Valutazione del bilancio energetico nella produzione di energia da fonti rinnovabili - Cap 2 Biomassa e biocombustibili - tesi di laurea Elisa Samori


    Università degli studi di Ferrara Relatore: Dott. Mirco Andreotti Laureando: Elisa Samorí A.A. 2009/2010

    Capitolo 2 Biomassa e biocombustibili

    2.1 Descrizione

    Con il termine biomassa vengono generalmente indicate sostanze di origine biologica di diverso tipo, le quali rientrano all’interno delle fonti rinnovabili, inoltre la CO2 che viene emessa per la produzione di energia non rappresenta un incremento dell'anidride carbonica presente nell'atmosfera; questo perché la quantità di CO2 è la stessa che le piante hanno immagazzinato per crescere e che, in ogni caso, in seguito alla morte tornerebbe in circolo.

    Le varie tipologie di biomasse possono essere riassunte schematicamente nel seguente modo [6]:

    • Essenze impiegate per scopi energetici (pioppo, salice, eucalipto, legna da ardere)
    • Residui industriali della lavorazione della cellulosa (black-liquor)
    • Residui industriali derivanti dalla lavorazione del legno (segature, trucioli..)
    • Essenze coltivate per scopi energetici. Tra queste abbiamo le annuali come colza, girasole (per produrre olio e biodiesel), mais (per produrre bioetanolo e biogas), bietola (per produrre bioetanolo), sorgo, canapa (che per combustione diretta danno syngas, pirogas e biogas). Oltre alla annuali esistono anche coltivazioni di tipo poliennali che per combustione diretta permettono di ottenere syngas, pirogas e biogas e sono: cardo, canna, miscanto ed alcune legnose.
    • Residui di piantagione e di lavorazione agricole (fieno, paglia, gusci di nocciole, mandorle e noci, potature alberi da frutto, residui di canapa e cotone).
    • Scarti dei prodotti agro-alimentari (semi, noccioli e scarti dalla lavorazione della frutta).
    • Prodotti organici derivanti dall’attività biologica umana e zootecnica (reflui e liquami da allevamento di animali e discariche di rifiuti).
    • Rifiuti urbani di origine vegetale (sfalcio dell’erba e potature).
    2.2 Filiera energetica

    Quando si parla di biomassa a scopo energetico è altrettanto importante inquadrare la filiera energetica, ovvero una serie di fasi che permettono di soddisfare il fabbisogno energetico: questi passaggi sono fondamentalmente tre e possono essere inquadrati come la produzione di biomassa, la sua trasformazione in un vettore energetico ed infine l’utilizzo di questo in un sistema per la conversione di energia.

    2.2.1 Reperimento

    Le modalità con cui si reperisce la biomassa fanno riferimento alle produzioni agricole e forestali, ai residui e sottoprodotti agroalimentari e alle colture dedicate.

    In modo particolare quando si parla di colture dedicate possiamo fare una prima suddivisione tra quelle annuali e quelle poliennali.

    • Annuali: colza e girasole (da cui si ricava olio ed in seguito biodiesel), mais e bietola (che ci forniscono biogas quindi bioetanolo), sorgo e canapa (utili nei processi di combustione diretta).
    • Poliennali: cardo, canna, miscanto e legnose come il pioppo e l’eucalipto (le quali sono sfruttabili per combustione diretta, syngas, pyrogas e biogas.

    In merito al reperimento è possibile fare qualche considerazione sulle eventuali problematiche connesse.

    Tenendo conto delle caratteristiche ambientali del nostro Paese, potrebbe non esserci una disponibilità elevata di materie prime se non in zone particolari per cui la convenienza dello sfruttamento a fini energetici, sarebbe concreta solo se la reperibilità di materie prime fosse certa in zone circostanti al sito di utilizzo.

    A questa problematica si potrebbe ovviare mediante lo sfruttamento di colture dedicate, ma anche in questa circostanza potrebbero insorgere alcuni dubbi: in concreto significherebbe utilizzare terreni destinati all’agricoltura per fini energetici, rimpiazzare quindi una normale produzione di prodotti alimentari con prodotti energeticamente utili, il ché si tradurrebbe su larga scala nella necessità di dover importare le mancanze che non sarebbero più prodotte nel nostro Paese.

    Inoltre le biomasse non sono disponibili in ogni momento dell’anno.

    Basti pensare a tutte quelle che derivano da colture stagionali, la cui raccolta avviene in un determinato periodo dell’anno stesso. Anche il legno, che in via teorica potrebbe essere disponibile tutto l’anno, di fatto viene tagliato prevalentemente d’inverno, poiché durante questa stagione esso contiene meno umidità.

    Risulta quindi ovvio che una centrale che necessita di un certo quantitativo di biomassa per poter funzionare, avrà anche bisogno di una zona di raccolta abbastanza ampia. Nel caso si decida di coltivare canna da zucchero, mais e barbabietole (che potrebbero poi essere sottoposte ad un processo di fermentazione) bisogna prendere in considerazione anche l’uso di fertilizzanti (nocivi per l’ambiente in quanto determinano l’emissione di azoto) e l’utilizzo di una certa quantità di combustibile fossile indispensabile per i macchinari con cui si lavorerà il terreno.

    Verrà dimostrato in seguito che, nonostante non si possa parlare in termini assoluti di impatto zero, i combustibili utilizzati per i processi di coltivazione, sono quantità irrilevanti se confrontati con i consumi di una centrale standard che non prevede l’utilizzo di biomassa.

    In questo caso l’immissione in atmosfera non è da considerarsi nulla: infatti per produrre biomassa, abbiamo alla base dei processi che aumentano la quantità netta di CO2 nell’atmosfera, alla quale si aggiungono altri tipi di emissioni nocive come di fatto sono i prodotti dell’azoto.

    Risulta evidente che i vantaggi dovuti all’utilizzo di biomassa, potrebbero venire meno con l’entrata in funzione di un impianto termoelettrico (sarà di questi tipi di impianti di cui ci occuperemo in seguito) la cui progettazione, e dimensionamento, sono assolutamente avulsi dalla realtà che li circonda, ovvero dalle vocazioni agro-alimentari del territorio che dovrebbe ospitarla.

    Questo perché molto spesso la costruzione di queste centrali è seguita dalla conversione dei terreni agricoli circostanti, i quali vengono poi adibiti a coltura energeticamente utile.

    Ovviamente maggiore è la potenza della centrale, maggiore sarà il quantitativo di biomassa necessario al funzionamento, maggiore quindi sarà il numero di ettari di terreno che potenzialmente potrebbe subire conversione.

    2.2.2 Processi di trasformazione

    I processi di trasformazione possono essere classificati come:

    • Combustione diretta.
    • Processi di conversione chimica, più in specifico termochimici e biochimici.
    • Processi meccanico / chimici dai quali si ottiene combustibili liquido attraverso spremitura e transerificazione.

    Combustione diretta Il processo di combustione avviene grazie all’utilizzo di stufe o caldaie, che possono essere di varia potenza, ed utilizzano come combustibili il legno (sotto forma di tronchetti, pellet, segatura, cippato), residui e prodotti agricoli, come paglia e semi, oppure residui agroalimentari.

    Questa tecnologia presenta quindi il vantaggio di poter utilizzare materiale ritenuto “di scarto” e puó essere accoppiata con motori per la cogenerazione1, in specifico l’impiego può essere possibile in turbine a gas a combustione esterna, motori Stirling, cicli vapore e cicli ORC.

    1 Quando si parla di cogenerazione si fa riferimento a impianti di cogenerazione energia elettrica-calore: questo significa che vengono prodotte contemporanemante entrambe. Questa tecnica nella produzione di energia offre la massima efficienza nella trasformazione dell’energia risparmiando quindi le risorse in fatto di energia primaria

    Un’altra applicazione possibile è rappresentata dalla co-combustione, mediante la quale viene bruciata biomassa assieme al carbone, permettendo quindi di risolvere i problemi di approvvigionamento di biomassa e ridurre allo stesso tempo il consumo complessivo di carbone.

    Accanto a questi vantaggi esiste in ogni caso una problematica collegata all’uso di questa tecnologia, ed è rappresentata dall’emissione in termini di PM10, NOx e CO2, le quali risultano essere superiori alle emissioni del gasolio, per cui gli impianti a combustione necessitano di specifici sistemi di filtraggio e abbattimento.

    Conversione chimica La distinzione che è possibile fare è tra la conversione termochimica e quella biochimica.

    Il primo processo preso in considerazione è quello termochimico, il quale si basa sull’azione del calore che permetterebbe le reazioni chimiche necessarie per la trasformazione della biomassa (in genere legna e derivati, scarti di lavorazione e sottoprodotti di tipo lignocellulosico).

    Un esempio di conversione termochimica è rappresentata dalla gassificazione, ovvero quel processo in cui la conversione della biomassa in composto gassoso avviene attraverso reazioni di ossidazione con ossigeno, aria, vapori e miscele di questi a temperature di circa 1000 °C.

    I prodotti che si ottengono sono ossido di carbonio, anidride carbonica, metano, idrogeno ed altre miscele); è un metodo che permette un'alta efficienza elettrica.

    Oltre alla gassificazione, rientra nella categoria dei processi termochimici anche la pirolisi.

    Per pirolisi si intende un processo di decomposizione termochimica del materiale organico che si ottiene attraverso l’applicazione di calore (a temperature comprese tra i 400 ed i 1000°C), in condizioni di assenza di ossigeno.

    Quest’ultimo particolare è ciò che distingue il processo della pirolisi dalla combustione, la quale richiede invece la presenza di un agente ossidante, appunto l’ossigeno.

    Il calore fornito serve in questo caso per rompere i legami chimici mediante omolisi termicamente indotta, la quale determina come risultato finale diversi tipi di combustibili in proporzioni diverse che dipendono direttamente dalla temperatura.

    Alcuni problemi connessi alla pirolisi possono essere l’instabilità del prodotto al quale in genere è associata anche una certa corrosività, soprattutto se si parla della frazione liquida.

    Esiste inoltre un punto di contatto tra le due tecnologie illustrate, ovvero la pirogassificazione:

    questa tecnologia permette di ottenere come prodotto finale il syngas, il quale ha il vantaggio di poter essere utilizzato sul luogo di produzione oppure può consentire lo stoccaggio in gasometri o essere trasportato attraverso gasdotti.

    Un altro modello di conversione chimica è rappresentato dal processo biochimico. Questo processo permette di ricavare combustibile gassoso attraverso le reazioni biochimiche scatenate da enzimi, funghi o altri micro-organismi che si formano nella biomassa quando questa è conservata in particolari condizioni.

    Un esempio di reazione biochimica è la digestione anaerobica ovvero un processo che avviene in assenza di ossigeno e permette il disfacimento di lipidi, glucidi e protidi contenuti nella materia organica, grazie all’azione di micro-organismi.

    Il prodotto principale è un biogas costituito prevalentemente da metano (50-60 %) e CO2; altri sottoprodotti sono invece residui solidi che possono essere impiegati come fertilizzanti perché composti per lo più da fosforo, potassio ed azoto.

    Accanto alla digestione anaerobica, troviamo tra i processi biochimici, anche la fermentazione alcolica, attraverso la quale è possibile ricavare bioetanolo in seguito alla trasformazione dei glucidi (proprio per questo motivo le biomasse utilizzate contengono una buona percentuale di zucchero e le più sfruttate sono barbabietola, canna e sorgo dolce).

    E' possibile utilizzare anche biomassa a base di amido (come granoturco, orzo, riso e cereali), ma in questa caso il processo è più lungo perché l’amido deve essere prima trasformato in destrine e solo infine in zucchero per idrolisi.

    Conversione meccanica Questo ultimo tipo di conversione ricava combustibile attraverso operazioni prettamente meccaniche, come la spremitura, alle quali a volte si aggiunge la combinazione con processi chimici.

    In questo caso le colture preferite sono colza, girasole, soia e palma, con rese diverse; l’olio vegetale viene quindi ottenuto semplicemente attraverso spremitura o spremitura associata ad un solvente, ed il prodotto finale, generalmente indicato come olio grezzo, seguirà un processo di raffinazione per eliminare eventuali impurità.

    Conversione meccano-chimica I processi meccanico-chimici permettono di ottenere un importante prodotto energetico, ovvero il biodiesel.

    Il biodiesel è il prodotto di un’operazione chiamata transerificazione: si tratta della reazione per sostituzione dei componenti alcolici, come il glicerolo, con metanolo.

    Ciò che in questo caso si ottiene assomiglia per molti aspetti al normale diesel e può rappresentarne una buona alternativa anche nei motori di piccola taglia; per quanto riguarda invece un raffronto con altri oli vegetali, il biodiesel presenta minori emissioni di particolato anche se risulta essere incompatibile con alcuni materiali impiegati con la costruzione di motori, come il bronzo, il rame e lo stagno.

    2.2.3 Sistemi energetici

    I sistemi energetici sono quelli che permettono di utilizzare il combustibile ottenuto dalla biomassa per produrre energia e possono essere suddivisi in sistemi a combustione interna ed esterna.

    I sistemi a combustione interna prevedono un particolare motore nel quale avviene la combustione di una miscela che comprende sia il combustibile, rappresentato dalla gas o olio, che un comburente ovvero l’aria, il tutto contenuto all’interno di una camera di combustione.

    I prodotti che si ottengono sono energia utile meccanica / elettrica ma anche energia termica: un esempio è rappresentato dai MicroTG ovvero turbine a gas ed i motori ciclo diesel.

    I sistemi energetici a combustione esterna si differenziano da quelli a combustione interna perché l’impianto di combustione `e separato dal generatore.

    In questo caso il combustibile è utilizzato per riscaldare un fluido di lavoro, attraverso il quale si realizza la conversione dell’energia termica in lavoro meccanico; si ottiene sempre energia meccanica / elettrica ed energia termica.

    Alcuni esempi sono portati dal ciclo vapore, motori Stirling e ciclo ORC.

    La capacità di poter produrre non solo energia elettrica, ma anche termica, fa si che questi impianti possano essere definiti come impianti di cogenerazione: in questi impianti infatti, il calore che andrebbe dissipato allo scarico, viene recuperato ed impiegato nel riscaldamento.

    Parlando di biomassa, e centrali che la utilizzano, analizzeremo ora due tipologie differenti, prendendo come riferimento le realtà di Bondeno (Fe): una centrale a biogas attualmente in funzione e una proposta di centrale ad olio vegetale.

    2.3 Impianti che utilizzano biomassa: centrale a biogas, l’esempio di Bondeno (FE)

    La costruzione dell’impianto di Bondeno è iniziata a partire dal 2007 ad opera della Schmack Biogas [19], azienda di Bolzano che opera nel settore dal 1995 e che vanta la costruzione di 240 impianti; in questo caso l’azienda opera per l’azienda agricola, Energy Renew S.r.l. [18], essa è composta da una decina di soci, ed ha ottenuto l’autorizzazione per la costruzione e l'esercizio di 4 impianti autonomi di produzione di energia elettrica da fonti rinnovabili, mediante produzione e combustione di biogas.

    La biomassa prodotta proverrà sia da uno dei produttori(soci) della Energy Renew, sia dalla cooperativa estense Capa, la quale è costituita da 3000 produttori con 30000 ettari di terreno coltivato prevalentemente a cereali.

    L’energia che tale impianto sarà capace di produrre verrà venduta alla GRTN - Gestore della Rete di Trasmissione Nazionale S.p.A., ovvero la società gestore della rete elettrica nazionale, la quale è divenuta GSE Gestore dei Servizi Elettrici S.p.A.: le stime dicono che il ricavato per la vendita potrebbe attestarsi sui 3 milioni di euro l’anno, ai quali si aggiungeranno i premi concessi dai certificati verdi relativi alla produzione di energia con scarsa emissione di CO2 [5].

    2.3.1 Caratteristiche dell’impianto

    Come già accennato, l’impianto a biogas prevede quindi la costruzione di 4 motori separati, con una potenza di 999kW ciascuno.

    In sintesi, il ciclo di lavorazione sarà costituito da: stoccaggio e alimentazione materie prime (biomasse), fermentazione anaerobica delle biomasse, produzione di biogas, combustione del biogas mediante motori a combustione interna, produzione di energia elettrica.

    Dalla fermentazione anaerobica si ottiene inoltre il digestato che, dopo adeguato stoccaggio, sarà utilizzato come amendante in agricoltura.

    L’energia è ricavata quindi attraverso un preciso processo che prevede alcune tappe fondamentali:

    • Come prima cosa la raccolta di materie prime, le quali derivano da coltivazioni del territorio circostante, e consistono per lo più in mais ed altri cereali.
    • Queste vengono poi utilizzate per il processo di digestione anaerobica, ovvero quel processo che permette di ottenere biogas grazie all’azione di ceppi batterici, il tutto all’interno del fermentatore.
    • Il biogas che deriva dal processo di fermentazione viene fatto bruciare mediante motori a combustione interna. Avremo infine produzione di energia termica per chiusura del ciclo termodinamico, ed elettricità.
    2.3.2 Materie prime utilizzate e produzione di biogas

    La biomassa utilizzata all’interno dell’impianto è essenzialmente composta da: mais ceroso (insiliato), granella di mais, altri cereali insiliati come loietto e triticale, ai quali si aggiungono reflui zootecnici che verranno utilizzati solo nel processo di avviamento, le cui quantità potranno essere variate nei limiti dettati dalle ricette di alimentazione: in modo particolare nel progetto si stima un fabbisogno di biomassa di circa 20000 ton.

    Dal punto di vista tecnico sarà necessario dilazionare i tempi di raccolta del mais, in modo da scongiurare una massiccia circolazione di mezzi, concentrando l’attività in pochi giorni e dilazionandola nel tempo.

    In seguito alla raccolta, la biomassa sarà quindi trasportata con automezzi e depositata all’interno di trincee, dove sarà quindi compattata e coperta temporaneamente con teli plastici, prima di essere prelevata e scaricata nel dosatore di alimentazione.

    Successivamente al deposito, grazie all’utilizzo di pompe, la biomassa sarà inviata fino i digestori anaerobici a flusso continuo, dove ha inizio la fase di fermentazione.

    Il biogas che deriva da questo processo, viene raccolto negli accumulatori pressostatici (i quali si trovano a copertura dei fermentatori), e solo in seguito alla desolforazione viene inviato al cogeneratore:

    negli accumulatori interviene un processo di desolforazione, ovvero viene iniettato ossigeno all’interno, in particolare nella zona tra la copertura ed il prodotto in fase di fermentazione.

    Questa procedura permette di proteggere il motore e le condotte del gas, proprio perché il processo di ossigenazione fa si che si insedino alcuni batteri in grado di estrarre lo zolfo dall’acido solfidrico presente nel biogas, che tenderebbe quindi ad aggrumarsi sulle travi e sul feltro.

    La produzione di biogas è quindi alla base per la produzione di energia elettrica, ma non bisogna dimenticare che accanto a questa verrà prodotta anche energia termica, la quale non sarà dispersa ma utilizzata per riscaldare l’impianto stesso, e digestato: con questo termine facciamo riferimento al sottoprodotto agricolo di utilizzazione certa poiché derivante da prodotti agricoli come la biomassa, e a sua volta utilizzato per concimare futuri prodotti agricoli.

    2.3.3 Fabbisogno di terreni

    Come già accennato, il progetto della centrale riporta una stima di fabbisogno annuo di biomassa la quale, esclusi i reflui zootecnici, di circa 18200 ton e comprende prevalentamente mais insiliato, granella di mais ed altri cereali.

    Sempre da progetto si stima un fabbisogno di terreno per la coltivazione pari a 420 ha: Sbiogas = 420ha (2.1)

    In seguito da questo dato partiremo per stimare la quantità di combustibili fossili utilizzati in tutti i processi di agricoltura.

    2.4 Impianti che utilizzano biomassa: centrale a biodiesel

    Un’altra possibilità di sfruttamento della biomassa è la realizzazione di impianti che utilizzano come combustibile biodiesel, il quale, come già accennato è prodotto a partire da oli vegetali e può essere paragonato al gasolio.

    La costruzione di una centrale a olio vegetale è stata proposta per rivalorizzare l’ex zuccherificio di Bondeno (Fe) e per la creazione di una filiera locale di attività produttive correlate.

    Da una presentazione di Guidi, presidente Finbieticola Bondeno [10], si ipotizza che l’impianto in progettazione avrà una potenza pari a 24 MW e sarà alimentato sia da olio vegetale proveniente dalla filiera per una quantità stimabile sui 2500 ton, che da olio di palma per 35000 ton, il quale dovrà essere quindi importato.

    Per quanto riguarda l’olio vegetale prodotto localmente, questo deriva principalmente da soia, colza e girasole.

    2.4.1 Fabbisogno di terreni

    2.4.1 Fabbisogno di terreni

    Ovviamente i tre tipi di colture prese in considerazione hanno rese diverse, come mostrato nella Tab. 2.1, ed a queste corrispondono diverse quantità in fatto di semi, le quali sono quantificabili come 6024 ton per la colza, 13889 ton per la soia e 5952 ton per il girasole.

    Tabella 2.1: rese quantitative specifiche
    Coltivazione Resa percentuale in olio Resa in tn per ettaro
    Colza 41,5% 3.5
    Soia 18.00% 4.0
    Girasole 42.00% 3.5

    Anche in questo caso è possibile fare una stima dei terreni occupati da queste colture, durante l’arco di un anno: in particolare verrà preso come esempio il girasole, il quale sembrerebbe avere la resa migliore, i cui dati sono stati riportati nella Tab.2.2:

    Tabella 2.2: terreni occupati dalle colture
    Ettari necessari alla coltivazione 1700 ha
    Tonnellate da filiera locale 2500 ton
    Tonnellate complessive 37500 ton

    Per ottenere gli ettari necessari complessivi (per cui non solo quelli della filiera locale), ogni anno per coltivare girasole possiamo procedere in questo modo:

    S24MWolio = (1700ha/2500ton) • (37500ton) = 25.500ha (2.2)

    Questo valore rappresenta il numero di ettari necessari per alimentare una centrale che produce 24MW, ora possiamo fare una stima per una potenza di 1MW, in modo tale da poter fare un raffronto con i dati emersi dalla valutazione inerente alla centrale a biogas:

    Solio = 25.500/24 = 1063ha (2.3)

    2.5 Consumi per lavorazione terreni

    Avendo stimato il fabbisogno di terreni per le due tipologie di centrale, possiamo ora valutare i consumi per la lavorazione di questi e stimare un rapporto tra queste quantità di combustibili e quelle utilizzate da una centrale che potremmo definire standard, ovvero che non utilizza la biomassa nei processi di produzione di energia.

    2.5.1 Centrale a biogas

    I dati presentati di seguito sono una stima riportata dal prontuario dei consumi di carburante per l’impiego agevolato in agricoltura di Enama [12]. Partendo da questi saranno fatte le valutazioni successive in fatto di consumi complessivi.

    Riportiamo nel seguente elenco le lavorazioni ed il consumo di diesel corrispondente per ettaro.

    1. Aratura 30 l/ha
    2. Arieggiatura 25 l/ha
    3. Semina + concimazione 10 l/ha
    4. Diserbo pre-emergenza 10 l/ha
    5. Sarchiatura 10 l/ha
    6. Diserbo post-emergenza 10 l/ha
    7. Irrigazione 50 / 100 l/ha
    8. Trebbiatura 20 l/ha

    per un totale complessivo di circa Cha = (150 ÷ 200) l/ha.

    Quindi il consumo totale (Ctot) per la lavorazione del terreno sarà dalla seguente relazione:

    Cbiogastot = ChaSbiogas = (63000 ÷ 84000)l

    (2.4)

    Questi dati saranno ora confrontati con il consumo di combustibile fossile per una normale centrale termoelettrica che funziona a dieselS.

    Secondo le stime della Diesel Service and Supply [24], i consumi di diesel espressi in galloni ogni ora, da utilizzare in un impianto di 1MW sono 71.1. Siccome un gallone equivale a 3.79

    Sdieselorario = 71.1 • 3.79 = 270l/h

    (2.5)

    Questo significa che nell’arco di una anno, il consumo sarà

    Cdieselanno = Nannoore • Sdieselorario ≈ 3 • 106

    (2.6)

    Possiamo approssimare questo valore per eccesso con un 103

    Totconsumo = 270 • 103 = 3 • 106

    (2.7)

    L’ammontare di carburante utilizzato da una centrale tradizionale decisamente superiore al diesel consumato per la lavorazione del terreno per la centrale a biogas, infatti

    Cdieselbiomassa / Cdieselstandard = (2.1 ÷ 2.8) • 10-2

    (2.8)

    Questo significa che il consumo di combustibile fossile per la filiera che porta alla biomassa circa il 2 % del consumo di un generatore diesel tradizionale.

    Da questi dati risulta chiaro che una centrale a biomassa determina un notevole risparmio di combustibili fossili e quindi minori emissioni di CO2, anche se non si può parlare di impatto zero, per via del carburante utilizzato nei processi di lavorazione del terreno.

    A tutti gli effetti i dati riportano comunque una quantità quasi irrilevanti rispetto ai valori di una normale centrale a diesel.

    2.5.2 Centrale a biodiesel

    Riportiamo le valutazioni dei consumi per una centrale ad olio vegetale. Anche in questo caso sono stati utilizzati i valori stimati nel prontuario dei consumi di carburante per l’impiego agevolato in agricoltura di Enama [12]: in questo caso la necessità di riportarli nuvamente deriva dal fatto che la coltivazione del girasole, che viene presa come esempio, determina valori di consumo leggermente differente rispetto a quelli riportati precedentemente.

    1. Aratura 61 l/ha

    2. Arieggiatura 20 l/ha

    3. Rullatura 4 l/ha

    4. Semina 23 l/ha

    5. Concimazione 12 l/ha

    6. Diserbo pre-emergenza 6 l/ha

    7. Raccolta 36 l/ha

    8. Trasporti vari 13 l/ha

    9. Trinciatura residui colturali 50 / 100 l/ha

    10. Irrigazione 170 l/ha

    La somma dei litri necessari a tutti i processi di coltivazione è quindi 358 per ogni ettaro, una quantità decisamente superiore rispetto ai 150 / 200 litri necessari alla lavorazione di masi, sorgo e tricale utilizzati nelle centrali a biogas.

    In questo caso i litri necessari per la lavorazione di 1063 ettari di terreno dedicati al girasole sarebbero:

    Co.vegetaletot = Cha • So.vegetale = 380375l/ha

    (2.9)

    2.5.3 Consumi a confronto

    Confrontando tra loro i risultati ottenuti e con i valori relativi ad una centrale standard, si nota che la convenienza in termini di uso di combustibili fossili annuo, è maggiore nel caso della centrale a biogas:

    • Consumo lavorazione del terreno per centrale a biogas 73500 l
    • Consumo lavorazione del terreno per centrale a biodiesel 380375 l
    • Consumo centrale standard 3 • 106 l

    In precedenza era stato stimato il consumo per la centrale a biogas tra il 2,1% ed il 2,8% rispetto a quello della centrale standard: possiamo procedere allo stesso modo per valutare la percentuale relativa alla centrale a biodiesel.

    Cdieselo.vegetale / Cdieselstandard = 13%

    (2.10)

    La convenienza in fatto di consumi è certa se confrontata rispetto alla centrale standard, anche se non quanto la centrale a biogas.

    2.6 Problematiche e azoto

    Dalle precedenti valutazioni emerge che: se vogliamo produrre una certa quantità di energia da biomassa, avremmo bisogno di ampi terreni da coltivare e dovremmo farlo abbastanza velocemente: ciò che l’uomo utilizza per velocizzare i processi naturali di crescita sono ovviamente i fertilizzanti, i quali sono ormai noti per le loro caratteristiche nocive a causa della presenza di abbondanti quantità di azoto.

    La maggior parte dell’azoto reattivo che viene prodotto per sintetizzare fertilizzanti o, in misura minore, come prodotto secondario della combustione dei combustibili fossili, viene disperso nell’atmosfera, nei fiumi ecc.

    Nella forma gassosa come molecola biatomica N2 l'azoto, il componente pi u abbondante dell’atmosfera e innocuo ma nella forma reattiva prodotta dai veicoli che consumano combustibili fossili, o dai fertilizzanti, l’azoto ha un ruolo in molti problemi che riguardano l’ambiente e la salute umana.

    Da molti anni gli scienziati indicano infatti l’azoto reattivo come il responsabile di processi dannosi.

    Inoltre recenti ricerche hanno dimostrato che l’azoto ha un ruolo fondamentale nella perdita della biodiversità e nel riscaldamento globale.

    In modo particolare la perdita di biodiversità sulla terra ferma è dovuta al fatto che le piante di un ecosistema complesso non rispondono allo stesso modo all’aggiunta dell’azoto e molte non sono equipaggiate per affrontare un improvviso aumento delle risorse e cedono il passo a nuove specie più competitive in un mondo sovrabbondante di nutrimenti [30].

    L’effetto netto che si verifica è quindi la perdita di biodiversità (ovvero ciò che sta avvenendo in alcune zone d’Europa, in cui le praterie hanno perso un quarto delle specie autoctone dopo decenni di esposizione all'azoto atmosferico di origine antropica).

    Questo problema è talmente diffuso che viene indicato come una delle tre principali minacce globali alla biodiversità [30] e nella Convention on Biological Diversity dello United Nations Environment Programme l’uso di azoto è stato considerato come un indicatore chiave degli sforzi di conservazione ambientale.

    I feedback ecologici innescati da un eccesso di azoto sono anche all’origine di alcune minacce per la salute umana: le analisi del National Istitutes of Health [31] mostrano che le elevate concentrazioni di nitrati dell’acqua potabile (un riflesso degli alti livelli di questi composti nei fertilizzanti) possono contribuire all’insorgenza di alcune malattie tra le quali alcune tipologie di cancro. L’inquinamento dell’aria invece sarebbe una della cause del manifestarsi di alcune malattie cardiopolmonari aumentando l’incidenza di mortalità.

    2.6.1 Ruolo dell’azoto nel cambiamento climatico

    Come già accennato l’azoto potrebbe avere anche un ruolo importante nel cambiamento climatico; può presentarsi come ossido nitrico (NO) oppure biossido di azoto (NO2) ovvero due forme di azoto preoccupanti perché a livello del suolo l’ozono è un gas serra.

    Questa forma di azoto non è pericolosa solo per la salute dell’uomo, ma anche perché danneggia i tessuti vegetali, causando perdite di produttività dei raccolti: con l’inibizione della crescita l’azoto inibisce anche la capacità delle piante di assorbire l’anidride carbonica e di contrastare il surriscaldamento globale.

    Tra i vari gas serra l’azoto può essere in grado di combinarsi e produrre anche l’ossido di diazoto (NO2), il quale è sicuramente meno abbondante della CO2 ma la sua presenza potrebbe determinare un surriscaldamento globale pari al 10% dell’anidride carbonica.

    Occorre notare che l’eccesso di azoto può anche contrastare in alcuni casi il riscaldamento, soprattutto se si combina con altri composti che possono essere in grado di riflettere la radiazione incidente dal momento in cui formano uno spesso aerosol, stimolando la crescita di piante di foresta senza un uso rilevante di azoto, così che possano immagazzinare livelli più alti di anidride carbonica.

    Nonostante questa particolarità, le prove sembrano essere a favore dell’aumento del rischi di riscaldamento come conseguenza della produzione antropica di azoto.[30] 2

    2Gli studi esposti sono quelle del professore Alan R.Townsend,ovvero il nuovo direttore dell’Institute of Artic and Alpine Research e del dipartimento di ecologia e biologia evolutiva della stessa università, il quale studia il modo in cui i cambiamenti climatici, lo sfruttamento del suolo ed i cicli globali dei nutrienti nonché il funzionamento degli ecostemi. Altre ricerche importanti sono state condotte da Robert W.Howart, professore di ecologia ambientale alla Cornell University, che si occupa di come le attività antropiche influenzino gli ecosistemi.

    I biocombustibili, come fonte rinnovabile, stanno però incrementando la domanda di fertilizzanti; negli Stati Uniti, l’incremento della produzione di etanolo da mais è quadruplicata rispetto all’anno 2000 ed ha già innescato un effetto vistoso nel fiume Mississipi, il quale scarica a livello del Golfo del Messico alimentando così le fioriture algali creando così zone morte, una delle problematiche principali dovute all’uso dei fertilizzanti.

    Le considerazioni fatte sull’azoto mettono quindi in evidenza che l’utilizzo della biomassa non è così lontana dai problemi di inquinamento: sicuramente non in termini di CO2 ma sicuramente in termini di fertilizzanti.


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