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Articolo

Autore/i: Oliver Thees, Renato Lemm, Matthias Erni, Isabel Ballmer
Redazione: WSL, Svizzera
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Potenziali, opportunità e rischi del consumo di legna da energia

Analisi del ruolo del legno all’interno del sistema energetico svizzero

Feuer
Fig. 1 - Dopo l’energia idroelettrica, il legno è attualmente la seconda fonte di energia rinnovabile più importante della Svizzera.
Foto: www.augenkick-webdesign.de / pixelio.de

Nel 2011 il Consiglio federale e il Parlamento svizzero hanno preso la decisione di principio di un graduale abbandono dello sfruttamento dell'energia nucleare. La prevista attuazione della transizione energetica fa presagire un incremento della pressione sulle risorse naturali e, di conseguenza, un maggiore impatto sul paesaggio. Per l’importante risorsa rinnovabile legno questo impone di affrontare le questioni sul quali siano i potenziali di utilizzazione, quali le opportunità in essa insite e quali i rischi connessi con l’impiego di legname da energia in Svizzera.

Il legno, quale risorsa rinnovabile, rappresenta un tassello imprescindibile del sistema energetico del futuro. Il ruolo che giocherà il legno in tale contesto risulterà da un processo competitivo, che coinvolgerà sia tutte le risorse rinnovabili, come pure una restante porzione di fonti energetiche di origine fossile. Fattori tecnici ed economici, oltre che politici sono quelli che saranno importanti per determinare l’esito finale.

Appare sensato analizzare la situazione sulla base di un modello di mercato. L'idea principale è quella di determinare dapprima i quantitativi di legname disponibile e di valutare in seguito l’evoluzione della sua domanda. Per rispondere alla prima domanda si possono esaminare i dati delle forniture di legname da energia. Fattori importanti in tale ambito sono le utilizzazioni totali di legname, i costi di raccolta del legname e i prezzi che possono essere spuntati vendendo il legname per un uso alternativo. La seconda domanda si concentra sul lato della domanda, nel contesto del quale lo sviluppo tecnologico gioca anch’esso un ruolo, tanto come i prezzi delle fonti energetiche alternative.

Categorie e caratteristiche del legname

Energieholzlager
Fig. 2 - Catasta di legname da energia depositata in bosco. Il potenziale ulteriore di legname forestale utilizzabile per la produzione di energia rispetto ad oggi è di 1,9 milioni di metri cubi all'anno.
Foto: Thomas Reich (WSL)

E’ considerato legname da energia il legno che viene utilizzato per generare energia. In funzione dell'origine possono essere suddivise cinque categorie di legname da energia:

  • Legname da energia forestale, raccolto in bosco e destinato ad essere utilizzato per finalità energetiche. Il legname forestale, tra tutte le categorie, è in particolare quello che rappresenta la quota maggiore a livello di potenzialità aggiuntive sfruttabili (vedi Fig. 4);
  • Il legname da formazioni arboree non forestali, include tutte le componenti legnose utilizzabili da formazioni arboree o arbustive non classificate come foreste. E‘ spesso designato con il termine di legname proveniente dagli interventi di manutenzione e cura del paesaggio;
  • Il legname da piantagioni indica il legname proveniente da piantagioni attuate su terreni agricoli. Tali piantagioni in Svizzera attualmente non presentano alcun potenziale di tipo sostenibile;
  • Gli scarti di legno include i cascami allo stato naturale prodotti dagli impianti di trasformazione le legname. Si tratta principalmente del legno residuo prodotto durante la lavorazione nelle segherie, contenente pure una percentuale significativa di corteccia.
  • Il legno vecchio o legno usato proviene da lavori di demolizione o di ristrutturazione di edifici o da altri usi materiali (per es. mobili o imballaggi), ma che non è più utilizzabile per lo scopo primario. Di solito si tratta di legname impregnato o trattato.

Il legno è un materiale immagazzinabile, composto da carbonio, caratteristica che gli fa conferire un elevato potere calorico e che lo rende interessante per applicazioni che sfruttano il suo calore di processo. La sua attitudine ad essere stoccato predestina il legno per essere valorizzato quale vettore energetico complementare alle risorse ad andamento fluttuante, quali l’energia eolica e quella solare. Infine, il legno è interessante come risorsa contenente Carbonio, poiché attualmente diversi vettori o combustibili a base di carbonio (C-fuels) sono difficilmente sostituibili. Il Biogas prodotto partendo da legno costituisce ad esempio un'alternativa interessante.

La risorsa legno viene prodotta in modo continuo, regolare e decentralizzato, anche se è cionondimeno disponibile in quantitativi limitati. Il legno è caratterizzato da una ampia gamma di potenziali impieghi. Questo fatto è all’origine di una concorrenza tra vari utilizzi - per esempio, tra usi a scopi materiali e a scopi energetici. Anche all'interno di un uso energetico, il legno può utilizzato in svariati modi per produrre calore, elettricità oppure carburanti. Inoltre, il legno è utilizzabile anche più volte, in modo cosiddetto "a cascata". Il legno infatti essere dapprima (eventualmente anche più volte), impiegato per produrre materiali (in forma massiccia o successivamente anche di pannelli a base di legno) e al termine del suo ciclo di vita, utilizzato ancora per produrre energia.

Quota del legno nel sistema di approvvigionamento di energia

In un confronto globale tra tutte le varie fonti energetiche, il legno gioca un ruolo subordinato. Tuttavia, considerando unicamente i vettori rinnovabili, il legno è attualmente la seconda fonte di energia rinnovabile più importante della Svizzera dopo quella idroelettrica. Nel contesto di tutta l'energia prodotta da biomasse, il legno assume una posizione ancora più importante (Fig. 3). Negli ultimi anni, l'utilizzo di energia generata dal legno è aumentato. Il legno copre attualmente circa il quattro per cento del consumo totale di energia della Svizzera. La generazione di calore, con il 95 per cento, rappresenta attualmente il più importante genere di impiego dell’energia prodotta con il legno.

   
it-Energieholz im Kontext der Energieträger  
Fig. 3 - Ruolo del legno da energia nel contesto del sistema energetico della Svizzera – in termini di consumo finale di energia nel 2012 in Terajoule (TJ), (per calore, elettricità e combustibili). Rappresentazione in scala, in base ai dati dell'Ufficio federale dell'energia.  
   

Potenziali dell’energia proveniente dal legno

La stima del potenziale a livello di risorse costituisce la base per valutare il futuro ruolo del legno nel sistema energetico. Lo scopo è, da un lato, quello di calcolare in modo affidabile e riproducibile i potenziali attualmente non sfruttati, mentre d’altra parte si tratta altresì di identificare i fattori che possono influenzare quantitativamente i potenziali. Dal punto di vista dei contenuti si possono distinguere i seguenti potenziali:

  • Il potenziale teorico, quantifica solo un limite superiore teoricamente realizzabile e si riferisce al volume di legname mediamente utilizzabile ogni anno a lungo termine e senza restrizioni. Esso non prevede tuttavia l’abbattimento delle provvigioni, vale a dire delle riserve di legname presenti in bosco.
  • Il potenziale sostenibile si ottiene quando il potenziale teorico è diminuito di quella quantità di legno che attualmente non può essere utilizzata a causa di restrizioni o a causa di impieghi del legno più interessanti dal profilo del valore aggiunto. Le restrizioni possono essere di ordine tecnico, ambientale, politico, giuridico o economico, e sono spesso collegate le une con le altre. Esempi sono la messa sotto protezione di aree boschive, l'uso del legno per produrre materiali, oppure i ricavi delle vendite di legname che non coprono i costi di produzione.
  • Il potenziale già attualmente utilizzato, è già stato brevemente descritto nel precedente capitolo.
  • Di particolare interesse è il potenziale aggiuntivo utilizzabile. Esso rappresenta la differenza tra il potenziale sostenibile e i quantitativi già attualmente utilizzati. L’indicazione dei potenziali contiene quindi sempre informazioni circa la disponibilità della risorsa.

La Figura 4 mostra il potenziale a breve termine delle varie categorie di legno energetico a livello di risorsa. Nel complesso, il potenziale teorico di legno da energia ammonta a 13,9 milioni di m3/anno. Il potenziale sostenibili a 6,4 milioni di m3/a, dei quali 4,2 milioni di m3/anno sono già attualmente utilizzati. Ulteriormente disponibile è quindi un potenziale aggiuntivo di 2,2 milioni di m3/anno, presente perlopiù a livello di legname forestale, e - in misura molto minore – di legno vecchio o usato.

La legna da energia di origine forestale costituisce il più grande potenziale energetico del legno. L'incremento annuale del bosco svizzero corrispondente al potenziale teorico, per il 2011 è stato quantificato in 9,7 milioni di m3. Il potenziale sostenibile stimato come media tra due varianti di scenari di impiego sostenibile per il periodo 2017-2026 è invece pari a 4,4 milioni di m3/anno. Il potenziale già attualmente utilizzato ammonta a circa 2,5 milioni di m3/anno (la percentuale di legno non riconosciuto ad uso energetico dalle statistiche forestali è stato stimato in modo grossolano e tendenzialmente elevato). Pertanto, il volume di legname ulteriormente utilizzabile a scopi energetici, equivalente a 1,9 milioni di m3 all’anno, è da interpretare quale stima piuttosto conservativa.

   
it-Energieholzpotenziale der Schweiz nach Ursprungskategorien  
Fig. 4 -Potenziali di legname da energia della Svizzera a dipendenza delle categorie di origine (quantitativi di legname indicati in m3 di legname solido per anno; solo legname forestale per il periodo 2017–2026, dati altre categorie riferite al 2011).  
   

Fornitura di legno ad uso energetico

Ci sono numerosi rischi e incertezze che potrebbero impedire uno sfruttamento completo del potenziale di legname da energia illustrato nella figura 4. Le limitazioni potrebbero innanzitutto essere di tipo politico, oltre che a quelle connesse a ragioni di tipo economico, legate in particolare a motivi di concorrenza. Pertanto, in particolare i volumi dei potenziali di legname da energia non sono da considerare come grandezze da prendere in modo assoluto e rigido. Essi dipendono infatti da una moltitudine di fattori. Questo rende necessario l’identificazione dei fattori influenti principali (Tab. 1) oltre che l’analisi del loro effetto nel corso del tempo.

 
Tab. 1 - Principali fattori che influenzano il potenziale di sfruttamento del legname da energia.
Fattori influenti principali
economici ecologici politici/sociali
volume totale utilizzato

mercato del legname (assortimenti legname)

mercato energetico

costi di raccolta del legname

proprietà delle foreste

mortalità

rinnovazione del bosco

rinnovazione del bosco/distribuzione delle specie

intensità delle utilizzazioni (legno morto, asporto di nutrienti, certificazione)

Un fattore importante che influenza il potenziale di legname utilizzabile in modo sostenibile è rappresentato dal volume complessivo delle utilizzazioni (tagli). Quanto maggiore è il volume di legname raccolto globalmente, tanto maggiore è il quantitativo di legname da energia. Questa relazione trova la sua causa nella produzione simultanea dei diversi assortimenti: legname da opera (in tronchi), legname da industria e legname da energia. Almeno in ogni albero più grosso, il suo abbattimento comporta la produzione contemporanea di tutti e tre i principali assortimenti di legname. Quindi, anche se si desidera raccogliere il legname da opera, inevitabilmente vengono prodotti anche determinati volumi di legna da industria e da energia.

Per quanto riguarda il quantitativo totale di legname abbattuto, alla fin fine è la situazione del mercato che decide, in quanto le potenzialità di produzione del legname da energia dipendono in larga misura dal fatto se esse possono essere utilizzate in modo economico. E’ pertanto importante conoscere da un lato quali volumi di legname da energia sono stati raccolti e a quali costi, oltre che quantificare i contributo alla copertura dei costi che il prodotto "legna da energia" ha fornito rispetto ai costi totali dell’azienda forestale produttrice.

Riguardo la prima domanda si tratta di valutare la disponibilità economica del potenziale a breve termine mediante un'analisi differenziata dei costi parziali. Per questo scopo sono stati determinati i costi di preparazione del cippato di legna di provenienza forestale (Fig. 5). I dati si riferiscono al caso di una scarsa domanda di legname, oltre che agli scenari A (come finora) e B (25% di maggiore utilizzo). I costi di preparazione del legname costituiscono un fattore chiave che determina la redditività di tutta la filiera del legname da energia e quindi per lo sfruttamento di ulteriori potenziali di utilizzo di legname forestale venduto a scopi energetici. Se si vuole accrescere la disponibilità di legna da energia, è indispensabile ridurre i costi generati lungo tutti i passaggi dell’intera catena di fornitura.

 
it-Bereitstellungskosten für Nadel- und Laub-Waldenergieholz
Fig. 5 - Costi di preparazione (fasi di raccolta, cippatura e trasporto) per legname da energia di Conifere e Latifoglie (espresso in m3 di legno commercializzabile compresa ramaglia e corteccia) per gli scenari di utilizzo A (consumo come finora) e B (25% di utilizzo in più rispetto ad oggi) in condizioni di mercato del legno da energia poco favorevoli, durante il periodo 2017 - 2026.
 

Al centro della seconda domanda si trova la disponibilità a lungo termine del potenziale nel contesto di un calcolo integrale dei costi totali. Si tratta di esaminare in che misura, con i ricavi della vendita del cippato, sia possibile coprire i costi totali generati dalle sue varie fasi di preparazione. Uno studio svolto nel Cantone di Argovia ha dimostrato che i prezzi del cippato da energia finora applicati coprono in media solo circa i due terzi dei costi globali connessi con la preparazione di questo assortimento. L'obiettivo è quindi quello di assicurare in modo durevole nel tempo la competitività del prodotto "legnale da energia" attraverso la riduzione dei costi.

La domanda di legname da energia

Hacken von Waldholz
Fig. 6 - Fase di triturazione del legname di origine forestale in forma di cippato, caricato direttamente all’interno di containers. Foto: Clemens Blattert (WSL)
 
Hackschnitzel
Fig. 7 - Nel quadro della strategia energetica 2050, si prevede un maggiore utilizzo del legno da energia per la produzione di elettricità. L'impiego di legname per generare calore dovrebbe per contro ridursi drasticamente. Foto: Andreas Morlok / pixelio.de

L'attuale andamento del consumo di legname da energia mostra un trend in aumento. Lo stesso vale per l’evoluzione dei prezzi del legname da energia. La competitività del prodotto “legname forestale da energia” (cippato) sembra tuttavia non essere ancora acquisita, come dimostrato dall'esempio del Cantone di Argovia. Comunque, il bilancio economico per quanto concerne il legname per produzioni di materiali, allestito quale assortimento da industria, risulta essere ancora peggiore.

La strategia energetica 2050, per quanto attiene lo scenario Nuova Politica Energetica (NPE), dà per scontato il fatto che in futuro, contrariamente a quanto avviene attualmente, nel medio e lungo termine (entro il 2050) il legname sarà sempre più spesso utilizzato per generare energia elettrica. L'impiego di legname per generare calore dovrebbe per contro ridursi drasticamente. Lo scenario prevede inoltre su un aumento notevole della fornitura di biocarburanti, dal quale si può desumere che la domanda di legno da energia sia destinata ad aumentare. Tuttavia, lo scenario non ci dice a proposito di quali siano le materie prime che saranno destinate alla produzione di biocarburanti. In quale forma di energia in futuro sarà utilizzato il legname, verrà in fin dei conti deciso a livello prettamente locale in funzione della sua competitività rispetto ad altre fonti energetiche, tecnologicamente possibili.

Il biogas, derivato dal legno e da altre biomasse con caratteristiche qualitative del gas naturale, prodotto ed immesso nella rete di distribuzione, consente di offrire un vettore energetico flessibile e orientato verso la domanda. Esso può infatti essere stoccato facilmente in periodi di basso consumo e coprire il fabbisogno di calore e di energia elettrica in casi di picchi della domanda oppure allorquando altre fonti di energia rinnovabili non sono disponibili. Con il legno è così possibile generare un valore aggiunto più elevato, contribuendo nel contempo a un approvvigionamento energetico con impatto ridotto a livello di CO2. Le aziende forestali, nonostante la limitatezza della risorsa, potranno pertanto fornire un servizio importante, poiché esse avranno la possibilità di contribuire a un approvvigionamento energetico flessibile e orientato alla domanda.

Un elemento che favorirà la domanda è anche il fatto che la produzione di calore e di elettricità a partire dal legno comportano un elevato “effetto di sostituzione”, con una riduzione fino al 90% delle emissioni di CO2 rispetto alle fonti energetiche di origine fossile. Basta questo per evidenziare il ruolo importante che il legno svolgerà nel contesto del sistema energetico del futuro.

Condizioni quadro politiche e sociali

Finora sono stati trattati soprattutto i fattori di tipo economico, poiché hanno un impatto molto importante, influenzando direttamente le scelte gestionali dell’azienda forestale stessa. Fattori altrettanto importanti sono tuttavia anche quelli di ordine politico e sociale (vedi Tab. 1). A titolo di esempio si può citare la rivendicazione di aumentare le foreste gestite secondo principi prossimi alla natura, opzione che comporta tra l'altro, una maggiore percentuale di specie arboree latifoglie. Va da sé che una maggiore percentuale di latifoglie accresce pure il potenziale energetico del legno.

Un fattore importante è inoltre costituito dall'intensità delle utilizzazioni. Un utilizzo troppo elevato del legname (a scopi energetici) può condurre a perdite in termini di biodiversità, se troppa poca necromassa rimane all’interno della foresta, oppure se troppe sostanze nutritive vengono asportate dal suolo a seguito della raccolta di alberi interi, ramaglia e fogliame compresi. Tuttavia, dal momento che un utilizzo eccessivo di legname da energia non è al momento probabile, perlomeno a breve e medio termine, in nessuna parte della Svizzera sono da attendersi gravi scompensi o effetti negativi in termini di prestazioni svolte a livello di ecosistemi boschivi.

Biomassa per il futuro energetico svizzero

Il Centro di Competenza "Swiss Competence Center for Energy Research - Biomass for Swiss Energy Future" (SCCER BIOSWEET) è un consorzio composto da 15 partner del mondo istituzionale accademico e di altre 50 organizzazioni, sia pubbliche che private. Esso è stato istituito per rispondere alle sfide insite nella “Strategia energetica 2050”, nel contesto della quale la conversione biochimica e termochimica delle biomasse in energia dovrà essere aumentata con l'ausilio delle nuove tecnologie. SCCER BIOSWEET intende contribuire a rendere disponibile ulteriori 100 Peta-Joule di bioenergia. Questo ambizioso obiettivo dovrebbe poter essere raggiunto per un terzo ognuno grazie al contributo del legno, dei rifiuti organici/letame e per mezzo di alghe. Questo corrisponderebbe all’incirca a un raddoppio dell’approvvigionamento attuale di energia prodotta a partire dalle biomasse. Per poter produrre ulteriori 33 Petajoule di energia proveniente dal legno – corrispondente a un aumento di quasi il 50% rispetto ad oggi – si intendono perseguire, tra gli altri, i seguenti approcci:

  • incrementando l'utilizzo complessivo di legname in generale, aumentano pure i volume di legna da energia;
  • adeguamento degli assortimenti legnosi, sostituendo ad esempio il legname da industria con il legname da energia;
  • la percentuale di legname di latifoglie secondo le previsioni, aumenterà nei prossimi decenni. Ciò significa un aumento della quantità di energia disponibile, in quanto il contenuto energetico immagazzinata in un metro cubo di legno è maggiore e poiché nelle specie latifoglie la proporzione di assortimenti di legname da energia è mediamente più elevata;
  • aumento dell'efficienza, al fine di ottenere un aumento del grado di copertura dei costi nella produzione di legname da energia.

  • Questo articolo costituisce un contributo presentato durante il
    Forum für Wissen del 2014.
  • Traduzione: Fulvio Giudici, Sant Antonino

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