Analisi della sostenibilità tecnica ed economica della produzione di energia da biomasse legnose per centrali di media-piccola potenza

Abstract

La tesi analizza la sostenibilità tecnica ed economica di una microfiliera energetica basata sul consumo di biomassa aziendale per il riscaldamento termico degli edifici del CRA-ING di Monterotondo (Roma). L’analisi, sviluppata su quattro casi studio, ha riguardato sia aspetti attinenti alla costituzione della microfiliera energetica in relazione alla produzione interna di biomassa da short rotation forestry di pioppo (SRF) e a potenziali approvvigionamenti da piccole formazioni forestali esterne all’azienda, sia aspetti relativi ai singoli processi produttivi, sviluppando un’analisi di ottimizzazione della logistica della raccolta della SRF ad utilizzo energetico. I risultati conseguiti dai primi tre casi studio hanno permesso lo sviluppa un modello economico di analisi complessiva della sostenibilità della filiera in esame. La produzione media di biomassa ottenuta dalla SRF con i cloni AF2 (P. x canadensis Moench), AF6 (P. nigra L. x P. x generosa A. Henry) e Monviso (P. x generosa A. Henry x P. nigra L.), riferita al primo (turno biennale) e secondo taglio (turno triennale) della piantagione, è stata rispettivamente di 10,1 e 13,0 t ha-1 anno-1 di sostanza secca, con migliori rese per il clone AF2 rispetto agli altri due cloni. Nel turno triennale, la tipologia d’impianto a file singole ha ottenuti migliori performance produttive rispetto alle file binate, con 13,9 contro 12,2 t ha-1 anno-1 di sostanza secca. L’indagine territoriale condotta nell’area di studio ha posto in evidenza la presenza di 17.445 t di biomassa fresca relativa a piccole formazioni forestali, in parte potenzialmente utilizzabile (poste a distanze inferiori ai 10 km dalla centrale), delle quali circa il 45% presenta dei costi complessivi di utilizzazione inferiori a 45 euro t-1. La stima del costo della raccolta di SRF, con approccio multivariato (PLS), è risultata variabile da 8,69 euro t-1 a 16,56 euro t-1 in relazione all’organizzazione logistica del cantiere. La valutazione economica complessiva del ciclo di vita dell’investimento nei due progetti a confronto, sistema di riscaldamento a biomassa e a gasolio, mostra, per le condizioni sperimentali descritte, un vantaggio complessivo del sistema a biomassa, rispetto a quello a gasolio, di 156.703 euro, corrispondente mediamente a 15,60 euro GJ-1.

The thesis analyzes the technical and economic sustainability of a wood-energy micro-chain based on biomass consumption for thermal heating of the buildings of the CRA-ING of Monterotondo (Rome). The analysis, developed on four case studies, involves both aspects related to the establishment of energy chain in relation to the domestic production of biomass by Short Rotation Forestry (SRF) poplar plantation and potential supply by small forest stands outside the farm. For both these production processes an analysis of the optimization of the logistics of biomass harvesting to energy use was developped. The results from the first three case studies have allowed the development of an economic model of the overall analysis of the sustainability of the woodchain for heating energy production. The average production of biomass obtained by three poplar clones, AF2 (P. x canadensis Moench), AF6 (P. nigra L. x P. x generosa A. Henry) and Monviso (P. generosa A. Henry x P. nigra L.), referring to the first harvesting (two-year cycle) and second harvesting (three-year cycle) of the plantation, was respectively 10.1 and 13.0 t ha-1 year-1 of dry matter, with better yields of the AF2 clone. On the three-year cycle, the single row plantation has achieved better production performance than the twin row plantation, with 13.9 vs. 12.2 t ha-1 year-1 of dry matter. The local survey conducted in the study area has highlighted the presence of 17,445 t of fresh biomass by small forest stands, in part potentially usable in the heating plant and located at a logistic distance of less than 10 km. About 45% of this biomass has a total estimated utilization cost below 45 € t-1. The estimated cost of SRF harvesting, calculated with multivariate approach (PLS), was variable from 8.69 € t-1 to 16.56 € t-1 in relation to the logistic organization of the yard. The global economic evaluation on the life cycle of the investment related to the two compared biomass and diesel heating systems shows, for the experimental conditions described, an overall saving of 156,703 € of the biomass heating system, compared to the diesel heating system, corresponding at a saving per unit of thermal energy of 15.60 € GJ-1.