ORDINE DEGLI INGEGNERI DELLA PROVINCIA DI NAPOLI - COMMISSIONE AMBIENTE
Seminario tecnico informativo
“Le opportunità per i Professionisti,
l’ innovazione tecnologica per le PMI,
il miglioramento ambientale per il Territorio”
Bilancio energetico ed
efficienza ambientale
ing. Paola Astuto
(1)
(1)
libero professionista, membro della Commissione Ambiente
Giugliano in Campania, 2 ottobre 2006
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Le fonti rinnovabili
Fonti energetiche virtualmente inesauribili e “pulite”,
come vento, sole, acqua, calore terrestre, biomasse.
Contribuiscono a:
•diminuire le importazioni di energie fossili;
•ridurre le emissioni inquinanti e di gas climalteranti.
Si consideri che per produrre 1 kWhe con fonti fossili occorre
l’equivalente di 220 g di petrolio, con conseguente emissione di circa
500 g di anidride carbonica. L’uso di alcune fonti rinnovabili, come il
vento o il sole non dà luogo ad alcuna emissione. Altre causano
emissioni nettamente inferiori.
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Eolico
I moderni generatori eolici, o aerogeneratori, sono macchine che
convertono direttamente l’energia cinetica del vento in energia elettrica.
I Paesi Europei all’avanguardia sono la Germania, con oltre 17.000
MW di potenza installata, la Spagna con 8.500 MW e la Danimarca,
che con la fonte eolica copre circa il 20% del proprio fabbisogno di
energia elettrica (dati riferiti a metà 2005).
In Italia sono installati impianti per 1.500 MW, che producono meno
dell’1% dell’energia elettrica richiesta. Significativo è, invece,
l’incremento della potenza unitaria degli impianti installati, indice
positivo dello sviluppo tecnologico nel settore.
L’obiettivo è di raddoppiare la potenza degli impianti entro il 2010.
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Eolico
BENEFICI E IMPATTO AMBIENTALE
La produzione di energia dal vento non dà luogo ad alcuna emissione
in atmosfera.
Talune preoccupazioni sono connesse all’impatto visivo degli impianti
eolici. È tuttavia possibile governare il problema con un accorto
inserimento degli aerogeneratori nel paesaggio. Altri aspetti ambientali
riguardano le emissioni acustiche, le possibili interferenze
elettromagnetiche e il disturbo all’avifauna stanziale e migratoria. Si
tratta comunque di elementi che trovano adeguate soluzioni nella fase
di progettazione e autorizzazione alla costruzione dell’impianto. Il
processo di diffusione dell’eolico in Italia ha portato sinora alla
creazione di circa 3.000 nuovi posti di lavoro, soprattutto nelle regioni
del Mezzogiorno.
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Solare Termico
L’impiego della radiazione solare per la produzione di acqua calda è
molto diffuso in diversi Paesi Europei, come la Germania, la Grecia e
Cipro. Il nostro Paese, pur favorito da un ottimo livello di radiazione
solare, non ha ancora adeguatamente sviluppato l’uso di tale fonte.
BENEFICI E IMPATTO AMBIENTALE
L’impiego dei collettori solari non provoca alcun tipo di emissione in
atmosfera.
L’unico impatto ambientale dei collettori solari termici è quello visivo,
che può essere ridotto quando la loro installazione viene programmata
già in fase di progettazione degli edifici. In tal caso, i collettori possono
essere installati o integrati nelle coperture delle strutture che li
utilizzano.
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Solare Fotovoltaico
L’uso della radiazione solare per la produzione di energia
elettrica ha mosso i primi passi negli anni ‘50 per ’impiego nello spazio.
Successivamente, è iniziato lo sviluppo di tecnologie meno
costose per le applicazioni sulla Terra. Ottimi risultati sono stati raggiunti in
Giappone e in Germania. L’Italia ha avviato politiche di sviluppo negli anni ’80.
Dopo una fase di stasi, un decisivo impulso al settore è stato dato da
provvedimenti dei Ministri delle attività produttive e dell’ambiente.
BENEFICI E IMPATTO AMBIENTALE
I benefici ambientali ottenibili dall’adozione di sistemi fotovoltaici sono
riconducibili all’eliminazione delle emissioni in atmosfera derivanti, invece,
dall’uso delle fonti convenzionali fossili. L’impatto ambientale è rappresentato
dall’occupazione di superficie e dal possibile impatto visivo. Entrambi gli effetti
possono essere fortemente attenuati mediante l’integrazione dei moduli nelle
strutture edilizie, opzione per la quale la tecnologia fotovoltaica è
particolarmente adatta.
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Idroelettrico
La risorsa idroelettrica rappresenta la principale fonte
nazionale per la produzione di elettricità da fonti rinnovabili,
con una potenza installata di circa 17.000 MW e una
produzione annua che oscilla intorno ai 45 TWh.
Nonostante ciò, il contributo percentuale dell’idroelettrico
alla
produzione
totale
di
energia
elettrica
è
progressivamente diminuito negli ultimi anni, attestandosi
nel 2004 su una quota inferiore al 12 % del totale
nazionale.
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Idroelettrico
BENEFICI E IMPATTO AMBIENTALE
Le problematiche di impatto ambientale non consentono uno sviluppo
del settore in termini di nuove installazioni se non per impianti di piccola
taglia, in particolare della tipologia ad acqua fluente, senza bacino di
invaso.
Inoltre, nonostante un incremento quasi costante della potenza
installata, la produzione di energia elettrica negli ultimi cinque anni è
stata molto variabile per effetto delle diverse situazioni di idricità.
Un aumento della potenza efficiente si potrà determinare a seguito di
interventi di ripotenziamento e miglioramento dell’efficienza energetica
degli impianti.
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Geotermico
L’Italia ha avuto un ruolo pionieristico, con la realizzazione dei primi impianti
in Toscana.
Ancora oggi l’Italia è all’avanguardia, con una potenza installata di circa 700
MW e una produzione annua che rasenta i 5 TWh.
Sebbene il potenziale residuo sfruttabile con le attuali tecnologie sia, nel
nostro Paese, in via di esaurimento, progressi sono possibili con lo sviluppo
di nuove tecnologie e l’affinamento delle tecniche di esplorazione del
sottosuolo.
Ulteriori sviluppi tecnologici rendono accessibile l’impiego di calore a bassa
temperatura proveniente da strati poco profondi della crosta terrestre, ad
esempio con le “pompe di calore geotermiche”, che sfruttano la differenza
di temperatura fra la superficie e il terreno a media profondità (da 200 a 300
m).
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Biomassa
Biomassa è un termine che riunisce una gran quantità di materiali di
origine vegetale e animale, di natura estremamente eterogenea.
La biomassa utilizzabile ai fini energetici comprende tutte quelle
sostanze organiche che possono essere utilizzate direttamente come
combustibili o che possono essere trasformate in bio-combustibili solidi,
liquidi o gassosi.
La biomassa rappresenta una forma naturale di accumulo di energia
solare. Questa, infatti, consente alle piante di convertire, durante la loro
crescita, l’anidride carbonica atmosferica in materia organica, tramite il
processo di fotosintesi.
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Biomassa
Le più importanti tipologie di biomassa sono:
– residui forestali
– scarti dell’industria di trasformazione del legno (trucioli,
segatura, etc.)
– scarti delle aziende zootecniche
– scarti delle aziende agroalimentari
– scarti mercatali
– frazione organica di rifiuti solidi urbani
Altre forme di biomassa possono, inoltre, essere costituite dai residui
delle coltivazioni destinate all’alimentazione umana o animale (paglia)
o piante espressamente coltivate per scopi energetici.
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Biomassa: tecnologia e applicazioni
La biomassa può essere utilizzata direttamente, tramite combustione, o
indirettamente come materia prima per la produzione di bio-combustibili.
Uso diretto: le principali applicazioni sono quelle connesse all’uso di
caldaie per la produzione di energia termica o di sistemi per la
produzione combinata di energia termica ed energia elettrica
(manutenzione forestale, residui agricoli, industria del legno, industria
agro-alimentare);
Uso indiretto: la biomassa, in questo caso, costituisce la materia prima
per ottenere, attraverso adeguati processi di trasformazione, vari biocombustibili (biodiesel, etanolo, olio vegetale, metano, etc.).
La materia prima vegetale può anche essere prodotta con apposite
coltivazioni prima di essere raccolta, trasformata ed impiegata. (Short
Rotation Forestry, coltivazioni energetiche, ecc.)
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Biomassa: tecnologia e applicazioni
Le tecnologie attualmente disponibili sono sinteticamente:
– combustione diretta
– carbonizzazione
– pirolisi
– gassificazione
– la digestione anaerobica
– digestione aerobica
– fermentazione alcoolica
– estrazione di olii e produzione di biodiesel
– steam explosion
Tra le varie tecnologie di conversione energetica delle biomasse alcune
possono considerarsi giunte ad un livello di sviluppo tale da
consentirne l’utilizzazione su scala industriale, altre necessitano invece
di ulteriore sperimentazione al fine di aumentare i rendimenti e ridurre i
costi.
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Biomassa: costi
I costi degli impianti variano a seconda della tecnologia e della forma di
energia utile prodotta (elettricità, calore o biocombustibili).
La difficoltà di sviluppo del settore dello sfruttamento energetico delle
biomasse è legata principalmente al superamento delle barriere nontecniche (finanziamenti dei costi di investimento alquanto elevati,
Politica Agricola Comunitaria, diffusione delle informazioni).
Per tale ragione, sono stati introdotti incentivi di diversa natura,
finalizzati a sostenere tutte le possibili produzioni energetiche da
biomasse.
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Biomassa: costi
Il costo dell'energia prodotta da biomassa è, attualmente, ancora
generalmente maggiore di quello derivante dall’impiego di fonti fossili,
ma vi è una tendenza verso la competitività, in tempi ragionevolmente
brevi, da sostenere e valorizzare.
Il gap di costo, tuttavia, tra le fonti rinnovabili e quelle fossili,
sarebbe invertito se venissero considerati nell'analisi costibenefici gli aspetti ambientali ed i costi sociali connessi alla
combustione dei materiali fossili.
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Biomassa: benefici e impatto ambientale
La biomassa è ampiamente disponibile ovunque e rappresenta una
risorsa locale, pulita e rinnovabile.
L’utilizzazione delle biomasse per fini energetici non contribuisce
all’effetto serra, poiché la quantità di anidride carbonica rilasciata
durante la decomposizione, sia che essa avvenga naturalmente, sia
per effetto della conversione energetica, è equivalente a quella
assorbita durante la crescita della biomassa stessa.
Meritevoli di attenzione sono invece i problemi connessi al controllo dei
fumi negli impianti di combustione e di gestione delle infrastrutture
necessarie per il trasporto e il trattamento delle biomasse.
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Biomassa: benefici e impatto ambientale
Oltre al bilancio della CO2, le biomasse possono presentare una serie
di ulteriori vantaggi rispetto ai combustibili di origine fossile, che variano
in funzione dei sistemi e delle tecnologie impiegate, come ad esempio:
•l’assenza di piombo, zolfo e altri inquinanti nei biocombustibili;
•l’assenza o la bassa quantità di idrocarburi incombusti, di CO, ecc.;
•la biodegradabilità dei combustibili;
•la capacità di sostituzione di componenti di combustibili liquidi
tradizionali;
•la protezione delle acque superficiali e di falda dall’inquinamento da
nitrati provenienti da fonti agricole (reflui zootecnici);
•la salvaguardia e il consolidamento del Territorio (coltivazioni a rapida
rotazione, coltivazioni energetiche).
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Analisi di Ciclo di Vita
In linea di principio c’è un generale accordo nel riconoscere alle fonti
rinnovabili di energia vantaggi significativi dal punto di vista ambientale
rispetto alle fonti fossili.
Nel caso delle biomasse, tuttavia, la quantificazione di tali benefici è
fortemente ostacolata dalla complessità delle filiere, che va dalla
produzione e dalla raccolta delle materie prime fino al consumo finale,
passando spesso per più di una fase di lavorazione o trasformazione.
La metodologia più adatta per stimare in maniera completa gli impatti
ambientali lungo tutte le fasi del ciclo di vita è la LCA (Life Cycle
Analysis), che sostituisce i più “semplici” bilanci energetici messi a
punto e sviluppati negli anni ’70 e ’80.
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Analisi di Ciclo di Vita
La LCA è una metodologia che quantifica gli impatti ambientali
potenziali di un prodotto o un servizio lungo l'intero ciclo della sua vita,
dall'estrazione delle materie prime a tutte le fasi di produzione, uso e
manutenzione fino alla dismissione del prodotto stesso.
Attraverso un inventario dei flussi in entrata ed in uscita dal sistema
(input di materia, energia, uso del suolo, emissioni in acqua, aria,
suolo, ecc.), la LCA permette di quantificarne le performance
ambientali, mediante l'uso di opportuni indicatori di impatto (effetto
serra, diminuzione dello strato di ozono,acidificazione, consumo di
energia primaria, ecc.).
Per quanto riguarda le FR, la LCA consente un confronto puntuale
sotto il profilo ambientale tra queste e la corrispondente fonte fossile.
Nel caso delle biomasse, la LCA consente di apprezzare
quantitativamente il fatto che le emissioni di CO2 degli impianti di
generazione sono compensati dall'assorbimento della stessa durante la
crescita del materiale vegetale di partenza.
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Biomassa: potenzialità
Lo sfruttamento a fini energetici delle biomasse può assumere un
ruolo strategico, contribuendo ad uno sviluppo sostenibile ed
equilibrato del pianeta. Un impiego diffuso delle biomasse può
comportare notevoli ricadute a livello economico, ambientale ed
occupazionale, in quanto esse possono garantire:
– la valorizzazione di residui agroindustriali
– nuove opportunità di sviluppo per zone marginali e/o
riduzione di surplus agricoli con sostituzione di colture
tradizionali con colture energetiche dedicate
– la possibilità di sviluppo di nuove iniziative industriali
– contributo nullo all’incremento del tasso di CO² in
atmosfera
– l’autonomia energetica locale di Aziende agricole o di
lavorazioni del legno
In tale ottica, la Campagna della Commissione europea per il decollo
delle fonti energetiche rinnovabili (Take off Campaign) individua
l’energia da biomasse come uno dei settori-chiave per il
raggiungimento degli obiettivi previsti dal Libro Bianco europeo.
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Biomasse attualmente disponibili in Italia
kt s.s./anno
Residui colture erbacee
6.500
Residui colture arboree
1.600
Residui forestali
6.600
Residui industria del legno
5.900
Residui agroindustria
1.400
TOTALE
22.000
Equivalenti a circa 9 Mtep/anno
Le coltivazioni dedicate sono oggi limitate ad alcune migliaia di ettari di
girasole (e colza) per biodiesel ed a poche migliaia di ettari di pioppi a
rapida crescita (S.R.F.) nel Nord Italia
I programmi di settore stimano in circa 1 milione di ha la superficie
potenzialmente interessata a coltivazioni da energia
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Produzione Energia Elettrica. Mondo
Nucle
are
15,8%
Rinno
vabili
17,6%
Gas
19,4%
Petroli
o
6,9%
Carbo
ne
40,2%
Produzione EE. Mondo 2003
IEA, Renewables Information 2005
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Produzione Energia Elettrica. Mondo
Nucle
are
15,8%
Rinno
vabili
17,6%
17,6%
15,1%
14,9%
13,7%
Gas
19,4%
Petroli
o
6,9%
Produzione EE. Mondo 2003
Carbo
ne
40,2%
Mondo
Paesi
OECD
Paesi
EU15
Italia
Contributo delle FR alla produzione EE. 2003
IEA, Renewables Information 2005
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Il quadro globale energetico italiano
Per l’anno 2004 risulta:
• Consumo energia primaria:
196,8 Mtep (+1,3%)
• Energia primaria da fonti
rinnovabili: 7,1%
• Consumo energia elettrica:
325,4 TWh (+1,5%)
• Energia elettrica da Fonti
Rinnovabili: 55,69 TWh
ENEA, Rapporto Energia e Ambiente 2005
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Il quadro globale energetico italiano
Import
EE
14,5%
Per l’anno 2004 risulta:
• Consumo energia primaria:
196,8 Mtep (+1,3%)
Rinnova
bili
17,6%
• Energia primaria da fonti
rinnovabili: 7,1%
• Consumo energia elettrica:
325,4 TWh (+1,5%)
• Energia elettrica da Fonti
Rinnovabili: 55,69 TWh
Solidi
17,2%
Gas
33,5%
Petrolio
17,2%
Fonti produzione Energia Elettrica. Italia 2004
ENEA, Rapporto Energia e Ambiente 2005
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Produzione EE da FR. Italia
Eolico
3,32%
Fotovoltaico
Geotermico
0,05%
9,76%
Biomassa
10,12%
Idroelettrico
76,75%
Contributo delle FR alla produzione EE in Italia. 2004
ENEA, Rapporto Energia e Ambiente 2005
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Produzione EE da FR. Italia
Eolico
3,32%
Fotovoltaico
Geotermico
0,05%
9,76%
RSU
4,09%
Biomassa
10,12%
Legna
3,93%
Biogas
2,10%
Idroelettrico
76,75%
Contributo delle FR alla produzione EE in Italia. 2004
ENEA, Rapporto Energia e Ambiente 2005
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Produzione EE da FR. Italia
• La produzione di energia elettrica da legna nel 2004 è
stata di 2190 MWh (3,9% dell’EE da FR)
• La produzione di energia elettrica da biogas nel 2004 è
stata di 1170 MWh, pari circa 105000 tep (2,1% dell’EE
da FR);
• Oltre l’88% della produzione di biogas destinato alla
produzione di EE deriva dal recupero dalle
discariche per RU
ENEA, Rapporto Energia e Ambiente 2005
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La situazione in Campania
Potenza installata e pianificata (MW)
anno
2000
FONTE
Idroelettrico (fluente, bacino)
anno 2010
pianificata
330
350
1.000
1.000
3
11
eolica
206
900
Biomassa e biogas
15
45
RU
0
180
Cogenerazione < 50 MWe
30
230
1.450
4.650
3.034
7.366
Idroelettrico (pompaggio)
fotovoltaico
Termoelettrica
Totale
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Incentivazioni
La concretizzazione degli obiettivi e delle strategie messe a punto a
livello di programmazione, si esplica attraverso l’emanazione di
incentivi in grado di stimolare le imprese e i cittadini a riconvertire tutto
o parte dei propri consumi verso le FER e, in particolare, le biomasse.
Gli incentivi possono essere di tipo economico o anche limitarsi a
semplificazioni amministrative; gli aiuti economici si dividono a loro
volta in diretti (contributi, finanziamenti, ecc.) o indiretti
(defiscalizzazioni, detraibilità, ecc.), entrambi comunque tendenti a
ridurre il differenziale di costo tra fonte tradizionale e rinnovabile,
valorizzando la componente ambientale di quest’ultima.
Sia pure in maniera non del tutto omogenea, sussistono in Italia
incentivi pressoché per tutte le filiere connesse alla bioenergia.
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Conclusioni
Numerose innovazioni sono state introdotte in
questi anni, rendendo possibile l’avvio di sia pur
limitate esperienze ed altre sono necessarie per
consolidare e sviluppare significativamente il
mercato. Tra gli aspetti tecnici risaltano sia
l’approvvigionamento che la conversione delle
biomasse,
con
il
fondamentale
obiettivo
dell’aumento dell’efficienza complessiva del
sistema, della riduzione dei costi e della effettiva
limitazione delle emissioni nocive.
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Conclusioni
Il definitivo salto di qualità del sistema
biomasse da un mercato di nicchia ad un
solido e stabile sistema organizzato, con
una precisa collocazione nell’economia
nazionale, dipende da numerosi fattori ma
soprattutto dall’affermarsi di una piena
consapevolezza del ruolo attuale e
potenziale della bioenergia.
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Grazie per l’attenzione
ing. Paola Astuto
Commissione Ambiente
Ordine degli Ingegneri della Provincia di Napoli
[email protected]