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Meccanismi di sostegno della co-combustione di biomassa con carbone

CCC/294

Giugno 2019

Xing Zhang

Il carbone riveste ancora un ruolo rilevante nella generazione di energia elettrica. Nel 2017 la produzione mondiale energetica da questo combustibile fossile ha visto un aumento di oltre 250 TWh, equivalente al 40% della produzione in eccesso. Nello stesso anno, si è registrato un aumento significativo delle emissioni globali di CO2 legate alla produzione energetica pari al 1,4 %, con un massimo storico di 32,5 Gt/anno prodotte. Da questi dati emerge la necessità di un intervento più significativo per la riduzione delle emissioni di CO2 legate alla generazione di energia elettrica.

Gli impegni nazionali presi durante la conferenza sul Clima di Parigi del 2015, denominati “Intended Nationally Determined Contribution” (INDC), includono lo sviluppo di fonti energetiche rinnovabili sostenibili, come la biomassa, l’energia solare, idroelettrica, eolica, geotermica e marina. Tutte dovrebbero svolgere un ruolo crescente nel futuro approvvigionamento energetico globale. In particolare, la biomassa presenta vantaggi rispetto ad altre fonti rinnovabili, in quanto può essere immagazzinata ed è disponibile tutto l’anno. Per tali ragioni, la generazione di energia da biomassa è stata ampiamente adottata per perseguire gli obiettivi di riduzione della CO2.

È opinione ormai consolidata che la co-combustione di biomassa e carbone possa offrire nel breve e medio termine un metodo rapido ed economico per decarbonizzare parzialmente la produzione di energia elettrica, sfruttando gli impianti preesistenti.
La co-combustione applicata alle moderne centrali a carbone di grossa taglia, può raggiungere un’efficienza più elevata rispetto agli impianti alimentati al 100% da biomassa. Il costo di adeguamento di queste centrali è significativamente inferiore rispetto al costo di un impianto che utilizza esclusivamente biomassa, inoltre, la co-combustione consente di allungare la vita utile delle centrali a carbone, durante la transizione verso la generazione elettrica a basse emissioni di carbonio.
Purtroppo, la maggior parte della biomassa, fatta eccezione per quella derivante da rifiuti, ha un prezzo a tonnellata più alto rispetto all’equivalente in carbone. Altri inconvenienti della co-combustione sono causati principalmente dalle diverse proprietà della biomassa rispetto al carbone. Queste differenze causano problemi con il trasporto e la movimentazione, la conversione del combustibile, la perdita di efficienza della caldaia, il trascinamento, la produzione di scorie, l’incrostazione, la corrosione e l’utilizzo di ceneri.
Queste problematiche unite ai costi aggiuntivi comportano la necessità, per lo sviluppo di sistemi di conversione basati sulla co-combustione, di adeguati meccanismi di supporto economico da parte dei governi sotto forma di politiche e/o finanziamenti. Alcuni governi sostengono la co-combustione attraverso incentivi e crediti verdi. Negli ultimi anni, tuttavia, è emersa la preoccupazione che se la co-combustione dovesse ricevere gli stessi incentivi delle fonti di energia rinnovabile si potrebbe compromettere lo sviluppo di nuove tecnologie a energia rinnovabile. Di conseguenza, alcuni paesi europei, li hanno ridotti.

L’Europa occidentale, con oltre 20 anni di esperienza, è stata il leader mondiale nell’implementazione della co-combustione di biomassa e carbone. Alcuni paesi, come la Danimarca, i Paesi Bassi e il Regno Unito (per un periodo), dove ha avuto luogo un’intensa attività di co-combustione, hanno sviluppato piani di sostegno, mentre in altri, come Finlandia, Francia, Germania e Italia, nonostante vi siano impianti in funzione, la co-combustione non è considerata una forma di energia rinnovabile, di conseguenza non è sovvenzionata. Molti paesi dell’Europa occidentale pianificano di eliminare gradualmente il carbone entro il prossimo decennio, il che significa che anche la co-combustione si ridurrà, o verrà definitivamente eliminata, portando le centrali a carbone a una chiusura o a una conversione verso l’utilizzo di biomassa al 100%.

Nell’Europa orientale, invece, paesi come Repubblica Ceca, Polonia, Kosovo, Serbia, Grecia e Bulgaria utilizzano ancora la lignite per produrre energia elettrica. In queste centrali elettriche, l’aggiunta di biomassa migliora il potere calorifico della miscela e può migliorare le condizioni di combustione nella caldaia. Tuttavia, sarebbe necessario attuare politiche di supporto per rendere vantaggiosa la co-combustione della biomassa e lignite. L’UE ha sostenuto lo studio della co-combustione di biomassa agricola nelle centrali elettriche a lignite, ma allo stato attuale, gran parte dell’Europa orientale non intende abbandonare il carbone come fonte di energia, anzi, sono in fase di costruzione nuove centrali a carbone nei Balcani, in Grecia e in Polonia.

In Asia, la co-combustione di biomassa sta avendo una rapida espansione, specialmente in Cina, India, Giappone, Malesia, Corea del Sud e Vietnam. La Cina ha iniziato ad utilizzare la co-combustione per ridurre l’inquinamento atmosferico locale, derivante dalla combustione di rifiuti agricole e forestali e fanghi derivanti dal parco di generazione termoelettrica a carbone. Ha inoltre pianificato la costruzione di 89 impianti pilota, uno dei quali è entrato in funzione a settembre 2018, ma tuttavia non dispone ancora di un adeguato meccanismo di incentivazione che favorisca l’impiego della co-combustione.

Figura 1. Primo progetto pilota cinese di co-combustione di biomassa nella centrale elettrica a carbone di Xiangyang (Photo credit: China Hefei Debo Bioenergy Ltd).

Al contrario, grazie agli incentivi statali, la co-combustione sta rapidamente prendendo piede in Giappone e Corea del Sud, nonostante persistano problemi tecnici e operativi. In Giappone alcuni vecchi impianti a carbone sono stati convertiti per raggiungere entro il 2031, attraverso la co-combustione, il 44,3% di standard di efficienza elettrica. In Corea del Sud, la co-combustione è supportata dal “2021 Renewable Portfolio Standard”, e oltre il 90% del pellet utilizzato viene importato in quanto la produzione nazionale non è in grado di soddisfare la domanda. Nel maggio 2018 il governo sudcoreano ha ridotto gli incentivi per la produzione di energia rinnovabile da co-combustione di biomassa, ciò potrebbe avere un impatto negativo sullo sviluppo della tecnologia a causa dei costi elevati a carico dei gestori.

Figura 2. Unità di co-combustione in giappone (Photo credit: Japan Woody Bioenergy Association, 2017)

Il Nord America ha grandi risorse forestali ed è il principale esportatore di pellet di legno. Il suo parco di generazione termoelettrico è vecchio e la co-combustione di biomassa e carbone è penalizzata dalla mancanza di politiche di sostegno economico.

Nonostante siano tra i maggiori estrattori e utilizzatori di carbone, sia l’Australia che il Sudafrica non possiedono impianti di co-combustione, a causa della mancanza di sovvenzioni statali. Accomunati dalla mancanza di incentivi, i due stati si trovano i condizioni opposte per la disponibilità della materia prima: mentre l’Australia ha un grande potenziale per la coltivazione di biomassa e dispone notevoli risorse dagli scarti agricoli e forestali, il Sudafrica non può contare sulla biomassa locale, a causa della scarsità d’acqua, destinata prioritariamente ala produzione alimentare.

La co-combustione di biomassa con carbone per ridurre le emissioni di CO2 può giocare un ruolo cruciale nella transizione verso un settore energetico a basse emissioni di carbonio. Sebbene la co-combustione sia una tecnica relativamente economica per la decarbonizzazione parziale dei parchi di generazione termoelettrici a carbone, sono tuttavia necessari incentivi per renderla economicamente attuabile su vasta scala. Le politiche di sostegno, sia normative che economiche, sono fondamentali per lo sviluppo di questa tecnologia. Paesi con un’esperienza consolidata nel settore della co-combustione della biomassa potrebbero rappresentare un esempio per gli altri e la cooperazione internazionale sarebbe utile per consentire il trasferimento di tecnologie e la condivisione delle conoscenze. AMaiu