Guida agli impianti a Biomassa

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BIOMASSA

Introduzione

L’ultimo Report statistico del Gse (Gestore dei servizi energetici) sulle fonti rinnovabili ha confermato il primato della biomassa: si tratta della prima fonte verde italiana, con una quota di oltre un terzo (7,5 Mtep) di tutta l’energia green consumata (22 Mtep). Questo primato è dovuto in larga parte al consumo di biomassa solida sotto forma legna, cippato e pellet per il riscaldamento domestico, mentre c’è ampio margine di crescita per l’utilizzo energetico della biomassa nelle aziende. Nei territori più ricchi di materia prima boschiva il consumo di biomassa nei settori non residenziali è già ampiamente diffuso per alimentare centrali termiche e cogenerative: la provincia di Bolzano consuma il 21,5% del totale nazionale, seguito dalla Lombardia (15,1%) e dal Piemonte (12,7%). L’utilizzo di questa risorsa in sostituzione delle fonti fossili è conveniente sia dal punto di vista economico che da quello ambientale, ed è particolarmente virtuoso se si sfrutta materia prima da filiera corta o scarti di produzione. In questa guida spieghiamo cosa è la biomassa legnosa, quali sono i vantaggi e come funzionano i generatori di calore a biomassa, presentando anche i casi di aziende che hanno installato con successo soluzioni Viessmann.

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Tipologie e caratteristiche della biomassa legnosa

Al contrario delle fonti di energia di origine fossile, come il gas, la biomassa legnosa è una materia prima rinnovabile che brucia senza alterare l’equilibrio globale della CO2 (si dice che la combustione del legno  sia “carbon neutral”). Le biomasse solide di origine legnosa utilizzate per scopi energetici sono sostanzialmente di due tipologie:

  • residui derivati dalla gestione boschiva e dai rifiuti come sfalci e potature del verde pubblico e privato;
  • scarti di lavorazione delle imprese che lavorano il legno.

 

La biomassa legnosa può essere utilizzata allo stato naturale, sotto forma di legna a ciocchi, oppure dopo un trattamento che, oltre a facilitarne lo stoccaggio, riduce il contenuto di acqua aumentando il potere calorifico. Quest’ultimo è un parametro che indica la resa energetica ed è quindi da considerare nella scelta del combustibile: rappresenta la quantità di energia termica contenuta in un kg di combustibile ed è inversamente proporzionale al contenuto idrico che si indica con la lettera M (per un approfondimento sulle caratteristiche della biomassa è disponibile questo articolo).

Qui si seguito riportiamo le principali tipologie “normalizzate” di biomassa legnosa utilizzate nei generatori di calore.

  • Pellet: costituito da cilindretti di piccola lunghezza, ricavati da residui legnosi pressati in apposite macchine, è caratterizzato da bassa umidità (inferiore al 10%), elevata compattezza e alto potere calorifico (≥ 4,6 kWh/kg). È molto facile da immagazzinare ed è indicato per piccoli e medi impianti;
  • bricchetti: con residui legnosi più grossolani vengono prodotti i bricchetti, ossia dei tronchetti pressati di dimensione variabile .Il potere calorifico dei bricchetti è simile a  quello del pellet (> 4,3 kWh/kg) e il loro utilizzo indicato sia in impianti piccoli che medi;
  • cippato: il termine deriva dall’inglese “chips” e indica pezzettini di legno ricavati dalla lavorazione meccanica del legno vergine. Si tratta di un combustibile caratterizzato da una potenza calorifica variabile a seconda del grado di umidità: il cippato A1+ ha un contenuto idrico (M) inferiore al 10% del peso totale (potenza calorifica > 4,3 kWh/kg) , l’A1 ha percentuale inferiore al 25%, l’A2 inferiore al 35% e, infine, il B1 - B2 ha un M variabile fino al 60%.

Per l’approvvigionamento della biomassa è possibile rifornirsi direttamente da produttori locali (piantagioni a rapido accrescimento o valorizzazione dei residui boschivi) oppure dai distributori che reperiscono il combustibile sul mercato. Solamente con l’utilizzo di biomassa con caratteristiche dichiarate e costanti nel tempo è possibile scegliere il generatore idoneo, la linea di trattamento dei fumi e gli impianti ausiliari, in grado di garantire il miglior rendimento e il contenimento delle emissioni.


APPROFONDIMENTO

Le tipologie di combustibile, il funzionamento degli impianti, i vantaggi economici e ambientali: quello che c’è da sapere sulle caldaie a biomassa per le imprese.

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Come funzionano gli impianti a biomassa

Le biomasse solide legnose vengono trasformate in energia termica tramite la combustione che avviene all’interno di caldaie specifiche, progettate per garantire un processo efficiente in funzione delle caratteristiche della biomassa (umidità, pezzatura, percentuale di inerti, ecc). Durante la combustione avviene l’emissione di monossido di carbonio, ossidi d’azoto e polveri: queste sostanze, tuttavia, sono ridotte al minimo grazie alle moderne tecnologie che assicurano una buona combustione e grazie ai sistemi di abbattimento.

Le caldaie a biomassa sono costituite da questi componenti principali:

  • deposito di stoccaggio per consentire il funzionamento continuativo del generatore;
  • impianto di estrazione e trasporto del combustibile dal silo di stoccaggio alla camera di combustione;
  • impianto di combustione (camera di combustione con dispositivi interni per la movimentazione del combustibile, ventilatori per l’apporto regolato del comburente, sistemi per la rimozione delle ceneri residue);
  • sistema di recupero del calore dai fumi di scarico (corpo caldaia e eventuale economizzatore);
  • impianto di estrazione, trattamento ed espulsione dal camino dei gas combusti.

Le caldaie a biomassa utilizzate nelle imprese sono di tipo automatico a griglia fissa o mobile:

  • caldaie a griglia fissa: consigliate per la combustione di biomasse solide di pezzatura omogenea e a basso contenuto idrico (M<35/40%) e basso contenuto di cenere (<3%). Una coclea  meccanica permette l’evacuazione delle ceneri, che vengono raccolte in un contenitore esterno;
  • caldaie a griglia mobile: adatte per l’impiego di biomasse solide con percentuale di contenuto idrico fino al 60% e più elevato contenuto di cenere, hanno potenza medio-grande (da 100 kW fino a decine di MW); la griglia è composta da più elementi mobili che consentono l’avanzamento lento del combustibile lungo un piano più o meno inclinato. La morfologia della griglia ha il vantaggio di far muovere il combustibile in maniera controllata. 

Nello schema sottostante è rappresentata una caldaia con focolare a griglia mobile piana.

L’introduzione del combustibile (1) sulla griglia del focolare può avvenire mediante coclea o spintore idraulico. La griglia mobile (2) trasporta il combustibile attraverso la zona di combustione primaria del focolare (3) fino al sistema di rimozione cenere (4). L’aria primaria (5) viene convogliata sotto la griglia e preriscaldata con appositi scambiatori. L’introduzione dell‘aria secondaria (6) avviene con una serie di ugelli, in modo da imprimere un moto turbolento per miscelare i vari gas (7) per una combustione completa. I gas dei fumi investono lo scambiatore (8) cedendo calore al fluido primario (acqua oppure olio diatermico). Il ventilatore (9) convoglia i gas di scarico all‘impianto di depurazione e filtraggio fumi. Nella zona di combustione primaria, l’immissione dei gas di scarico può avvenire sotto (10) o sopra la griglia (11). I gas di ricircolo servono per migliorare la combustione e ridurre le emissioni.

A livello impiantistico sono inoltre fondamentali:

  • la presenza di accumulatori termici che facilitino la gestione dei picchi/cadute di richiesta di calore e quindi consentano di “smussare” repentine modificazioni del regime di combustione, che diminuiscono l’efficienza dell’impianto e generano più inquinanti;
  • la manutenzione programmata per garantire il corretto funzionamento dei sistemi di combustione e di abbattimento.

 

Esempio impianto a biomassa con sistema di estrazione combustibile a rastrelli

Costruzione in time lapse Vitoflex SRT 300

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I vantaggi della biomassa

Utilizzare biomassa per generare calore comporta tre ordini di vantaggi rispetto al consumo di fonti fossili (leggi anche questo articolo per approfondire i vantaggi della biomassa).

  1. Il primo è strategico. La biomassa è una fonte rinnovabile di cui l’Italia è ricca: un utilizzo sostenibile dei boschi consentirebbe al nostro Paese di avere a disposizione una risorsa locale in grande quantità senza dover ricorrere all’importazione di gas e petrolio.
  2. Il secondo vantaggio è ambientale. Le emissioni di CO2 generate dalla combustione di biomassa legnosa non sono “aggiuntive”, ma corrispondono alla quantità di anidride carbonica assorbita dalla pianta nel suo ciclo di vita. Le altre emissioni di sostanze nocive come CO, NOx, composti organici volatili e particolati, sono ridimensionate (fino al 90%) grazie alle tecnologie efficienti di combustione, che garantiscono alte temperature e basso eccesso d’aria.
  3. Il terzo vantaggio è economico. Una moderna caldaia a biomassa vanta rendimenti elevati (anche superiori al 90%) paragonabili a quelli degli impianti a gas. A fronte di un costo dei generatori più alto, la biomassa ha però prezzi decisamente inferiori, garantendo inoltre oscillazioni di prezzo più contenute. Come si vede nella tabella sottostante (rilevazione Aiel aprile 2019, costo dell’energia primaria in euro/MWh al consumatore finale, trasporto escluso), si va dai 23 euro/MWh del cippato M50 ai 143 euro del gasolio da riscaldamento. Per sapere di più sui vantaggi economici della biomassa è disponibile questo articolo).

 

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I settori di applicazione

L’utilizzo della biomassa è indicato in tutte le situazioni in cui non è presente la rete di fornitura del gas ed è necessario installare un impianto termico o sostituirne uno obsoleto a gasolio. Inoltre, è particolarmente conveniente (e virtuoso) se si può sfruttare materia prima disponibile localmente, come i materiali risultanti dal mantenimento delle aree boschive o residui della lavorazione del legno. Inoltre, non è da sottovalutare il vantaggio dell’immagine “green” di cui possono beneficiare le imprese: specie in alcuni contesti, l’impianto a biomassa può diventare un asset da raccontare e da mostrare ai clienti.

Questi sono i settori principali dove le caldaie a biomassa sono implementate con successo:

Serre e Vivai

piscine

 

I costi di riscaldamento delle serre possono arrivare al 40% dei costi totali; situate in aree generalmente non servite dalla rete del metano, spesso utilizzano vecchi impianti a gasolio, inefficienti e inquinanti. La loro sostituzione con caldaie a biomassa consente un notevole risparmio sul combustibile, il miglioramento dei parametri ambientali e la valorizzazione di materia prima di origine agricola;

Alberghi

alberghi

 

In strutture situate in aree montane e boschive con ampia disponibilità di materia prima, la biomassa è un’ottima alternativa ai combustibili fossili per il riscaldamento degli ambienti e dei centri wellness; l’hotel deve avere uno spazio sufficiente per installare il deposito di stoccaggio;

Aziende della lavorazione del legno

industria

 

Possono sfruttare gli scarti di lavorazione a scopi energetici; tra queste vi sono segherie medio-grandi, produttori di pannelli, produttori di pellet. In alcuni casi il calore generato viene utilizzato anche per processi produttivi, per esempio per l’essicazione del legno;

Teleriscaldamento

industria

 

Realtà pubbliche o private, anche in modalità cogenerativa, sfruttano la disponibilità di biomassa legnosa da filiera corta.

 

Montaggio in loco generatore a biomassa Vitoflex 300-SRT

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Gli incentivi per gli impianti a biomassa

Le imprese che installano un impianto a biomassa possono accedere a vari incentivi. I due più importanti sono:

Conto Termico. Si tratta di una misura destinata alla PA, ai privati e alle imprese che incentiva interventi per l'incremento dell'efficienza energetica e la produzione di energia termica da fonti rinnovabili per impianti di dimensioni medio piccole, finanziando fino al 65% delle spese sostenute. Il Conto Termico agevola l’installazione di caldaie a biomassa fino a un massimo di 2 MW di potenza post-intervento (sommando cioè la potenza di eventuali altri generatori di calore esistenti) destinate alla climatizzazione invernale e alla produzione di acqua calda in sostituzione di impianti precedenti. Per le sole aziende agricole e le imprese operanti nel settore forestale è incentivata, oltre alla sostituzione, l’installazione di nuovi impianti di climatizzazione invernale. L’incentivo non può essere sfruttato per impianti che producono calore per i processi produttivi.

Certificati Bianchi. Le legge di conversione del Decreto Crescita (legge n.58 del 28 giugno 2019) ha fatto chiarezza sulla possibilità di accedere ai Certificati bianchi anche per l’installazione di impianti a biomasse (si veda questo articolo per i dettagli), aprendo le porte agli incentivi anche alle imprese che utilizzano questa fonte energetica per il calore di processo. L’incentivo è determinato in base all’energia non rinnovabile sostituita dalla biomassa o da altre rinnovabili. Gli impianti, inoltre, devono rispettare i limiti di emissioni riportati nel D.M. 16 febbraio 2016 che regola l’ultima versione del Conto Termico.

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I casi di successo che utilizzano impianti a biomassa Viessmann

PROGETTO

ALPIN WELLNESS HOTEL KRISTIANIA

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Biomassa

PROGETTO

ALPIN WELLNESS HOTEL KRISTIANIA

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Biomassa

L'Hotel Kristiania in Val di Sole in provincia di Trento, una struttura 4 stelle Superior, ha scelto la biomassa di filiera corta per il riscaldamento e la produzione di acqua calda sanitaria necessari per gli alloggi e il centro wellness. Il combustibile della caldaia Viessmann Vitoflex da 850 kW, infatti, è a cippato di legna proveniente dagli scarti di lavorazione di una segheria che si trova vicino alla struttura. Vitoflex è una caldaia progettata per la combustione di cippato umido, pellet, residui di segheria o dei boschi con un rendimento che arriva al 92%. L’impianto è dotato di un accumulo termico con capacità di accumulo di 14.000 litri di acqua.

PROGETTO

FLORICOLTURA ALBERTI

biomassbiomass

BIOMASSA

PROGETTO

FLORICOLTURA ALBERTI

biomassbiomass

BIOMASSA

L’installazione di una caldaia a biomassa ha consentito alla Floricoltura Alberti di Sedena di Lonato (BS), specializzata nella coltivazione di piante ornamentali, di dimezzare i costi energetici, grazie all’impiego del pellet come combustibile al posto del gasolio utilizzato con il precedente impianto termico. La caldaia installata è una Vitoflex 300-RF a griglia mobile con potenza di 540 kW, caratterizzata da un rendimento del 92%. L’intervento è stato realizzato e finanziato interamente dalla Esco Enerqos, che ha valutato un tempo di ritorno dell’investimento di soli cinque anni.

PROGETTO

PEDROSS SPA

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BIOMASSA

PROGETTO

PEDROSS SPA

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BIOMASSA

Un esempio di utilizzo di scarti di lavorazione del legno a fini energetici è quello di Pedross Spa , importante gruppo a livello mondiale nel settore dei battiscopa e accessori per pavimento, che qualche anno fa ha installato un impianto di cogenerazione composto da una caldaia a biomassa Viessmann Vitoflex 350-VFE a olio diatermico da 2,5 MW di potenza abbinata a un turbogeneratore ORC da 400 kW elettrici. In inverno il calore prodotto è utilizzato per riscaldare lo stabilimento e gli uffici, mentre in estate è ceduto alla rete di teleriscaldamento locale. L’energia elettrica prodotta in cogenerazione è in parte auto-consumata e in parte ceduta in rete. L’impianto è totalmente alimentato con la parte vergine degli scarti di produzione, in forma di truciolo e polvere di segatura, raccolti nelle linee di produzione e convogliati in un grande silo esterno.

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Le soluzioni Viessmann per il riscaldamento a biomassa

Viessmann offre un’ampia gamma di impianti a biomassa, con potenze che vanno da 110 a 13.000 kW, altamente efficienti e in grado di utilizzare diversi combustibili di origine legnosa. Nel centro ricerca situato presso la sua sede di Hard (Austria), vengono condotti test con diversi combustibili in base ai quali la tecnologia viene costantemente migliorata. Dall’attività di ricerca derivano tecnologie per la combustione con emissioni ridotte e l’ottimizzazione delle camere di combustione, con importanti benefici di rendimento e ambientali. Il tipo di combustibile e altri requisiti specificati dal cliente determinano la scelta del sistema di combustione. È possibile scegliere tra sistemi di combustione alimentati con spintore   o coclea, con griglia fissa, mobile piana o inclinata, a insufflaggio o sistemi speciali, tutti disponibili anche in versione Low NOx per la riduzione delle emissioni di ossidi di azoto.

Le gamma di sistemi a combustione a biomassa Viessmann

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