Nella legna da ardere un elevato tenore di umidità, non solo ne riduce il potere calorico, ma –specialmente nelle caldaie di piccola taglia – anche il grado di rendimento energetico determinato dalla tecnica di combustione, per il fatto che una combustione incompleta provoca un aumento delle emissioni ed un peggioramento del regime di funzionamento dell’intero impianto. Inoltre nel caso (assai frequente) in cui il legno è attaccato da funghi vi sono dei rischi per la salute provocati dalla presenza di spore nocive.
Per motivi di ordine economico, ecologico e di salute pubblica, a medio-lungo termine è auspicabile che gli assortimenti legnosi da energia immessi sul mercato siano essiccati fino ad un determinato grado di umidità sufficientemente basso. Sforzi ed iniziative comuni a livello europeo sono attualmente in corso per definire delle norme, che per quanto riguarda il legname cippato sono già ad uno stato relativamente avanzato. Pure i valori limite di emissione da rispettare per impianti alimentati da biomassa saranno sempre più severi e a lunga scadenza saranno definiti dei valori soglia solo per combustibili legnosi con caratteristiche normate di elevata qualità.
Allo scopo di mostrare i procedimenti tecnici attualmente disponibili ed i relativi costi di essiccazione di legname accatastato in pezzi, qui di seguito vengono presentate e valutate le caratteristiche dei procedimenti di essiccazione all’aria aperta confrontandole con le tecniche di essiccazione alternative basate sullo sfruttamento di processi termici.
Le diverse forma di lavorazione e rispettivamente le loro filiere produttive adottate per il legname a pezzi accatastato hanno fatto si che con il passare del tempo in questo campo si sono progressivamente adottate diverse unità di misura. Considerato che questo ha comportato un elevato grado di imprecisione e provocato distorsioni ed equivochi, nella tabella 1 si è ritenuto utile raggruppare i principali valori di misura e di conversione adottati in questo contesto.
La legna lavorata in pezzi viene utilizzata specialmente in camini, stufe o caldaie con potenza termica variabile tra i 5 e i 50 kW. Per questo motivo al momento della sua combustione la legna dovrebbe in ogni caso avere un’umidità inferiore al 25% (se riferita alla massa allo stato secco), corrispondente all’incirca al 20% della massa allo stato fresco. Nel legname allestito sottoforma di cataste (steri o mazzi) oppure mucchi depositati sotto copertura al riparo dalle precipitazioni e composti da tronchetti o pezzi di 1 metro spaccati questi gradi di umidità vengono in genere raggiunti grazie ai processi di convezione libera.
| Tabella 1 – Le principali unità di misura e tassi di conversione in uso nel commercio della legna in pezzi. | |||
| denominazione | caratteristiche | unità | fattore di conversione rispetto a 1 metro cubo |
| metro cubo (in tronco) | 1m³ di legno, senza interstizi d’aria | Fm | 1 |
| stero o metro-volume | 1m³ di legna in pezzi di 33 cm, accatastati 1m³ di legna in pezzi di 1 m, accatastati | Rm Rm | 1.6 1.8 - 2 |
| metro cubo ammassato | 1m³ di legna (33 o 25 cm), messa in un cumulo (ammucchiata sciolta) | Srm | 2.4 - 2.5 |
Essiccazione all’aria aperta di legname in pezzi
Alfine di agevolare la logistica e l’uso di mezzi meccanici, chi si occupa di commercio e vendita di legname in pezzi spesso essicca il legname in forma spaccata e accatastata all’interno di semplici box di metallo collocati su piazzali asciutti e ventilati (figura 1). Questi contenitori sono spesso costruiti in proprio al di sopra di palette Eurepal utilizzando griglie di ferro per l’edilizia squadrate. Dopo essere stati riempiti questi box vengono ricoperti da teloni di plastica (PE o PVC).
Figura 1 - Il commercio e la vendita in pezzi di legname essiccato, spaccato e accatastato per motivi legati alla gestione logistica e alle possibilità di meccanizzazione spesso avviene per mezzo di semplici box di metallo sistemati su piazzali asciutti e ventilati. Foto: Markus Bux
Per le specie di legno duro come il faggio, la quercia, il frassino, la robinia, la betulla o il castagno con questo sistema l’essiccazione all’aria aperta richiede all’incirca due anni, durata variabile a dipendenza della posizione e del clima, mentre per le specie legnose tenere come l’abete, il pino o il larice l’essiccazione deve durare almeno un anno. Il processo di essiccazione avviene prevalentemente durante la stagione estiva e i periodi di favonio ed è tanto più rapido quanto più piccola è la catasta e tanto maggiori sono l’irraggiamento solare e la ventilazione.
Malgrado la stagionatura all’aria sia semplice dal profilo tecnico e non richieda nessun apporto di energia esterna, questo procedimento di valorizzazione della legna da ardere, da un punto di vista commerciale, presenta una serie di inconvenienti:
- La pianificazione dello smercio della legna e dell’organizzazione logistica e, rispettivamente, l’approvvigionamento della materia prima devono avvenire da uno a più anni prima della vendita. Le possibilità di essere flessibili e di adeguarsi alle condizioni del mercato sono quindi praticamente inesistenti.
- Il capitale investito per finanziare l’acquisto e l’allestimento del legname rimane fermo a lungo, a causa del periodo prolungato di essiccazione.
- La qualità e la durata del processo di essiccazione è molto dipendente dalle condizioni meteorologiche (tassi di umidità variabili, possibili attacchi di funghi decompositori con formazione di spore nocive, sporcizia o alterazioni di colore indesiderate che compromettono la presentazione estetica del prodotto legnoso).
- A dipendenza del volume di legname accatastato la stagionatura prolungata richiede delle superfici di deposito piuttosto estese.
- A parità di volume, i costi connessi con le infrastrutture necessarie (box metallici, pavimentazione del terreno, strade d’accesso, recinzioni, …) risultano essere proporzionati rispetto alla durata dell’essiccazione.
Le spese effettive cagionate dall’essiccazione all’aperto della legna in pezzi sono indicate nella tabella 2 che si basa sul caso esemplare di una produzione commerciale annuale di 10’000 steri di legname di faggio. Nell’esempio illustrato il legname in tronchi viene feso automaticamente da una macchina spaccalegna che produce pezzi trasferiti da un nastro trasportatore direttamente all’interno di box di griglia metallica della capacità di 2 Srm (metri cubi in mucchio). Questi contenitori vengono poi ricoperti da un telone per camion e sistemati per la stagionatura su un piazzale di deposito che necessita circa 3 ha di superficie.
Per l’analisi economica si è ipotizzato che la superficie necessaria per il deposito e l’essiccazione sia stata acquistata ad un prezzo concorrenziale di EUR 10.–/m² e poi rivenduta allo stesso prezzo dopo 25 anni di utilizzo. Per il consolidamento temporaneo della superficie (comprendente i lavori di appianamento, formazione e compattazione di uno strato di usura in ghiaietto idoneo eseguiti in proprio) e la creazione delle vie d’accesso pavimentate sono stati calcolati costi supplementari per materiale e macchinari di EUR 5.–/m² di superficie. I costi di manutenzione corrente della superficie e dei box metallici sono stati tralasciati. Pure le spese di sorveglianza e di pulizia del deposito non sono state considerate. Tutti gli altri fattori di calcolo sono riportati nella tabella 2.
A dipendenza delle condizioni presenti, del contesto e delle situazioni specifiche locali i costi di essiccazione specifici risultanti possono certamente variare verso l’alto o verso il basso. Ciononostante i costi effettivi di essiccazione, esclusi i costi d’esercizio del muletto e del relativo manovratore, nel caso tipico esaminato ammontano a EUR 9,82/Srm, una cifra che nella realtà spesso viene sottovalutata. Anche se la superficie occupata dal deposito fosse messa a disposizione a titolo gratuito e se non si includessero i costi per la pavimentazione e la manutenzione, i costi connessi con l’essiccazione ammonterebbero comunque a EUR 7.66/Srm. Specialmente il fabbisogno di liquidità immobilizzato per l’acquisto della legna è considerevole, ammontando all’incirca a ben EUR 800'000.–. A questa cifra e per le condizione descritte sono poi da aggiungere ulteriori EUR 750'000.– necessari per finanziare le infrastrutture e l’allestimento del deposito della legna.
Da notare che in caso di una produzione di legna da energia a scopi commerciali se si cerca di risparmiare sui costi delle infrastrutture (pavimentazione del piazzale, utilizzo di box metallici) il lavoro ed i relativi costi tendono ad aumentare, spostandosi semplicemente da una posizione contabile all’altra. Inoltre se il processo di essiccazione deve essere interrotto in anticipo ad esempio a causa di strettoie nelle forniture o della pressione dei costi d’esercizio, questo si ripercuoterebbe negativamente sulla qualità del prodotto, che sarebbe penalizzato da un grado di umidità troppo elevato o irregolare.
Nel valutare i costi si deve tuttavia considerare che grazie all’essiccazione dal 60 al 25% (riferita alla massa allo stato secco) la resa calorica della legna e quindi anche il suo valore commerciale aumenta da 10,3 a 14MJ/kg. Mentre il costo della legna a seguito dell’essiccazione all’aria aperta aumenta del 25% circa, l’incremento della resa calorica della stessa legna aumenta del 35% circa, in modo dunque decisamente superiore.
Essiccazione termica della legna in pezzi
Malgrado l’essiccazione all’aria aperta rappresenta il sistema più largamente utilizzato, per far fronte alle problematiche illustrate e a causa dell’importanza crescente del controllo dei costi e delle esigenze logistiche da qualche tempo si ricorre sempre più spesso anche a procedimenti di essiccazione basati sullo sfruttamento di energia termica. I vantaggi sono da ricercare nella durata dell’essiccazione notevolmente più corta, nel minor fabbisogno di spazio e nella riduzione del capitale che deve essere immobilizzato nell’acquisto della legna. Lo svantaggio rispetto alla stagionatura all’aria aperta è naturalmente legato all’elevato fabbisogno di energia termica ed elettrica. Di conseguenza appare ragionevole cercare di ricorrere a tecnologie più efficienti dal profilo energetico, basate il più possibile su fonti di energia rinnovabile oppure – se disponibile – anche sullo sfruttamento di calore residuo che non richiede elevati gradienti di temperatura.
In generale la movimentazione della legna in pezzi è laboriosa e richiede sistemi meccanizzati piuttosto onerosi, mentre la durata del processo di essiccazione, se paragonata a quella di altri prodotti, è decisamente superiore. Queste premesse limitano considerevolmente la scelta dei sistemi di essiccazione che si possono ragionevolmente adottare. A volte vengono utilizzate camere di asciugatura convenzionali normalmente impiegate per il legname segato, gli essiccatoi a centrifuga o quelli ad aria calda a ciclo discontinuo in uso in agricoltura sono invece piuttosto rari. In casi simili la legna in pezzi raccolta in box viene messa in locali di essiccazione alti in genere da 3 fino a 5 m e profondi da 6 a 10 m nei quali viene immessa aria che defluisce attraverso la legna in senso longitudinale. Questi impianti in genere sono idonei per tale scopo anche se i costi di investimento ed il fabbisogno di energia elettrica e termica necessari per essiccare la legna sono proporzionalmente piuttosto elevati.
Figura 2 - Impianto di essiccazione ad energia solare con una capacità di circa 360 Srm di legna in pezzi nei pressi di Kempten (D). Foto: Biomassehof Allgäu. Foto: Biomassehof Allgäu
Impianti di essiccazione ad energia solare
Allo scopo di aumentare la quota di energia rinnovabile e di comprimere i costi di investimento connessi con la realizzazione di un impianto di essiccazione l’Istituto per la tecnica agraria dell’Università di Hohenheim (D) in collaborazione con partner attivi nell’industria dei sistemi di essiccazione per la legna hanno sviluppato un impianto innovativo. La tabella 3 riassume e confronta con quelli degli impianti convenzionali i principali dati tecnici di questa tecnologia ed i relativi valori di riferimento (volumi delle camere, volumi utili e costi di investimento relativi).
| Tabella 3 – Raffronto tra i volumi delle camere di essiccazione, capacità ed investimenti unitari specifici di impianti di essiccazione per legname sulla base dei dati della bibliografia e delle indicazioni dei costruttori. | |||
| Essiccatoi convenzionali per legna segata | Impianti di essiccazione a energia solare | ||
| Volume lordo della camera di essiccazione | m³ | 100 - 300 | 200 - 500 |
| Volume utile di esercizio tramite box metallici | Srm | 80 – 240 | 160 - 400 |
| Costi di investimento specifici (camera di essiccazione costruita con elementi di alluminio o acciaio, senza impianto riscaldante, fondazioni e costi accessori). | EUR/m³ | 250 – 350 | 150 - 200 |
Questo nuovo genere di impianto di essiccazione ad energia solare ha dato risultati interessanti sia per l’essiccazione di legname segato, che in pezzi ed è ora prodotto in serie e disponibile sul mercato. L’impianto è essenzialmente costituito da una costruzione intelaiata formata da elementi di alluminio collegati tra di loro ricoperta da un telone di Polietilene a triplo strato con relative camere d’aria, resistente ai raggi UltraVioletti e con indice di coibentazione elevato, superiore a quello del vetro. Il collettore solare formato da lamiere di alluminio trapezoidali rivestite da una speciale vernice è integrato nel tetto e funge contemporaneamente sia da corpo riscaldante per l’aria, che da condotto di ventilazione. Un esempio di impianto di questo genere è riportato nell’immagine della figura 2.
Lo schema descritto nella figura 3 mostra una sezione trasversale dell’impianto. Grazie a una caldaia a cippato di legna supplementare il processo di essiccazione risulta essere indipendente dalle condizioni climatiche e dall’andamento stagionale ed è di principio possibile anche di notte, che in caso di cattivo tempo. Visto il suo funzionamento a regimi di temperature relativamente basse, questo impianto permette peraltro di sfruttare anche eventuale calore residuo di impianti di climatizzazione o l’energia termica di una centrale termica a biomassa o a co-generazione apportato all’impianto tramite condotte.
Figura 3 - Rappresentazione schematica della sezione di un impianto di essiccazione per legna in pezzi ad energia solare.
La figura 4 mostra l’andamento tipico dell’umidità media della legna e dell’aria durante l’essiccazione di un carico di legna di faggio in pezzi posto in un essiccatoio solare nel mese di marzo. Sull’arco di soli dieci giorni una carica di legna lavorata in pezzi di 33 cm di lunghezza è stata seccata da una percentuale di umidità (riferita alla massa secca) del 55% fino al 20%.
La tabella 4 mostra il confronto esemplare di una calcolazione preliminare tra un impianto di essiccazione tradizionale all’aria aperta come quello descritto in precedenza con uno ad energia solare ipotizzando una produzione commerciale di ca. 10’000 Srm di legna di faggio in pezzi. A seguito della notevole riduzione della durata del processo di essiccazione a soli 10 – 14 giorni il capitale totale immobilizzato nella legna messa in deposito scende a circa EUR 300’000.–. Anche i costi diretti di essiccazione, malgrado il fabbisogno di energia termica ed elettrica sono considerevolmente inferiori all’essiccazione all’aria aperta ed ammontano a ca. EUR 5.2/Srm.
Nella misura in cui fosse disponibile pure del calore residuo, i costi di essiccazione potrebbero essere ulteriormente ridotti, tenuto conto che i costi energetici ammontano a quasi il 50% dei costi di essiccazione globali.
Figura 4 - Andamento della temperatura nella camera (linea rossa), della umidità relativa dell’aria interna (linea blu) e umidità media della legna di faggio lavorata in pezzi di 33 cm (linea verde) durante una prova di essiccazione svolta nel mese di marzo.
Conseguenze ed applicazioni pratiche
Una pre-essiccazione della legna da ardere in pezzi è assai auspicabile sia da un punto di vista della tutela dell’ambiente che da quello dell’ottimizzazione della resa energetica, tenuto conto che questo tipo di assortimento viene utilizzato essenzialmente in impianti e caldaie di piccola taglia. In questo contesto, anche nel caso di sistemi di vendita a scopi commerciali, l’essiccazione tradizionale all’aria aperta non è necessariamente il procedimento più buon mercato. Le alternative consistono nel ricorso a metodi di essiccazione che sfruttano energia termica.
Essi migliorano la disponibilità temporale di legna pronta alla vendita e gli spazi necessari riducendo i tempi di stagionatura ed il fabbisogno di capitale, garantendo peraltro lo smercio di legname seccato uniformemente. In un contesto di miglioramento della professionalità del commercio di legna da energia in pezzi questi sistemi sono sempre più diffusi. Il procedimento che si è rilevato essere di gran lunga il più efficiente dal profilo energetico ed anche più economico è quello dell’essiccazione che sfrutta n’energia solare passiva. I costi di essiccazione specifici ammontano infatti a ca. EUR 5.–/Srm.
Traduzione: Fulvio Giudici, Sant’Antonino