4
1. Le biomasse ed il problema dell’energia
L'età della pietra non terminò per mancanza di pietre...
l'età del petrolio non finirà per mancanza di petrolio.
Zaki Yamani
Gli scienziati non sono concordi nel definire le cause di quello che viene chiamato "il
problema dell'energia": le diverse opinioni puntano il dito da un lato verso le attuali fonti di
energia e, dall'altro, verso l'eccesso di anidride carbonica prodotta. Per stabilire se il problema
è, dunque, l’energia o l’anidride carbonica, si deve svolgere un percorso di approfondimento sui
principali aspetti della questione.
Il contesto energetico globale è caratterizzato dallo sfruttamento quasi esclusivo di
combustibili fossili (carbone, petrolio, gas naturale) per la produzione di energia. Cosa certa è
che i giacimenti ad oggi conosciuti sono in quantità limitata e quindi esauribili. Alla fine del
2000, il consumo mondiale di energia ha raggiunto circa 10.000 milioni di tonnellate equivalenti
di petrolio (Mtep). I combustibili fossili hanno soddisfatto quasi l’80% di questo consumo: 3.500
Mtep con il petrolio, 2.350 Mtep con il carbone e 2.100 con il gas naturale
1
. Sulla base di dati
più recenti, nel 2007 il consumo totale è stato di 11.100 Mtep
2
, in aumento del 2,4% rispetto al
2006: un trend che peraltro risulta costante dal momento che negli ultimi dieci anni i consumi
mondiali sono aumentati del 24,6%
3
.
Analizzando i consumi delle macroaree geografiche del pianeta emerge quanto segue:
∞ Nord America 25,6% (USA 21,3%)
∞ Centro e Sud America 5,0%
∞ Europa ed Eurasia 26,9% (UE 15,7%)
∞ Medio Oriente 5,2%
∞ Africa 3,1%
∞ Asia e Pacifico 34,3% (Cina 16,8%; Giappone 4,7%; India 3,6%)
Complessivamente il 50,2% di tutta la produzione energetica mondiale è destinata ai 30
Paesi industrializzati aderenti all’OCSE, il 9,3% è destinato ai Paesi dell’ex blocco sovietico e il
40,5% al resto del mondo
4
.
1
Menna, P. (2003). L'energia pulita. Bologna, Il Mulino.
2
BP (2008). Statistical Review of World Energy 2008. www.bp.com
3
ENEL (2008). www.enel.it
4
BP (2008). Statistical Review of World Energy 2008. www.bp.com; ENEL (2008). www.enel.it
5
Analizzando, inoltre, i contributi delle diverse fonti di energia si evince una discordanza su
alcuni dati forniti a seconda dell’ente interrogato:
BP + ENEL EDISON
Petrolio 35,6% 35%
Carbone 28,6% 25%
Gas Naturale 23,8% 21%
Nucleare 5,6% 6%
Rinnovabile 6,3% 13%
Tabella 1.1 – Contributi delle diverse fonti di energia alla domanda globale
5
Il dato relativo al rinnovabile è dovuto quasi esclusivamente alla generazione di energia
idroelettrica. Proprio quest’ultimo dato varia molto tra diverse fonti: secondo Enerdata, ad
esempio, il contributo dell’idroelettrico alla domanda energetica mondiale è del 3%. Si tratta di
una differenza che raggiunge i 10 punti percentuali di un dato complessivo di 11.100 Mtep (pari
a 1.110 Mtep), ovvero non proprio una quantità trascurabile
6
.
Una prima questione da affrontare è relativa, quindi, all’evoluzione futura attesa del mix di
risorse energetiche, tenendo conto che la disponibilità e l’accessibilità di alcune di esse
diminuiranno, la domanda di energia aumenterà e quindi il costo si adeguerà a queste
variazioni.
I combustibili fossili sono i maggiori imputati, insieme con il disboscamento intensivo delle
foreste, del surriscaldamento globale e dell’effetto serra. “Questi combustibili sono composti
essenzialmente di carbonio che, in seguito al processo di combustione, per ossidazione si
trasforma in anidride carbonica (biossido di carbonio - CO
2
). Tra i combustibili fossili, il carbone
è quello a maggior contenuto di carbonio: a parità di energia utile, produce circa il doppio delle
emissioni del gas naturale. Attualmente, a livello mondiale, più del 75% delle emissioni di
anidride carbonica provengono dalla combustione delle fonti fossili. Il restante 25% proviene da
attività di modifica dell’ambiente naturale. La biomassa, per esempio gli alberi, contiene una
considerevole quantità di carbonio. Gli alberi che bruciano, o che si decompongono, rilasciano in
atmosfera il carbonio di cui sono composti sotto forma di biossido di carbonio. Gli ecosistemi,
però, grazie alla propria attività di fotosintesi clorofilliana, sono in grado di assorbire grandi
5
BP (2008). Statistical Review of World Energy 2008. www.bp.com; ENEL (2008). www.enel.it; Quadrino, U.
(2008). Edison e la sfida del cambiamento climatico: le strategie di un grande player dell'energia. estratto, Politecnico
di Milano, Milano. Energy & Strategy Group - Politecnico di Milano. www.energystrategy.it
6
Enerdata
6
quantità di CO
2
. Quello che realmente conta per l’atmosfera terrestre è la differenza tra anidride
carbonica rilasciata e anidride carbonica assorbita dagli ecosistemi. L’enorme difficoltà nel
misurare i flussi netti di carbonio relativi all’attività delle foreste e l’incertezza che ne deriva
sono alle origini delle diverse posizioni prese dai vari Paesi ed hanno ostacolato il
raggiungimento di accordi fra le parti per la riduzione delle emissioni”
7
.
Di seguito è riportato il risultato di uno studio condotto dalla Commissione Europea sulla
variazione di emissioni di anidride carbonica suddivise per settore energetico per il periodo
2005-2020.
Grafico 1.1 - variazione emissioni di CO
2
2005-2020 in Europa
8
Emerge una prospettiva di aumento esponenziale di emissioni di biossido di carbonio,
contrariamente a quello che dovrebbe essere il trend da intraprendere.
Le preoccupazioni di carattere ambientale costituiscono uno stimolo importante per una
domanda crescente di energia “pulita” proveniente, per esempio, da fonti rinnovabili,
caratterizzate da emissioni molto basse, magari nulle, di anidride carbonica e di altri gas ad
effetto serra.
Il 2007 è stato l’anno della celebrazione del decennale della stipula del protocollo di Kyoto,
documento programmatico per l’intervento di riduzione di quegli agenti antropici responsabili
7
Menna, P. (2003). L'energia pulita. Bologna, Il Mulino.
8
Commissione Europea (2007). Biofuel Progress Report
126
77
27
24
19
‐8
‐12
‐20
0
20
40
60
80
100
120
140
Category
1
Totale
Trasporti
Civile
Terziario
Industria
Produzione
elettricità
Settore
energetico
7
dell’alterazione climatica globale dalla seconda rivoluzione industriale sino ad oggi. Firmato l’11
Dicembre del 1997 a Kyoto (Giappone) in occasione di una conferenza delle Nazioni Unite sui
cambiamenti climatici, il protocollo prevede una riduzione di almeno il 5,2%, nel periodo 2008 –
2012, rispetto alle emissioni registrate nel 1990 di 6 gas considerati inquinanti: anidride
carbonica, metano, protossido d’azoto, fluoroclorocarburi, perfluorocarburi ed esafluoro di zolfo.
L’Unione Europea ha ratificato il Protocollo di Kyoto il 31 maggio 2002; il protocollo, tuttavia, è
entrato in vigore solamente il 16 febbraio 2005, dopo la firma da parte della Russia. Vari paesi
industrializzati non hanno voluto ratificare il protocollo: tra questi spiccano gli Stati Uniti
d’America e l’Australia.
L’Unione Europea ha, quindi, analizzato il problema dei cambiamenti climatici
congiuntamente al problema energetico e, soprattutto, alla dipendenza energetica dagli altri
continenti. Con l’intento di ridurre gli agenti inquinanti, di ridurre la dipendenza energetica e di
rallentare il processo di riscaldamento del pianeta, la Commissione Europea ha definito una
serie di obiettivi sintetizzati con la sigla “20-20-20”: questi obiettivi consistono nel coprire il 20%
dei consumi finali di energia con produzione da fonti rinnovabili, una riduzione dei consumi
attraverso l’efficienza energetica del 20% e un taglio del 20% nelle emissioni di anidride
carbonica rispetto al 1990, il tutto entro il 2020. Il 20% relativo alle fonti rinnovabili è stato poi
tradotto, per i diversi Paesi dell’Unione, in obiettivi più specifici: per esempio, l’Italia del 2020
dovrebbe aver raggiunto un livello pari al 17% di produzione di energia da fonti rinnovabili
9
.
L’amministratore delegato di Edison, Umberto Quadrino, afferma che in Italia gli incentivi
previsti e i notevoli investimenti delle aziende energetiche stanno andando nella giusta
direzione, anche se tali impegni si traducono in notevoli costi per il sistema: per raggiungere gli
obiettivi fissati dalla Commissione Europea sarebbe necessario sviluppare l’intero potenziale
massimo di fonti rinnovabili stimato per il nostro Paese con un conseguente aumento di circa il
40% del costo dell’energia per l’utente finale dovuto all’erogazione di 6-9 miliardi di euro
all’anno per gli incentivi necessari. A questi si dovrebbero aggiungere circa due miliardi di euro
per realizzare il programma di efficienza energetica (10 Mtep) che porti i risultati auspicati
dall’Europa. Bisogna tenere bene presente che l’aumento di produzione di energia da fonti
rinnovabili, abbinato agli interventi di risparmio energetico, riuscirebbe solamente a compensare
la CO
2
dovuta all’incremento atteso della domanda di energia: quindi, le emissioni complessive
non diminuirebbero affatto rispetto ad oggi. Dovendo comunque raggiungere il terzo obiettivo
9
Quadrino, U. (2008). Edison e la sfida del cambiamento climatico: le strategie di un grande player
dell'energia. estratto, Politecnico di Milano, Milano. Energy & Strategy Group - Politecnico di Milano.
www.energystrategy.it
8
della terna “20-20-20”, vale a dire la riduzione della CO
2
complessiva, bisognerà incidere
sull’attuale mix produttivo di energia
10
.
Emerge, dunque, un quadro complesso ed incerto, con un equilibrio alquanto instabile. I
combustibili fossili vengono considerati da un lato una risorsa critica del sistema energetico
globale e dall’altro i responsabili dell’inquinamento dell’aria che respiriamo e dell’effetto serra.
Le energie rinnovabili si presentano come una grande opportunità da poter sfruttare, ma non
tutti sono d'accordo.
1.1 Energia da biomasse
Il termine “biomassa” abbraccia un numero estremamente ampio e assai eterogeneo di
materiali di natura organica, di origine vegetale o animale (da cui il prefisso bio). In forma
generale, si può dire che è biomassa ciò che ha origine organica, con esclusione delle plastiche
di origine petrolchimica e dei combustibili fossili, ed è in grado di essere utilizzato per produrre
energia. La produzione di energia può avvenire in modo diretto, mediante la combustione, o
indiretto, mediante, ad esempio, la fermentazione o la gassificazione. Alcuni esempi di biomassa
sono:
∞ residui della lavorazione di prodotti agricoli e forestali,
∞ apposite coltivazioni agricole a fini energetici (come girasole, colza, soia),
∞ residui dell’industria agro-alimentare,
∞ residui dell’industria del legno,
∞ deiezioni animali,
∞ alghe e colture acquatiche,
∞ la frazione organica dei rifiuti solidi urbani (forsu).
Negli anni recenti le biomasse ad uso energetico hanno incontrato un crescente favore
quale fonte di energia rinnovabile. Il termine “rinnovabile” è qui giustificato in quanto il
carbonio che viene emesso con la combustione sotto forma di biossido di carbonio è stato
precedentemente rimosso dall’aria durante la crescita delle piante. Ciò si deve al processo di
fotosintesi clorofilliana che è alla base dello sviluppo degli organismi vegetali. Si stima che ogni
anno vengano fissate circa 210
11
tonnellate di carbonio all’anno, con un contenuto energetico
equivalente a 70 Mtep, circa 7 volte il fabbisogno energetico mondiale
11
.
10
Ibid.
11
Bartolazzi, A. (2006). Le energie rinnovabili. Milano, Hoepli.
9
Nonostante la voce “biomassa” sia stata inserita nell’Enciclopedia Italiana tra il 1979 e il
1992, l’utilizzazione della stessa a fini energetici non può essere considerata una fonte nuova,
essendo noti da tempo biocombustibili e biocarburanti, ma nuovi possono essere i metodi ed i
processi per ricavarla
12
. In tutto il pianeta la biomassa è largamente distribuita e disponibile,
sotto varie forme, per essere eventualmente utilizzata a fini energetici. In tal senso, le biomasse
possono essere sia sfruttate direttamente come combustibili sia trasformate in altre sostanze
(solide, liquide o gassose) per essere utilizzate più facilmente negli impianti di conversione
oppure per essere trasportate o stoccate in maniera più economica e meno difficoltosa dal
punto di vista tecnico.
Le biomasse hanno una modesta densità energetica se paragonata a quella dei combustibili
tradizionali. Infatti il potere calorifico, riferito alla sostanza secca, è in genere compreso tra
16.500 e 18.500 [kJ/kg] contro circa 41.500 [kJ/kg] del petrolio e 50.000 [kJ/kg] del gas
naturale; non bisogna trascurare che molto spesso il tenore di umidità delle biomasse è assai
elevato (dal 30% al 50% in peso), per cui in alcuni processi di conversione della materia sono
necessari opportuni pretrattamenti come essiccazione e densificazione per poterne sfruttare al
meglio le qualità energetiche
13
.
Biomassa
Potere calorifico
[kJ/kg]
Biomassa
Potere calorifico
[kJ/kg]
Bagassa 18.828 Sorgo 17.573
Panicum virgatum 18.410 Eucalipto 17.364
Corteccia 18.200 Scarti del legno 17.154
Stocchi di girasole 17.991 Paglia 17.154
Robinia 17.991 Lolla 15.062
Pioppo 17.573 Rifiuti solidi urbani 10.460
Salice 17.573
Tabella 1.2 – Potere calorifico delle biomasse riferito alla sostanza secca
14
Se i sistemi di combustione sono efficienti, le emissioni di composti inquinanti possono
essere tenute sotto controllo e, di conseguenza, questo tipo di energia può essere considerata
‘pulita’. Non a caso, infatti, gli impianti di grandi dimensioni, che bruciano biomassa,
dispongono di sofisticati sistemi di abbattimento dei fumi.
12
AA.VV. (1979-1992). Biomassa. Enciclopedia Italiana di Giovanni Treccani. Roma. Appendice V: 381
13
Bartolazzi, A. (2006). Le energie rinnovabili. Milano, Hoepli.
14
Ibid.
10
Tra le energie rinnovabili, le biomasse sono le uniche che necessitano dell'organizzazione
della produzione della materia prima, del raccolto, del trasporto e dell’utilizzo. La produzione, ad
oggi, rappresenta spesso il collo di bottiglia della filiera e la materia prima rappresenta la risorsa
critica di tutto il sistema. Le più recenti testimonianze in Italia e in Europa hanno evidenziato
che le centrali di produzione di grandi dimensioni devono fare ricorso a materiali di
importazione, anche extraeuropea, per poter operare. Attualmente l’ipotesi di soddisfare le
esigenze di un grande impianto con un solo bacino di approvvigionamento locale appare
aleatoria. Lo sviluppo di un impiego diffuso di impianti a biomasse di piccola e media taglia può
ragionevolmente contare sulla disponibilità locale di materiali vegetali diversi, come i residui di
differenti attività e le produzioni energetiche dedicate.
1.2 Tipologie di biomasse
Residui agro-forestali:
residui delle coltivazioni agricole: paglie, stocchi e cartocci del mais, ecc. Le paglie trovano
in genere sbocchi diversi, più remunerativi rispetto a quello energetico. L’impiego delle paglie
nella produzione di energia presenta problemi tecnici in fase di combustione. Possono essere
utilizzate, invece, i residui delle potature delle viti e dei fruttiferi.
Materiale Produzione Potere calorifico [kJ/kg]
Paglia Cereali
Riso
16.527
15.816
Potatura vigneti Vite 17.991
Fruttiferi Colture fruttifere 18.518
Tabella 1.3 – Biomasse da residui agro-forestali
15
Residui derivanti da potature e manutenzione del verde urbano:
questi sono i materiali che spesso sono destinati ad impianti di compostaggio e nel quale
va verificata la presenza di inquinanti.
15
AA.VV. (2008). Le agroenergie. Milano.
11
Materiale Potere calorifico [kJ/kg]
Potature stradali di conifere 17.573
Potatura stradali di latifoglie 17.154
Foglie secche 18.146
Erba fresca 2.406
Tabella 1.4 – Biomasse da potature urbane
16
Residui della lavorazione di produzioni agricole:
si tratta di materiali residui del settore agro-industriale, come gusci e noccioli della frutta,
sanse, vinacce, ecc.
Materiale Potere calorifico [kJ/kg]
Vinacce 12.552
Sansa di olive 26.359
Gusci di pinoli 18.828
Gusci di nocciole 18.828
Tabella 1.5 – Biomasse residue agro-industriale
17
Residui della lavorazione del legno:
materiali rigorosamente non trattati (impregnanti, vernici, o altri prodotti tossici) derivanti
dalla lavorazione del legno, come cortecce, sfridi, segatura, trucioli.
Materiale Potere calorifico [kJ/kg]
Scarti lavorazione legno 17.154
Tabella 1.6 – Biomasse residue lavorazione legno
18
Colture agricole legnose dedicate:
le biomasse prodotte sono in genere trasformate in cippato o pellet, oppure utilizzate
semplicemente sotto forma di legna.
16
Ibid.
17
Ibid.
18
Ibid.
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