Energia Solare

Un discorso a parte merita il solare termico per la produzione di energia elettrica.
Quest’ultimo esula dalla dimensione del micro impianto per assumere potenze di molti Mw una volta uscito dalla dimensione sperimentale.
La tecnologia consiste nel riscaldare ad alte temperature, tramite la concentrazione dei raggi solare attraverso un sistema di specchi parabolici, un liquido denso (oli minerali o meglio sali fusi) per poi farlo passare attraverso uno scambiatore di calore atto a riscaldare dell’acqua producendo vapore e azionando in questo modo una turbina.
Il funzionamento è simile ad una centrale termoelettrica ma l’energia viene dal sole.

Questo tipo di impianti, ancora in fase sperimentale ( esiste un progetto relativo ad essi anche dell’ENEA “CALORE AD ALTA TEMPERATURA DALL’ENERGIA SOLARE “) pone però una serie di problemi:
1)Bisogna risolvere il dilemma collegato all’alternanza giorno-notte ed alla riduzione di potenza legata alle giornate nuvolose.
2)Il ciclo produttivo comporta una scarsa resa dell’energia solare.
3)Per avere una dimensione “critica” dal punto di vista economico è necessario che l’impianto sia di grandi dimensioni quindi molto costoso e con un forte impatto sul territorio.
A favore ipotizzando un suo utilizzo su larga scala si può considerare che sicuramente rappresenta un ottimo modo per ottenere energia elettrica per la produzione di idrogeno da usare per l’autotrazione , ma qui siamo ancora nella speculazione teorica.
Noi comunque intendiamo ribadire che nel nostro discorso ci interessiamo principalmente di risorse rinnovabili già disponibili, facilmente accessibili a tutti, con impatto ambientale zero o quasi e che siano diffuse nel territorio. Il solare termico ad alte temperature rimane nel solco della produzione energetica attuale, ingigantita e concentrata economicamente nelle mani di pochi.


BIOMASSE

BIOMASSA= OGNI SOSTANZA ORGANICA DERIVANTE DIRETTAMENTE O INDIRETTAMENTE DALLA FOTOSINTESI CLOROFILLIANA.
Mediante questo processo le piante assorbono dall’ambiente anidride carbonica (CO2) e acqua (H2O) e vengono trasformate, con l’apporto dell’energia solare e dei nutrienti presenti nel terreno, in materiale organico utile alla crescita della pianta.
La Biomassa presa in considerazione ai fini produttivi per l’energia è rappresentata dai residui forestali, scarti dell’industria del legno, scarti dell’industria zootecnica, scarti vegetali dei mercati, alghe e colture acquatiche ed i rifiuti solidi urbani di origine organica.
Allo stato attuale il settore Biomasse ai fini energetici è probabilmente la più concreta Fonte di Energia Rinnovabile (F.E.R.) disponibile non fosse altro per la possibilità di recuperare marginalità relative a prodotti ritenuti altrimenti dei “rifiuti”.
Ad oggi le biomasse soddisfano il 15% circa degli usi energetici primari nel mondo con 1230 Mtep/Anno (tep: energia prodotta con un barile di petrolio), concentrando l’uso nei paesi in via di sviluppo i quali ricavano il 38% della propria energia da biomasse (1074 Mtep/Anno).
Nei paesi industrializzati rappresentano appena il 3% degli usi energetici anche se mentre Finlandia - Svezia – Austria hanno apporti del 18% - 17% - 13%, l’Italia è al 2,5% ed è sotto la media europea pur avendo potenzialità per non meno di 27 Mtep (27 milioni di barili di petrolio equivalenti) e non avendo quasi risorse tra i combustibili fossili.
Ogni Paese europeo ha scelto una sua politica energetica nelle biomasse in relazione alle proprie risorse territoriali; ad esempio la Francia che ha grandi aree agricole disponibili punta sulla produzione di Biodiesel ed Etanolo per autotrazione ed ha defiscalizzato tali prodotti in modo da renderli competitivi;
la Gran Bretagna ha creato una rete di recupero del Biogas prodotto dalle discariche sia per usi termici che elettrici; la Svezia e l’Austria, entrambe in possesso di vaste aree boschive ben coltivate puntano su teleriscaldamento ad energia elettrica con impianti di cogenerazione ad alto rendimento energetico. E l’Italia……
le tecnologie per ottenere energia dai vari tipi di biomasse sono diverse ma sostanzialmente si possono riassumere in due tipi, processi termochimici e biochimici ;
PROCESSI TERMOCHIMICI:
Sono basati sul calore che trasforma la materia in energia e, per avere successo, necessitano che la biomassa di base abbia un rapporto carbonio-azoto superiore a 30 ed un contenuto di umidità inferiore a 30.(legno e derivati, R.S.U. , residui secchi di liquami)
PROCESSI BIOCHIMICI:
Permettono di ricavare energia per reazione chimica dovuta all’azione di enzimi, funghi e batteri presenti o immessi nella biomassa base il cui rapporto carbonio-azoto sia inferiore a 30 e l’umidità sia superiore al 30%.
Tra i processi termochimica quello che produce i risultati migliori per la produzione di materie di base per l’energia è la PIROLISI.
PIROLISI : processo di decomposizione termochimica di materiali organici ottenuto fornendo calore (400°-800° C) in carenza di ossigeno (anaerobico);
si distinguono tre tipi di pirolisi:
Lenta: a bassa temperatura (400-500°) e con tempi prolungati si ottiene un alto contenuto di carbone di legna (rappresenta circa il 30% del peso).
Convenzionale: utilizza temperature inferiori ai 600°C e si ricavano composti solidi, liquidi e gassosi in proporzioni costanti.
Flash: la flash pirolisi è estremamente veloce come processo produttivo (temperature oltre i 650°C) e produce in prevalenza gas (fino all’80%).
Andiamo ora ad elencare i biocombustibili solidi :
Pellet: si distingue per la bassa umidità (inferiore al 12%), per l’alta densità e per l’omogeneità del materiale.
Per produrre pellets vanno usati legnami vergini esenti da vernici o trattamenti chimici successivi al taglio.
La compattezza e la maneggevolezza danno al pellet caratteristiche di alto potere calorifico (4000-4500Kcal/kg) e affinità ad un combustibile fluido.
E’ quindi adatto per piccoli o medi impianti residenziali .
Simili al pellet sono i bricchetti, più grandi ma con il medesimo potere energetico. Sono adatti anche per impianti medio grandi.
Cippato: sono pezzettini di legno ricavati da legno vergine vero e proprio o da scarti di segheria, producono circa 3000-3500kcal/kg.
Legno in pezzo: il suo costo è superiore rispetto ai precedenti ma è comunque conveniente come rendimento nei confronti del metano sia per il riscaldamento che, con sistemi adeguati, epr la produzione di energia elettrica.
Il principale inconveniente da sempre citato per quanto riguarda l’uso dei combustibili solidi è l’alto tenore di monossido di carbonio prodotto nei piccoli impianti residenziali. Essendo quest’ultimo velenoso può dare luogo a pericolosi fenomeni di intossicazione.
Il problema è risolvibile anche per i piccoli impianti scegliendo attrezzature che permettono la post-combustione.
Il monossido di carbonio è un combustibile, pertanto è sufficiente che la fiamma della caldaia sfiori le piastre in lega, resistenti al calore, e con l’ausilio di aria ricca di ossigeno (aria secondaria) si innesca un fenomeno pirolitico che provoca la combustione del monossido di carbonio e demolisce le particelle di fumi e ceneri, ottenendo in questo modo una bassa emissione, un più alto rendimento energetico (+10%) e al sicurezza dell’impianto.
Sempre da processi termochimici è possibile ottenere dai R.S.U. (rifiuti solidi urbani), attraverso la tecnica della gassificazione ( flash pirolisi) un gas sintetico, il SYNGAS.
Il processo ha rendimenti dell’80-85%.
Il Syngas è composto da idrogeno e monossido di carbonio, ha un medio potere calorifico, è flessibile nell’uso ed ha un ridotto impatto ambientale.
Detto gas trova il suo uso più logico, combinato con gas naturale nelle turbine per la produzione di energia elettrica, aumentando la resa di conversione in elettricità dei gas miscelati dal 35% al 52%, con costi assolutamente concorrenziali.
Per quanto riguarda i processi biochimici si privilegiano, come abbiamo già detto, biomasse con una forte umidità (oltre il 30%).
Esaminando l’utilizzo di liquami fognari e liquidi di varia natura (zootecnia, agricoltura, percolati di rifiuti solidi di discarica) è interessante la produzione di BIOGAS, ricavato da essi attraverso un processo di “digestione” dei liquami stessi ottenuto grazie all’opera di microrganismi all’interno di un “digestore” .
Il potere calorifico del biogas è di circa 23000 kj /Nm3 ed è quindi comunemente utilizzabile. Si tenga conto che un impianto per la depurazione delle acque reflue di una cittadina di 25000 abitanti è in grado di produrre 300.000 mc di gas , in parte utilizzati per far funzionare l’impianto ma utili per circa 200.000 mc a fini energetici. Dal trattamento nei digestori si ottengono inoltre fertilizzanti e fanghi organici adatti come compost. C’è da aggiungere che anche piccoli impianti per il biogas hanno una ragione d’essere;
una piccola fattoria con bovini, suini, animali da cortile e 4 persone più i rifiuti vegetali ( scarti della stalla, orto, ecc.)è in grado di produrre 7mc di metano al giorno , circa 2500 mc all’anno.
A sostegno della validità del discorso è possibile citare l’esperienza di KIRCHDORF in Austria, dove è stato installato un impianto di produzione di biogas.
Ogni giorno 850 tra ristoranti e casa private consegnano circa 12 ton. Di avanzi organici. L’energia elettrica ricavata in una centrale a ciclo combinato è sufficiente ad alimentare tutta la regione.Anche i rifiuti solidi urbani possono essere utilizzati per produrre biogas ma necessitano di una struttura della discarica costosa e complessa, in grado di garantire da eventuali inquinamenti da percolati. Questo sistema si è diffuso, come abbiamo già ricordato, in Gran Bretagna ed in Svizzera.

SISTEMI SMALL- MODULAR

Sono sistemi modulari alimentati a biomasse di piccole dimensioni (5Kw-5Mw) in grado di produrre energia elettrica e calore nei pressi delle aree di utilizzo. Dotati di grande flessibilità d’uso sono ideali in particolare per i paesi in via di sviluppo in quanto sono in grado di produrre continuativamente energia da fonti poverissime (perfino sterco e rifiuti solidi urbani) senza bisogno di reti di trasporto e collegamento a lunga distanza dell’energia elettrica. Sono inoltre ottimali per produrre energia nel contesto della democrazia energetica in quanto danno grande autonomia a chi decide di perseguirne l’uso.
Uno di questi sistemi prevede l’utilizzo di micro turbine per cogenerazione integrate con un gassificatore di materiale legnoso. Un impianto di 30 Kw può avere costi di scala dell’ordine di 500 euro a Kw e, per la produzione di elettricità l’efficienza è dell’ordine del 25-30%, con costi assolutamente concorrenziali. Si aggiungono inoltre dei generatori elettrotermici da 7Kw a gasogeno con costi di circa 1000 euro al Kw. Questi ultimi sono preferibili in realtà in cui ci sia un notevole fabbisogno di calore (acqua calda) in quanto la resa per elettricità è più bassa rispetto alla precedente (12-20%).
I BIOCARBURANTI
I biocarburanti sono risultato di processi di trasformazione chimico-fisica di biomasse per lo più di origine agricola finalizzati ad ottenere carburanti che possono integrare o sostituire l’uso di prodotti di origine fossile come metano, benzina, gasolio.
BIO ETANOLO: si ottiene processando con la fermentazione alcolica i glucidi (zuccheri) contenuti nelle masse vegetali di produzione agricola ed in tutti i residui vegetali. Si consideri che sicuramente la coltivazione di aree agricole a colture destinate ad etanolo rappresenta una nuova opportunità per l’agricoltura europea in crisi, a patto di utilizzare nei processi produttivi primari e secondari (coltivazione e trasformazione) energia da fonti rinnovabili.

PRODUZIONE DI ETANOLO /ETTARO DI COLTURA

MAIS	3 TONNELLATE
BARBABIETOLA DA ZUCCHERO	4 TONNELLATE
PATATE	3 TONNELLATE

E’ importante capire che non c’è e non ci deve essere una fonte rinnovabile risolutiva ma solo l’utilizzo delle diverse fonti in base alle risorse disponibili in una determinata area rappresenta la soluzione più opportuna.

Poche risorse, fonti povere = massimo risultato

Appare poi chiaramente che il bisogno di sviluppare le fonti legate al territorio permette la creazione di nuovi posti di lavoro.
A parità di potenza impegnata e di costi fatto 100 il numero di occupati nel settore energetico tradizionale, per il rinnovabile occorrono 1000/1200 occupati; la ricchezza che viene attualmente destinata alla remunerazione delle materie prime, della struttura dei trasporti delle stesse, degli impianti industriali e degli immensi capitali impegnati, viene ridistribuita tra una miriade di operatori e di dipendenti.
Tornando al bioetanolo bisogna tener conto che nei processi di distillazione a fronte di 66 unità di energia utilizzate si ottengono 100 unità disponibili con un incremento del 34%.
E’ però da segnalare che nei processi di lavorazione non si ottengono residui o scarti industriali o scorie come nei processi da fonti fossili, ma fertilizzanti, compost, complessi polimerici biodegradabili utili per i detergenti ed altro ancora; pertanto la valutazione dei costi deve tener conto che spesso i residui giustificano l’economicità dell’iniziativa.
Tappa fondamentale per rendere praticabile anche in Italia un discorso economicamente serio sul bioetanolo è l’esenzione del prodotto dalle accise sui carburanti, rendendone in questo modo lecito ed economico l’uso.
BIOMETANOLO
Particolarmente interessante per il nostro paese soprattutto per motivi legati alla produzione delle biomasse di base è l’uso del metanolo.
Tratto dalle parti ligno-cellulosiche dei vegetali ha alcuni aspetti in comune con l’etanolo ma nel suo uso corrente si è privilegiata la capacità del metanolo di liberare idrogeno.
Vari studi hanno permesso la realizzazione di prototipi di automezzi in grado di liberare l’idrogeno dalla reazione del metanolo come l’acqua, attivando in questo modo una “ fuel cell” per produrre l’energia elettrica necessaria al funzionamento dell’automezzo stesso. In questo modo l’anidride carbonica liberata dalla reazione è di modesta entità e comunque ottenendo il propellente da biomasse ha un impatto zero.
Un notevole vantaggio del metanolo rispetto all’etanolo che compensa la necessità di utilizzare nuovo mezzi di trasporto è data dal fatto che le biomasse necessarie alla produzione sono tratte da specie vegetali praticamente spontanee, che non richiedono l’uso di fertilizzanti (anzi sono spesso piante miglioratrici dei terreni) né quello, se non nella fase iniziale, di irrigazione (es.ginestra-robinia pseudo acacia – canapa).

OLIO VEGETALE

Tutti gli oli vegetali sono potenzialmente dei carburanti anche se il più testato sembra essere quello di colza.
E’ possibile con gli attuali e più moderni motori diesel utilizzare dal 5% al 30% di olio in miscela con gasolio d’inverno, e dal 30% al 70% in estate.
Il potere calorifico è molto simile e non emergono problemi particolari d’uso, neanche per quello che riguarda le PIM (polveri sottili).
Purtroppo in Italia non è lecito utilizzare olio vegetale come carburante per una proporzione superiore al 5% a causa delle accise (imposte) sulla produzione dei carburanti.
E’ quindi necessario come per bioetanolo e biometanolo un provvedimento che finalmente sblocchi il mercato ed una potenziale realta’ produttiva di grande importanza.