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COSA SONO LE BIOMASSE FORESTALI

Cos'è la biomassa

Per biomassa s’intende ogni sostanza organica che deriva direttamente o indirettamente dalla fotosintesi clorofilliana. Il D.Lgs. 3 marzo 2011 n. 28 ne dà una definizione completa all’articolo 2:

“«biomassa»: la frazione biodegradabile dei prodotti, rifiuti e residui di origine biologica provenienti dall'agricoltura (comprendente sostanze vegetali e animali), dalla silvicoltura e dalle industrie connesse, comprese la pesca e l'acquacoltura, gli sfalci e le potature provenienti dal verde pubblico e privato, nonché la parte biodegradabile dei rifiuti industriali e urbani”.[1]

Nel contesto italiano, le principali risorse di biomassa sono:

  • Boschi cedui di latifoglie per la produzione di legna da ardere;
  • Diradamenti di conifere e tagli di avviamento all'alto fusto di cedui di latifoglie;
  • Residui della ripulitura di alvei fluviali (tondame e ramaglie);
  • Residui forestali e della lavorazione del legno (ramaglie e scarti);
  • Residui agricoli (paglie di cereali, residui verdi, potature arboree agrarie, ecc.);
  • Residui agroindustriali e dell'industria alimentare (vinacce, sanse, panelli oleosi);
  • Rifiuti organici;
  • Rifiuti zootecnici;
  • Colture energetiche erbacee ed arboree dedicate.

Il ciclo della biomassa nella filiera bosco-legna-energia

L'energia prodotta dalla combustione di biomasse si caratterizza per un ciclo produttivo in cui le emissioni di CO2 sono praticamente zero. Le piante, e in particolare gli alberi, assorbono infatti CO2 e H2O dall'ambiente circostante trasformandoli in materiale organico utile alla loro crescita grazie all'apporto di energia solare fornita dal processo di fotosintesi. Gli alberi, una volta raggiunte le dimensioni idonee per essere inseriti nel ciclo produttivo, vengono tagliati ed impiegati per la combustione in caldaie, stufe e caminetti sprigionando energia termica utile per il riscaldamento e reimmettendo nell'ambiente la CO2 che era stata stoccata nel legno durante le fasi di accrescimento.

Uso delle biomasse per scopi energetici

Dalle biomasse (per esempio legna da ardere), attraverso un processo di trasformazione termochimica del materiale organico, si possono ricavare, oltre al calore, anche biocombustibili solidi, liquidi o gassosi come il biodiesel, il bioetanolo e il biogas.

In particolare, esistono tre diversi processi per produrre energia delle biomasse:[2]

  • Conversione termochimica (da energia chimica a calore)
  • Conversione biochimica (fermentazione)
  • Conversione fisica (spremitura)

La conversione termochimica dell’energia è basata su reazioni chimiche indotte dal calore e necessarie per trasformare la materia in energia. Tale energia può essere ottenuta con diversi processi, quali la combustione, la pirolisi e la gassificazione.

La combustione è il processo più diffuso. In questo caso, l'efficienza del processo richiede l'assenza o la limitata presenza di contenuto idrico nella biomassa; maggiore è il contenuto idrico e minore è l'energia utile prodotta dal processo di combustione. Per effettuare la combustione è infatti necessaria la totale evaporazione dell'acqua. Per far evaporare l'acqua è quindi necessaria energia che non potrà essere impiegata poiché dissipata attraverso il vapore.

La pirolisi è un processo di conversione termochimica della materia organica, chiamata anche distillazione a secco, che si basa sulla trasformazione della biomassa ad opera del calore, in forte carenza di ossigeno. In pratica la pirolisi si può applicare a qualsiasi materiale organico purché a basso contenuto di acqua (< 15%). Il combustibile viene portato a temperature comprese tra i 200 e i 700 °C, talvolta immettendo opportune quantità di ossigeno che consentono l’innesco di una parziale combustione in grado di far aumentare la temperatura fino al livello desiderato. Come prodotto finale del processo si originano prodotti gassosi, liquidi e solidi in percentuali variabili in relazione ai parametri di reazione.

La gassificazione è un processo fisico chimico per mezzo del quale si trasforma un combustibile solido (legno, biomasse vegetali in genere) in un combustibile gassoso. Il processo consiste in un’ossidazione incompleta dei composti carboniosi portati ad elevata temperatura (circa 1000 °C) in ambiente carente di ossigeno. Il gas ottenuto, chiamato syngas, può essere utilizzato direttamente per alimentare motori a combustione interna utilizzabili per la produzione di energia elettrica. Il syngas è una miscela di azoto, metano, idrogeno, monossido di carbonio ed altri gas. Il rendimento dei gassificatori per la produzione di energia elettrica è variabile tra il 30% ed il 35%, valori nettamente superiori ai tradizionali impianti a combustione. La maggior complessità impiantistica, unita ad alcune problematiche non ancora risolte relative alla depurazione del syngas, pone tale processo ancora nelle fasi prototipali.

La conversione attraverso processi biochimici dell’energia delle biomasse vegetali è sicuramente la via più conosciuta e collaudata anche in impianti industriali di trasformazione energetica. Si produce energia grazie a una reazione chimica indotta da enzimi e microrganismi. La trasformazione e compatibili con biomasse originate da colture acquatiche, foglie, steli di barbabietole, patate e rifiuti zootecnici. 

I metodi di conversione biochimica possono essere suddivisi in due sottoprocessi: la fermentazione alcolica e la digestione anaerobica. La fermentazione alcolica è il processo di trasformazione biochimica per mezzo del quale gli zuccheri sono trasformati in alcool etilico. In Brasile, ad esempio, la fermentazione della canna da zucchero permette di ottenere etanolo ad un costo competitivo con quello della benzina.

In molte piante le molecole di glucosio si trovano sotto forma di amido e cellulosa. Questi possono essere convertiti in glucosio attraverso processi di idrolisi. Il derivato dell’’idrolisi è il bioetanolo, il biocombustibile liquido più diffuso nel mondo, con 18 milioni di tonnellate prodotte nel 2004.

La digestione anaerobica e un processo di conversione operato da batteri che partendo da biomasse ricche in cellulosa permette di ottenere un biogas contenente circa il 65% di metano. Tale gas viene utilizzato per alimentare un motore endotermico collegato ad un generatore elettrico.

La conversione fisica è essenzialmente un processo di spremitura meccanica di granella ad alto contenuto di olio (girasole colza, soia). Il risultato finale della spremitura è un olio combustibile e dei panelli proteici utilizzabili nel settore zootecnico. L’olio vegetale così ottenuto può essere utilizzato direttamente come carburante per motori diesel leggermente modificati, o essere trattato chimicamente (per esterificazione) per renderlo simile al gasolio. Tale processo porta alla produzione di estere metilico e glicerina. La glicerina ottenuta è utilizzata in campo cosmetico, il biodiesel invece è miscelato con il normale gasolio e venduto alle pompe di benzina.

Cosa è il cippato di legna e come viene prodotto?

Il legno, oltre ad essere utilizzato tal quale come legna da ardere può essere frammentato meccanicamente per produrre piccoli frammenti chiamati chips. L'insieme dei frammenti prodotti da una macchina detta cippatrice, è chiamato cippato di legno. Generalmente, la cippatura genera frammenti di dimensioni piuttosto uniformi. Le macchine cippatrici sono riconducibili a tre tipologie principali: le cippatrici a disco, le cippatrici a tamburo e le cippatrici a vite conica. Le tre tecnologie si caratterizzano per produttività diverse e modalità di taglio del legno diverse per cui generano prodotti che sono destinabili a impianti energetici con esigenze diverse. In generale il cippato prodotto da una cippatrice a tamburo si presenta con frammenti più lunghi e sfilacciati mentre quello prodotto con cippatrici a disco si presenta più regolare ed uniforme. La cippatrice a vite conica, è invece particolarmente indicata per produrre cippato di legno adatto per impianti di gassificazione. In questo caso infatti almeno l'80 percento del cippato deve avere una lunghezza tra i 2 ed i 15 cm mentre devono essere irrilevanti le scaglie di cippato di dimensioni minori di 1 cm e superiori ai 20 cm. Questo perché la polvere di cippato ostacola il funzionamento del gassificatore mentre cippato troppo grossolano blocca il sistema di trasporto.

Cosa sono gli impianti energetici a biomassa forestale?

Gli impianti energetici alimentati con  biomassa forestale sono rappresentati da:

  • impianti di teleriscaldamento
  • impianti di cogenerazione per gassificazione
  • turbogeneratori basati su ciclo Rankine a fluido organico (ORC)

Gli impianti di teleriscadamento sono ormai piuttosto diffusi nella realtà rurale italiana. Si tratta di una centrale termica (caldaia) alimentata con cippato di legno collegata alle utenze attraverso una rete di distribuzione dell'acqua calda isolata e interrata lungo le strade. La rete sotterranea presenta un tubo di mandata con acqua più calda che raggiunge le varie utenze dove cede energia per riscaldare abitazioni, scuole, uffici, ospedali, ecc. quindi un tubo di ritorno dove l'acuq più fredda torna verso la centrale termica per scaldarsi nuovamente.

Gli impianti di cogenerazione per gassificazione si basano su principi noti dalla fine del 1700. Le prime esperienze applicative risalgono al 1800 con la creazione di gassificatori per alimentare motori per autotrazione (il famoso gasogeno durante periodi bellici dei primi del '900).

Il processo si basa su una conversione termochimica di legno in un gas, realizzata mediante una combustione in carenza di ossigeno tale da impedire l’ossidazione completa del combustibile. Il gas prodotto prende il nome di syngas e può essere utilizzato in un motore a combustione interna previo raffreddamento e pulizia. Collegando un alternatore al motore è possibile produrre energia elettrica. Il recupero dell'energia termica dai fumi di scarico, dall'acqua di raffreddamento del motore e dal raffreddamento del syngas consente il suo uso per riscaldare abitazioni o per essiccare il materiale legnoso.

Gli impianti ORC (Organic Rankine Cycle) si basano invece su combustione tradizionale del cippato di legno e successivo riscaldamento di composti ad elevato peso molecolare che presentano bassa temperatura di cambiamento di fase (liquido-gas) (es. idrocarburi, HCFC, polisilossani). In pratica si utilizza un olio diatermico, ovvero un fluido ad alta temperatura (al posto dei sistemi a vapore o ad acqua pressurizzata), che viene scaldato fino a circa 300 ° C. Questo olio viene fatto circolare in un modulo ORC (Organic Rankine Cycle) a circuito chiuso dove evapora. Il vapore organico si espande poi nella turbina che ruota velocemente. La turbina è collegata meccanicamente al generatore che produce energia elettrica.  Il vapore che fuoriesce dalla turbina viene poi raffreddato e condensato grazie ad un circuito di acqua di raffreddamento. L'acqua di raffreddamento incorpora energia e si scalda fino a circa 80 - 90 ° C. Questa acqua calda può essere utilizzata per diverse applicazioni che richiedono calore (es. teleriscaldamento). L'olio diatermico condensato viene pompato nel rigeneratore per riscaldarsi di nuovo e riavviare il ciclo.

Cosa è la filiera corta e cosa si intende per eco-sostenibilità

Negli ultimi anni il concetto di filiera corta si è progressivamente affermato nei settori agro-forestali. Il termine filiera corta è infatti impiegato per identificare un insieme molto ampio di relazioni produzione-distribuzione-consumo, che nel settore alimentare sono riconducibili a: vendita diretta in azienda, negozi collettivi degli agricoltori, i farmers’ markets, gruppi di acquisto, ecc..Il concetto di filiera corta incorpora quindi aspetti come la prossimità geografica, la condivisione di saperi e di valori, la comunità e il territorio.
Nella Proposta di Regolamento sul sostegno allo sviluppo rurale (Com/2011/0627) il legislatore afferma che la filiera corta si caratterizza per una “filiera di approvvigionamento formata da un numero limitato di operatori economici che si impegnano a promuovere la cooperazione, lo sviluppo economico locale e stretti rapporti socio-territoriali tra produttori e consumatori”.

In generale i principi ricorrenti sono riconducibili ai concetti di: vicinanza geografica tra produttori e consumatori; capacità di generare valore aggiunto e profitti su scala locale; equità sociale e equilibrata ridistribuzione del valore lungo la filiera; sostenibilità ambientale.
Con riferimento alle biomasse legnose il concetto di filiera è stato formalmente definito con il Decreto Ministeriale (DM) 2 marzo 2010, approvato in attuazione della legge finanziaria 2007 (n. 296) e del collegato Decreto Legge 1 ottobre 2007, n.159. Secondo tale norma si considerano da filiera corta le biomasse prodotte entro i 70 km dall’impianto di produzione energetica. L'impiego del solo concetto  di distanza geografica per qualificare una filiera come corta, risulta però riduttivo e non esaustiva dei molteplici aspetti connessi al oncetto di filiera corta.
Nell'ambito del progetto Biomass Trade Center sono state anche proposte linee guida per la valutazione della sostenibilità della filiera legno-energia di cippato e legna da ardere che valutano molteplici aspetti legati a origine, gestione del materiale, sino all’impianto, ma che tuttavia non considera l’efficienza dell’impianto, ovvero, l'uso efficiente di tali risorse energetiche.

Le attività caratterizzanti la filiera corta sono riconducibili a:

  1. Taglio e lavorazione del bosco 
  2. Gestione logistica e stoccaggio della legna presso una piattaforma dedicata 
  3. Lavorazione e cippatura 
  4. Trasporto del cippato e scarico presso la caldaia o impianto 
  5. Alimentazione della caldaia e verifica dell'efficienza 

iBioNet supporta lo sviluppo di filiere corte, promuove un utilizzo ambientalmente, socialmente ed economicamente sostenibile della biomassa forestale, attraverso la realizzazione di impianti:

  • concepiti a valle di una filiera corta bosco legna energia,
  • al servizio delle comunità locali,
  • capaci di garantire equi benefici a tutti gli attori della filiera,
  • capaci di favorire la manutenzione del territorio,
  • orientati a promuovere opportunità di lavoro e impiego delle imprese locali e alle comunità montane e rurali che ne sono interessate.

 “Impianto a servizio delle comunità locali” significa che i territori e gli abitanti interessati dalla filiera corta e dal funzionamento dell’impianto devono avere dei benefici concreti non solo di tipo ambientale (riduzioni delle missioni di Co2), ma anche di tipo economico (utenti che risparmiano sui costi di riscaldamento, imprese che lavorano nella filiera) o e sociale (opportunità di impiego).

Quali sono i vantaggi della filiera corta

  • Ambientali: taglio e pulizia del bosco, manutenzione delle vie di accesso, prevenzione dei rischi incendi e della diffusione dei parassiti, pulizia dei canali e dei fossi, riduzione del consumo dei derivati del petrolio (di importazione), riduzione dei costi ambientali del trasporto di gasolio e GPL, compensazione della CO2 immessa nell’aria con l’assorbimento di CO2 da parte degli alberi tagliati localmente;
  • Economici: mantenimento e creazione di reddito sul territorio nelle fasi di lavorazione del bosco, trasporto del legno e/o del cippato, gestione e manutenzione delle caldaie o impianti, gestione amministrativa delle forniture di calore;
  • Sociali: opportunità di lavoro per le imprese e di impiego per le persone, nell’ambito della filiera corta, riduzione dei costi per le utenze che si scaldano o usano acqua calda.

Quali sono i rischi che incontra chi vuole realizzare un impianto a biomassa?

  • Mancanza della risorsa legnosa. Quando si intende realizzare un impianto, va in primo luogo verificato se nelle zone circostante ( indicativamente entro i raggio di 3040 chilometri di raggio)  vi è la disponibilità di biomasse forestali necessarie per alimentare il vostro impianto. Le risorse legnose cui far riferimento sono attualmente i soli residui derivati dalle attività di gestione e manutenzione del bosco (diradamenti, tagli fitosanitari, ripuliture alvei, residui dei tagli, ecc.).  Gli altri assotimenti legnosi (paleria, tondo da sega, legna da ardere, ecc.) hanno un loro mercato assestato a prezzi più elevati e quindi non compatibili con la fornitura per impanti di teleriscadamento. Inoltre è necessario verificare se in tale zona sono presenti altri impianti energetici e la domanda di biomasse che da essi scaturisce al fine di computare correttamente l’effettiva disponibilità di biomasse per il nuovo impianto.
  • Assenza di una filiera organizzata. E’ determinante la presenza di imprese boschive che lavorano nei boschi. Se non esistono imprese boschive, o sono solo di carattere familiare con scarse o limitate dotazioni, le biomasse del territorio sono praticamente indisponibili e non computabili ai fini del soddisfacimento del fabbisogno dell’impianto. Impianti anche di piccole dimensioni hanno difficoltà a sopravvivere in contesti in cui  di cui non sono presenti imprese boschive.
  • Inefficienza economica. Tutti gli impianti devono essere progettati con l’obiettivo di massimizzare l’efficienza energetica ed economica d’impianto. In caso contrario l’investimento presenta maggiori rischi di sostenibilità poiché le perdite energetiche hanno effetti diretti sull’efficienza economica dell’investimento. Allo stesso modo, più è corta la filiera e minori sono i costi di trasporto del biocombustibile e più garanzie di sostenibilità della filiera ci sono.

[1]                Decreto Legislativo 3 marzo 2011 n. 28 Attuazione della Direttiva 2009/28/CE sulla promozione dell'uso dell'energia da fonti rinnovabili, recante modifica e successiva abrogazione delle Direttive 2001/77/CE e 2003/30/CE.

[2]                Candolo G. (2005). Biomasse vegetali: i possibili processi di conversione energetica. Agronomica, 4, 32-38