Utilizzo dei rifiuti organici

Un modo nuovo di utilizzare i rifiuti organici dei comuni dell’area nolana:
I sistemi di micro-cogenerazione termico-elettrica
ad alta efficienza e basso impatto ambientale
Felice Esposito Corcione
Sindaco di Marigliano
Introduzione
Secondo un’analisi dell’International Energy Agency (IEA), gran parte delle previsioni energetiche,
basate sulle proiezioni economiche per i prossimi decenni, assicurano che gli approvvigionamenti di
combustibili fossili saranno largamente sufficienti a coprire le richieste. In assenza di grandi
innovazioni tecnologiche, i previsti e consistenti aumenti della domanda energetica saranno coperti
da un sempre più intenso utilizzo di combustibili fossili, con una leggera flessione del contributo
relativo all’energia nucleare e il mantenimento di un apporto molto ridotto da parte delle energie
rinnovabili non idroelettriche (fotovoltaico, eolico, biomasse ecc.). La percentuale di penetrazione
di queste nuove energie rinnovabili, riferite al totale, si colloca con solamente un modesto
incremento nei prossimi trenta anni, dal 2% al 3%. Sempre secondo l’analisi dell’IEA, tra il 2000 ed
il 2030 è prevedibile un raddoppio dei consumi mondiali di elettricità, principalmente a causa
dell’aumento della domanda nei Paesi in via di sviluppo. Malgrado un incremento dell’uso di gas
naturale, la principale fonte primaria per la produzione di elettricità rimarrà, almeno fino al 2030, il
carbone, le cui emissioni di CO2, a parità di energia elettrica prodotta, sono 2.5 volte maggiori di
quelle prodotte dal gas naturale. Al fine di alterare questa previsione è necessario un vigoroso
impulso allo sviluppo di tecnologie innovative o all’introduzione su larga scala di sistemi che
ottimizzano l’utilizzo delle fonti fossili. Pertanto, l’utilizzazione delle fonti energetiche rinnovabili
e lo sfruttamento con più alti rendimenti delle fonti tradizionali è un tema di rilevanza mondiale e
determinante per l’economia di molti paesi tra i quali l’Italia. Infatti l’Italia è priva di significativi
giacimenti di petrolio greggio, di idonee quantità di gas naturale e quasi del tutto di carbone
economicamente utilizzabile. La scelta del “no al nucleare” contribuisce ad esasperare le esigenze
italiane. Grande attenzione e studi vanno quindi posti alla produzione distribuita in piccole ma
numerose unità di energia elettrica, utilizzando fonti energetiche rinnovabili ma anche il gas
naturale di cui una rete abbastanza capillare penetra nel territorio nazionale. Altrettanta attenzione
va posta al risparmio energetico che può rimettere a disposizione, dell’utenza elettrica soprattutto,
ingenti quantità di energia.
Le risorse dei comuni dell’area nolana
Il 16 Febbraio 2005 è entrato in vigore il protocollo di Kyoto nei 141 paesi che hanno ratificato
l’accordo del 1997 sullo stato del clima del pianeta. L’Italia si è impegnata a ridurre le emissioni di
gas serra come la CO2 del 6.5% rispetto ai livelli del 1990, il chè significa una riduzione di 100
milioni di tonnellate di CO2 con costi di circa 1 miliardo di Euro. A livello nazionale sono state
individuate le misure più efficaci nei diversi settori produttivi. In particolare, prioritariamente
dovranno essere promosse azioni nel settore della produzione di energia elettrica e termica da
combustibili intrinsecamente più puliti (gas naturale) e da fonti rinnovabili (biomasse, biofuel ecc..).
I comuni dell’area nolana che si riconoscono dell’Agenzia di Sviluppo e nel Consorzio di Bacino
NA3 potranno giocare un ruolo importante nell’utilizzo di una fonte rinnovabile come i rifiuti
organici della raccolta differenziata per produrre energia a basso impatto ambientale utilizzando i
sistemi descritti nel seguito. Si potrà accedere ai fondi FIT del Ministero delle Attività Produttive
1
(MAP) di cui al DM del 6/01/2005 attraverso il coinvolgimento di aziende di rilevanza nazionale
come l’Ansaldo Energia, Isotta Fraschini, CNR, Università, Regione e Provincia.
Sistemi di Cogenerazione e Trigenerazione
Per cogenerazione di energia si intende la generazione di energia elettrica ed energia termica nella
stesso processo di generazione: si recupera il calore a valle del processo di produzione di energia
elettrica. I sistemi di cogenerazione sono ottimi mezzi di recupero e risparmio energetico: dal 60%
al 100% di risparmio di combustibili fossili a seconda delle tipologie di impianto e necessità
energetiche. Dai sistemi di cogenerazione derivano i più recenti sistemi di trigenerazione dove, nel
periodo estivo o qualora sia richiesta energia frigorifera, il calore recuperato può essere trasformato
in energia frigorifera grazie all’impiego del ciclo frigorifero ad assorbimento. I sistemi di cotrigenerazione possono essere studiati e prodotti per funzionare con qualsiasi fonte primaria di
calore. Questi sistemi oggi sono tecnicamente maturi ed economicamente convenienti per poter
essere adottati diffusamente. Tra le molteplici configurazioni possibili sono di seguito descritte tre
tipologie di impianti, indicativi della versatilità permessa dalle attuali tecnologie:
Cogenerazione di energia termica ed energia elettrica
I sistemi di cogenerazione, con motori a combustione interna, consentono la produzione di energia
elettrica utilizzando differenti combustibili convenzionali liquidi (gasolio, benzina), gassosi (gas
naturale, gpl) rinnovabili (biodiesel, biogas) e contemporaneamente permette di disporre di energia
termica recuperata dallo scarico e dal sistema di raffreddamento del motore. Nella produzione
convenzionale di energia elettrica, come mostrato in figura 1, soltanto il 35% dell'energia primaria
fornita al sistema viene trasformata in energia elettrica mentre il 65% viene dissipata nell'ambiente
con gravi conseguenze di carattere economico ed ambientale. Invece, nella produzione di energia
elettrica mediante cogenerazione, soltanto il 15% dell'energia primaria viene sprecata, mediamente
il 37% viene convertito in energia elettrica ed il 48% recuperato e trasformato in energia termica
come acqua calda, acqua surriscaldata o vapore. Con soluzioni tecniche di nuova generazione si
raggiungono rendimenti elettrici nell'ordine del 42% pari a 2,33 kW di energia primaria per ottenere
1 kW di energia elettrica.
Figura 1. Bilancio energetico in un sistema di cogenerazione
2
Attualmente la cogenerazione è diventata indubbiamente una buona opportunità, conveniente anche
per utenze medio-piccole per le seguenti motivazioni: continua evoluzione delle tecnologie e dei
sistemi di controllo, la fornitura di metano per tale tecnologia è resa particolarmente favorevole
dalle disposizioni di legge in materia di risparmio energetico, maggiori agevolazioni sono possibili
qualora le fonti primarie siano rinnovabili, possibilità di trasferire in rete, ricavandone un
corrispettivo, l'energia elettrica prodotta in esubero. La figura 2 mostra lo schema di principio di un
impianto di cogenerazione con motore a c.i. I sistemi di cogenerazione possono essere interamente
assemblati in container, ciò permette un ulteriore abbattimento dei costi di installazione e di opere,
oneri e pratiche edili.
Figura 2. Sistema di cogenerazione con motore a combustione interna
Trigenerazione di energia elettrica, energia termica ed energia frigorifera
Un particolare campo dei sistemi di cogenerazione è quello della trigenerazione che, oltre a
produrre energia elettrica, consente di utilizzare parte dell’energia termica recuperata dalla
trasformazione per produrre anche energia frigorifera, ovvero acqua refrigerata per il
condizionamento o per i processi industriali. Le migliori tecnologie di trigenerazione, collaudate,
hanno dimostrato elevati rendimenti globali (86%, di cui 42% energia elettrica, 42% energia
termica di cui 31% frigorifera). La figura 3 riporta il bilancio energetico di un sistema di
rigenerazione con motore a c.i.
Figura 3. Bilancio energetico di un sistema di rigenerazione con motore a c.i.
La trasformazione dell’energia termica in energia frigorifera è resa possibile dall’impiego del ciclo
frigorifero ad assorbimento il cui funzionamento si basa su trasformazioni di stato del fluido
3
refrigerante (acqua) in combinazione con una appropriata sostanza (bromuro di litio) utilizzata
quale assorbente. In un sistema di trigenerazione il rendimento globale aumenta enormemente
ottenendo risparmi energetici anche nell'ordine del 60%, si pensi, ad esempio, ad un ipermercato
dove coesistono, nello stesso momento, rilevanti e costanti esigenze di energia elettrica, energia
frigorifera per il condizionamento ed energia termica per il riscaldamento. Uno schema di un
impianto di trigenerazione con motore endotermico e chiller ad assorbimento è mostrato in figura 4.
Figura 4. Sistema di trigenerazione con motore endotermico e chiller ad assorbimento
Cogenerazione o trigenerazione con utilizzo di biogas da rifiuti
Lo smaltimento dei rifiuti urbani e industriali è uno dei grandi e angosciosi temi delle società a
maggior benessere. Esso va attuato con tecnologie progredite in modo da ottenere il minimo
impatto sull’ambiente e il massimo del recupero, attraverso la utilizzazione dell’energia e dei
manufatti ricavabili. Il biogas derivante dai fenomeni connessi alla trasformazione anaerobica delle
sostanze organiche contenute nei rifiuti è una risorsa importante da utilizzare per le ricadute positive
sulla riduzione della CO2. Il biogas è costituito, mediamente, dal 50-60% di metano, da anidride
carbonica, composti solforati ed acqua. Dopo la captazione e la depurazione può essere utilizzato
come energia primaria per alimentare i motori endotermici di un sistema di cogenerazione. Oltre a
grandi impianti per il recupero del biogas dalle discariche per alimentare cogeneratori collegati a
reti di teleriscaldamento e raffrescamento, oggi esiste la possibilità di avere sistemi di piccola/media
taglia, con diverse varianti funzionali, ad hoc per utenti privati e consorzi che dispongono di rifiuti
organici dai quali è possibile ricavare biogas. La figura 5 riporta lo schema di un moderno impianto
di cogenerazione con motore a combustione interna alimentato a biogas prodotto da rifiuti organici.
Figura 5. Moderno impianto di cogenerazione alimentato a biogas da rifiuti
4