biocombustibili legnosi: specifiche tecniche e processi

Valter Francescato - AIEL Corso Formazione 21.04.2016

Energia dal legno … dal bosco al camino!

CORSO DI FORMAZIONE

Biocombustibili legnosi: specifiche tecniche e processi produttivi


SOMMARIO

1. Breve presentazione di AIEL

2. Contributo del legno alla produzione di PM10:

dati ufficiali vs nostre elaborazioni e confronto con altri paesi

3. Buone pratiche dei cittadini: piccoli gesti, grandi risultati!

4. Prestazioni tecnico-ambientali delle moderne caldaie

5. Proposte AIEL: 10 misure per dimezzare il PM10


Sede operativa e staff – fondata nel 2001

9 persone a tempo pieno3 referenti territoriali

Campus AgripolisUniversità degli Studi di Padovawww.aiel.cia.it

http://www.aiel.cia.it/


Associazione di filiera (oltre 400 imprese..)

…. dal bosco al camino

Produzione/distribuzione biocombustibili agroforestali

Tecnologie uso energeticocombustione - minicogenerazione

Associazione di filiera


Consumo finale lordo di energia

Elettricità Calore Trasporti

Source: GSE –2014

Mte

p


ITALIA: ENERGIA TERMICA A BASE DI CARBONIO

ca. 30 miliardi di Euro sono “persi” ogni annodall’Italia per l’acquisto di petrolio e metanodai paesi esteri

47% del consumo energetico finale (124Mtep) è energia termica (EE 22%)

40% (25 Mtep) dell’energia termica èdestinata al consumo domestico

60% dell’energia termica è prodotta con ilmetano (> 70% 3 paesi Russia, Algeria,Libia)


Prospettive molto preoccupanti….ma se ne parla molto poco!

In mancanza di concrete politiche energetiche su risparmio energetico erinnovabili che taglino le emissione di gas climalteranti del 70% non sarà possibilecontenere il riscaldamento < 2°C entro 2050.Se l’attuale trend di emissione non cambia nei prossimi 86 anni la temperaturasalità fino 4,8 °C! (Fonte IPCC, 2013).


2014. Anno importante per il futuro delle fonti energetiche rinnovabili in Europa

Gennaio. Iniziato il dibattito su politica climatica ed energetica post 2030

Ottobre. Stati membri hanno adottato la posizione europea: 40% di riduzione dei gas serra, 27% di energia rinnovabile, 27% di efficienza energetica


Il metano ha effetti dannosi sul clima tanto quanto il carbone e il petrolio.

(Global Warming Potenzial, GWP)

CALORE EE


• 9.1 Mha di foreste (2012) 33.6% public, 66.4% private

• Foreste alpino-montano-collinare(95%, bassa accessibilità)

• Incremento annuo (2012): 32,5 Mm3

• Prelievi (2011): 7,74 Mm3

24% dell’incr.• 65% legno da energia

• 35% legno da industria

(Fonte: N. Andrighetto, D. Pettenella, 2014; Eurostat, 2013, AIEL 2013)


Superficie forestale in forte aumento: 5.5 M ha nel 1950 10.4 M ha nel 2000 (2-3 M in conversione naturale)

Copertura forestale in IT 2000-2010: +10% (EU av.

+2%, 178 Mha ca. 42% of EU land)

Prelievi in IT 2000-2012: -14%(2000) 9 Mm3

(2012) 7.74 Mm3

Prelievi/ha foresta: 2000-2011: -23%IT(2000) 0.93 m3/ha (2011) 0.71 m3/ha (EU average 2.4 m3/ha; AT and DE > 4 m3/ha)

Prelievi/incremento in IT: 200031% 201124%(EU mediae 56%, AT >70%, DE >50%)


Benefici della gestione del bosco vs abbandono

La gestione forestale sostenibile genera unrisparmio di CO2 10 volte maggioredell’abbandono dei boschi

Un ettaro di bosco gestito genera in 300anni un risparmio di CO2 10 volte maggioredel risparmio conseguibile da una foresta“abbandonata”…grazie al suo uso come materiale dacostruzione e biocombustibile

Fonte: prof. Hubert Hasenauer, direttore del Dipartimento Forestale e Scienze del Suolo dell’Università di Risorse Naturali e Scienze

della Vita di Vienna (Universität für Bodenkultur www.boku.ac.at).

http://www.boku.ac.at/


BIOMASSE DA POTATURE AGRICOLE

Italia ≈ 2M t/a ≈ 10.000 GWhp


Biomasse legnose: cosa sono? LEGNO vergine, naturale

LEGNA DA ARDERE PELLETCIPPATO


Biomasse legnose per la produzione di energia rinnovabile

Nel 2013 sono state consumate 27,3 Mt:

19,3 Mt di legna da ardere

4,7 Mt di cippato

3,3 Mt di pellet

stime nazionali basate sull’installato:

apparecchi

per il

riscaldamento

domestico

caldaie ad uso

domestico, civile e

industriale

teleriscaldamento,

cogenerazione,

centrali EE

68%

18%14%

LEGNA71%

CIPPATO17%

PELLET12%


Centrali EE e CHP

8%

Teleriscaldamenti >1MW 1% Teleriscaldamenti <1MW 0%

Caldaie civili-industriali 35 kW-1MW 4%

Caldaie industriali >1MW0%

Apparecchi domestici a pellet 11%

Apparecchi domestici a

legna61%

Caldaie domestiche pellet

<35 kW 4%

Caldaie domestiche legna <35 kW

11%

Caldaie domestiche cippato <35 kW 0%

Riepilogo consumi 2013

Tot. Consumi 2013:

27,3 Mt/a


Riepilogo consumi 2013

211.545; 1%

2.980.456; 16%

16.096.275; 83%

LEGNA

Caldaie civili-industriali Caldaie domesticheApparecchi domestici

14.362; 1%105.977;

3%

796.520; 24%

2.369.623; 72%

PELLET

Caldaie industriali Caldaie civili-industriali

Caldaie domestiche Apparecchi domestici

830.515;

17%

176.075; 4%

411.350; 9%

12.408; 0%

3.317.594; 70%

CIPPATO

Caldaie civili-industriali 35 kW-1MW Caldaie industriali >1MW

Teleriscaldamenti >1MW Teleriscaldamenti <1MW

Centrali EE e CHP


Oltre 5 milioni di famiglie usano con

frequenza legna da ardere per scaldarsi,

consumando circa 18 milioni di tonnellate


Più di una famiglia su cinque fa uso di

legna (consumo medio di 3,2

tonnellate l’anno)

Consumi di legna legati alle

caratteristiche geomorfologiche del

territorio e alla penetrazione del

metano

Il 4,1% delle famiglie utilizza pellet

(1,4 t. in media): più diffuso al Nord e

meno al Centro e Mezzogiorno (con

l’eccezione di Sardegna e Umbria)

Numero di famiglie che utilizzano legna e pellet a fini energetici, per 100 famiglie

Consumo di biomasse in Italia


Consumi di «Legna residenziale» in Italia secondo i dati ufficiali BEN (MiSE)

1. Secondo i dati ufficiali - Bilancio Energetico Nazionale(BEN) - il consumo domestico di legna e pellet èaumentato di 5 volte in 8 anni


Evoluzione del consumo di legna e pellet in Italia e Germania (1997-2014)

Secondo la nostra serie storica 1999-2014, e quella del GSE 2010-2014, l’aumento

del consumo è 16-22% (33-56 PJ ≈ 2-3,4 Mt)


Evoluzione del consumo molto più contenuta e stabile

rispetto a quanto indicato dai dati ufficiali, 2 motivi

1. Sostituzione legna con pellet:++ contenuto energetico rispetto alla legna (+24%)

++ efficienza dei generatori domestici automatici (>85%)

2. Riduzione Gradi Giorno: calo dei consumi inverni miti

Evoluzione del consumo di legna e pellet in Italia (1997-2014)

EEA Report No 12/2012

Italia: 2014 -15% GG

EU: -13% in 30 anni


Peso acquistato o peso consumato? Esempio con Faggio

Incertezze nelle rilevazioni del consumo di legna delle indagini campionarie

Dopo ca. 9 mesi

M50% (8 MJ/kg)

694 kg/ms1,4 t (2P)3,0 (4P)

M20% (14,3 MJ/kg)

453 kg/ms0,9 t1,9

0,5 tH2O

- 36% peso


GPPB wood mobilisation

Sviluppo del mercato

Professionalizzazione (formazione e marketing)

Qualità biocombustibili LabABC

Piattaforme Biomasse e contracting (progetti fattibilità)

Monitoraggio del mercato e dei prezzi (Rubrica M&P)


GPPB cippato conforme a A1, A2 e B1

• 100 imprese da 17 regioni

• 80% imprese forestale

• 20% agricole + ind. legno


Stima volumi di cippato prodotti dal GPPB

Tipologia t/anno MWh/anno tep/annoCippato A1 plus 1.700 7.745 666

Cippato A1 79.046 291.181 25.037

Cippato A2 174.084 540.042 46.435

Cippato B1 406.097 905.568 77.865

TOTALE 660.927 1.744.535 150.003Frazione rispetto al consumo nazionale 14%


20 piattaforme operative del GPPB legna e cippato A1-A2-B1


Piattaforme e qualità


Piattaforme e qualità: sistemi di trattamento (P, M)


Piattaforme e potature agricole


Concetti base sul legno

Partendo dalla stessa quantità di materia prima (legno vergine non trattato), il

fattore che varia maggiormente nella produzione delle diverse tipologie di

biocombustibili è il volume.


A parità di peso e di contenuto idrico, le diverse specie legnose hanno potere

calorifico (quantità massima di calore producibile da un combustibile) quasi

identico.

Il parametro che maggiormente incide nella combustione e proprio il contenuto

idrico (M), espresso in % di acqua rispetto al peso fresco del legno




Qual è la perdita di peso del legno dal momento

del taglio (M50) alla sua stagionatura (M20)?

Qual è l’incremento del valore energetico del legno

con la sua stagionatura (fino a M20)?

+ 11% (da M50 a M20).

- 38% con stagionatura completa (da M50 a M20)


2,6

cippato

Fresco

VARIAZIONE DEL pc (con pc0 = 5,14 kWh/kg)

In funzione del CONTENUTO IDRICO (M)


Conversioni energetiche


Conformità e/o certificazione dei biocombustibili

UNI EN 14961:2010 UNI EN ISO 17225:2014• LEGNA conforme alle classi A1, A2, B (Attestazione Conformità)

• CIPPATO conforme alle classi A1, A2, B1 (Attestazione Conformità)

• PELLET conforme alle classi A1, A2; B; I1; I2 (Certificazione)

Qualità dei biocombustibili: legna, cippato, pellet


Raccomandazioni per il corretto uso della legna


Raccomandazioni per il corretto uso della legna

Stagionarla correttamente 1-2

stagioni M < 20%

circonferenza 20 cm ≈ 9 cm Ø


Qualità

Materia prima

Ramaglie di latifoglie o

conifere

Scarti di legno

vergine di segheriaStanghe o trochi

Contenuto

ceneriSulla sostanza secca Sulla sostanza secca

Ciclo

produttivo

Cippatura sul fresco Cippatura sul secco Cippatura sul secco

e conservazione

sotto copertura

Essiccazione forzata

Contenuto idrico (%)

Pezzatura prevalente (mm)

Potere calorifico (MWh/ton)

Valore economico (€/ton)

Litri di gasolio/ton

36-50%

45-63

<3,1

45-55

220-300

25-35%

16-31-45

3,1-3,6

75-90

300-370

< 25%

16-31-45

> 3,6

100-120

370-450

< 10%

16-31-45

> 4,5

130-160

> 450

Ciclo produttivo del cippato e qualità

Classi di qualità secondo la

norma ISO 17225-4


A1 BA2

refili

Rami latifoglie

stanghe

tronchi

piattaforma

ORIGINE DEL MATERIALE E QUALITÀ


Specifiche per il cippato

(UNI EN 17225-4:2011)


Quadro normativo: requisiti generali

1.1 FORESTE,

PIANTAGIONI E

ALTRO LEGNO

VERGINE

1.1.1 Pianta intera

senza radici1.1.1.1 Latifoglie

1.1.1.2 Conifere

1.1.1.3 Ceduo a turno breve

1.1.1.4 Cespugli

1.1.1.5 Miscugli intenzionali o meno

1.1.2 Pianta intera con

radici1.1.2.1 Latifoglie

1.1.2.2 Conifere


1.1.2.4 Cespugli


1.1.3 Fusto 1.1.3.1 Latifoglie

1.1.3.2 Conifere


1.1.4 Residui di

utilizzazione1.1.4.1 Latifoglie fresche (con foglie)

1.1.4.2 Conifere fresche (con aghi)

1.1.4.3 Latifoglie pre-essiccate

1.1.4.4 Conifere pre-essiccate


1.1.5 Ceppaie/Radici 1.1.5.1 Latifoglie

1.1.5.2 Conifere


1.1.5.4 Cespugli


1.1.6 Corteccia (da utilizzazioni forestali)

1.1.7 Legno da giardini, parchi, alberature, vigneti e frutteti

1.1.8 Miscugli intenzionali o meno

1.2 LEGNO

PROVENIENTE DA

PRODOTTI E RESIDUI

DELLE LAVORAZIONI

INDUSTRIALI

1.2.1 Residui di legno

non trattato

chimicamente

1.2.1.1 Latifoglie senza corteccia

1.2.1.2 Conifere senza corteccia

1.2.1.3 Latifoglie con corteccia

1.2.1.4 Conifere con corteccia

1.2.1.5 Corteccia da processi industriali

1.2.2 Residui legnosi

trattati chimicamente,

fibre e costituenti del

legno

1.2.2.1 Senza corteccia

1.2.2.2 Con corteccia

1.2.2.3 Corteccia da processi industriali

1.2.2.4 Fibre e costituenti del legno


1.3 LEGNO USATO 1.3.1 Legno non trattato

chimicamente1.3.1.1 Senza corteccia


1.3.1.3 Corteccia

1.3.2 Legno trattato

chimicamente1.3.2.1 Senza corteccia


1.3.2.3 Corteccia


1.4 Miscugli intenzionali o meno

Qualità dei biocombustibili e l’attestazione di conformità secondo la UNI EN 14961

Dipartimento TESAF - Università degli Studi di Padova

Faggio a pianta intera senza radici

Abete da residui di utilizzazione

Sciaveri e refili di larice da segheria

UNI EN 17225-1 (origine e materie prime)



(UNI EN 17225-4:2011)

++Logistica

+Origine


L’analisi di qualità del cippato: proprietà

Contenuto idrico %

variabile da M10 a M55+

24h in stufa a 105±2°C

Influenza pc, combustione,

conservabilità, …



(UNI EN 17225-4:2011)

++Origine

+Logistica



Contenuto in ceneri %

variabile da A0.5 a A10.0+

4h in muffola a 550±10°C

Influenza qualità combustione e i

residui da smaltire/recuperare



(UNI EN 17225-4:2011)

++Origine

++Macchina

+Logistica

P16 – P31,5 – P45


Ø mm

100.0

63.0

45.0

16.0

8.0

3.15

0

L’analisi di qualità del cippato: distribuzione granulometrica

VTT, 2009 http://p29596.typo3server.info/modificato

P45B

grossolana

≤6%

principale

>75%

fine

≤8%

P16B

grossolana

≤3%

principale

>75%

fine

≤12%

Inceppamento

alimentazione

Combustione

Sicurezza

http://p29596.typo3server.info/


Norma in vigoreUNI EN 15149-1:2011

ClasseMinimo 60% in peso

della frazione principale

% in peso della frazione fine (< 3.15 mm)

% in peso della frazione

grossolana

Lunghezza di tutte le

particelle

Sezione massima delle particelle

sovramisura

P16S 3.15 ≤ P ≤ 16 mm ≤ 12% ≤ 6% > 31,5 mm ≤ 45 mm Non specificata

P31.5S 3,15 ≤ P ≤ 31.5 mm ≤ 8% ≤ 6% > 45 mm ≤ 150 mm < 2 cm2

P45S 3,15 ≤ P ≤ 45 mm ≤ 8% ≤ 6% > 63 mm ≤ 200 mm < 5 cm2

EN ISO 17225-4:2013

EN ISO 17827-1:2013

(metodo)

Possibili problematiche

di classificazione

DISTRIBUZIONE

GRANULOMETRICA (P)



(UNI EN 17225-4:2011)

++M



Potere calorifico (MJ/kg – kWh/kg)

da specificare il valore determinato

tramite calorimetro

0 25 67 150 400

0

5

10

15

20

0

5

10

15

20

0 10 20 30 40 50 60 70 80

Umidità U (%)

Po

tere

calo

rifi

co

Q (

MJ/k

g)

Contenuto idrico M (%)

VALORI ≈ COSTANTI

1 kg legno ≈ 18.8 MJ/kg ≈ 5.22 kWh/kgConifere ≈ 2% > Latifoglie

Densità energetica (MJ/mst – kWh/mst)

DEsM = pcM x BDM



(UNI EN 17225-4:2011)

++Specie

legnosa

++M

+P



Massa volumica sterica (kg/mst)

variabile da BD150 a BD450+

Influenza DEs, la trasportabilità e

stoccaggio


Come campionare il cippato da inviare al laboratorio?





Durante la cippatura Presso stoccaggio in piattaforma

Presso stoccaggio in campo Presso l’impianto termico

cumuli

- evitare prelievi in superficie

- prelievi in profondità

- Prelevare in più punti del cumulo

omogeneamente

il cumulo va immaginato suddiviso in tre strati sovrapposti; da ciascuno di

essi va raccolto un numero crescente di sub-campioni man mano che ci si

muove della cima alla base del cumulo ed equamente distanziati.


Raccogliere una quantità minima di: • circa 55-60 litri di cippato (indicativamente il contenuto di una scatola postale

50x50x25cm) • 25-30 kg di briquette o ciocchi di legna.

La raccolta deve essere effettuata con strumenti idonei, capaci di raccogliere indicativamente un sub-campione alla volta con volume pari a un litro circa.

È sempre da evitare la raccolta di sub-campioni alla base di mucchi o

alla loro sommità. È pure da evitare la raccolta di sub-campioni solo sulla

superficie esterna dei cumuli nel momento in cui sia sospetta una

distribuzione granulometrica disomogenea all’interno del cumulo stesso.

I campioni raccolti devono essere rapidamente chiusi in contenitori o sacchi

impermeabili e opachi.



Laboratorio Analisi BioCombustibili

c/o Front Office del Dip. TESAF

(edificio 1^ stecca, 2^ piano)

Viale dell’Università 16

35020 Legnaro PD

049 827 2767 o

[email protected]


Protocollo per l’analisi speditiva del contenuto idrico


IGROMETRI

misuratore di contenuto idrico a infissione

STRUMENTI:1. Secchio 13 litri2. Bilancia di precisione3. igrometro

misuratore di contenuto idrico

STRUMENTI:1. Asta


IGROMETRI

misuratore di contenuto idrico a infrarossi

STRUMENTI:1. Bilancino a infrarossi (poco rappresentativo e necessita di 20-30 minuti, ma molto preciso sul dato puntuale)


Campionamento



cumuli

- evitare prelievi in superficie

- prelievi in profondità

- Prelevare in più punti del cumulo

omogeneamente


IGROMETRI

misuratore di contenuto idrico a volume

PROCEDURA1. Pesare la bilancia al netto della tara del secchio da 13 litri2. Prelevare omogeneamente un volume di 13 litri di cippato dal

cumulo3. Pesare il contenuto del secchio (13 litri di cippato)4. Impostare la curva dell’igrometro sul valore più vicino a quello

misurato dalla bilancia5. Versare il cippato nell’igrometro con la giusta curva impostata6. Leggere il dato


Nella vendita a peso il contenuto idrico e il fattore che maggiormente

determina la qualità e il valore della legna.

Come acquistare?


100

44,2)100(0 xMMxpcpcM

18,5 MJ/kgContenuto

idrico

MJ/kg

1 MJ = 0,278 kWh

Valore in kWh = Valore in MJ x 0,278

DETERMINAZIONE PCM AL VARIARE DEL CONTENUTO IDRICO M

(PC0 = 18,5 MJ/KG)


1 litro gasolio = 3 kg cippato/legna (M30)

1litro GPL = 2 kg cippato (M30)

1 litro gasolio = 2 kg pellet

1 litro GPL = 1,5 kg pellet

1 l gasolio = 10 kWh = 1 m3 metano

1 l GPL = 6,82 kWh

EQUIVALENZE ENERGETICHE


Laboratorio Analisi BioCombustibiliDipartimento Territorio e Sistemi Agro-Forestali

www.tesaf.unipd.it/biofuel

[email protected]

Qualità del biocombustibile: legna, cippato, pellet

- Contenuto Idrico

- Pezzatura

- Contenuto di ceneri

- Potere calorifico

- Densità sterica

- Durabilità meccanica (pellet)

http://www.tesaf.unipd.it/biofuel

mailto:[email protected]


Caratteristiche B1 A2 A1 A1 Plus

Adeguatezza dei mezzi per la trasformazione e movimentazione 100%

Stoccaggio della materia prima in un fondo migliorato: favorire

stagionatura naturale; dimensioni adeguate al volume

commercializzato; pulizia del piazzale e delle macchine

Pavimentazione del fondo dove viene stoccato e movimentato il

cippato; garanzia di non contaminazione

Infrastruttura coperta; adeguatezza della struttura e della

logistica, in funzione del volume commercializzato

Sistema di essiccazione forzata

Requisiti strutturali

87%62%

18%












87%62%

18%

Qualità del cippato e requisiti strutturali













87%62%

18%












87%62%

18%

Piattaforma biomasse =

Strutture centralizzata - Qualità dei combustibili - Rispondenza esigenze del mercato

- Garanzia continuità forniture – Marketing - Controllo tracciabilità



Piattaforme biomasse del GPPB













87%62%

18%












87%62%

18%


ed eventuale vagliatura

Cippato per

gassificatore


Sistemi di essiccazioneEssiccatoio su container

• Cippato e legna

• H max 2,5 m

• Container scarrabile o fisso

• Possibilità di installare estrattori a rastrelli per essiccazione in continuo

• Range di potenza: >50 kW/container

• Range di costo: da 15-40.000 €/container


Sistemi di essiccazioneEssiccatoio a piano inclinato

• Cippato di varie pezzature

• Essiccazione in continuo con scarico dall’alto (coclea di alimentazione)

• Range di potenza: 100-300 kW

• Range di costo: da 20-40.000 €


Sistemi di essiccazioneEssiccatoio a tamburo rotante

• Cippato o segatura

• Essiccazione in continuo

• Range di potenza: >200kW

• Range di costo: da 70-80.000 €


Associazione proprietaria e

licenziataria del marchio

Organismo di certificazione

Prospettive: Marchio di certificazione BiomassPlus


Caldaie automatiche: importanza della qualità certificata

CippatoISO 17225-4

BricchetteISO 17225-3

Pellet ISO 17225-2Classi A1, A2, B


Esempi di contratto di approvvigionamento del cippato


Ceneri ≤ 1,5% Ceneri >1,5 e ≤ 3% Ceneri >3 e ≤ 5%

Coeff. Riduzione

Contenuto idrico (M)

≤10 164 131 115

≤15 154 123 107

≤20 127 102 89

≤25 118 94 83

≤30 92 73 64

≤35 84 67 59

≤40 70 56 49

≤45 63 50 44

≤50 51 41 36

≤55 45 36 31

≤60 38 30 27

1

27

25

23

32

36

€/t IVA esc. Franco arrivo

€/MWh 0,70,8


Dichiarata sulla base dei risultati

dell’attestazione di conformità


Misurato al momento della

consegna

Dichiarato sulla base dei risultati

dell’attestazione di conformità


Monitoraggio mercato e prezzi


Massimo Negrin

AIEL – Associazione Italiana Energie Agroforestali

[email protected]

www.aiel.cia.it

Grazie per l’attenzione!

mailto:[email protected]

http://www.aiel.cia.it/

biocombustibili legnosi: specifiche tecniche e processi

Documents