione simultanea di diversi combustibli
-Tipicamente: biomasse (e RSU) con carbone -E’ un’opzione economicamente e tecnicamente attuabile sfruttando impianti esistenti
-E’ correntemente utilizzata in USA, Finlandia, Danimarca, Germania, Austria,
Spagna e Svezia
-% di biomassa nel blend limitata
-L’efficienza del processo peggiore leggermente
-Richiede parziali modifiche progettuali (diverse caratteristiche combustibile)
UPI Emilia Romagna – 5 febbraio 2007
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BIOMASSE
- Bio – Energia Cofring (Co – Combustione)
Dal punto di vista delle Biomasse:
•Risolve il problema di approvvigionamento
•Rappresenta una buona opportunità per incrementare la produzione di energia da
FER
Dal punto di vista del carbone:
•Riduce le emissioni in atmosfera
•Abbassa i costi del combustibile
•Riduce le penalizzazoni previste nella produzione dei gas serra GHG
UPI Emilia Romagna – 5 febbraio 2007
Seminario “Fonti Energetiche Rinnovabili e Biomasse”
BIOMASSE
- Bio – Energia Pirolisi
Processo di decomposizione termochimica di materiali organici, ottenuto
fornendo calore, a temperature comprese tra 400 e 800°C, in forte carenza di
ossigeno.
I prodotti della pirolisi sono gassosi (pirolisi – gassificazione), liquidi e solidi (pirolisi
– carbonizzazione), in proporzioni che dipendono dai metodi di pirolisi (pirolisi veloce,
lenta, convenzionale) e dai parametri di reazione.
Uno dei maggiori problemi legati alla produzione di energia basata sui prodotti della
pirolisi è la qualità dei medesimi. Spesso, infatti, il livello di qualità non risulta essere
sufficientemente adeguato per le applicazioni con turbine a gas e motori diesel.
Indicativamente, facendo riferimento alle taglie degli impianti si può affermare che i
cicli combinati ad olio pirolitico appaiono i più promettenti, soprattutto in impianti di
grande taglia, mentre motori a ciclo diesel, alimentati con prodotti di pirolisi,
sembrano più adatti ad impianti di piccola potenzialità.
UPI Emilia Romagna – 5 febbraio 2007
Seminario “Fonti Energetiche Rinnovabili e Biomasse”
BIOMASSE
- Bio – Energia Pirolisi
In particolare, a livello sperimentale, si nota che:
•Con una pirolisi lenta a basse temperature e lungo tempo di permanenza si ha un
contenuto carbone di legna di circa il 30% in peso con un contenuto energetico di
circa il 50%
•La pirolisi estremamente veloce (flash pirolisi) condotta ad una temperatura
relativamente bassa (intorno a 500 °C con un massimo di 650°C) e con un tempo di
permanenza molto basso (meno di 1 secondo) fa aumentare i prodotti liquidi fino
all’80% in peso
•La pirolisi estremamente veloce (flash pirolisi) condotta a temperature superiori
(sopra i 650°C) fa aumentare i prodotti gassosi fino all’80% in peso
•Una pirolisi condotta in condizioni convenzionali, ovvero a temperature
moderate (inferiori a 600 °C) dà origine a prodotti gassosi, liquidi e solidi in
proporzioni più o meno costanti
La produzione di bio-olio consente di avere un combustibile a più alto contenuto
energetico se comparato con la biomassa di partenza e, una volta stabilizzato,
stoccabile per lungo tempo a temperatura ambiente senza problemi di degradazione
UPI Emilia Romagna – 5 febbraio 2007
Seminario “Fonti Energetiche Rinnovabili e Biomasse”
BIOMASSE
- Bio – Energia Pirolisi – La Carbonizzazione
La carbonizzazione è un processo pirolitico.
E' un processo di tipo termochimico che consente la trasformazione delle
molecole strutturate dei prodotti legnosi e cellulosici in carbone (carbone di legna o
carbone vegetale), ottenuta mediante l’eliminazione dell’acqua e delle sostanze
volatili dalla materia vegetale, per azione del calore nelle carbonaie all’aperto, o in
storte chiuse che offrono una maggior resa in carbone e vari altri prodotti (alcol, acido
acetico, acetone, catrame, ecc.).
Il carbone di legna può essere usato come combustibile o anche come materia prima
per l'ottenimento di prodotti chimici industriali quali ad esempio i carboni attivi.
UPI Emilia Romagna – 5 febbraio 2007
Seminario “Fonti Energetiche Rinnovabili e Biomasse”
BIOMASSE
- Bio – Energia Gassificazione
Processo di conversione del carbone e/o della biomassa in composti gassosi
(ossido di carbonio, anidride carbonica, metano, idrogeno e miscele di essi come il
syngas), eseguito per reazione con aria, ossigeno, vapore o loro miscele.
Il gas prodotto può essere impiegato direttamente nell’industria chimica ed elettrica, o
altrimenti convertito in idrocarburi liquidi o solidi tipo cere (Processo FischerTropsch).
La gassificazione consiste nell'ossidazione incompleta di una sostanza in
ambiente ad elevata temperatura (900/1000°C) per la produzione di un gas
combustibile (detto gas di gasogeno o syngas).
UPI Emilia Romagna – 5 febbraio 2007
Seminario “Fonti Energetiche Rinnovabili e Biomasse”
BIOMASSE
- Bio – Energia Gassificazione
Il gas di gasogeno può essere trasformato in alcool metilico (CH3OH), che può
essere agevolmente utilizzato per l'azionamento di motori e per la produzione di biodiesel.
Le tecnologie di gassificazione della biomassa sono ritenute promettenti sia perché
nell'immediato possono essere abbinate alle attuali tecnologie di produzione
dell'energia elettrica, in particolare nelle centrali a gas a ciclo combinato e sia perché
possono essere abbinate alle eventuali future centrali elettriche a fuel-cell, in
particolare MCFC e SOFC, nelle quali gas composti da idrogeno e carbonio sono
ottimali.
UPI Emilia Romagna – 5 febbraio 2007
Seminario “Fonti Energetiche Rinnovabili e Biomasse”
BIOMASSE
- Bio – Energia Gassificazione
Impiegando il tradizionale combustibile solido, cioè la legna o altri prodotti vegetali, si
possono ottenere dei risultati soddisfacenti.
Il combustibile solido viene sistemato in un ampio focolare, posto a media
altezza della caldaia, attraverso la porta superiore la quale consente
l'introduzione di pezzi di medie e grosse dimensioni.
UPI Emilia Romagna – 5 febbraio 2007
Seminario “Fonti Energetiche Rinnovabili e Biomasse”
BIOMASSE
- Bio – Energia Gassificazione
La caratteristica principale della caldaia e' dovuta a fatto che nel momento in cui il
combustibile si surriscalda, produce gas naturale il quale, attraverso particolari
aperture praticate alla base della camera di combustione, viene forzatamente
convogliato nella parte inferiore della caldaia, formando la caratteristica fiamma
rovesciata.
Tale sistema tende allo sfruttamento massimo del combustibile, evitando, come nelle
caldaie tradizionali, il formarsi di piccole particelle di residui incombusti. Le caldaie, il
cui principio di funzionamento e' basato sul sistema gasogeno, sono presenti ormai
da molti anni sul mercato mondiale del riscaldamento, in grado di garantire ottimi
risultati e soddisfare ogni esigenza.
UPI Emilia Romagna – 5 febbraio 2007
Seminario “Fonti Energetiche Rinnovabili e Biomasse”
BIOMASSE
- Bio – Energia Gassificazione
L'ENEA è impegnato, in particolare presso il proprio Centro della Trisaia, in attività di
ricerca e dimostrazione sull'utilizzo delle biomasse per la produzione di energia
elettrica, con particolare riferimento allo sviluppo della tecnologia della gassificazione
al fine di ottenere, con efficienza dell'80-85%, un syngas (gas di sintesi composto da
H e CO) a basso medio potere calorifico, molto flessibile e con ridotto impatto
ambientale.
Le macchine utilizzatrici del syngas prodotto vanno dai classici motori alle
microturbine e alle celle a combustibile.
UPI Emilia Romagna – 5 febbraio 2007
Seminario “Fonti Energetiche Rinnovabili e Biomasse”
BIOMASSE
- Bio – Energia Bio – Combustibili solidi – La Combustione
La combustione è una reazione chimica in cui una sostanza (combustibile) si
combina con l'ossigeno dell'aria (comburente) sviluppando calore.
La combustione presuppone la contemporanea presenza in giuste proporzioni di tre
elementi fondamentali:
•il combustibile
•il comburente
•la temperatura
UPI Emilia Romagna – 5 febbraio 2007
Seminario “Fonti Energetiche Rinnovabili e Biomasse”
BIOMASSE
- Bio – Energia Bio – Combustibili solidi – La Combustione
In assenza anche di uno solo di questi fattori la combustione non ha luogo, mentre se
le proporzioni non sono rispettate si parla di combustione incompleta.
Dal punto di vista termodinamico, la combustione è un processo di
conversione dell’energia chimica del combustibile in calore.
L’energia termica recuperata viene utilizzata generalmente per riscaldamento o per
processi produttivi industriali oppure per generare elettricità grazie a cicli a gas o a
vapore.
La combustione di biomassa associata a cicli a vapore Rankine non sempre
consente di ottenere ottimi rendimenti di generazione elettrica.
Valori tipici per impianti di potenza media (nel caso delle biomasse, ciò significa
almeno dell’ordine dei 10 MW elettrici) si aggirano intorno al 25% come rendimento
elettrico netto, mentre, sono nettamente inferiori in caso di impianti di piccola taglia.
UPI Emilia Romagna – 5 febbraio 2007
Seminario “Fonti Energetiche Rinnovabili e Biomasse”
BIOMASSE
- Bio – Energia Bio – Combustibili solidi – La Combustione
La combustione dei combustibili solidi presenta alcune problematiche dovute,
sostanzialmente, ai bassi valori di PCI, alla scarsa applicazione di essiccamento e
alle condizioni di stoccaggio materiale, al contenuto di umidità e al basso punto di
fusione delle ceneri (in funzione del tipo di biomassa considerata).
Tali problematiche possono essere in parte o del tutto affrontate con l’utilizzo di
combstibile sottoforma di cippato, bricchetto o pellet, in continua fase di sviluppo e
sperimentazione.
UPI Emilia Romagna – 5 febbraio 2007
Seminario “Fonti Energetiche Rinnovabili e Biomasse”
BIOMASSE
- Bio – Energia Bio – Combustibili solidi – La Combustione
POTERE CALORIFICO DEL LEGNO IN RELAZIONE ALL’ESSICCAZIONE
CONDIZIONI DEL LEGNO
TENORE IDRICO (ti)
POTERE CALORIFICO (Hu)
Fresco di taglio
50 – 60%
2.0 kWh/kg
Essiccato per un’estate
25 – 35%
3.4 kWh/kg
Essiccato per più anni
15 – 25%
4.0 kWh/kg
UPI Emilia Romagna – 5 febbraio 2007
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BIOMASSE
- Bio – Energia Bio – Combustibili solidi – La Combustione
POTERE CALORIFICO DEL LEGNO IN RELAZIONE AL TENORE IDRICO
6
P.C.I. IN kWh/kg
5
4
3
2
1
0
0
10
20
30
40
50
60
70
TENORE IDRICO (ti) IN %
UPI Emilia Romagna – 5 febbraio 2007
Seminario “Fonti Energetiche Rinnovabili e Biomasse”
80
90
100
BIOMASSE
- Bio – Energia Bio – Combustibili solidi – La Combustione
TIPOLOGIE DI LEGNAME AD USO COMBUSTIBILE
•Legno spezzato
•Legno sminuzzato
•Trucioli e Segatura
•Pellets e Bricchetti
•Legno trattato
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BIOMASSE
- Bio – Energia Bio – Combustibili solidi – La Combustione
TIPOLOGIE DI LEGNAME AD USO
COMBUSTIBILE
LEGNO SPEZZATO
•Proveniente dal luogo di produzione
•Dimensioni comuni: 25 – 50 cm
•Stagionatura per alcuni anni in sito
protetto da agenti atmosferici
•Ti: 15 – 20%
UPI Emilia Romagna – 5 febbraio 2007
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BIOMASSE
- Bio – Energia Bio – Combustibili solidi – La Combustione
TIPOLOGIE DI LEGNAME AD USO COMBUSTIBILE
LEGNO SMINUZZATO
•Proveniente dal luogo di produzione
•Sottoprodotti della lavorazione in segheria
•Piccola pezzatura
•Qualità giudicabile attraverso 3 caratteristiche
UPI Emilia Romagna – 5 febbraio 2007
Seminario “Fonti Energetiche Rinnovabili e Biomasse”
BIOMASSE
- Bio – Energia Bio – Combustibili solidi – La Combustione
TIPOLOGIE DI LEGNAME
AD USO COMBUSTIBILE
LEGNO SMINUZZATO
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BIOMASSE
- Bio – Energia Bio – Combustibili solidi – La Combustione
TIPOLOGIE DI LEGNAME AD USO COMBUSTIBILE
LEGNO SMINUZZATO
PEZZATURA:
•Legname sminuzzato fine: 3 cm.
•Legname sminuzzato medio: 5 cm. Prodotto denominato legname sminuzzato
d’industria
•Legname sminuzzato grosso: 10 cm. Prodotto tipico per l’utilizzo negli impianti di
teleriscaldamento
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BIOMASSE
- Bio – Energia Bio – Combustibili solidi – La Combustione
TIPOLOGIE DI LEGNAME AD USO COMBUSTIBILE
LEGNO SMINUZZATO
TENORE IDRICO:
•ti < 20%: essiccato all’aria
•20 < ti < 30%: ben stoccabile
•30 < ti < 35%: limitatamente stoccabile
•35 < ti < 40%: umido
•40 < ti < 50%: fresco di taglio
UPI Emilia Romagna – 5 febbraio 2007
Seminario “Fonti Energetiche Rinnovabili e Biomasse”
BIOMASSE
- Bio – Energia Bio – Combustibili solidi – La Combustione
TIPOLOGIE DI LEGNAME AD USO COMBUSTIBILE
LEGNO SMINUZZATO
MASSA VOLUMICA APPARENTE:
“Il peso di 1 msr viene chiamato massa volumica apparente; con un ti uguale e con la
stessa pezzatura essa dipende dal tipo di legno dalla forma delle particelle
e dalla compressione
•Legni leggeri (pioppo, abete rosso, abete bianco …)
•Legni medi (pino, larice, betulla …)
•Legni pesanti (faggio, quercia …)
UPI Emilia Romagna – 5 febbraio 2007
Seminario “Fonti Energetiche Rinnovabili e Biomasse”
BIOMASSE
- Bio – Energia Bio – Combustibili solidi – La Combustione
TIPOLOGIE DI LEGNAME AD USO COMBUSTIBILE
TRUCIOLI E SEGATURA
•Scarti industriali
•ti variabile
•Qualità variabile
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Seminario “Fonti Energetiche Rinnovabili e Biomasse”
BIOMASSE
- Bio – Energia Bio – Combustibili solidi – La Combustione
TIPOLOGIE DI LEGNAME AD USO COMBUSTIBILE
PELLETS E BRICCHETTI
•Scarti industriali lavorati (pressati)
•Basso ti (inferiore a 12%)
•Alto Potere Calorifico
•Alta densità
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Seminario “Fonti Energetiche Rinnovabili e Biomasse”
BIOMASSE
- Bio – Energia Bio – Combustibili solidi – La Combustione
TIPOLOGIE DI LEGNAME AD USO COMBUSTIBILE
PELLETS E BRICCHETTI
UPI Emilia Romagna – 5 febbraio 2007
Seminario “Fonti Energetiche Rinnovabili e Biomasse”
BIOMASSE
- Bio – Energia Bio – Combustibili solidi – La Combustione
Naturalmente tra i biocombustibili solidi bisogna annoverare i pezzi (o ciocchi) di
legno vero e proprio, il costo è marginalmente superiore in quanto possono essere
ricavati da scarti industriali e/o delle lavorazioni agricole e boschive, comunque in
genere i biocombustibili solidi sono competitivi anche nei confronti del metano, non
solo per le necessità di calore ma in alcuni casi con i sistemi adeguati anche per la
produzione di energia elettrica.
Con la combustione si forma un gas molto tossico e mortale: l'ossido di carbonio
(CO), dovuto alla non perfetta combustione e ciò si verifica con qualsiasi
combustibile.
UPI Emilia Romagna – 5 febbraio 2007
Seminario “Fonti Energetiche Rinnovabili e Biomasse”
BIOMASSE
- Bio – Energia Bio – Combustibili solidi – La Combustione
L'analisi dei fumi ha rilevato che l'ossido di carbonio tende a diminuire con
l'aumentare del rendimento termico e a scomparire man mano che la combustione
tende ad essere completa. Siccome l'ossido di carbonio è un gas combustibile che se
miscelato con aria a temperature elevate brucia, la post-combustione consiste
proprio nel bruciare il CO presente nei fumi generati dalla combustione primaria.
I vantaggi di questa nuova tecnologia sono la riduzione dei gas tossici immessi
nell'ambiente, aumento del rendimento termico di circa il 10%, risparmio economico
ed energetico.
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Seminario “Fonti Energetiche Rinnovabili e Biomasse”
BIOMASSE
- Bio – Energia Bio – Combustibili solidi – La Combustione
OBIETTIVI DI COMBUSTIONE:
•Emissione di calore proveniente dall’energia solare immagazzinata
•Minimizzazione delle emissioni di sostanze nocive
PROCESSO DI COMBUSTIONE:
•Riscaldamento ed essiccazione del legno fino a 100°C
•Carbonizzazione e decomposizione termica oltre i 100°C
•Combustione del carbone di legna
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Seminario “Fonti Energetiche Rinnovabili e Biomasse”
BIOMASSE
- Bio – Energia Bio – Combustibili solidi – La Combustione
PROCESSO DI COMBUSTIONE
Riscaldamento ed essiccazione del combustibile solido fino a 100°C:
•Consumo di energia direttamente proporzionale al grado di essiccazione ed alle
dimensioni del combustibile
•Legno con alto ti conduce ad elevati livelli di tenore di vapore acqueo nei gas di
combustione con conseguenti basse temperature nella camera di combustione
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Seminario “Fonti Energetiche Rinnovabili e Biomasse”
BIOMASSE
- Bio – Energia Bio – Combustibili solidi – La Combustione
PROCESSO DI COMBUSTIONE
Carbonizzazione e decomposizione termica oltre i 100°C (pirolisi):
•Sostanze volatili presenti nel legno pari al 70 – 80%
•L’aumento della temperatura libera inizialmente l’ossigeno latente e l’idrogeno, di
seguito sostanze come la cellulosa, la lignina … vengono volatizzati dallo stato solido
a quello gassoso
•Decomposizione termica: COMBUSTIONE PRIMARIA
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Seminario “Fonti Energetiche Rinnovabili e Biomasse”
BIOMASSE
- Bio – Energia Bio – Combustibili solidi – La Combustione
PROCESSO DI COMBUSTIONE
Combustione del carbone:
•La completa decomposizione crea il carbone
•Al termine del processo la cenere può essere ricondotta nel ciclo naturale
•La quantità di ceneri prodotte corrispondono a circa 0,5% del combustibile solido
bruciato
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Seminario “Fonti Energetiche Rinnovabili e Biomasse”
BIOMASSE
- Bio – Energia Digestori Anaerobici
E' un processo di conversione di tipo biochimico che avviene in assenza di
ossigeno e consiste nella demolizione, ad opera di micro-organismi, di sostanze
organiche complesse (lipidi, protidi, glucidi) contenute nei vegetali e nei sottoprodotti
di origine animale, che produce biogas costituito abitualmente per il 50÷70% circa da
metano e per la restante parte da CO2 ed altri componenti.
Il potere calorifico del gas ottenuto varia a seconda del contenuto di metano.
Un valore medio può essere posto pari a circa 23.000 kJ/Nm3.
Prodotti da avviare alla fermentazione anaerobica:
•Deiezioni animali
•Frazione Umida RSU
•Residui di lavorazioni (prodotti agricoli, carni…)
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Seminario “Fonti Energetiche Rinnovabili e Biomasse”
BIOMASSE
- Bio – Energia Digestori Anaerobici
Il biogas – miscela di CH4 (max. 80%), CO2 e piccole percentuali di impurezze
varie (H2S, …) – così prodotto viene trattato, accumulato e può essere utilizzato
come combustibile per alimentare caldaie a gas accoppiate a turbine per la
produzione di energia elettrica o in centrali a ciclo combinato o motori a combustione
interna.
I sottoprodotti di tale processo biochimico sono ottimi fertilizzanti poiché parte
dell'azoto che avrebbe potuto andare perduto sotto forma di ammoniaca è ora in una
forma fissata e quindi direttamente utilizzabile dalle piante.
Al termine del processo di fermentazione si conservano integri i principali elementi
nutritivi (azoto, fosforo, potassio), già presenti nella materia prima, favorendo così
la mineralizzazione dell’azoto organico risultando in tal modo un ottimo fertilizzante.
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Seminario “Fonti Energetiche Rinnovabili e Biomasse”
BIOMASSE
- Bio – Energia Digestori Anaerobici
Biogas – Tecnologie per la produzione
Impianti aziendali – piccole dimensioni:
– Problemi di gestione tecnica
Impianti consortili – grandi dimensioni:
– Problemi di gestione complessiva
• Approvvigionamento
• Trasporto materia prima
• Impatto sul territorio
• ….
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Seminario “Fonti Energetiche Rinnovabili e Biomasse”
BIOMASSE
- Bio – Energia Digestori Anaerobici
Biogas – Benefici ambientali: Profilo Ecologico
•Calano le emissioni di metano;
•Si riducono le emissioni di ammoniaca;
•Calano per via indiretta altri gas serra;
•Vengono emesse minori quantità di composti organici volatili non metanici;
•I combustibili da fonti rinnovabili sostituiscono quelli fossili.
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Seminario “Fonti Energetiche Rinnovabili e Biomasse”
BIOMASSE
- Bio – Energia Digestori Anaerobici
Biogas – Benefici ambientali: Per l’allevamento zootecnico
•Si realizza un risparmio energetico o la possibilità di cedere energia a terzi;ù
•Si abbattono gli odori;
•Si accelera il processo di stabilizzazione dei liquami destinati allo stoccaggio e al
successivo utilizzo agronomico.
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Seminario “Fonti Energetiche Rinnovabili e Biomasse”
BIOMASSE
- Bio – Energia Digestori Anaerobici
Biogas – Azioni tecniche necessarie
Favorire la realizzazione di impianti di biogas negli allevamenti zootecnici.
Particolarmente interessante è l’utilizzo del biogas per cogenerare energia elettrica
ed energia termica: l’energia termica viene utilizzata per riscaldare il digestore
anaerobico, migliorando le rese in biogas, e l’energia elettrica può essere venduta
attraverso i “certificati verdi” ad un prezzo incentivato. Interessante è la possibilità di
digerire, assieme ai liquami zootecnici, le colture energetiche (in particolare mais e
sorgo zuccherino) e i residui colturali, aumentando la resa energetica negli impianti.
Andrebbero incentivati gli impianti negli allevamenti suinicoli annessi ai caseifici per la
produzione di formaggio “grana”, in quanto il biogas recuperato può essere bruciato
direttamente nelle caldaie per la produzione di vapore.
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Seminario “Fonti Energetiche Rinnovabili e Biomasse”
BIOMASSE
- Bio – Energia Digestori Anaerobici
Biogas – Azioni tecniche necessarie
Potenziare e razionalizzare i digestori anaerobici dei fanghi derivanti dalla
depurazione di acque reflue civili, presenti in tutti i grandi impianti di depurazione
urbani, favorendo la codigestione anche di liquami zootecnici e scarti organici
agroindustriali.
Attivare, vista la necessità di gestire crescenti quantità di frazioni organiche derivanti
dalla raccolta differenziata dei rifiuti, progetti dimostrativi di codigestione
anaerobica di queste biomasse assieme ai liquami zootecnici e ai fanghi di
depurazione, in impianti consortili.
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Seminario “Fonti Energetiche Rinnovabili e Biomasse”
BIOMASSE
- Bio – Energia Digestori Anaerobici
Biogas – Azioni tecniche necessarie
Avviare, visto il crescente problema della collocazione dei sottoprodotti di origine
animale e gli indirizzi contenuti nel Recolamneto (CE) n. 1774/2002, la codigestione
di liquami zootecnici e scarti di macellazione adeguatamente pretrattati e altre
biomasse.
Favorire l’integrazione dei processi anaerobici e aerobici nel trattamento delle
biomasse e dei rifiuti organici sia nella costruzione di nuovi impianti che nel
potenziamento di impianti già esistenti, quali, ad esempio, gli oltre 100 impianti di
compostaggio di media e grossa dimensione già operanti in Pianura Padana nelle
vicinanze dei siti di produzione di scarti organici agroindustriali e di effluenti
zootecnici.
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Seminario “Fonti Energetiche Rinnovabili e Biomasse”
BIOMASSE
- Bio – Energia Digestori Anaerobici
Biogas – Azioni Regione Emilia Romagna
La Regione Emilia Romagna, consapevole che tra le varie filiere energetiche il biogas
rappresenta una concreta e conveniente possibilità sia per il mondo agricolo, sia per
un corretto sviluppo ambientale, ha emanato un bando per l’assegnazione di 4,35
milioni di euro quale contributo (40% del valore del progetto) per la realizzazione di
impianti di biogas.
Il bando si basava sull’individuazione della tipologia delle matrici organiche da
utilizzare, creando una prima priorità di scelta a vantaggio di deiezioni avicunicole e
bovine con seconda scelta per quelle suine o miste – suine.
È stato poi considerato l’impiego della produzione di biogas a scopo energetico, per
l’uso proprio o finalizzato alla vendita a terzi, privilegiando la prima scelta.
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BIOMASSE
- Bio – Energia Digestori Anaerobici
Biogas – Azioni Regione Emilia Romagna
Altri parametri che caratterizzavano il bando riguardavano la tipologia aziendale del
beneficiario, questo con l’intento di favorire associazioni di aziende perché meglio si
utilizzino eventuali economie di scala e si superino problemi ambientali specifici di
territorio.
La risposta da parte delle aziende della regione è stata soddisfacente: sono state
presentate 27 domande per un importo totale di possibili investimenti pari a
19.737.866,33 €.
Delle domande pervenute, 19 sono state ammesse alla graduatoria finale e di questi
15 hanno potuto usufruire del contributo del 40 % a fondo perduto.
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Seminario “Fonti Energetiche Rinnovabili e Biomasse”
BIOMASSE
- Bio – Energia Digestori Anaerobici
DIGESTORI AEROBICI. La digestione aerobica è un processo biochimico di
degradazione delle sostanze organiche per opera di micro-organismi, il cui sviluppo è
condizionato dalla presenza di ossigeno. Questi batteri convertono sostanze
complesse in altre più semplici, liberando CO2 e H2O e producendo un elevato
riscaldamento del substrato, in modo proporzionale alla loro attività metabolica.
Quindi la fermentazione aerobica è una potenziale fonte di energia termica, sfruttabile
soprattutto in ambienti agro-zootecnici.
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Seminario “Fonti Energetiche Rinnovabili e Biomasse”
BIOMASSE
- Bio – Energia Small - Modular
Piccoli sistemi modulari alimentati con le più svariate tipologie di biomassa che
potrebbero potenzialmente soddisfare il fabbisogno energetico di oltre 2,5 miliardi di
persone attualmente sprovviste di energia elettrica.
Ciò per il fatto che queste popolazioni vivono in aree con abbondante disponibilità di
biomassa designabile all'ottenimento di combustibili bio – energetici, piccoli sistemi
modulari da 5 kW a 5 MW potrebbero rappresentare soluzioni ottimali per le piccole
comunità o interi villaggi.
Non di meno questi sistemi possono avere un potenziale mercato anche nei Paesi
industrializzati in quanto hanno costi di produzione e di gestione molto interessanti e
competitivi anche grazie alla loro modularità e taglia che permettono di avere una
fonte di energia elettrica e calore in prossimità dei luoghi di utilizzo.
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Seminario “Fonti Energetiche Rinnovabili e Biomasse”
BIOMASSE
- Bio – Energia Small - Modular
Il laboratorio nazionale per l'energia rinnovabile (NREL) con sede nel Colorado (USA)
con la partecipazione di altri laboratori di ricerca stanno puntando molto su questi
sistemi con progetti e realizzazioni in fase di studio e verifica di costi ed efficienza.
Un sistema prevede l'utilizzo di microturbine per cogenerazione esistenti in
commercio integrate in un gassificatore di materiale legnoso, il prototipo è di 30 kW e
il costo di scala potrebbe essere inferiore ai 500 € al kW, per la produzione di
elettricità l'efficienza è del 25-30%.
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Seminario “Fonti Energetiche Rinnovabili e Biomasse”
BIOMASSE
- Bio – Carburanti I biocarburanti sono prodotti derivati dalla biomassa che, oltre a prestarsi per
produrre calore e/o energia elettrica, possono essere usati per autotrazione, sia
miscelati con i carburanti da combustibili fossili e sia, in alcuni casi, utilizzati
puri.
Tipologie trattate:
Bio – Etanolo
Bio – Metanolo
Olio – Vegetale
Bio – Diesel
Bio – Idrogeno
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BIOMASSE
- Bio – Carburanti Bio – Etanolo
La fermentazione alcoolica è un processo di tipo micro – aerofilo che opera la
trasformazione dei glucidi contenuti nelle produzioni vegetali in bioetanolo (alcool
etilico.
Risulta un prodotto utilizzabile anche nei motori a combustione interna normalmente
di tipo “dual fuel”, come riconosciuto fin dall’inizio della storia automobilistica. Se,
però, l’iniziale ampia disponibilità ed il basso costo degli idrocarburi avevano impedito
di affermare in modo molto rapido l’uso di essi come combustibili, dopo lo shock
petrolifero del 1973 sono stati studiati numerosi altri prodotti per sostituire il
carburante delle automobili (benzina e gasolio); oggi, tra questi prodotti alternativi,
quello che mostra il miglior compromesso tra prezzo, disponibilità e prestazioni è
proprio il bioetanolo.
In alcuni paesi del sudamerica il bioetanolo viene utilizzato puro in normali motori a
combustione interna opportunamente tarati.
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BIOMASSE
- Bio – Carburanti Bio – Etanolo
Nell' immediato potrebbe essere utilizzato additivato alla benzina fino al completo
sfruttamento delle risorse agricole disponibili senza dover lasciare improduttive le
vaste aree per le quale oggi si incentiva il non sfruttamento in base alle vigenti norme
sulle eccedenze agroalimentari. I residui di lavorazione e produzione sono sostanze
azotate e minerali quindi fertilizzanti che rimessi nei terreni di coltura completano e
chiudono il ciclo energetico, in pratica si sfrutta il potere dei vegetali di produrre
energia per azione della fotosintesi clorofilliana.
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BIOMASSE
- Bio – Carburanti Bio – Etanolo
Le materie prime per la produzione di etanolo possono essere racchiuse nelle
seguenti classi:
•Residui di coltivazioni agricole
•Residui di coltivazioni forestali
•Eccedenze agricole temporanee ed occasionali
•Residui di lavorazione delle aziende agricole
•Residui di lavorazione delle industrie agro-alimentari
•Coltivazioni ad- hoc
•Rifiuti urbani.
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Seminario “Fonti Energetiche Rinnovabili e Biomasse”
BIOMASSE
- Bio – Carburanti Bio – Metanolo
Chimica del metanolo (acool metilico).
L'alcool metilico (o spirito di legno o carbinolo o metanolo), di formula CH3OH, venne
scoperto nel 1661 da Boyle nei prodotti di distillazione del legno.
Nel 1812 Taylor notò che le proprietà chimiche dell'alcool metilico e quelle dell'alcool
etilico erano molto simili.
Da qui la frode alimentare che portò all'uso del metanolo nella vinificazione, con esiti
spesso mortali.
Nel 1835 Dumas e Péligot ne determinarono la costituzione.
In natura si trova sotto forma di estere: salicilato nell'essenza di fiori di arancio;
oppure come etere con numerosi fenoli (eugenolo, vanillina, ecc.).
L'alcool metilico era ottenuto industrialmente per distillazione secca del legno.
Il distillato, detto acido pirolegnoso, contiene il 3-5% di alcool metilico la cui
separazione è molto laboriosa.
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BIOMASSE
- Bio – Carburanti Bio – Metanolo
Attualmente tutto l'alcool metilico si ottiene per idrogenazione dell'ossido di
carbonio secondo la reazione:
CO+2H2DCH3OH.
Bisogna operare a 350-400 °C e a circa 200 atm in presenza di ossido di cromo e
ossido di zinco.
Il prodotto così ottenuto è puro e le rese sono pressoché quantitative.
Il metanolo è un liquido mobile che bolle a 67 °C, miscibile in acqua e in numerosi
solventi. Industrialmente viene impiegato come solvente per la produzione di eteri
metilici degli acidi organici e inorganici.
Per ossidazione con aria in presenza di rame o argento dà la formaldeide.
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BIOMASSE
- Bio – Carburanti Bio – Metanolo
Il syngas o il woodgas, ottenibili per gassificazione delle biomasse, possono
essere trasformati in metanolo, ottenendo così un carburante compatibile ad
alte percentuali con gli attuali motori a benzina.
Il metanolo può, per altro, essere raffinato per ottenere benzina sintetica, oppure
impiegato nella produzione del biodiesel, o anche alimentare le pile a combustibile
di tipo mdfc.
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BIOMASSE
- Bio – Carburanti Bio – Metanolo
Dopo la crisi energetica, la necessità di sostituire il petrolio con combustibili alternativi
ha risvegliato notevoli interessi verso l'uso energetico dell'alcool metilico o metanolo,
specie nel settore dei trasporti dove può essere usato puro o mescolato alla
benzina, senza porre eccessivi problemi di riprogettazione dei motori, oppure nelle
centrali termiche o con tecnologie avanzate (ad esempio nelle pile a combustibile, in
sostituzione dell'idrogeno).
Fino agli anni Settanta tutto Il metanolo commercializzato nel mondo è stato ricavato
da sintesi (CO+H2) o da gas naturale. Dopo la crisi energetica, vi è stata una
notevole ripresa d'interesse per la produzione di metanolo a partire dalla biomassa.
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BIOMASSE
- Bio – Carburanti Bio – Metanolo
Il processo per la produzione di metanolo rappresenta una fase successiva, per
esempio, al trattamento delle sostanze di rifiuto per via biologica.
In un altro tipo di trattamento, per esempio del gas d'acqua, miscela di CO, CO2 e
H2 a partire da carbone e acqua, il gas è raffreddato, depurato dagli inerti e dai
componenti dello zolfo e introdotto in un reattore intermedio per aumentare il rapporto
fra idrogeno e ossido di carbonio, mediante la reazione H2O+CO -> H2+CO2.
Il prodotto risultante è infine immesso in un convertitore dove, in presenza di
catalizzatori, avviene la reazione esotermica principale CO + 2H2 -> CH2 OH. In
questo passaggio circa l'80% del valore energetico del gas iniziale viene trasferito al
metanolo.
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BIOMASSE
- Bio – Carburanti Bio – Metanolo
Il rendimento del processo di liquefazione per gli impianti attualmente
commercializzati, con gassificatori ad aria e del tipo a letto fisso, è del 35÷38%.
Tuttavia la notevole attività di ricerca e sviluppo sul processo di gassificazione con
ossigeno a letto fluido condotto sia in Germania sia negli USA ha messo a punto
processi con rendimenti superiori al 50%.
Un impianto americano, che utilizza tali processi, produce 428 t/giorno di metanolo
partendo da 910 t/giorno di materiale lignocellulosico.
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BIOMASSE
- Bio – Carburanti Olio vegetale
Tutti gli oli vegetali sono dei potenziali carburanti, anche tali e quali, attualmente è
possibile utilizzarli in motori diesel in percentuali variabili dal tipo di sistema di
iniezione, gli ultimi sistemi ad alta pressione sono più vulnerabili, data la maggiore
viscosità dell'olio rispetto al gasolio.
Generalmente è possibile utilizzare dal 5 al 30% di olio in gasolio d'inverno e dal 30
al 70% in estate, dipende ancora dal tipo di motore diesel ma l'olio di colza è quello
maggiormente sperimentato.
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BIOMASSE
- Bio – Carburanti Olio vegetale
Il potere calorifico è di 9.000 kcal/Kg per l'olio e 10.000 kcal/kg per il gasolio, un
litro di olio pesa 0,9 kg, il gasolio ha un peso specifico di 0,82 ; questi dati, più
una certa presenza di ossigeno nella composizione chimica dell'olio che ne migliora il
rendimento, fanno si che i chilometri percorsi con un litro (unità di misura
commerciale sia per il gasolio che per l'olio) siano simili.
Attualmente non è lecito utilizzare olio alimentare come carburante in proporzioni
superiori al 5%, in quanto si evaderebbero le accise praticate sui carburanti stessi, le
emissioni in atmosfera dell'olio combusto non sono molto dissimili da quelle del
gasolio, mentre l'apporto di CO2 è nullo in quanto rientra nel ciclo del carburante-olio.
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BIOMASSE
- Bio – Carburanti Bio – Diesel
Il Biodiesel è un prodotto naturale utilizzabile come carburante in autotrazione
e come combustibile nel riscaldamento, con le caratteristiche indicate
rispettivamente nelle norme UNI 10946 ed UNI 10947.
E’ rinnovabile, in quanto ottenuto dalla coltivazione di piante oleaginose di ampia
diffusione e comporta anche un ciclo produttivo che interessa altri settori come
l’agricoltura.
E’ biodegradabile, cioè se disperso si dissolve nell’arco di pochi giorni, mentre gli
scarti dei consueti carburanti permangono molto a lungo.
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- Bio – Carburanti Bio – Diesel
Garantisce un rendimento energetico pari a quello dei carburanti e dei combustibili
minerali ed un’ottima affidabilità nelle prestazioni dei veicoli e degli impianti di
riscaldamento.
Si ottiene dalla spremitura di semi oleoginosi di colza, soia, girasole ecc.. e da una
reazione detta di transesterificazione, che determina la sostituzione dei componenti
alcolici d’origine (glicerolo) con alcool metilico ( metanolo ).
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BIOMASSE
- Bio – Carburanti Bio – Diesel
Parte dell’olio da trasformare può essere fornito da paesi del Centro- est Europa
(futuri paesi UE) che dispongono di immense superfici scarsamente utilizzate. Se
destinate a queste produzioni non genererebbero ulteriori eccedenze in ambito
comunitario.
Le zone povere del nostro territorio, (terreni marginali) in passato adibite a
coltivazione ed attualmente abbandonate, potrebbero fin da subito specializzarsi nella
produzione di semi di colza, soia e girasole, dando così nuove opportunità al mercato
del lavoro locale.
Può essere anche ottenuto da olii vegetali usati, il cui recupero è stato disciplinato
dal DLgs 5 febbraio 1997, n° 22.
Questo consente di sottrarre definitivamente gli olii vegetali usati dal circuito
dell’alimentazione zootecnica o da utilizzi ancora più pericolosi per la salute umana.
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BIOMASSE
- Bio – Carburanti Bio – Diesel
La sua produzione è del tutto ecologica, poiché non presuppone la generazione di
residui, o scarti di lavorazione. La reazione di transesterificazione prevede la
generazione di glicerina quale “sottoprodotto” nobile dall’elevato valore aggiunto,
della quale sono noti oltre 800 diversi utilizzi.
L'utilizzo può essere diretto poiché non richiede alcun tipo d’intervento sulla
produzione dei sistemi che lo utilizzano (motori e bruciatori).
– Nell’autotrazione (motori diesel) sia puro che miscelato con il normale gasolio.
– Nel riscaldamento.
Il Biodiesel nel riscaldamento può essere utilizzato direttamente sugli impianti
esistenti, sia puro (al 100%) che in miscela con gasolio in qualsiasi proporzione.
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BIOMASSE
- Bio – Carburanti Bio – Idrogeno
Un progetto integrato, che vede coinvolti l’ENEA e diverse società industriali
(Ansaldo, Fiat, Peugeot, Renault), nonchè università italiane e straniere (L’Aquila,
Vienna, Londra, Belfast, Patrasso) ed enti di ricerca europei (VTT, ECN), si propone
di:
– sviluppare processi e tecnologie per la produzione di biocarburanti liquidi
(etanolo) da destinare alla produzione di H2 per autotrazione on board;
– sviluppare processi e tecnologie per la produzione di idrogeno mediante
reforming catalitico di oli di pirolisi;
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Seminario “Fonti Energetiche Rinnovabili e Biomasse”
BIOMASSE
- Bio – Carburanti Bio – Idrogeno
– sviluppare, mettere a punto e caratterizzare un processo di gassificazione a
vapore di biomasse per la produzione di syngas ad alto contenuto di idrogeno
per la generazione distribuita di energia elettrica mediante celle a combustibile;
– sviluppare e caratterizzare un processo di gassificazione con ossigeno per la
produzione di un syngas ad alto contenuto di idrogeno da utilizzare in
combustori di turbine a gas e in caldaie di post combustione;
– sviluppare processi e tecnologie di separazione dell’idrogeno dal gas prodotto
da impianti di gassificazione che sfruttano differenti tecnologie.
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Seminario “Fonti Energetiche Rinnovabili e Biomasse”
BIOMASSE
- Bio – Carburanti Bio – Idrogeno
Le attività ENEA previste, svolte presso il Centro Ricerche Trisaia, sono così
articolate:
ottimizzazione dei processi di pretrattamento delle biomasse, dell’idrolisi enzimatica e
della fermentazione per rendere competitiva la produzione di etanolo mediante
processi biologici;
upgrading degli oli ottenuti dalla pirolisi delle biomasse mediante stabilizzazione del
prodotto;
messa a punto di differenti tecnologie per la gassificazione da biomasse con
produzione di syngas ad alto tenore di idrogeno;
sviluppo di tecnologie innovative per il cleaning e l’arricchimento in idrogeno del
syngas prodotto;
sperimentazione dell’integrazione dell’impianto di gassificazione con cella
combustibile a carbonati fusi (MCFC).
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BIOMASSE
- Impatto Ambientale La valorizzazione delle biomasse, quando è inserita e organizzata in un contesto di
filiera ed efficiente valorizzazione di tutte le sue componenti, consente notevoli
benefici di tipo ambientale e socio economico sia a livello locale e territoriale che
planetario.
Ad esempio, l’uso energetico delle biomasse vegetali è considerato uno dei più
efficienti sistemi per ridurre le emissioni di gas serra (come previsto dagli accordi di
Kyoto del 1998), in quanto la CO2 emessa durante la produzione di energia dalle
biomasse è pari a quella assorbita durante la crescita delle piante, mentre i
combustibili fossili utilizzati emettono CO2 che si accumula nell’ambiente.
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- Impatto Ambientale Un altro importante contributo allo sviluppo sostenibile può derivare da un incremento
dell’uso del legno e derivati in sostituzione di altri materiali il cui impiego risulti più
“costoso” sia energeticamente che ambientalmente, sfruttandone il ruolo di
“sequestratore” di CO2 e la sua versatilità come materia prima; il tutto in un contesto
di salvaguardia e miglioramento del sistema forestale.
Le emissioni di inquinanti acidi, ossidi di azoto, polveri e microinquinanti possono
essere controllati con le moderne tecnologie di combustione e depurazione dei fumi.
Il basso contenuto di zolfo e di altri inquinanti fa sì che, quando utilizzate in
sostituzione di carbone e di olio combustibile, le biomasse contribuiscano ad alleviare
fenomeni di acidificazione.
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- Potenziale Uno studio condotto dal CNR (Consiglio Nazionale delle Ricerche), assieme ad
ENEA (Ente per le nuove tecnologie, l'energia e l'ambiente) e Università degli Studi di
Roma "La Sapienza" CIRPS (Centro interuniversitario di ricerca per lo sviluppo
sostenibile) ha reso noto che da biomasse si potrebbero ottenere 3.360.000
tonnellate di idrogeno all'anno, equivalenti a circa 170.000 GWh di energia elettrica,
come dire che da sole le biomasse potrebbero soddisfare il 50% del fabbisogno di
energia elettrica o il 30-40% del fabbisogno di combustibili e carburanti.
Il 30 Ottobre 2003 l'associazione Itabia ha presentato in Parlamento una relazione
sul potenziale delle biomasse e ha stimato in almeno 60 milioni di Tep la quantità in
Italia di biomasse tra recuperi e produzioni dedicate: più di un terzo degli attuali
consumi totali di energia.
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- Potenziale Le svariate tecnologie per ottenere energia da biomasse sono molto interessanti
anche per la grande quantità di nuova occupazione che potrebbero produrre (solo in
Italia ci sono 250.000 ettari non coltivati a causa delle direttive comunitarie sulle
eccedenze dei prodotti agro-alimentari ) e per il fatto che ottenere energia da questa
fonte significa sfruttare materie prime che ora sono oggetto di inquinamento
(discariche, fosse biologiche, boschi e terreni incolti e/o abbandonati ecc.) inoltre
favorirebbe la convenienza a rimboschire a rotazione quelle superfici ora spoglie a
tutto vantaggio della resistenza idrogeologica alle frane, il presidio e l'attività forestale
permette inoltre una minor facilità dell'opera dei piromani.
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- Aspetti Economici E’ evidente che le diverse fasi del ciclo produttivo del combustibile da biomassa, sia
esso di origine agricola o forestale, creano posti di lavoro e favoriscono la ripresa dei
settori agricolo e forestale. Inoltre, anche l'industria collegata alle tecnologie di
conversione energetica potrebbe trarre un considerevole beneficio occupazionale.
Circa 1.700 posti di lavoro per TWh/anno sono necessari per produrre energia
elettrica da biomasse, contro i 100 richiesti per la fonte nucleare e 115 per il carbone
(fonte: www.ciemat.es).
Secondo uno studio dell'UE il danno prodotto dai combustibili fossili è valutabile in
0,03-0,08 €/kWh per il carbone, 0,02-0,05 €/kWh per il petrolio e 0,01-0,02 €/kWh per
il gas naturale (fonte: www.itabia.it).
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- Aspetti Economici Un'altro recente studio dell'Unione Europea ha stabilito che i costi sanitari per le
conseguenze dannose prodotte per ogni litro di benzina bruciata dalle auto nelle città
sono di 0,7 Euro (fonte: www.isfe2000.com).
Benefici per la politica energetica
L'energia delle biomasse vegetali contribuisce a ridurre la dipendenza dalle
importazioni di combustibili fossili e a diversificare le fonti di approvvigionamento
energetico oltre che al perseguimento degli obiettivi imposti nell’ambito delle
conferenze internazionali sul clima (fonte: www.elettricita.ch).
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BIOMASSE
- Bibliografia Siti internet:
www.miniambiente.it
www.governo.it
www.regione.emilia-romagna.it
www.ermesambiente.it
www.arpa.emr.it
www.fis.unipr.it/sustain
www.energoclub.it
www.ciemat.es
www.itabia.it
www.isfe2000.com
www.elettricità.ch
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- Bibliografia Siti internet:
www.enea.it
www.fiper.it
www.crpa.it
www.ildivulgatore.it
www.treepower.org
www.nrel.gov
www.fuocolegna.it
www.paciolo.com
www.eere.energy.gov
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- Bibliografia Siti internet:
Associazione statunitense Methanol institute: methanol.org
idrogeno da biomassa e rifiuti organici: epa.gov/biomass
Potenziale globale biomasse: www.accstrategy.org
Consorzio nazionale energie rinnovabili agricole: www.cner.it
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BIOMASSE
- Bibliografia •IEA – International Energy Agency
•Piano Energetico Regionale (PER) Emilia Romagna
•Carlo Bertani – ENERGIA, NATURA E CIVILTÀ. UN FUTURO POSSIBILE? – Ed.
Giunti
•Marco Gentilizi – ELEMENTI DI ENERGETICA – Progetto Leonardo Bologna
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BIOMASSE
- Bibliografia •Andrea Fasullo, Paolo Pietrogrande – ENERGIA VERDE PER UN PAESE
“RINNOVABILE” – Franco Muzzio Editore
•Herman Scheer – AUTONOMIA ENERGETICA. ECOLOGIA, TECNOLOGIA E
SOCIOLOGIA DELLE RISORSE RINNOVABILI – Saggistica e manuali. Edizioni
Ambiente
•Marco Spiga – LEZIONI DI FISICA TECNICA – Progetto Leonardo Bologna
•Manuela Dodi – IL TELERISCALDAMENTO RICAVABILE DALLA
COMBUSTIONE DI BIOMASSA LEGNOSA – Tesi di Laurea
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FONTI ENERGETICHE
RINNOVABILI
E BIOMASSE
Manuela Dodi
Bologna, 5 febbraio 2007
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