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Analisi dello stato di fatto per le emissioni
atmosferiche di inquinanti di interesse
ambientale da generatori di calore a
biomassa
Uno studio per Carbotermo S.p.A.
Febbraio 2021
Ing. Senem Ozgen (senem.ozgen@polimi.it) – LEAP s.c.a r.l.
Prof. Stefano Consonni – Dipartimento di Energia del Politecnico di Milano
Ing. Stefano Signorini – LEAP s.c.a r.l.
Sommario e conclusioni dello studio di rassegna bibliografica
Nell’ottica di eseguire la contestualizzazione dei livelli emissivi dei
generatori di calore automatici a pellet legnoso tenendo conto anche delle
prospettive di sviluppo tecnologico per questa categoria di generatori, il presente
studio delinea il quadro conoscitivo dello stato di fatto delle emissioni in
atmosfera di inquinanti di interesse ambientale da caldaie a pellet
legnoso a confronto con altri generatori di calore a biomassa legnosa come le
stufe e i caminetti, e con le due principali alternative alimentate a combustibili
fossili (i.e., gas naturale, gasolio) più diffuse nel riscaldamento civile,
specialmente nell’ambito urbano. Il punto di partenza è dato da un’approfondita
ricerca bibliografica che si è avvalsa di 174 articoli sui diversi temi trattati
(e.g., fattori di emissione, sistemi di abbattimento delle polveri, studi di ciclo di
vita di varie filiere).
Dalle evidenze bibliografiche raccolte è possibile formulare le
seguenti considerazioni conclusive:
I generatori di calore alimentati a biomasse legnose sono caratterizzati da un
ampio intervallo di prestazioni emissive ed energetiche. La rassegna
effettuata nel presente studio indica per le caldaie a pellet ad uso civile livelli
emissivi ben al di sotto dei generatori di calore di piccola taglia di comune uso
come caminetti e stufe a legna. Pertanto, per qualsiasi valutazione su questi
generatori è opportuno evitare di fare generalizzazioni collocando tutti
gli apparecchi sotto un’unica macro-categoria di “impianto a
biomasse” senza distinzione di taglia, modalità di operazione (i.e.,
automatica, a caricamento manuale) e possibilità di implementazione
delle misure primarie e secondarie atte al controllo e la riduzione
delle emissioni in atmosfera.
Infatti, dalla ricerca di letteratura si evince che i fattori di emissione degli
inquinanti di interesse per la qualità dell’aria relativi alle caldaie a pellet
moderne si collocano a livelli decisamente più bassi rispetto ai
generatori a carica manuale alimentati con biomasse legnose (e.g.,
caminetti e stufe), principalmente grazie alle migliori condizioni di
combustione ottenibili nelle prime attraverso un controllo avanzato del
processo e la maggiore possibilità di equipaggiarle con i dispositivi di controllo
delle emissioni. Le caldaie a pellet essendo inoltre caratterizzate da
rendimenti più elevati rispetto a caminetti e stufe a legna, permettono un
risparmio sul consumo di combustibile con un ulteriore effetto
positivo sulla riduzione delle emissioni in atmosfera.
Le emissioni di caldaie a pellet moderne equipaggiate con sistemi di
abbattimento risultano confrontabili con le alternative alimentate a
combustibili fossili (e.g., gas naturale, gasolio).
I fattori di emissione medi relativi alle caldaie a pellet considerando sia quelle
più performanti sia quelle meno performanti, risultano inferiori rispetto ai
fattori di emissione utilizzati per l’inventario INEMAR 2017 per i sistemi BAT
pellets (PM10=76 g/GJ; NOx=90 g/GJ; COV=20 g/GJ).
Per quanto riguarda l’abbattimento delle emissioni delle polveri
esistono tecnologie già mature che possono essere applicate sia
come retrofit a caldaie esistenti (e.g., elettrostatici, mezzi filtranti) sia
come soluzione integrata alla caldaia in fase di produzione (e.g., elettrofiltri,
scambiatori di calore a condensazione) in grado a portare a riduzioni anche
oltre 80%. Per dare un esempio quantitativo, soluzioni di abbattimento
primario come regolazione estrema dei flussi di aria sono in grado di portare
le emissioni delle polveri a valori bassi pari a 1 g/GJ. Si conferma quindi
l’importanza della gestione dei flussi di aria comburente primaria e
secondaria per le emissioni delle polveri da questi generatori di calore. Con
una gestione appropriata è possibile ottenere riduzioni significative delle
emissioni di tutti gli inquinanti investigati. Anche i filtri elettrostatici risultano
effettivi a ridurre le emissioni delle polveri fino a valori di circa 3 g/GJ.
Per quanto riguarda gli ossidi di azoto l’origine delle emissioni di questo
inquinante nel caso dei generatori di calore a biomassa è associata al
contenuto di azoto del combustibile. Si esegue il controllo avanzato
dell’alimentazione dell’aria primaria e secondaria nell’ottica di ridurre le
emissioni delle polveri contenendo il più possibile anche le emissioni degli
ossidi di azoto.
La ricerca bibliografica degli studi sul ciclo di vita (LCA) non permette un
confronto diretto tra le filiere del pellet legnoso, gas naturale e gasolio
proprio perché i risultati ottenuti da questi studi devono essere considerati
all’interno dei confini di sistema e delle assunzioni considerate, con
l’implicazione che i risultati ottenuti e le considerazioni effettuate siano
limitate al solo confronto degli specifici scenari indagati e non assunte a livello
di validità generale. Tuttavia, si possono fare le seguenti valutazioni:
- L’analisi di ciclo di vita (“dalla culla alla tomba”) segnala delle criticità nella
fase di produzione e utilizzo per tutte le filiere.
- In sintesi, per quanto riguarda la filiera del pellet legnoso, un sistema
potenziale per ottenere una riduzione degli impatti ambientali è quello
dello sviluppo di una filiera legno-energia locale per la produzione di calore
per utenze civili, in grado di ridurre le distanze di trasporto del materiale,
di prevenire la combustione di combustibili per l’essiccazione delle materie
prime, di ridurre al minimo l'uso di elettricità derivata da combustibili
fossili nel processo di pellettizzazione, di adoperare possibilmente l’energia
rinnovabile (per es. pannelli fotovoltaici) per i consumi energetici della
filiera.
- Per quanto riguarda la filiera del gas naturale, si segnala l’importanza della
fase di estrazione e lavorazione con emissioni in atmosfera di CO
2
e
metano, gas entrambi caratterizzati da un forte potenziale di
riscaldamento globale. La fase di utilizzo ha un maggior peso su tutte le
categorie di impatto considerate negli studi LCA.
-
Gli studi che analizzano in modo comparativo la generazione di calore per
uso civile con caldaie a gas naturale e a pellet legnoso, principalmente
eseguiti con l’ipotesi della neutralità del pellet legnoso nei confronti delle
emissioni di CO
2
biogeniche in fase di combustione, indicano di norma dei
guadagni netti di emissioni di gas serra con benefici in termini dell’impatto
sul riscaldamento globale, a scapito di un maggiore impatto
sull’inquinamento locale per quanto riguarda inquinanti di interesse alla
qualità dell’aria. Vengono suggeriti potenziali benefici anche nella
sostituzione dell’uso di gasolio per il riscaldamento civile con sistemi a
biomasse.
Figura 1. Fattori di emissione del particolato totale sospeso PTS (g/GJ), a sinistra, con
evidenziato il dettaglio relativo alle caldaie, a destra (C+SL: caminetti e stufe a legna; SP: stufe
a pellet; CP: caldaie a pellet; CGO: caldaie a gasolio; CGN: caldaia a gas naturale).
Figura 2. Fattori di emissione dei composti organici volatili COV (g/GJ). (C+SL: caminetti e stufe
a legna; SP: stufe a pellet; CP: caldaie a pellet; CGO: caldaie a gasolio; CGN: caldaia a gas
naturale).
Figura 3. Fattori di emissione degli ossidi di azoto NOX (g/GJ, C: caminetti a legna; SL: stufe a
legna; SP: stufe a pellet; CP: caldaie a pellet; CGO: caldaie a gasolio; CGN: caldaia a gas
naturale).
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