Dott. Ing. Filippo Marini - Centro CISA

Martedì 3 ottobre 2006
Dott. Ing. Ing.
Filippo Marini

Filiera legno-energia
La filiera legno-energia legno energia è l’insieme dei processi di trattamento del legname
forestale per fini energetici

Filiera legno-energia
Taglio del legno, trasporto, stagionatura, cippatura, conferimento all’impianto e
conversione in energia

Filiera piccola
Per filiera piccola si intende una struttura completa per la produzione e la distribuzione
dell’energia su piccola scala, dove l’agricoltore o il forestale entra direttamente nel ciclo
integrato di produzione
Impresa agri-energetica

Utilizzo
di legno
locale
Impianti
di
piccola
taglia
Filiera piccola e sviluppo locale
Basso impatto sulla viabilità
Sfruttamento sostenibile dei boschi
Valorizzazione del territorio
Occupazione e sviluppo
Combustibile di qualità, stagionato e
privo di contaminanti
Risparmio energetico in cogenerazione grazie
alla possibilità di accumulare il calore prodotto
Semplicità di gestione
Facile diffusione
Elevati rendimenti

Gassificazione
La gassificazione da biomassa
vegetale ha avuto una forte diffusione
nei paesi in via di sviluppo come la
Cina, l’India ed il Sud America, anche
grazie:
• Basso costo della materia prima
• Basso costo della manodopera
• Possibilità di fornire energia elettrica
in zone rurali isolate
• Semplicità impiantistica
Sulla scia del crescente interesse per
l’energie rinnovabili ed in particolare
per l’utilizzo della biomassa vegetale,
anche molti paesi Europei stanno
implementando sistemi di
gassificazione e pirolisi con ottimi
risultati.
Impianto della Schmitt Enertec, 80 kWel
Germania

Gassificazione e motori a ciclo Otto
La combinazione più diffusa è l’abbinamento di un gassificatore downdraft con un
motore endotermico a ciclo Otto. Questo tipo di gassificatori ha il vantaggio di produrre
un gas piuttosto pulito, ma ammette in ingresso solo materiale secco.
In questo tipo di impianti la qualità del syngas è critica, da una sperimentazione in un
Istituto di ricerca del Michigan su un impianto da 20 kWel risulta:
P.C.I. = 5,8 MJ/Nm 3 ( 1,6 kWh/Nm 3 )
TAR = 14 mg/Nm 3
PARTICOLATO (>7 microns) = 3 mg/Nm 3
Rendimento di conversione del legno 2,37 Nm 3 /kg (h=83-84%)
Temperatura ottimale di reazione = 740-817 °C
Il particolato aumenta all’aumentare del flusso di syngas
L’umidità del legno in ingresso incrementa notevolmente la concentrazione di TAR e
fa diminuire la concentrazione di CO, influenzando negativamente sul rendimento
complessivo

Gassificazione e motori a ciclo Otto
In generale la composizione del syngas:
19% CO
18% H 2
10% CO 2
50% N 2
3% NH 4
P.C.I. = 1,3 kWh/Nm 3
Ne risulta un gas adatto alla combustione in motori endotermici alternativi se il
cippato viene portato al disotto di una percentuale di umidità del 20% e comunque
con una con una depurazione piuttosto spinta.

Gassificazione e motori a ciclo Otto

Gassificazione e motori a ciclo Otto
Funzionamento 7000 ore/anno
Energia elettrica prodotta 343 MWh/anno
Energia termica al riscaldamento 240 MWh/anno
Energia primaria consumata 1.400 MWh/anno
Energia dispersa 817 MWh/anno

Vantaggi:
• Semplicità del sistema
• Utilizzo di tecnologie consolidate, conosciute e largamente diffuse
• Semplice regolazione e gestione
• Basso investimento iniziale
• Calore direttamente utilizzabile per il riscaldamento degli ambienti
Svantaggi:
• Incrostazioni e depositi catramosi nelle valvole e nei condotti di alimentazione del
motore
Gassificazione e motori a ciclo Otto
• Smaltimento di fanghi considerati rifiuti speciali
• Fermi macchina frequenti per manutenzione

Gassificazione e motori Stirling
Abbinare un motore Stirling ad un gassificatore è un concetto molto interessante per
impianti di cogenerazione di piccola taglia, in questo modo infatti si elimina la necessità
di una depurazione spinta del gas; inoltre, con motori Stirling i problemi di incrostazioni
sono minimi.
In Danimarca un gruppo di ricercatori universitari ha progettato e testato un impianto di
cogenerazione composto da un gassificatore updraft ed un motore Stirling da 35 kWel,
ottenendo ottimi risultati.
Il gassificatore updraft ha il vantaggio di poter utilizzare combustibili con un contenuto
idrico alto, ma produce una notevole quantità di TAR.
Il bruciatore è stato progettato per l’utilizzo di gas a basso potere calorifico e con aria
preriscaldata, permettendo alti rendimenti di conversione elettrica e minori depositi.
Carlsen, Henrik, Bovin, Kabell
Technical University of Denmark,
Department of Mechanical
Engineering

Gassificazione e motori a Stirling
Schema per impianti di piccola taglia

Gassificazione e motori Stirling
Funzionamento 7500 ore/anno
Energia elettrica prodotta 360 MWh/anno
Energia termica al riscaldamento 334 MWh/anno
Energia primaria consumata 1.500 MWh/anno
Energia dispersa 806 MWh/anno

Vantaggi tecnici
Flessibilità
Bassissimi inquinanti
Bassa rumorosità (

Tempo di ritorno breve
Vantaggi economici
Gestione totale con telecontrollo, un unico ufficio tecnico potrebbe gestire numerosi
impianti diffusi nel territorio
Insieme di tecnologie mature, ma industrializzate per applicazioni differenti, serve
quindi una progettazione accurata ed un’adeguata gestione dei parametri durante il
funzionamento
Spazi ampi e relativamente isolati
Investimento iniziale alto
Svantaggi

MWh/anno
Impianti a confronto
ANALISI ENERGETICA A CONFRONTO CONFRONTO
900
800
700
600
500
400
300
200
100
0
(funzionamento 7.000 ore/anno)
Energia
elettrica
Energia
termica
Energia
dispersa

Impianto di gassificazione 50 kWel
Stoccaggio interrato da 80 m 3 Gassificatore downdraft da 130 Nm 3 /h
Sistema di depurazione a secco Motore Stirling da 55 kWel
Accumulatori per 15.000 l
Piscina comunale
o
Serra da 2.500 m 2
Consuma circa 680 t/anno di
legno fresco per un valore di
oltre 30.000 €
18-20 unità abitative
o
Scuola elementare 2.000 m 2
72.000 € dalla vendita di
energia elettrica e C.V.
32.000 € dalla vendita del
calore e T.E.E.
Tempo di ritorno di circa 4 anni, l’impianto è in attivo anche dopo la scadenza dei C.V.