Impatto Ambientale della valorizzazione di residui ligno-cellulosici. Caso di una bioraffineria integrata

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1 Introduzione 
La questione dei consumi energetici mondiali sempre piø elevati ha come esito 
l’impoverimento delle risorse energetiche di origine fossile presenti sul pianeta 
(carbone, petrolio e gas naturale), fin’ora predominanti nel mix energetico 
globale, e un impatto ambientale negativo dal punto di vista delle emissioni 
climalteranti. 
Da tempo una proposta di soluzione è stata individuata nell’utilizzo di fonti 
rinnovabili, fra le tante ipotesi spicca la valorizzazione delle biomasse attraverso 
la loro trasformazione in materiali alternativi ai classici prodotti provenienti 
dalla raffinazione del petrolio. 
Nell’ambito di tale trasformazione, la produzione di “bioetanolo” si è lautamente 
diffusa nei paesi in cui le condizioni geo-climatiche sono permettono la 
coltivazione della canna da zucchero o del mais. 
Sono peraltro in via di sviluppo tentativi ed esperimenti atti ad ottenere i 
combustibili alternativi a partire da materiali ligno-cellulosici, derivanti 
prevalentemente da residui dell’industria agricola e di quella del legno.  
Non vi sono, allo stato attuale, impianti industriali dedicati a tale produzione. 
Il Brasile presenta una matrice energetica composta per piø del 70% da energie 
innovabili. L’importanza attuale della questione energetica globale connessa con 
i cambiamenti climatici in corso, sostenuti da politiche mondiali a bassa 
emissione di anidride carbonica, ha portato alla decisione di focalizzare 
l’attenzione della presente tesi sulla valutazione dell’impatto ambientale (VIA) 
di un impianto per la produzione di energia elettrica in un paese di sviluppo. Il 
Brasile infatti, presenta un notevole tasso di crescita economica, e come avviene 
nella maggior parte dei paesi in via di sviluppo, tale incremento del PIL non 
viene accompagnato da politiche ambientali adeguate.
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Viene eseguito uno studio su alcuni degli aspetti specifici implicati nei processi 
di valorizzazione delle biomasse ed in seguito viene sviluppato un metodo di 
valutazione degl’impatti ambientali generati in tale produzione.  
La tesi si articola, inizialmente, in una ampia descrizione del problema energetico 
globale e della descrizione dei processi produttivi delle differenti tipologie di 
biocombustibili (prima e seconda generazione).  
Successivamente vengono descritti i sistemi di valutazione dei generici impatti 
ambientali e quindi si passa alla definizione di un caso specifico relativo al 
contesto produttivo esistente in Brasile. 
¨ stata effettuata una ricerca di dati presso la “bioraffineria” di Sªo Manuel, 
situata nell’entroterra dello stato di Sªo Paolo. I dati sono stati rielaborati 
attraverso la  preziosa collaborazione del Prof. Shri Ramaswamy e del 
dipartimento di biotecnologie della Minnesota University. Grazie agli studi in 
materia di idrolisi di materia lignocellulosica effettuati dall’università 
statunitense, si è simulato il funzionamento di una bioraffineria integrata di 
ultima generazione per la produzione di etanolo ed energia. 
Una volta noti i quantitativi di energia elettrica generabile attraverso il processo 
attuale di valorizzazione del bagasso di canna da zucchero e le quantità di etanolo 
ed energia ottenibili dal processo di seconda generazione, sono stati studiati 
differenti scenario al fine di quantificare gli impatti ambientali associati al 
cambiamento di processo. 
Con l’obiettivo di rendere possibile la valutazione di impatto ambientale si è 
scelto come indicatore ambientale il quantitativo di emissioni emesse a parità di 
energia elettrica e meccanica generate. 
Si sono considerati gli impatti ambientali relativi a due differenti scenari possibili 
per quanto riguarda l’efficienza energetica del sistema di prima generazione 
(quella attuale e la massima ottenibile).  
A questi sono stati correlati due scenari alternativi studiati per compensare 
l’energia elettrica che cesserebbe d’essere prodotta a favore della produzione di 
bioetanolo nel caso si passasse alla via innovativa. In particolare, secondo 
l’ipotesi conservativa si sono studiate le emissioni di CO
2
 relative alla produzione 
di tale energia elettrica  attraverso combustibili fossili (carbone e gas naturale) .
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L’universalità del metodo permette di ripetere altrove lo studio per riconoscere o 
meno la sostenibilità dal punto di vista ambientale dei risultati scientifici 
riguardanti rendimento e costi di investimento degli impianti adetti alla 
produzione di bio-carburanti. 
Il modello numerico, sviluppato con Excel, permette di calcolare le percentuali di 
anidride carbonica emesse, o evitate, in funzione del rendimento dei processi 
attuali o futuri di valorizzazione di biomassa e dell’alternativa di processo 
proposte per compensare l’energia elettrica che cesserebbe d’essere generata a 
favore della produzione di biocarburanti.  
 
 
2 Lo sviluppo sostenibile 
 
Nel corso della storia la valutazione della qualità della vita di una società è 
sempre dipesa dai servizi resi disponibili alla popolazione, dai prodotti presenti 
sul mercato e dal punto di vista strettamente economico, dal prodotto interno 
lordo, il PIL, di uno stato.  
La seconda metà del ventesimo secolo è stata caratterizzata da una crescita 
esponenziale sia dei consumi che dei relativi impatti ambientali. Grazie 
all’evoluzione dei metodi di informazione, le conseguenze dell’inquinamento 
prodotto dall’uomo  e la successiva crisi finanziaria non sono passate inosservate. 
Sono state recepite dalla gran parte della popolazione mondiale e hanno reso le 
persone consce delle falle del sistema socioeconomico attuale, dando luogo alla 
necessità di una nuova concezione di sviluppo.  
¨ proprio questa consapevolezza che ha comportato la nascita di una nuova 
attitudine, tanto importante, quanto complessa e polivalente, verso il concetto di 
sviluppo sostenibile. 
Per sviluppo sostenibile si intende “uno sviluppo che risponda alle necessità del 
presente senza compromettere la capacità delle generazioni future di soddisfare le 
proprie esigenze” (Brundtland, World Commission on Environment and 
Development, 1987), “un miglioramento della qualità della vita, senza eccedere 
la capacità di carico degli ecosistemi alla base” (World Conservation Union, UN
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Environment Programme and World Wide Fund for Nature, 1991); “uno sviluppo 
che offra servizi ambientali, sociali ed economici di base a tutti i membri di una 
comunità, senza minacciare l'operabilità del sistema naturale, edificato e sociale 
da cui dipende la fornitura di tali servizi” (International Council for Local 
Environmental Initiatives, 1994).  
Con lo scorrere del tempo e l’avanzare del progresso tecnologico, il concetto di 
impatto ambientale si è rivelato estremamente complicato e molteplice. Una 
totale comprensione del termine implica la sua applicazione in ogni campo della 
scienza e perfino dell’arte. Nell’ultimo decennio, oltre a svilupparsi numerosi 
corsi di studio in campo ambientale che spaziano dall’ingegneria alla sociologia, 
è proprio cambiata la concezione del prodotto industriale. 
A partire dalla rivoluzione industriale fino ad alcuni decine di anni fa, il processo 
produttivo era concepito esclusivamente con l’obbiettivo di dar origine ad un alto 
valore aggiunto rispetto alla materia prima di partenza; si prestava attenzione 
all’evoluzione del prodotto, dalla creazione all’entrata nel mercato dei 
consumatori. A partire dai primi disagi ambientali è cominciato un processo di 
presa di coscienza da parte dei produttori e dei consumatori tale che al giorno 
d’oggi la situazione sia mutata notevolmente. Sono principalmente due le grandi 
questioni che vanno tenute in considerazione. La prima è l’influenza delle 
politiche statali e la relativa nascita di nuove leggi con il fine di tutelare 
l’ambiente. La seconda è invece frutto dell’evoluzione dei mezzi di informazione, 
internet in particolar modo; è la richiesta da parte della popolazione di prodotti la 
cui produzione non comporti conseguenze negative per uomini ed ecosistemi, 
non produca, dunque, un impatto ambientale
1
; è la volontà delle persone, sorta 
solo nel’ultimo decennio, di utilizzare le proprie risorse finanziarie in progetti a 
carattere sostenibile.  
La conseguenza diretta è stata che soprattutto le grandi compagnie, ma non solo, 
hanno cominciato a dedicare maggiori sforzi alla tutela dell’ambiente; sono stati 
istituiti numerosi gruppi di ricerca con l’obbiettivo di minimizzare l’impatto 
ambientale dei processi produttivi, e sono stati realizzati numerosi progetti in 
grado di compensare l’impatto ambientale prodotto (bonifica di zone degradate o 
                                            
1
 la definizione di impatto ambientale è argomentata nel capitolo 7 del seguente testo.
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mantenimento e tutela di aree boschive al fine di compensare le emissioni di 
CO
2
).  
Per quanto riguarda la metodologia di base adottata al giorno d’oggi nella 
valutazione di impatto ambientale di un processo industriale, è ormai un fatto 
reale che il prodotto finito venga studiato, “dalla culla alla tomba”. Al fine di 
eseguire una corretta analisi è d’obbligo tener conto di tutte le fasi del processo 
produttivo, dall’estrazione della materia prima, allo smaltimento di ciascun sub 
prodotto, fino all’eventuale riutilizzo o riciclaggio del prodotto “a fine vita utile”. 
Per questo si è sviluppata l’idea di ciclo di vita di un prodotto e la relativa 
valutazione: LCA (Life Cycle Assessment). 
3 Risorse rinnovabili e non rinnovabili 
Per fonti rinnovabili si intendono quelle risorse praticamente inesauribili in tempi 
brevi, quelle forme di energia generate da fonti che per loro caratteristica 
intrinseca, se sfruttate nel modo adeguato, sono in grado di rigenerarsi su una 
scala di tempo paragonabile a quella con cui vengono consumate.  Il loro utilizzo, 
dunque, non pregiudica le risorse naturali per le generazioni future. 
Per fonti fossili si intendono invece le cosiddette risorse accumulate; esse sono 
caratterizzate da tempi di rigenerazione molto lunghi rispetto al tempo di utilizzo 
e il loro tasso di consumo è consistentemente superiore alla velocità con cui 
possono rinnovarsi. Il loro esaurimento è considerato quantificabile su una scala 
dei tempi definibile “umana”. 
La mentalità progressista caratteristica della seconda metà del ventesimo secolo 
ha visto nelle risorse fossili la principale fonte energetica su cui far affidamento. 
La relativa semplicità di utilizzo di petrolio, gas naturale e metano, dovuta 
principalmente al loro costo  ed alla relativa facilità di estrazione, hanno ridotto ai 
minimi termini la ricerca nelle fonti rinnovabili.
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Figura 1: pubblicato nel Rapporto ENEA 2008 
 
Solo nelle ultimi 20 anni, conseguentemente alla presa di coscienza dei paesi 
industrializzati riguardo all’eventuale esaurimento delle fonti fossili ed 
all’instabilità politica dei paesi fornitori, si è cominciato a cercare valide 
alternative di modo consistente. La International Energy Agency ha pubblicato 
l’Energy Technology Perspective 2008, all’interno del quale vengono studiate ed 
analizzate tre previsioni dello scenario energetico mondiale nel 2050: Basic, ACT 
e BLUE.  
Basic rappresenta l’evoluzione prevista dal World Energy Outlook 2007(WEO 
2007), che ipotizza un tasso di crescita della domanda di energia pari a 1,8% 
annuo. 
ACT è l’analisi di uno scenario in cui si prevede una quantità totale di emissioni 
di CO
2 
previste per il 2050 pari a quelle del 2005; BLUE è invece lo scenario ben 
piø ottimista che prevede per il 2050 una riduzione delle emissioni pari al 50%. 
All’interno di tale elaborato sono presentate alcune stime su come si ripartirà la 
produzione di energia nei prossimi anni.  
I grafici a seguire mettono in evidenza il ruolo fondamentale delle fonti 
rinnovabili nella riduzione delle emissioni di CO
2
 nei prossimi cinquant’anni.
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Figura 2: quantità di energia fornita da ciascun tipo di fonte considerato,  i colori rappresentano i 
diversi tipi di previsione effettuati. 
Figura 2bis: quantità di energia elettrica necessaria in futuro a seconda della previsione utilizzata. 
 I colori rappresentano il tipo di energia utilizzata.
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Il relativo “ritardo” della ricerca nel vasto e complesso campo delle energie 
rinnovabili ha fatto si che fino ad ora si tratti principalmente di forme di energia 
che richiedono un notevole impegno tecnologico, e di conseguenza economico, 
per far si che il processo di conversione in energia elettrica abbia un rendimento 
sufficientemente elevato.  
Tale concetto risulta veritiero sia per le fonti rinnovabili il cui sfruttamento è già 
consolidato, quali l’energia solare, l’energia eolica e l’energia geotermica, sia per 
quelle il cui utilizzo è ancora in fase di studio, quali l’energia immagazzinata 
negli oceani e quella ricavata dalle biomasse. 
 
Si noti come nel grafico messo a disposizione sempre dalla IEA, la fascia relativa 
ai biocombustibili per il trasporto rappresenti la parte piø consistente dal punto di 
vista economico.  
La grande potenzialità delle centrali termoelettriche ed il loro ottimo rapporto 
investimento-rendimento, fanno sì che l’unico aspetto critico dell’utilizzo di 
energia da fonti fossili sia concentrato nel trasporto; sia dal punto di vista dei 
costi che delle perdite di carico, fornire l’energia generata a luoghi isolati come 
ad esempio luoghi reconditi nel deserto del Sarah o ai Poli può risultare 
Figura 3: grafico dell'andamento dei costi relativi alla riduzione della produzione di CO2
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estremamente complicato e costoso. ¨ proprio in tali condizioni che le fonti di 
energia rinnovabili quali la fotovoltaica o l’eolica risultano la miglior soluzione 
non solo dal punto di vista ambientale ma anche dal punto di vista economico. ¨ 
il concetto delle risorse energetiche cosiddette delocalizzate.  
 
Figura 4 Localizzazione delle principali centrali di energia rinnovabile in Europa. 
Oltre alla delocalizzazione dell’energia, un aspetto che può portare vantaggi 
al’utilizzo di forme di energia rinnovabili è la geografia del territorio; vi sono 
zone che per ragioni geografiche forniscono materie prime a basso costo. Un 
ottimo esempio può essere considerato, in Italia, quello dell’Alto Adige; in questa 
zona infatti son già attive 63 centrali termoelettriche a biomassa di tipo legnoso 
che forniscono attualmente 350 MWh (occorre bruciare circa 93 t di cippato per 
produrre tale quantitativo di energia [30]). Dato l’elevato tasso di 
rimboschimento naturale annuo è possibile generare tale energia senza alcuna 
conseguenza a livello ambientale. Michl Laimer , l’assessore all’ambiente e 
all’energia della provincia autonoma di Bolzano, ha affermato che, per il 2020, 
saranno incrementate notevolmente le potenzialità produttive di energia pulita; 
ciò sarà possibile grazie a nuove coltivazioni boschive con fine ultimo proprio
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quello di fornire il materiale lignocellulosico necessario alla generazione di 
energia. 
 
Gli scarti industriali o agricoli e l’incredibile quantità di rifiuti urbani prodotti al 
giorno d’oggi rappresentano un problema rilevante in Stati che come l’Italia 
hanno difficoltà nell’istituire nuove aree di discarica. Qualsiasi processo in grado 
di valorizzare tali scarti per produrre energia risulta conveniente a livello 
ambientale. In Italia, seppur si fatichi a raggiungere un rendimento economico 
paragonabile a quello del petrolio. La presenza di sussidi statali ha incentivato la 
creazione di impianti di incenerimento rifiuti ed è servita come stimolo e spinta 
per la ricerca in nuove tecniche di valorizzazione. Da ricordare inoltre che in 
termini di legge i “rifiuti” non sono in nessun caso considerabili “fonti 
rinnovabili”. 
Inoltre, in previsione dell’eventuale esaurimento del petrolio le grandi compagnie 
petrolifere stanno sviluppando nuove tecnologie che permettano di sfruttare 
risorse fino ad oggi irraggiungibili. Un esempio è la Petrobras Brasiliana che sta 
sviluppando un nuovo processo di estrazione del petrolio presente a largo delle 
coste brasiliane, nella zona di Santos. Oltre ai 90 metri di profondità del mare, si 
dovrà scavare per 900 metri attraverso una crosta di sale che risulta molto 
problematica dal punto di vista della corrosione ed uno strato di rocce carbonate; 
la situazione rappresenta una sfida senza precedenti non per la profondità dei 
pozzi ma per la criticità della geologia del territorio. Si prevede che per il 2016 
saranno attivi ben 26 pozzi. 
Al di là delle ricerche per ampliare le risorse di fonti fossili accessibili, il piø 
grande passo che si sta cercando di compiere è quello di diversificare le fonti 
energetiche dando spazio alle rinnovabili. Esse rappresentano una sfida dal punto 
di vista tecnologico, ma allo stesso tempo sono l’unica soluzione alle 
problematiche ambientali mondiali.