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CCC/249

Risorse mondiali di residui agricoli e forestali per co-combustione
Paul Baruya

Rispetto alla ricchezza di dati riguardanti le risorse di combustibili fossili, non vi è un’equivalente disponibilità di informazioni sulla fonte energetica biomassa. Eppure sul mercato globale essa contribuisce per il 10% al soddisfacimento della domanda di energia primaria, pari a 56 EJ/anno ed equivalente a circa 3 volte l’energia totale fornita dalle altre fonti rinnovabili.
Se il ruolo della biomassa nell’economia mondiale è sempre stato principalmente quello di combustibile destinato al riscaldamento e alla cucina nelle comunità agricole (70% della biomassa è dedicato a tale utilizzo), essa sta acquisendo sempre più spazio come fonte di energia primaria per la generazione elettrica, con un tasso di crescita medio dell’8% annuo (contro un tasso di crescita negli altri settori pari all’1%). Questa crescita è concentrata maggiormente nei paesi asiatici non-OCSE (21 % annuo contro l’8 % dei paesi OCSE asiatici) e nei paesi Europei dell’OCSE (10% annuo) che già vantano il principale mercato della biomassa destinata alla generazione elettrica. La crescita del settore in Nord America si limita invece all’1,5% annuo.
La capacità elettrica da biomassa attualmente installata ammonta a circa 60 GWe di cui circa 2/3 da combustibili solidi. In diversi paesi come Danimarca e Regno Unito si sta attualmente procedendo alla conversione di diversi impianti a carbone affinché possano essere alimentati interamente a biomassa.

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Figura 1 – Capacità elettrica da biomassa installata nel mondo

Un altro utilizzo della biomassa con buone prospettive di crescita è quello di combustibile ad integrazione dei combustibili fossili, in particolare nelle strategie di lungo termine che mirano a ridurre le emissioni di gas serra da parte delle centrali alimentate a carbone. Il parco centrali a carbone attuale supera i 1800 GWe di potenza installata (la metà della quale concentrata in Cina), di cui 36 GWe sono imputabili ad impianti capaci di bruciare biomassa solida come combustibile secondario, in co-combustione o come alternativa temporanea al combustibile fossile primario.

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Figura 2 – Parco centrali a carbone che utilizzano biomassa come combustibile secondario, totale = 36 GWe (Platt’s, 2014)

Il numero di unità alimentate a carbone adatte ad essere convertite totalmente o parzialmente è importante ma non esistono sufficienti informazioni riguardanti la reale riserva mondiale di biomassa e la sua potenziale capacità di soddisfacimento di un tale consumo. Alcune ricerche suggeriscono che questa capacità possa soddisfare una richiesta di 100-200 EJ/anno di energia, stime più ottimistiche prevedono un potenziale di 1200 EJ; questa variabilità dipende dalle diverse ipotesi di utilizzo delle terre e delle tendenze alimentari globali. La stima più conservativa relativa a 100 EJ/anno equivale a circa 5800 Mt/anno di biomassa legnosa equivalente. Queste valutazioni possono tenere conto di tutte le biomasse solide e dei gas di origine vegetale provenienti sia da fonti primarie che da scarti industriali, ma anche delle coltivazioni energetiche dedicate alla produzione di bio-combustibili per autotrazione.

Il raggiungimento delle condizioni di co-combustione, attraverso l’alimentazione dell’impianto a carbone con importanti quantità di biomassa, richiede un’attenta selezione del combustibile sia per minimizzare ogni eventuale effetto negativo sulle performance del generatore di vapore, sia per garantire la sostenibilità della catena di approvvigionamento della materia prima. Le fonti preferenziali saranno residui forestali, scarti di segherie ed attività agricole, che forniranno così biomassa che altrimenti rimarrebbe lasciata a decomporsi nel terreno o conferita in discarica. Legna e residui da coltivazioni agricole come paglia rappresentano già un’importante risorsa per la co-combustione nelle moderne centrali di generazione elettrica.

Una recente ricerca dell’IRENA (International Renewable Energy Agency) rivela che i residui forestali potrebbero fornire da soli 21 EJ/anno di biomassa, mentre i residui agricoli ulteriori 13 EJ/anno; questi quantitativi sarebbero sufficienti a coprire un terzo della futura domanda di biomassa.

Secondo una semplice analisi condotta in questo report, i residui di legna contenuti nelle foreste già destinate alla produzione industriale ammontano a 14.218 Mt (vedi tabella). I prodotti primari della produzione industriale da legna sono principalmente legname, carta e polpa di legno. Residui derivanti da sfoltimento, abbattimento e potatura dei boschi offrono inoltre una importante risorsa per la produzione di pellet di legno per la co-combustione.

Tabella 1 Potenziale di residui forestali destinati alla produzione industriale (IEA CCC, 2014)
  Mt EJ
Sud America 1612,8 20,2
Nord America 2128,2 26,6
Russia 5718,4 71,5
Europa 1178,5 14,7
Asia 3528,0 44,1
Africa e Medio Oriente 52,2 0,7
Subtotale 14218,0 177,7

Questi potenziali residui di biomassa in forma di scarti da potatura e cippatura, risultanti dalla separazione di rami, cortecce e fogliame dal prodotto legnoso primario (solitamente tronchi), corrispondono a circa 177 EJ di energia. Gran parte di questa risorsa è concentrata in Russia che detiene la maggiore porzione di territorio ricoperta da foresta e la più grande area forestale destinata a produzione industriale, mentre il Nord America si rivela il più grande produttore ed esportatore di pellet di legno.

I calcoli conservativi portati avanti in questo report suggeriscono che i residui potenziali derivanti dall’attuale produzione industriale di tronchi e dalla coltivazione di cereali potrebbero subire un incremento fino a raggiungere 1090 Mt/anno (14,2 EJ/anno in pellet di legno equivalenti). Questa risorsa corrisponde a circa tre volte l’attuale domanda di biomassa da parte del settore della generazione elettrica e della produzione di energia termica, ed equivale al doppio della domanda totale di biomassa nel mondo.
L’IRENA stima che dal 2030 potranno essere disponibili 37-66 EJ/anno da scarti e residui agricoli e 27-43 EJ/anno da prodotti e residui forestali. Considerando che attualmente l’approvvigionamento di biomassa ammonta a 8,9 EJ/anno da residui forestali e a 5,4 EJ/anno da residui agricoli, è evidente come sia possibile un elevato margine di crescita sia attraverso un incremento nella resa delle colture che l’ottimizzazione dei metodi di raccolta e di utilizzo e gestione di terre e risorse boschive.

Per quanto riguarda il parco mondiale di centrali a carbone, uno scenario che preveda un regime di co-combustione al 5% potrebbe creare una domanda di biomassa da parte di impianti a carbone subcritici di 235 Mt/anno. Questo corrisponde a circa un quinto delle risorse di paglia e di residui della produzione di legname, e a una frazione dei 14.219 Mt/anno di residui forestali destinati alla produzione industriale come calcolato da IEA CCC. I già citati 14,2 EJ/anno di residui forestali e paglia calcolati in questo report, sottostimano inoltre il quantitativo di ramaglie reperibili nelle foreste; si suppone infatti che questa risorsa possa costituire il 10% della massa forestale totale.
Un’altra possibile fonte di residui forestali è costituita dai milioni di ettari di foresta che non sono esplicitamente dedicati ad uso produttivo e che non sono stati inclusi nella presente analisi. Biomasse di scarto industriali e municipali potrebbero inoltre coprire una frazione significativa del fabbisogno energetico mondiale e su questo settore potrebbero essere intraprese ulteriori ricerche ed analisi.

Il potenziale dei residui agricoli è importante, ma fortemente dipendente dall’infrastruttura di raccolta, imballaggio e trasporto del materiale, dunque una nuova gestione dei territori risulta indispensabile. Convertire a coltivazioni terre già destinate ad allevamento di bestiame è possibile, specialmente per terre scarsamente utilizzate, e potrebbe produrre un forte incremento dell’offerta di residui da coltivazioni agricole.

L’abbondanza di risorse di biomassa nel mondo è evidente dai risultati del presente studio. Il cauto approccio utilizzato nel calcolo delle risorse in questo report ha mostrato un potenziale inferiore rispetto alle stime presenti in altre pubblicazioni, ma già fortemente superiore alla potenziale domanda che potrebbe essere creata attraverso un regime di co-combustione pari al 5-10% di biomassa nel parco centrali a carbone mondiale. Il potenziale relativo agli scarti e ai residui dai settori agricolo e forestali mondiali nell’approvvigionamento di centrali termoelettriche alimentate a carbone, è notevole. Il mercato energetico europeo ha già dimostrato che il commercio della biomassa non necessita di essere ristretto ai fornitori locali, ma in forma pellettizzata questo combustibile può agevolmente essere trasportato dal Nord America.

Sono questi i presupposti per la crescita di un settore che può contribuire a rimpiazzare con biomassa “carbon-neutral”, una frazione del carbone attualmente utilizzato nelle centrali di generazione elettrica. Se questa crescita sarà accompagnata da uno sviluppo sostenibile della catena di approvvigionamento, un risparmio considerevole in termini di emissioni di CO2 potrà essere raggiunto senza effetti svantaggiosi sul funzionamento degli impianti di produzione. SM