ISPRA Istituto Superiore per la Protezione e la Ricerca Ambientale
Rischi ambientali connessi all’uso di biomassa per produzione diretta di energia: valutazioni tecniche ed economiche
ANALISI DEI FATTORI DI IMPATTO
I problemi d’impatto ambientale dovuti ai processi di trattamento di biomassa per ricavare energia, quali digestione con incluso compostaggio, incenerimento e gassificazione, sono dovuti a immagazzinamento, gas prodotto dagli impianti e dell’acqua di risulta. L’immagazzinamento della biomassa è un passo che non può essere evitato poiché la sua stagionalità non offre una fornitura giornaliera certa, in grado di far marciare l’impianto senza accumulare scorte. La soluzione migliore sarebbe quella di accumulare una quantità di biomassa preferibilmente non superiore a quattro giorni di marcia a pieno regime dell’impianto. La biomassa di origine agricola, nel termine di tre mesi, può, infatti, degradare e perdere carboidrati che, oltre a far diminuire il suo potere calorifico, creano problemi alle falde acquifere. La biomassa accumulata in magazzino deve essere protetta dagli agenti atmosferici, solo il legno è resistente rispetto a questi ultimi, e deve essere ben aerata in modo da evitare rapido degradamento, formazione di liquami e di biogas. I primi sono pericolosi per le falde acquifere, il biogas perché le sue emissioni, se non controllate, contribuiscono all’effetto serra molto di più della sola anidride carbonica e, miscelato con aria, può dare origine a esplosioni. Qualora la biomassa sia costituita anche da rifiuti agricoli, occorre evitare l’emissione di cattivi odori, derivati dalla loro putrefazione, mediante un trattamento d’essiccamento artificiale o di altre opportune tecniche di abbattimento. In sostanza si deve evitare che l’area di deposito abbia il tempo di trasformarsi in una discarica per rifiuti di origine organica, nucleo d’insetti vari, in particolare mosche e zanzare, di roditori e di topi.Tutti gli impianti di trattamento termico necessitano di efficaci e complessi sistemi per purificare i fumi prodotti che sono accompagnati da sostanze da ridurre drasticamente. I pericoli che possono derivare da un processo di gassificazione sono dovuti alla presenza di fosforo e azoto, nella biomassa d’origine agricola, per la capacità di dare fosfina e ammoniaca. Termodinamicamente il processo di gassificazione non è così riducente da permettere la formazione di questi composti. Durante l’esercizio dell’impianto, l’analisi chimica della fosfina nel gas di sintesi uscente da un processo di gassificazione, mostra che questa sostanza non è presente a livelli pericolosi (>0,267g/Nm3), e la presenza di un catalizzatore di nickel assicura che la concentrazione di ammoniaca sia inferiore al limite di tolleranza (50 ppmv) nei fumi di uscita. In particolare, per il processo di digestione1 occorre considerare anche l’impatto di formazione compost. Restano i problemi concernenti il rumore dei macchinari che può rappresentare un importante inquinamento acustico. Un altro rischio presente, sono i guasti che si possono verificare quando l’impianto è in funzione,con conseguente dispersione nell’ambiente delle sostanze evidenziate nell’analisi dell’impatto ambientale. Oltre alla predisposizione di sensori per l’analisi dei gas e di altri effluenti come le acque di lavaggio, occorre anche determinare un tempo probabile di vita media per ciascun componente critico e intervenire prima che questo tempo di vita previsto sia terminato, applicando in maniera estensiva i concetti della manutenzione preventiva. Il personale deve inoltre essere addestrato a riconoscere il più presto possibile i segnali di malfunzionamento provenienti dai sensori e a intervenire di conseguenza seguendo uno schema d'intervento già prestabilito. Nei processi di digestione anaerobica, un grosso rischio è costituito3 da perdite di biogas che possono fuoriuscire dall’impianto di digestione, mescolarsi con l’aria dell’ambiente circostante ad un livello tale da provocare il pericolo esplosione. Contro tale rischio è necessario premunirsi con sistemi di monitoraggio che possono avvertire i trafilamenti di biogas, prima che si rendano pericolosi, in modo che il personale addetto possa intervenire tempestivamente. Il pericolo d’esplosione, anche se in misura minore, esiste anche per il gas di sintesi che proveniente dagli impianti di gassificazione; anche qui, come per gli impianti di digestione, occorre affidarsi a opportuni sensori e a personale addestrato a intervenire prontamente.
Oltre alla produzione e perdite di biogas, deve essere controllata in continuo la temperatura del reattore e l’esistenza di ulteriori perdite dell’impianto dovute a rottura e fenomeni corrosivi.
EFFETTI AMBIENTALI INDIRETTI
Alcuni effetti ambientali indiretti, dovuti ai processi di trattamento di biomassa, digestione, incenerimento e gassificazione, per ricavare energia, sono insiti nella locazione scelta per l’impianto stesso, COME IL CAMBIO DI DESTINAZIONE DA AGRICOLO A INDUSTRIALE CON UN EVIDENTE CAMBIAMENTO NELLA DESTINAZIONE E NEL GODIMENTO DELL’AREA PRESCELTA.
Vi sono problemi legati al trasporto che si evidenziano nel caso in cui la località prescelta non è raggiungibile perché decentrata, e quindi occorre allacciare l’impianto costruendo strade e/o ferrovie trasformando in parte l’ambiente circostante la fabbrica. Inoltre il trasporto è un’attività che consuma energia, che va considerata nel redigere il bilancio energetico netto dell’impianto. Questo elemento è considerato nell’analisi economica qui fatta sottraendo al ricavo dell’energia venduta la spesa per il trasporto che può inoltre accrescere l’inquinamento locale con la produzione di polveri sottili .Un altro importante problema, relativo al trasporto, è la diffusione nell’ambiente di polveri dovute alla frantumazione della biomassa trasportata. Questa può essere evitata o prendendo precauzioni come quella di coprire mediante teloni la biomassa durante la sua movimentazione, o utilizzando appropriati container.
CONFRONTO TRA LE MIGLIORI TECNICHE
E TECNOLOGIE DISPONIBILI E STRATEGIE
DI MIGLIORAMENTO
Dal punto di vista della tutela dell’ambiente i tre processi qui considerati per trattare la biomassa, hanno in comune i problemi a monte del processo vero e proprio, legati principalmente al trasporto e all’immagazzinamento della biomassa stessa. Il processo di digestione anaerobica che produce biogas e materia prima per il compost, può essere considerato, riguardo al recupero energetico, UN PROCESSO D’INCENERIMENTO, se la combustione del biogas è completa, o di “gassificazione” con ottenimento di gas di sintesi mediante ossidazione parziale del biogas. Molti dei suoi vantaggi e svantaggi, quindi, sono legati al trattamento del biogas per ottenere energia termica ed elettrica. E’ un valido aiuto ai processi di trattamento termico, specie se si vuole utilizzare biomassa da rifiuti urbani non nocivi(*), perché permette di trattare rifiuti “umidi” e mandare al trattamento termico biomassa con una composizione adeguata.
La gassificazione che, come descritto, è un processo di recupero energetico da biomassa, è in grado di superare i limiti che il rispetto delle specifiche ambientali impongono all’incenerimento, specie per quel che riguarda la diossina, poiché non richiede post combustori, dato il suo ambiente riducente sfavorevole alla formazione di diossine e composti similari. Questo processo produce un gas che ha circa 80% dell’energia della biomassa, il doppio della resa energetica tipica dei processi d'incenerimento, giacché si può sfruttare, oltre al calore sensibile del gas prodotto, anche quello dovuto alle reazioni di ossidazione del gas di sintesi, ottenendo così un miglior rendimento nel trasformare l'energia termica in elettrica. Il gas prodotto può contenere come inquinanti HCl, H2S e, seppure in misura minore, NOx e deve perciò essere depurato, in appositi impianti. Sono sorti inoltre problemi nell’esercizio di alcuni gassificatori industriali relativi ai costi di produzione di gas di sintesi depurato da catrame data la difficoltà di controllo della produzione di catrami e la presenza di TOC (carbonio organico totale).
I problemi d’impatto ambientale dovuti ai processi di trattamento di biomassa per ricavare energia, quali digestione con incluso compostaggio, incenerimento e gassificazione, sono dovuti a immagazzinamento, gas prodotto dagli impianti e dell’acqua di risulta. L’immagazzinamento della biomassa è un passo che non può essere evitato poiché la sua stagionalità non offre una fornitura giornaliera certa, in grado di far marciare l’impianto senza accumulare scorte. La soluzione migliore sarebbe quella di accumulare una quantità di biomassa preferibilmente non superiore a quattro giorni di marcia a pieno regime dell’impianto. La biomassa di origine agricola, nel termine di tre mesi, può, infatti, degradare e perdere carboidrati che, oltre a far diminuire il suo potere calorifico, creano problemi alle falde acquifere. La biomassa accumulata in magazzino deve essere protetta dagli agenti atmosferici, solo il legno è resistente rispetto a questi ultimi, e deve essere ben aerata in modo da evitare rapido degradamento, formazione di liquami e di biogas. I primi sono pericolosi per le falde acquifere, il biogas perché le sue emissioni, se non controllate, contribuiscono all’effetto serra molto di più della sola anidride carbonica e, miscelato con aria, può dare origine a esplosioni. Qualora la biomassa sia costituita anche da rifiuti agricoli, occorre evitare l’emissione di cattivi odori, derivati dalla loro putrefazione, mediante un trattamento d’essiccamento artificiale o di altre opportune tecniche di abbattimento. In sostanza si deve evitare che l’area di deposito abbia il tempo di trasformarsi in una discarica per rifiuti di origine organica, nucleo d’insetti vari, in particolare mosche e zanzare, di roditori e di topi.Tutti gli impianti di trattamento termico necessitano di efficaci e complessi sistemi per purificare i fumi prodotti che sono accompagnati da sostanze da ridurre drasticamente. I pericoli che possono derivare da un processo di gassificazione sono dovuti alla presenza di fosforo e azoto, nella biomassa d’origine agricola, per la capacità di dare fosfina e ammoniaca. Termodinamicamente il processo di gassificazione non è così riducente da permettere la formazione di questi composti. Durante l’esercizio dell’impianto, l’analisi chimica della fosfina nel gas di sintesi uscente da un processo di gassificazione, mostra che questa sostanza non è presente a livelli pericolosi (>0,267g/Nm3), e la presenza di un catalizzatore di nickel assicura che la concentrazione di ammoniaca sia inferiore al limite di tolleranza (50 ppmv) nei fumi di uscita. In particolare, per il processo di digestione1 occorre considerare anche l’impatto di formazione compost. Restano i problemi concernenti il rumore dei macchinari che può rappresentare un importante inquinamento acustico. Un altro rischio presente, sono i guasti che si possono verificare quando l’impianto è in funzione,con conseguente dispersione nell’ambiente delle sostanze evidenziate nell’analisi dell’impatto ambientale. Oltre alla predisposizione di sensori per l’analisi dei gas e di altri effluenti come le acque di lavaggio, occorre anche determinare un tempo probabile di vita media per ciascun componente critico e intervenire prima che questo tempo di vita previsto sia terminato, applicando in maniera estensiva i concetti della manutenzione preventiva. Il personale deve inoltre essere addestrato a riconoscere il più presto possibile i segnali di malfunzionamento provenienti dai sensori e a intervenire di conseguenza seguendo uno schema d'intervento già prestabilito. Nei processi di digestione anaerobica, un grosso rischio è costituito3 da perdite di biogas che possono fuoriuscire dall’impianto di digestione, mescolarsi con l’aria dell’ambiente circostante ad un livello tale da provocare il pericolo esplosione. Contro tale rischio è necessario premunirsi con sistemi di monitoraggio che possono avvertire i trafilamenti di biogas, prima che si rendano pericolosi, in modo che il personale addetto possa intervenire tempestivamente. Il pericolo d’esplosione, anche se in misura minore, esiste anche per il gas di sintesi che proveniente dagli impianti di gassificazione; anche qui, come per gli impianti di digestione, occorre affidarsi a opportuni sensori e a personale addestrato a intervenire prontamente.
Oltre alla produzione e perdite di biogas, deve essere controllata in continuo la temperatura del reattore e l’esistenza di ulteriori perdite dell’impianto dovute a rottura e fenomeni corrosivi.
EFFETTI AMBIENTALI INDIRETTI
Alcuni effetti ambientali indiretti, dovuti ai processi di trattamento di biomassa, digestione, incenerimento e gassificazione, per ricavare energia, sono insiti nella locazione scelta per l’impianto stesso, COME IL CAMBIO DI DESTINAZIONE DA AGRICOLO A INDUSTRIALE CON UN EVIDENTE CAMBIAMENTO NELLA DESTINAZIONE E NEL GODIMENTO DELL’AREA PRESCELTA.
Vi sono problemi legati al trasporto che si evidenziano nel caso in cui la località prescelta non è raggiungibile perché decentrata, e quindi occorre allacciare l’impianto costruendo strade e/o ferrovie trasformando in parte l’ambiente circostante la fabbrica. Inoltre il trasporto è un’attività che consuma energia, che va considerata nel redigere il bilancio energetico netto dell’impianto. Questo elemento è considerato nell’analisi economica qui fatta sottraendo al ricavo dell’energia venduta la spesa per il trasporto che può inoltre accrescere l’inquinamento locale con la produzione di polveri sottili .Un altro importante problema, relativo al trasporto, è la diffusione nell’ambiente di polveri dovute alla frantumazione della biomassa trasportata. Questa può essere evitata o prendendo precauzioni come quella di coprire mediante teloni la biomassa durante la sua movimentazione, o utilizzando appropriati container.
CONFRONTO TRA LE MIGLIORI TECNICHE
E TECNOLOGIE DISPONIBILI E STRATEGIE
DI MIGLIORAMENTO
Dal punto di vista della tutela dell’ambiente i tre processi qui considerati per trattare la biomassa, hanno in comune i problemi a monte del processo vero e proprio, legati principalmente al trasporto e all’immagazzinamento della biomassa stessa. Il processo di digestione anaerobica che produce biogas e materia prima per il compost, può essere considerato, riguardo al recupero energetico, UN PROCESSO D’INCENERIMENTO, se la combustione del biogas è completa, o di “gassificazione” con ottenimento di gas di sintesi mediante ossidazione parziale del biogas. Molti dei suoi vantaggi e svantaggi, quindi, sono legati al trattamento del biogas per ottenere energia termica ed elettrica. E’ un valido aiuto ai processi di trattamento termico, specie se si vuole utilizzare biomassa da rifiuti urbani non nocivi(*), perché permette di trattare rifiuti “umidi” e mandare al trattamento termico biomassa con una composizione adeguata.
La gassificazione che, come descritto, è un processo di recupero energetico da biomassa, è in grado di superare i limiti che il rispetto delle specifiche ambientali impongono all’incenerimento, specie per quel che riguarda la diossina, poiché non richiede post combustori, dato il suo ambiente riducente sfavorevole alla formazione di diossine e composti similari. Questo processo produce un gas che ha circa 80% dell’energia della biomassa, il doppio della resa energetica tipica dei processi d'incenerimento, giacché si può sfruttare, oltre al calore sensibile del gas prodotto, anche quello dovuto alle reazioni di ossidazione del gas di sintesi, ottenendo così un miglior rendimento nel trasformare l'energia termica in elettrica. Il gas prodotto può contenere come inquinanti HCl, H2S e, seppure in misura minore, NOx e deve perciò essere depurato, in appositi impianti. Sono sorti inoltre problemi nell’esercizio di alcuni gassificatori industriali relativi ai costi di produzione di gas di sintesi depurato da catrame data la difficoltà di controllo della produzione di catrami e la presenza di TOC (carbonio organico totale).