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Autore/i: Samuel Stucki, Alfred Waser (autori esterni)
Redazione: WSL, Svizzera
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Il legno – una risorsa energetica versatile e rinnovabile

Rispettando la crescita delle foreste, ogni anno in Svizzera si potrebbero produrre almeno 2 milioni di m3 di legname in più. Il legno è un vettore energetico neutro per quanto riguarda la CO2 e costituisce la più importante risorsa svizzera in termini di biomassa. Considerato che malgrado tutto il legno da energia non è una risorsa illimitata, è ragionevole trarne il massimo rendimento energetico possibile, senza gravare ulteriormente sull’ambiente. Un tale approccio elegante è possibile trasformando il legno in gas naturale tramite un processo di sintesi. L’istituto Paul Scherrer (PSI) ha sviluppato un simile procedimento, che rappresenta una prima mondiale.

Buchenstamm
Figura 1 - Il legno contribuisce oggi al 2% dell’approvvigionamento energetico primario della Svizzera. Valutazioni sul potenziale mostrano che questa percentuale potrebbe essere aumentata da due a tre volte.
Foto: Thomas Reich (WSL)
 
energia prodotto dalle foreste svizzere
Figura 2 - Potenziale di legno da energia prodotto dalle foreste svizzere (Fonte: UFE). Cliccare sull’immagine per ingrandirla.

Il legno da energia prodotto dalle nostre foreste può ad esempio sostituire il gasolio da riscaldamento, contribuendo il tal modo alla protezione del clima. La sua combustione negli impianti di riscaldamento tradizionali - senza filtri costosi – produce tuttavia localmente delle emissioni atmosferiche, polveri sottili e ossidi di azoto principalmente, che vanno ad aggiungersi agli altri inquinanti.

La trasformazione in biogas degli scarti vegetali delle case e dell'agricoltura, così come pure dei fanghi di depurazione, è già molto diffusa in Svizzera. La situazione è per contro differente nel caso del legno, che esce praticamente "non-digerito" da un impianto di fermentazione. Questo è il motivo che ha spinto il PSI a sviluppare un nuovo procedimento a due livelli, che permette la gassificazione del legno, trasformandolo in seguito in gas naturale di sintesi (GNS) (vedi figura 3). Adottato su scala industriale, questo procedimento sarebbe un'alternativa ecologicamente ed economicamente ragionevole alla combustione decentralizzata della legna. Il GNS potrebbe essere distribuito dalla rete di gas naturale ed essere utilizzato così in una vasta gamma di applicazioni ad alto rendimento, per es. in caldaie a gas, come carburante per veicoli a gas oppure come vettore per produrre elettricità e di calore nelle centrali a gas. La competitività economica dei diversi vettori deve essere comunque valutata tenendo conto delle condizioni quadro politiche esistenti.

La tecnologia della metanizzazione della legna sviluppata dal PSI è attualmente testata su scala industriale in un'installazione di gassificazione di legna situata in Austria. Le basi per una prima grande installazione in Svizzera sono dunque state posate.

Utilizzare l'energia del legno in modo innovativo

Il bosco contribuisce oggi per circa il 2% a coprire il fabbisogno di energia primaria della Svizzera. Le valutazioni sul potenziale effettuate dall'Ufficio Federale dell'Energia mostrano che questa percentuale potrebbe essere aumentata da due a tre volte, utilizzando innanzitutto legname di origine forestale (cfr. figura 2). Un tale incremento è sensato e sostenibile solamente se questa legna da energia può essere utilizzata in modo efficiente, pulito, flessibile ed a dei costi accettabili. Questo implica che in futuro si possa produrre anche dell'elettricità e dei carburanti a partire dalla legna, sfruttando nel contempo - quando è possibile - il calore residuo.

Quando la biomassa si disintegra, essa non produce non più CO2 rispetto a quella che le piante hanno prelevato dall'atmosfera durante la loro crescita. L'utilizzazione della biomassa ha dunque un bilancio neutrale in termini di CO2, fintanto che non si utilizza più biomassa di quanta ne cresce. Motivi di protezione del clima dovrebbero pertanto suggerire di sostituire per esempio una parte del petrolio e del gas con il legname. Questa scelta, a breve e medio termine, sembra essere tecnicamente ed economicamente fattibile. I benefici prodotti in termini di emissioni di CO2 non devono peraltro essere dilapidati dagli effetti provocati da un aumento delle emissioni di inquinanti atmosferici a livello locale.

Inquinanti addizionali indesiderabili

Attualmente il legno da energia, così come i residui dell'industria del bosco, sono quasi esclusivamente bruciati per la produzione di calore. Il Programma Forestale lanciato dall'Ufficio Federale dell’Ambiente (UFAM) nel 2005 ha definito tutta una serie di obiettivi e di misure per un'economia forestale sostenibile e per una riduzione netta delle emissioni di CO2.

Entro il 2015 si vuole tra l’altro sfruttare due volte più legname da energia di origine forestale rispetto ad oggi. Affinché questo approccio non comporti un raddoppio dalle emissioni di polveri sottili e di altri inquinanti atmosferici, è necessario ricorrere alle tecnologie progredite, basate sull’utilizzo di speciali filtri di qualità. Questi filtri rendono le caldaie a legna più costose e favoriscono quindi lo sviluppo di grandi installazioni, come ad esempio la costruzione di centrali di co-generazione che producono sia elettricità, che energia calorica distribuita attraverso condotte tele-termiche. Una centrale termica di questo genere è attualmente in costruzione a Basilea. Essa consumerà ca. 65'000 m3 di legname all’anno e produrrà 20 GWh di elettricità (corrispondenti al fabbisogno di 6’700 case d’abitazione), oltre che 100 GWh di energia termica, calore distribuito a ca. 5’500 case basilesi. Essa diverrà in tal modo la più grande installazione alimentata di legna da energia della Svizzera – un fatto da ritenere rallegrante. Il numero di installazioni simili realizzabili in Svizzera dipenderà essenzialmente dalla disponibilità di reti teletermiche in grado di distribuire regolarmente – e possibilmente durante tutto l'anno - l'energia prodotta.

Gassifichiamo la legna!

Per ridurre ancora più gli inquinanti atmosferici, il legno può essere anche trasformato in gas, in modo analogo a quanto avviene negli impianti di produzione di biogas. Il gas naturale di sintesi (GNS) prodotto secondo il procedimento sviluppato al PSI può essere bruciato in modo pulito, per esempio in una centrale termica a gas, in un motore alimentato a gas o tramite pile a combustibile ad alta temperatura. Centrali di gassificazione di legna concepite tenendo conto delle condizioni esistenti in Svizzera avrebbero una potenza dell'ordine di grandezza della centrale termica a biomassa in funzione a Basilea.

trasformazione della legna in GNS
Figura 3 - Le principali tappe nella trasformazione della legna in GNS.
 

Legna nel serbatoio e sul becco a gas

Biomassekraftwerk Güssing
Figura 4 - La centrale a biomassa di Güssing (in Austria).

La produzione di metano a partire dalla legna è un'alternativa ecologica ed economica alla combustione decentralizzata della legna. Il legno da energia è trasformato in un agente energetico convenzionale (vedi riquadro), offrendo così un’ampia gamma di applicazioni confortevoli – anche senza disporre di reti teletermiche. Lo sviluppo del gas naturale di sintesi quale carburante di sostituzione o come fonte energetica che produce elettricità e calore dipende da condizioni e fattori di carattere politico-finanziario.

Già durante la seconda guerra mondiale vennero impiegati dei gasogeni che utilizzavano la legna quale carburante. Tuttavia, a causa della sua composizione, non è possibile alimentare direttamente le reti di distribuzione del gas tramite questo gas di legna. Esso deve essere dapprima trasformato chimicamente, affinché in pratica sia composto solo di metano, il componente principale del gas naturale. Il PSI ha sviluppato la tecnologia di base necessaria, attraverso il procedimento di metanizzazione catalitica.

Questa nuova metodologia è stata adattata ad un procedimento di gassificazione della legna sviluppato in Austria. La cooperazione avviata con l'Università Tecnica di Vienna, con la centrale a biomassa di Güssing (figura 4), oltre che con due costruttori di impianti energetici, uno svizzero e l'altro austriaco, ha prodotto una tecnologia completa idonea alla produzione di GNS. Nel contesto di un progetto dell'UE e grazie al sostegno di Swisselectric Research questa tecnologia viene ora testata a scala industriale, fase che la lo scopo di preparare il terreno alla realizzazione di una prima installazione commerciale in Svizzera.

Questo GNS di alta qualità può essere mescolato senza problema col il gas naturale e può essere distribuito dalle condotte per il gas esistenti. Come per il biogas prodotto dalla decomposizione degli scarti verdi e dei residui organici dell'agricoltura, il GNS può sostituire ovunque il gas di origine fossile sia attualmente impiegato ed in futuro, preferibilmente nell’ambito dei trasporti, esso potrebbe essere utilizzato come carburante povero di emissioni per alimentare veicoli a gas. Questo sviluppo appare tanto più giudizioso da un punto di vista ecologico, rispetto ad un suo utilizzo per il riscaldamento, per il quale esistono già delle alternative più favorevoli alla tutela del clima rispetto all’olio combustibile per riscaldamento. Entro un termine più lungo il GNS potrà produrre anche dell'elettricità nelle centrali funzionanti a gas e negli impianti di cogenerazione. Un'installazione di produzione di GNS, che in Svizzera potrebbe essere costruita entro i prossimi cinque anni, utilizzando 50'000 tonnellate di legna con un tasso di umidità del 10% potrebbe produrre annualmente 18 milioni di m3 di GNS, quantitativo sufficiente a fornire il carburante necessario per alimentare una flotta di 13'000 automobili a gas che percorrono ciascuna 15'000 km. Di principio per tutta la Svizzera si potrebbe ipotizzare la realizzazione di 20 impianti di questo genere.

Confronto tra le diverse forme possibili d’impiego del legno per produrre energia

Costi

Con la legna che costa 70 Fr./m3, installazioni con una potenza di circa 20 MW possono produrre GNS ad un costo di 8-10 c/kWh, equivalente a tre o quattro volte il prezzo di importazione del gas naturale proveniente dalla Siberia. Il prezzo della legna costituisce un fattore critico da due punti di vista. Se è troppo basso, la legna non viene neppure tagliata e rimane nei boschi, mentre se esso sale a 140 Fr./m3, i costi di produzione del gas salirebbero a 12-14 ct./kWh. In condizioni simili, per introdurre con successo sul mercato un simile biocarburante, è imperativo che esso venga esentato della tassa sugli oli minerali, scelta che sembra trovare consenso tra gli ambienti politici. Se il GNS verrà utilizzato nelle centrali a gas o negli impianti di cogenerazione, grazie agli elevati rendimenti del 60% e a dei costi di investimento relativamente moderati, si potrebbe produrre corrente elettrica a dei prezzi di produzione interessanti. Con dei costi di produzione di 15-20 ct./kWh essi sono paragonabili a quelli delle centrali a legna di potenza analoga.

Una dimensione internazionale

L'Unione Europea si è imposta degli obiettivi ambiziosi in termini di utilizzazione della biomassa nel campo dell'approvvigionamento in energia. Entro il 2010 si vorrebbe coprire il 5,75% del consumo di carburanti con i carburanti di origine biologica, percentuale che dovrebbe salire all’ 8% entro il 2020. A breve termine questa domanda può essere coperta unicamente ricorrendo all'etanolo o all'olio vegetale prodotto in culture specifiche. I carburanti sintetici prodotti per gassificazione sfruttano comunque in modo migliore la biomassa ed hanno un rendimento energetico migliore. Per questa ragione essi si trovano attualmente al centro dell'interesse dell'industria e della tecnologia. Nell'Unione Europea ci si concentra oggigiorno su dei procedimenti che, passando per la gassificazione, producono dei carburanti diesel liquidi attraverso il metodo di sintesi Fischer-Tropsch (Biomass to Liquids, abbreviato con BTL). Questa tecnologia è assai impegnativa ed è competitiva solamente se adottata in grosse installazioni con potenza da 500 a 1000 MW e oltre.

In Svizzera le condizioni ed i siti adeguati non sono presenti. La produzione dei GNS avverrebbe invece su delle installazioni di taglia di venti volte inferiore, meglio adattate alla struttura geo-economica della Svizzera. Detto questo, la produzione di GNS diviene tanto più economica ed attrattiva, quanto maggiore è la possibilità di razionalizzare gli aspetti logistici, vale impiantando istallazioni simili laddove i boschi fornitori di legna sono abbondanti e le distanze di trasporto sono ridotte, condizioni che si registrano ad esempio nelle regioni fortemente boscate del Nord Europa. In Scandinavia esiste già un certo interesse anche per installazioni dell'ordine di grandezza dei 100 MW di potenza.

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