sviluppo di un sistema per la valorizzazione energetica

BISAGLIA ET AL., SVILUPPO DI UN SISTEMA PER LA VALORIZZAZIONE ENERGETICA DEI RESIDUI DI POTATURA, P. 1
SVILUPPO DI UN SISTEMA PER LA VALORIZZAZIONE ENERGETICA DEI RESIDUI DI
POTATURA
BISAGLIA C., CUTINI M., ROMANO E.
CRA-ING, Via Milano 43, 24047 Treviglio BG, Italy - [email protected]
Introduzione
Nella conferenza europea di Berlino del 2004, l’UE ha stabilito di voler coprire con le fonti rinnovabili,
entro il 2020, il 20 per cento del consumo totale di energia. Fino ad allora, l’UE auspicava soltanto di
raddoppiare la percentuale di "energie rinnovabili" fino ad arrivare al 12,5 per cento entro il 2010, senza
stabilire ulteriori obiettivi di medio termine.
Il potenziamento della quota di energia rinnovabile ottenibile attraverso l’uso di biomasse rappresenta
uno degli obiettivi maggiormente perseguiti per fronteggiare il continuo aumento del costo del petrolio e
l’incombente esaurirsi delle riserve fossili.
L'energia prodotta da biomasse solide (legno, rifiuti di legno e colture dedicate) nell'Unione Europea è
cresciuta, nel 2010, del 4,8% rispetto all'anno precedente che, a sua volta, aveva registrato un
incremento del 3,6% sul 2008 (stime di EurObserver’ER l'osservatorio europeo delle energie rinnovabili)
evidenziando un trend in significativa crescita. Si stima, per il 2010, un aumento a 76,3 milioni di
tonnellate equivalenti di petrolio (tep) dell'energia prodotta da biomasse solide nell’UE, contro i 72,8
milioni di tep del 2009. Tuttavia, considerando anche altri biocombustibili, il biogas e i rifiuti solidi urbani
si arriva a totalizzare 110,5 milioni di tep in tutto, che risultano ancora al di sotto degli obiettivi indicati
dal Piano d'Azione Europeo per le biomasse che prevedeva, per l’anno considerato, la produzione di
149 milioni di tep.
La raccolta di biomassa legnosa ottenibile dagli scarti della produzione agricola può fornire un notevole
apporto alla biomassa totale necessaria e risolvere, al contempo, la non irrilevante questione del
relativo smaltimento.
I residui di potatura dei vigneti possono rappresentare una fonte di biomassa utile al contributo
energetico, ma la maggior parte delle piantagioni è condotta in difficili condizioni di raccolta che
impediscono l'uso di attrezzature industriali per un eventuale operazione di recupero. Di conseguenza,
vengono raccolti utilizzando strumenti collegabili ai trattori specializzati, che presentano, normalmente,
bassi rendimenti nella raccolta.
I vigneti italiani coprono quasi 2 milioni di ettari (ISTAT, 2002) e la loro potatura annuale, genera
l'equivalente di circa 1 tonnellata di biomassa per ettaro (Laraia et al., 2001). Se a ciò si aggiunge
anche l’apporto dei residui derivanti dalla potatura di oliveti, vigneti e frutteti, il quantitativo di biomassa
recuperabile è stimato pari a circa 2,85 milioni di tonnellate (Di Blasi et al., 1997).
Attualmente, in molte aziende frutticole e vitivinicole per facilitare le operazioni di gestione dei residui di
potatura si eseguono interventi di trinciatura intrafilare che, però, appesantiscono il cantiere di lavoro sia
in termini di macchine supplementari necessarie che di tempistica di esecuzione e possono costituire
veicolo di inoculo di agenti parassitari.
In altri casi, invece , è necessario allontanare dai filari i residui colturali sia per i motivi sanitari (in alcuni
casi obbligatori) già anticipati sia per motivi di gestione dell’impianto. Una volta allontanati i residui si
pone il problema del loro trattamento e/o smaltimento che può avvenire per bruciatura – ove
regolamenti locali consentano la combustione a cielo aperto di prodotti ligneo-cellulosici - oppure per
conferimento in discarica; in questo secondo caso, i residui sono assimilati a rifiuti ed il costo per il loro
smaltimento può assumere connotati di assoluta non convenienza per l’azienda agricola.
Tuttavia, il rapido sviluppo delle bioenergie ha generato una crescente domanda di biomassa
energetica (Masera et al., 2006), fornendo così uno sbocco potenziale per i residui di potatura che
possono efficacemente contribuire alla produzione di legno per l'energia (Ntalos e Grigoriou, 2002), e in
genere svolgono un ruolo importante in qualsiasi analisi della disponibilità di biomassa condotta nelle
regioni del Mediterraneo (Bernetti et al., 2006). Tale opportunità può essere colta solo se la biomassa
viene consegnata all'utente finale con un prezzo conveniente ed una disponibilità sufficientemente
costante.
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Si è accresciuto, dunque, l’interesse nello sviluppo di tecnologie economicamente efficaci per la
raccolta, la prima trasformazione e la consegna dei residui di potatura.
Da alcuni anni, alcuni costruttori di macchine si stanno dedicando a questa problematica, offrendo
diverse soluzioni. Le principali si basano su: i) triturazione in campo oppure ii) raccolta e trasformazione
in balle.
Le macchine progettate per la triturazione sono nate dalla modifica delle diffuse trince, modificate
dotandole di un recipiente di stoccaggio o di un braccio per il conferimento ad un carro. Le macchine
per la formazione delle balle, sia prismatiche che cilindriche, hanno preso spunto dalle convenzionali
presse per foraggi.
Relativamente a quest’ultima tecnologia, uno degli aspetti in corso di studio è rappresentato dalla
razionalizzazione dei cantieri di lavoro basati su imballatrici azionate da trattori a carreggiata ridotta, di
massa contenuta e a basso assorbimento di potenza in quanto sono in grado di ridurre il volume
apparente della massa legnosa recisa e di creare confezioni regolari (prismatiche o cilindriche) facili da
gestire e impiegabili anche come fonte energetica in caldaie commerciali. Uno degli aspetti critici legati
all’utilizzo delle imballatrici è rappresentato dalla necessità di raccogliere in un secondo momento le
balle prodotte con un aggravio sensibile dei tempi totali di lavoro. Si è quindi sviluppato, recentemente,
un prototipo di rotoimballatrice dotata di un innovativo sistema di accumulo e dislocamento delle balle
formate, progettato per liberare dai sarmenti, in un solo passaggio, interfilari fino a 240 m di lunghezza.
La disponibilità di moderne caldaie a pellet con alimentazione ed accensione automatiche, lo sviluppo di
una sempre più capillare rete di stoccaggio e distribuzione ed un costo unitario dell’energia prodotta con
il pellet estremamente conveniente rispetto, ad esempio, a quello derivante dall’uso di gasolio da
riscaldamento (cfr. i dati del censimento di luglio 2010: 4,2 € cent/kWh per il pellet e 7,63 € cent/kWh
per il gasolio; fonte: Propellet, 2010) ha reso questa forma di combustibile estremamente comune in
Europa dove l’Italia rappresenta addirittura il primo mercato per il riscaldamento domestico.
Per tale motivo una recente ricerca proposta dalla Ditta CAEB di Villa d’Almè (BG) e finanziata
nell’ambito del progetto Macchine innovative dell’ENAMA (Ente Nazionale per la Meccanizzazione
Agricola) ha previsto lo sviluppo di un microimpianto costituito da una catena di macchine per
l’ottenimento del pellet dalle rotoballe prodotte ed essiccate in campo (Figura 1) con il supporto
scientifico del CRA-ING, Laboratorio di Treviglio.
Fig. 1 – Schema del processo di produzione di
pellet introdotto con lo sviluppo di un micro
cantiere. La freccia tratteggiata indica la possibilità
di pellettare residui di potatura già cippati e
destinati come tali all’utilizzo energetico, ma che in
un secondo momento si reputa più conveniente
utilizzare come pellet.
Imballatura
dei residui
Stoccaggio
ed
essiccazione
naturale
Cippatura e
stoccaggio in
container
Utilizzo
energetico
come cippato
Pellettatura in
azienda
Utilizzo
energetico
come pellet
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In tal modo, i residui rotoimballati e sottoposti ad essiccazione naturale per un periodo variabile,
indicativamente, da 4 a 6 mesi, durante il normale stoccaggio preferibilmente sotto copertura, vengono
dapprima trinciati - o cippati - da un’idonea operatrice azionabile dal trattore e successivamente
conservati in container meccanizzati.
Tale sequenza operativa, che prevede uno stoccaggio intermedio, è stata concepita valutando l’elevata
capacità oraria delle macchine cippatrici che risulta superiore a quella della pellettatrice. In tal modo,
non solo non si generano colli di bottiglia tra la cippatrice e la pellettatrice, ma si consente all’operatore
di differire nel tempo le due operazioni che possono essere eseguite in funzione della disponibilità di
tempo, rendendo molto flessibile il processo di trasformazione in pellet.
Nel presente lavoro si illustreranno alcune sperimentazioni effettuate sui citati prototipi sia per quanto
riguarda la raccolta dei residui di potatura dai filari di vigneti, sia la loro successiva trasformazione in
chips o in pellets per l’utilizzo energetico.
Materiali e metodi
Metodologia di analisi della rotoimballatrice
Le prove sperimentali della rotoimballatrice dotata di un innovativo accumulatore di rotoballe, sono state
condotte presso un’azienda vitivinicola sita in provincia di Bergamo, ad Almenno San Salvatore,
caratterizzata da differenti giaciture del suolo. La macchina oggetto della prova (Fig.2) è una
rotoimballatrice con accumulatore capace di conservare 7 rotoballe nell’accumulatore più una nella
camera di compressione per un totale di 8 balle estraibili contemporaneamente dall’intrafilare e con
un’autonomia di 120-240 metri considerando 20-30 metri di percorrenza media teorica per ottenere una
singola rotoballa prima di poter eseguire lo scarico in testata (Fig. 3). La potenza minima richiesta da
tale operatrice era di 15,0 kW ed è stata abbinata, durante le prove, ad una trattrice specializzata da
36,7 kW. La velocità della presa di potenza (pdp) è stata impostata per operare entro valori compresi
tra 400 e 450 giri/min. La metodologia di prova è stata basata su quella proposta dall’ENAMA (2003)
per le prove di accertamento delle caratteristiche funzionali di macchine imballatrici.
Fig. 2: La rotoimballatrice con accumulatore
Fig. 3: Fase di scarico delle rotoballe in
testata
Sono stati individuati i principali componenti di ogni fase di lavoro distinguendo i tempi di raccolta dei
sarmenti, di compressione della rotoballa, della sua legatura e del suo scarico. Dalle balle ottenute sono
stati rilevati i pesi e l’umidità media da campioni rappresentativi di sarmenti prelevati dalle balle. Dopo il
passaggio della macchina, per una valutazione qualitativa dell’operato, è stato determinato il
quantitativo residuo di sarmenti non raccolti perché non captati dalla macchina. Sono stati infatti
raccolti, da superfici campione di forma quadrata con lato di un metro distribuite in maniera
randomizzata due volte su ogni filare, i sarmenti residui.
Metodologia di analisi del micro cantiere per la produzione del pellet
Per la fase di produzione del pellet è stato utilizzato un prototipo di microimpianto articolato in due
sezioni indipendenti. La prima sezione processa le potature già essiccate trasformandole in cippato
mentre la seconda trasforma il cippato in pellet.
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Una panoramica generale del prototipo sviluppato è illustrata in Fig. 4.
4
3
2
5
1
Fig. 4 – Un possibile lay-out del microimpianto realizzato per la produzione di pellet su cui si sono eseguite le
prove preliminari di funzionalità (1 = trattore agricolo per l’azionamento del cippatore; 2 = cippatore a martelli a
carica manuale; 3 = container di stoccaggio del cippato; 4 = coclea di alimentazione automatica della
micropellettatrice; 5 = micropellettatrice ad azionamento elettrico).
Il microcantiere prevede una preliminare fase di cippatura dei residui di potatura sottoposti ad
essiccazione naturale.
Per l’azionamento del cippatore è stato previsto l’utilizzo di trattori di piccola potenza, generalmente
sempre presenti nelle aziende frutticole. Per le presenti prove è stato impiegato un trattore specializzato
da frutteto a quattro ruote motrici e carreggiata stretta (<1150 mm, secondo la definizione dell’OECD,
Codice 6), in configurazione standard (telaio fisso e ruote anteriori sterzanti), dotato di arco frontale
abbattibile. Il trattore era un Lamborghini Crono F 55 da 38,5 kW di potenza max. al volano (ECE
R24.03) e 34,5 kW alla presa di potenza (pdp) (OCDE).
Il cippatore era azionato dalla pdp del trattore in modalità 540 ECO. Il dispositivo era realizzato da una
tramoggia cilindrica alta 76 cm ed in grado di ospitare balle della dimensione massima di 50 cm (lato o
diametro). Il sistema di cippatura era costituito da un rotore a 24 martelli rotante a 1400 giri/min e da
una griglia intercambiabile. Nelle presenti prove sono state usate griglie da 26 e da 45 mm (Figg. 5a e
5b) al fine di valutare: la capacità di lavoro del cippatore, la capacità di stoccaggio del container e la
produttività della pellettatrice con scaglie aventi pezzature diverse.
Il prodotto cippato veniva trasportato, pneumaticamente, tramite una tubazione del diametro di 15 cm e
della lunghezza di 60 cm all’interno di un container. Una tubazione supplementare lunga 120 cm (nelle
prove svolte) e con angolazioni variabili rispetto al cippatore consente di individuare la migliore
collocazione del container rispetto al cippatore in funzione dello spazio disponibile presso l’utente.
Il container è costituito da un prisma rovesciato del volume di 2 m3 dotato di una coclea basale e di un
sistema di agitazione a tre assi in grado di alimentare una coclea frontale preposta, a sua volta,
all’alimentazione automatica della pellettatrice.
La coclea basale ha un passo di 80 ed un’altezza di 30 mm con una velocità di 2,5 giri/min. Il sistema di
agitazione/alimentazione è mosso da un motore elettrico della potenza di 0,18 kW.
La coclea frontale di alimentazione della pellettarice ha dimensioni costruttive identiche a quelle della
coclea basale del container, ma ruota all’interno di un tubo a sezione quadra 90 x 90 mm al fine di
prevenire ostruzioni e ingolfamenti; la coclea di alimentazione della pellettatrice ruota ad una velocità di
13,7 giri/min.
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Fig. 5a - Griglia da 26 mm di diametro.
Fig. 5b - Griglia da 45 mm di diametro.
La pellettatrice costituisce la parte più innovativa del cantiere per le sue dimensioni, le modalità
operative e la possibilità di operare con materie prime molto grossolane.
Le dimensioni in altezza dell’intera macchina sono molto contenute (152 cm) mentre la composizione
della stessa si basa su una tramoggia cilindrica di ingresso alta 40 cm e del diametro di 24 cm. Il
cippato viene fatto cadere all’interno di tale tramoggia da dove è direttamente convogliato nella filiera a
tre file protetta da un carter cilindrico di 28 cm di altezza e 44 cm di diametro. La filiera è alimentata da
un eccentrico mosso da un motore elettrico da 4 kW mediante l’interposizione di un super riduttore
espressamente progettato.
Al fine di valutare preliminarmente le principali prestazioni, il sistema è stato monitorato
strumentalmente. Sono state effettuate misurazioni preliminari volte ad individuare sia i principali
parametri operativi del sistema sia le caratteristiche macroscopiche del pellet prodotto. Si sono rilevati,
mediante cronometro digitale, i tempi di carico e di cippatura di balle di sarmenti di vite (Vitis vinifera
Sp.) precedentemente pesate con bilancia analogica. I valori di umidità dei residui sono stati determinati
in stufa ventilata. Le caratteristiche dimensionali dei residui (variabilità min.-max. dei diametri) sono
state determinate su campioni prelevati direttamente dalle rotoballe e misurati con calibro alla base del
taglio. La massa volumica (densità apparente) delle rotoballe è stata determinata considerando il
volume della camera di compressione dell’imballatrice utilizzata.
Si sono misurate le dimensioni (diametro e/o lunghezza) di campioni di cippato e di pellet al fine di
conoscere il campo di variabilità (min.-max.) dimensionale del prodotto
La massa volumica del cippato e del pellet è stata valutata mediante bilancia di precisione, per quanto
riguarda il peso, e utilizzando contenitori di volume noto, per quanto riguarda il volume apparente.
Le richieste di potenza meccanica sono state effettuate mediante interposizione di un torsiotachimetro
tra la pdp del trattore e il cippatore, mentre sono state stimate sulla base dei dati dichiarati per la
potenza elettrica di container e pellettatrice.
I tempi di produzione sia di cippato sia di pellet sono stati misurati nelle condizioni operative riscontrate
da cui si sono tratti elementi per il calcolo di scenari futuri derivanti da possibili sviluppi tecnologici già
da ora previsti sul microcantiere realizzato.
Data la voluta semplificazione dell’impianto, non è stato previsto alcun sistema di raffreddamento del
pellet; pertanto si è monitorata la temperatura dello stesso e delle parti metalliche della filiera mediante
termocamera all’infrarosso.
Risultati
Risultati della rotoimballatrice
Dai dati rilevati durante il lavoro della macchina rotoimballatrice in campo è emerso che il tempo medio
di formazione delle rotoballe è di 56,5 secondi (Tab.1) e la velocità media ottenuta dal rapporto tra il
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tempo di formazione della balla e lo spazio necessario per ottenerla è stato di 0,8 m/s. Il peso medio
delle balle ottenute è stato di 27,3 kg. Lo spazio medio per la formazione della balla è stato di 47,5
±14,9 metri.
Tab. 1 - Scomposizione delle fasi di imballatura e relativi tempi medi
Fase
Raccolta dei sarmenti
Legatura della balla
Scarico della balla
Totale per balla
Tempo di voltata
Tempo (s/balla)
51,9±13,8
2,6±0,5
2
56,5±14,3
21±2,4
Il tempo medio effettivo per la lavorazione di un filare è stato di 193,2 secondi in cui venivano raccolte
circa tre balle. Il tempo medio di voltata è stato di 21 secondi. Considerando il filare medio di 200 m con
interfila di 3 m si aggiunge il tempo di scarico delle rotoballe ogni 6 rotoballe formate, al fine di non
interrompere il lavoro sulla fila successiva. Si ottiene dunque un tempo effettivo di 169,6 secondi a cui si
aggiunge un tempo di voltata di 21 secondi ed un tempo di scarico alla capezzagna di 30 secondi
ottenendo così un tempo di 220,6 secondi ogni due filari. La macchina rotoimballatrice nelle prove in
campo ha dunque dimostrato, nelle condizioni e nella distribuzione dei filari in cui ha lavorato, una
capacità oraria di lavoro pari a 0,98 ha/ora. Bisogna però precisare che la biomassa ottenuta con la
potatura era stata accatastata in andane in ogni interfila. L’analisi statistica ha evidenziato una maggior
deviazione standard sui tempi di formazione delle rotoballe, meno sulle velocità necessarie per
l’ottenimento delle stesse. E’ stato inoltre eseguito il test di Tukey per apprezzare la differenza
significativa tra le cultivar per quanto riguarda le medie dei valori relativi al tempo, alla velocità ed al
peso delle balle. I valori sono riportati in tabella 2.
Tab. 2 - Valori medi dei tempi, delle velocità e dei pesi delle balle ottenute (Test di Tukey)
Franconia
Marzemino
Merlot
Tempo (secondi)
86,11 a
24,66 b
54,00 ab
Velocità (m/s)
0,6709 b
0,9858 a
0,8231 ab
Peso balle (kg)
27,33 a
25,95 a
27,34 a
Per la valutazione qualitativa dell’operato del cantiere, la percentuale di sarmenti residui dopo il
passaggio della macchina sono riportati, distinti per diametro, in tabella 3.
Tab. 3 - Percentuali di biomassa residua dopo il passaggio della rotoimballatrice.
Franconia
Marzemino
Merlot
Ø<4
Ø 5-6
Ø 7 - 10
Ø > 10
28,02
15,73
15,26
32,71
5,20
19,80
20,91
55,42
22,98
18,36
23,65
41,97
Residuo
complessivo
10,31
10,91
18,45
Risultati della pellettatrice
Produzione di cippato
La produzione di cippato si è realizzata mediante il carico manuale di rotoballe di potature di vite
essiccate all’interno del cippatore azionato dalla pdp di un trattore.
Le rotoballe delle dimensioni di 40 cm di diametro e 60 cm di larghezza, avevano un volume di 0,0076
m3, pesavano mediamente 14,9 kg con una media del 16% di umidità ed avevamo una massa volumica
di 198,7 kg/m3.
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La pdp del trattore è stata impostata sul regime 540 ECO e fatta lavorare a 480 giri/min; in queste
condizioni gli assorbimenti potenza sono risultati variare da 9 a 11 kW, in media, in funzione delle
dimensioni della griglia utilizzata. Anche la produttività è risultata variare in funzione della griglia
utilizzata così come la pezzatura del cippato ottenuto che ha, pertanto, determinato i diversi valori di
densità raggiunti dal cippato. Una sintesi dei risultati conseguiti nella produzione di cippato è riportata in
Tab.4.
Tab. 4 – Principali prestazioni del cippatore con rotoballe essiccate di potatura di vite
1
Parametro
Griglia 26 mm Griglia 45 mm
Potenza alla pdp (kW)
11,3
9,8
Produttività netta1(t/h)
0,83
2,24
Produttività lorda2 (t/h)
0,7
1,9
Massa volumica (kg/m3)
228
205
Riduzione volume (%)
30,1
23,8
3
3
Volume prodotto (m /h)
3,1
3,4
senza considerare i tempi morti per l’eliminazione della rete di
legatura, carico manuale, apertura/chiusura del coperchio del
cippatore, regolazioni varie, ecc.
2
considerando un coefficiente di utilizzo dell’85% del tempo per:
eliminazione rete, carico, regolazioni, ecc.
3
considerando la produttività lorda dell’impianto.
Considerando che una tonnellata di potature rotoimballate (equivalente a circa 66 rotoballe) necessita
di circa 6,3 m3 di volume per lo stoccaggio si nota una riduzione del volume apparente variabile dal 23,8
al 30,1% in funzione della dimensione della griglia portando le richieste di volume di stoccaggio da 4,4 a
4,8 m3 per tonnellata di potature.
Pertanto, nelle condizioni di prova il riempimento con cippato del container da 2 m3 avviene in tempi
variabili da 35 a 38 min, in funzione della griglia adottata.
Produzione di pellet
Il pellet viene prodotto a partire dal cippato stoccato nel container ed introdotto per caduta grazie ad un
trasportatore a coclea (Fig. 6) all’interno di una filiera a tre ranghi di fori da 6 mm.
Fig. 6 – Alimentazione automatica della pellettatrice con cippato mediante trasportatore a coclea.
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Un eccentrico azionato da un motore elettrico da 4 kW con l’interposizione di un super riduttore
appositamente progettato da Caeb, comprime il cippato entro i fori della filiera producendo il pellet. Un
coltello sfioratore esterno determina il distacco del pellet secondo la lunghezza desiderata (Fig. 7a).
Date le impostazioni progettuali focalizzate sulla semplificazione dell’impianto, non è stato previsto
alcun sistema di raffreddamento e/o di ventilazione/depolverizzazione del pellet, pertanto è risultato
fondamentale stabilire i parametri di funzionamento dell’eccentrico in funzione delle caratteristiche del
cippato affinché il pellet in formazione non si surriscaldasse.
A seguito di prove preliminari, si è stabilito che una cippatura abbastanza spinta delle potature e una
rotazione lenta dell’eccentrico (15 giri/min) mantenessero la temperatura del pellet entro limiti accettabili
non superiori a 75-78°C.
Il monitoraggio eseguito con fotocamera all’infrarosso ha consentito di accertare il raggiungimento di
tale obiettivo, come illustrato in Figura 7b.
Fig. 7a - Pellet prodotto da cippato integrale di vite.
Fig. 7b - Immagine all’infrarosso con la temperatura del
pellet prodotto.
Dato lo stadio di sviluppo del prototipo, le analisi sul pellet sono state limitate alle principali
caratteristiche fisiche al fine di valutare la fattibilità globale del progetto; solo in fasi successive è
prevista l’analisi dettagliata dei parametri chimico-fisici indicati dai più accreditati standard produttivi sul
pellet - tra cui in particolare lo standard “PelletGold” – e le prove di combustione in caldaia.
La Tabella 6 riporta una sintesi dei principali parametri presi in considerazione allo stato attuale di
sviluppo del progetto.
Tab. 6 – Principali caratteristiche fisiche del pellet prodotto
Parametro
Valore
Diametro (mm)
6
Lunghezza, min.-max. (mm) 8-18
Umidità (%)
14
Densità apparente (kg/m3)
802
Ceneri
n.d.
Durabilità meccanica
n.d.
Azoto
n.d.
Cloro
n.d.
Zolfo
n.d
Potere Calorifico Inferiore
n.d
n.d. = non determinato
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La produzione di pellet comporta un significativo incremento della massa volumica del prodotto con
notevoli ripercussioni sulle esigenze di volumi di stoccaggio come è evidenziato dalla Fig. 8 che illustra
le densità apparenti misurate sui prodotti ottenuti in prova.
900
Massa volumica (kg/m 3)
800
700
600
500
400
300
200
100
0
Potature in
rotoballa
Cippato 45
Cippato 26
Pellet
Prodotto
Fig. 8 – Valori di massa volumica misurati in potature di vite rotoimballate, in cippato
con griglia da 45 e 26 mm ed in pellet.
Capacità di lavoro
La capacità di lavoro del microimpianto sviluppato risulta influenzata principalmente dalla pezzatura del
cippato utilizzato come materia prima e dalla coppia sviluppata dal motore elettrico che aziona la
pellettatrice. Data la separazione del cantiere in due sezioni (cippatura-pellettatura) l’impianto opera con
un solo operatore in tempi differiti.
Le rese della trasformazione sono molto buone anche se è necessario valutare una quota di prodotto
persa come polvere o piccoli frammenti durante il processo. Nel corso delle presenti prove è stato
stimato un quantitativo del 3-4% sul peso delle rotoballa di partenza perso come polveri e frammenti.
Pertanto, è possibile concludere che ad una balla da 15,5 kg corrisponda un produzione di circa 15 kg
di pellet sufficienti a riscaldare un appartamento di 100 m2 per un giorno e richiedendo pertanto 180
balle per il riscaldamento più altre 100-120 in caso di produzione di acqua calda sanitaria per un totale
di 280-300 balle per unità abitativa di 100 m2.
La produttività dell’impianto varia, attualmente, da 30 a 50 kg/h di pellet prodotti con un obiettivo tecnico
da raggiungere nei prossimi prototipi di 80-100 kg/h. In tali condizioni diventerà fondamentale stabilire i
limiti economici del sistema.
Conclusioni
Nell’ottica di un crescente impiego energetico dei residui di potatura e considerando le prospettive
sempre più concrete di un’affermazione del pellet come forma di utilizzo finale, è stato analizzato un
sistema per la valorizzazione dei residui di potatura della vite costituito da una rotoimballatrice e da un
micro cantiere per la trasformazione delle rotoballe essiccate in cippato e in pellet.
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La rotoimballatrice dotata di un innovativo sistema di accumulo delle rotoballe per il deposito in
capezzagna è stata valutata in condizioni differenti di biomassa presente nelle andane ed in due
pendenze. Le operazioni sono state svolte in vigneti con filari uniformi tra loro per dimensioni, in cui la
macchina poteva effettuare le operazioni di scarico delle balle accumulate nelle capezzagne raccordanti
le file. In tali condizioni la macchina ha lavorato con una capacità di 1,02 h/ha lasciando un residuo in
campo mediamente del 13 % della biomassa potata. I residui di potatura costituenti la biomassa, in
queste prove, sono stati accumulati in ogni interfila. La capacità oraria di lavoro ottenuta potrebbe
dunque ridursi notevolmente potendo distribuire la biomassa solo su file alternate, riducendo pertanto il
numero di file su cui operare e le relative voltate. L’analisi statistica ha confermato la ripetibilità della
prova ed attribuito significatività statistica solo per il fattore cultivar probabilmente attribuibile alla
differente quantità di biomassa ottenuta dalle cultivar considerate. Solo a parità di biomassa si è
registrata un’influenza sui tempi di formazione delle balle da parte della pendenza del filare. Le rotoballe
ottenute hanno mostrato caratteristiche omogenee ed il loro peso non è risultato dipendente da nessun
fattore considerato. E’ possibile, quindi, concludere che la macchina sottoposta a test in campo ha
corrisposto in maniera positiva alle operazioni eseguite, indicando una buona concezione progettuale
nei confronti delle lavorazioni analizzate.
Lo studio del microimpianto per la cippatura e pellettatura delle balle essiccate ha rilevato la possibilità
di operare con un solo operatore ed ha un potenziale produttivo di 45-50 kg/h di pellet.
Le rese della trasformazione sono molto buone anche se è necessario valutare una quota di prodotto
persa come polvere o piccoli frammenti durante il processo. Nel corso delle presenti prove è stato
stimato un quantitativo del 3-4% sul peso delle rotoballa di partenza perso come polveri e frammenti.
Con un miglioramento del potenziale produttivo, il sistema risulterà ancor più interessante, oltre che alle
piccole aziende anche alle cooperative frutticole e alle imprese agromeccaniche.
Sarà opportuno anche affrontare gli accertamenti sulle caratteristiche chimico-fisiche del pellet prodotto,
incluse le prove di combustione.
Bibliografia
BISAGLIA C., CUTINI M., ROMANO E., ROZZONI G. 2010. Valutazione di una rotoimballatrice per la raccolta di
residui di potatura in vigneto. Atti del III convegno CERVIM Castiglione di Sicilia, 12-14 maggio 2010
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MESCALCHIN E., CRISTOFORETTI A., MAGAGNOTTI N., SILVESTRI S., SPINELLI R., 2009. Utilizzo dei
residui di potatura della vite a fini energetici. Fondazione Edmund Mach – Istituto di San Michele all’Adige ISBN
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pruning. J. of Ag. Eng. – Riv. Di Ing. Agr. (2009), 1, 33-36
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residuals. Biomass and bioenergy 33 (2009) 149-154
Riassunto
Le energie rinnovabili costituiscono uno dei fattori chiave per lo sviluppo sostenibile delle attività umane. L’unione
Europea si pone l’obiettivo di coprire con le fonti rinnovabili, entro il 2020, il 20 per cento del consumo totale di
energia. Tra le energie rinnovabili desta notevole interesse quella parte ottenibile dall’uso delle biomasse, che è
cresciuta nel 2010 del 4,8 % rispetto all’anno precedente.
La biomassa legnosa ottenibile da scarti agricoli può fornire un notevole apporto alla biomassa totale ed il suo
recupero risolve al contempo la questione del relativo smaltimento.
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I residui di potatura dei vigneti possono rappresentare una fonte di biomassa utile al contributo energetico, ma la
maggior parte delle piantagioni è condotta in difficili condizioni di raccolta che impediscono l'uso di cantieri
complessi per un’eventuale operazione di recupero.
I vigneti italiani coprono quasi 2 milioni di ettari (ISTAT, 2002) e la loro potatura annuale, genera l'equivalente di
almeno 1 tonnellata (odt) di biomassa per ettaro (Laraia et al., 2001).
Recentemente, alcuni costruttori di macchine agricole si stanno dedicando a questa problematica, offrendo
diverse soluzioni tecnologiche e di processo. Le principali si basano su i) triturazione in campo o su ii) raccolta e
trasformazione in balle. Le macchine progettate per la triturazione sono nate dalla modifica delle diffuse trince,
opportunamente modificate per dotarle di una tramoggia di stoccaggio o di un braccio per il conferimento ad un
rimorchio. Le macchine per la formazione delle balle - sia prismatiche che cilindriche - hanno invece preso spunto
dalle convenzionali presse per il fieno introducendo gli adattamenti e i rinforzi necessari.
Tuttavia, uno degli aspetti critici legati all’utilizzo delle imballatrici è oggi rappresentato dalla necessità di
raccogliere in un secondo momento le balle prodotte con un aggravio sensibile dei tempi totali di lavoro e dalla
difficoltà ad utilizzare il materiale imballato come combustibile.
Il presente articolo riporta il lavoro di sviluppo e studio di un sistema di valorizzazione dei residui di potatura
attraverso l’analisi di una filiera costituita da una rotoimballatrice dotata di un innovativo sistema di accumulo e
dislocamento delle balle formate e da un microcantiere aziendale per la trasformazione delle stesse in pellet.
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