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Tecnica

Meccanizzazione e valorizzazione energetica delle biomasse legnose agro-forestali

Le attività della "green economy" hanno generato in tutta Europa redditività e occupazione. Il potenziale legato, in particolare, alle biomasse agricole e forestali per la produzione d'energia è ancora molto elevato, ma richiede un supporto costante della ricerca e una diffusione più ampia della meccanizzazione. Oggi, l'industria meccanica è in grado di produrre harvester e forwarder, cippatrici, trituratori e affastellatrici, oltre ai mezzi meccanici di base, per rendere le filiere bioenergetiche sempre più integrate ed efficienti nella gestione del territorio

di Matteo Monni e Raffaele Spinelli
Gennaio/Febbraio 2015 | Back

La politica energetica Europea necessita di un impegno condiviso da parte di tutti gli Stati membri affinché si adottino misure coerenti con il processo di decarbonizzazione in atto. L’attuale congiuntura economica, che - nonostante il sensibile calo del prezzo del petrolio - sta generando una diminuzione dei consumi energetici, non deve far perdere di vista l’interessante scenario di sviluppo delle rinnovabili e dell’efficienza energetica, soprattutto in vista della conferenza sul clima che si terrà il prossimo dicembre a Parigi. L’efficace binomio dato da innovazione tecnologica e attenzione alle emergenze ambientali sta alimentando la fiducia dell’industria e dei consumatori verso nuovi paradigmi produttivi. E’ un dato di fatto che in Italia, dall’inizio della crisi ad oggi, circa il 20% delle imprese più vitali hanno creduto e investito in vario modo sulla componente “verde” dell’economia, generando circa tre milioni di posti di lavoro e più di cento miliardi di Euro di valore aggiunto (Rapporto “GreenItaly  2014” di Unioncamere e Fondazione Symbolia). Se invece estendiamo l’analisi a livello europeo il fatturato annuo della bioeconomia arriva a  circa duemila miliardi di Euro e circa 22 milioni di posti di lavoro distribuiti tra agricoltura, selvicoltura, pesca, prodotti alimentari e chimici, energia. In questo quadro anche la valorizzazione energetica della biomassa si inserisce come un’opportunità di notevole rilevanza, non solo per l’abbondanza ed eterogeneità della risorsa, ma anche per il valore aggiunto delle filiere produttive generate che consentono una migliore gestione del territorio e nuove prospettive di lavoro per agricoltori e proprietari forestali. Tra campi e foreste, l’Europa potrebbe mettere in gioco una gran quantità di biomassa, occorre però trovare il modo di mobilizzare questa risorsa a costi competitivi e nel rispetto degli ecosistemi interessati. Negli ultimi anni, l’elevato grado di maturità dei sistemi tecnologici e dei meccanismi incentivanti ha dato un positivo impulso per la realizzazione di numerosi impianti di conversione energetica delle biomasse. Purtroppo però, molti di questi - soprattutto se di taglie elevate - vengono alimentati con quote consistenti di materiale d’importazione. Appare, quindi, evidente che l’impiego di biomassa extraterritoriale può essere conveniente in termini economici ed energetici, ma di certo vanifica una parte importante degli sforzi diretti alla sostenibilità e al rilancio dell’agricoltura e della forestazione nazionali. Infatti, nella filiera biomasse-energia gli agricoltori e i proprietari forestali possono entrare in gioco con modalità diverse, a seconda delle propensioni individuali o della capacità imprenditoriale di ciascuna singola azienda. Si parte dalla semplice produzione e vendita a terzi della materia prima per arrivare sino alla fornitura di un “servizio energia”. In ogni modo stiamo parlando di soggetti pienamente consapevoli del fatto che il valore e la rinnovabilità della risorsa che trattano è strettamente legato alla gestione che ne fanno, soprattutto in vista di un futuro dove la materia prima offerta dalla terra si profila come il principale limite allo sviluppo. Pertanto, anche le ditte più lungimiranti che opteranno per il servizio energia, avranno tutto l’interesse a mantenere il controllo della risorsa primaria prodotta dai nostri campi e dalle nostre foreste. D’altro canto dalla politica e dalla ricerca scientifica si attendono delle soluzioni con cui gli operatori del settore primario siano messi nelle condizioni di offrire materia prima a condizioni competitive, fornendo così un’occasione unica per il rilancio di molte aree del Paese.

 

L’importanza della ricerca scientifica

 

Una ricerca mirata è il modo più efficace per sviluppare conoscenze tecniche specifiche. Capita spesso che gli stessi operatori agricoli o forestali cerchino individualmente delle soluzioni a problemi tecnici contingenti apportando modifiche ai macchinari di cui dispongono o adottando nuovi criteri di lavoro. Si tratta di sperimentazioni che partono da idee plausibili a cui segue la messa in pratica come verifica dell’effettivo funzionamento. Tuttavia, un approccio di questo tipo presenta limiti notevoli in termini di costi e probabilità di successo. Il ricorso alla ricerca scientifica porta ad esiti decisamente più efficaci  e meno costosi. Infatti, al di fuori di un disegno sperimentale adeguato, una prova fornisce una sola risposta, per cui sono necessari moltissimi esperimenti per ottenere l’insieme organico di conoscenze necessario a condurre con pieno successo l’attività designata. Inoltre, le diverse risposte vanno coordinate in uno schema organico, per formulare ipotesi da validare con procedure statistiche. Altrimenti non si potrà mai sapere con certezza se il risultato ottenuto nella prova deriva veramente dall’innovazione introdotta, o da una congiuntura di fattori esterni indipendenti da questa.

E’ bene far presente che la ricerca scientifica applicata non è qualcosa di teorico distante dalla realtà operativa, ma viene condotta in campo, si basa su prove concrete, e mira ad ottenere risultati applicabili nella pratica. Anche se non è necessario l’intervento della scienza per dimostrare che il tempo necessario a triturare un mucchio rami dipende dalla loro consistenza e dalla potenza della macchina impiegata; certamente la ricerca scientifica può fornire un valore numerico a questa relazione, permettendo delle stime accurate. Ad esempio, quante ore e quanti euro ci vorranno per smaltire un mucchio di 200 metri cubi, con un trituratore da 400 cavalli di potenza che costa 150 € l’ora. Questa si è un’informazione concreta che ha un valore pratico immediato.

 

La disponibilità di risorse

In Italia, l’agricoltura può fornire grandi quantità di materia prima legnosa, ottenibile sia dalla valorizzazione dei sottoprodotti che dalle piantagioni di colture dedicate. Dalla periodica potatura di vigneti, uliveti e altri frutteti si ottengono ogni anno da 1 a 3 tonnellate di sostanza secca ad ettaro, rendendo potenzialmente disponibili rilevanti quantitativi di biomassa se si considera che le superfici interessate ammontano a diversi milioni di ettari. A questo vasto bacino di approvvigionamento si può aggiungere anche quello delle colture dedicate, che in Italia riguarda soprattutto specie come il pioppo, la robinia e l’eucalipto. Per fare un esempio, un ettaro di pioppo a turno breve può produrre annualmente circa 15 tonnellate di sostanza secca, ed è raccolto ogni due-tre anni per mezzo di falciatrinciatrici opportunamente modificate. I boschi italiani, che occupano una superficie di circa 11 milioni di ettari, hanno un potenziale di biomassa producibile decisamente elevato. Nelle formazioni ad alto fusto gli interventi più frequenti sono le operazioni di diradamento e i tagli di maturità a fine ciclo. Dai diradamenti si possono ottenere dalle 25 alle 40 t s.s./ha, con una periodicità che va dai 10 ai 20 anni, mentre dai tagli di maturità si ricavano quantitativi ancora maggiori, che arrivano fino a 100 tonnellate ad ettaro, soprattutto quando la produzione di legno da opera non è conveniente per via della bassa qualità delle piante. Tuttavia, a fronte di maggiori produzioni, il taglio di maturità avviene con intervalli temporali decisamente più lunghi che vanno dai 60 ai 70 anni, a seconda delle formazioni boschive. Il legname ottenuto dal taglio dei boschi cedui, che avviene con turni di 15-30 anni, è  interamente trasformato in legna da ardere destinata soprattutto agli impianti tradizionali (camini e stufe).

 

Alcuni esempi di macchinari

La meccanizzazione è l’unico modo per rendere conveniente la raccolta del legno. Le lavorazioni manuali dovrebbero essere tutte meccanizzate, e se questo non è possibile andrebbero sostituite con altre lavorazioni meccanizzabili. L’innovazione tecnologica non può risolvere tutti i problemi, ma può certamente dare un contributo fondamentale per l'ulteriore sviluppo del settore della biomassa. I ricercatori e produttori stanno lavorando a nuove macchine, che possono rendere la biomassa raccolta più efficace e competitiva. Alcune innovazioni sono relativamente semplici da sviluppare, altre richiedono particolare impegno e creatività.

 

Harvester e forwarder

 

Harvester e forwarder sono le due macchine su cui si basa la meccanizzazione forestale più moderna: la prima abbatte le piante e le allestisce in tronchi, disponendoli in cataste eventualmente divise per assortimenti; la seconda preleva le cataste, le carica su un pianale incorporato e le porta fino ad un imposto accessibile ai mezzi di trasporto. Nata in Scandinavia, la coppia harvester-forwarder si è diffusa rapidamente in tutta Europa, giungendo in Italia alla fine degli anni ’90. Oggi in Italia lavorano oltre 150 macchine, tra l’una e l’altra tipologia. Anche nelle condizioni di lavoro di boschi montani come quelli italiani, un harvester produce almeno quanto cinque motoseghisti permettendo spesso di effettuare un lavoro più accurato delle lavorazioni manuali: essendo dotato di una gru, infatti, l’harvester è in grado di direzionare meglio la caduta delle piante.

L’uso delle abbattitrici nei tagli di maturità permette di ridurre il costo totale di utilizzazione di una quota variabile tra il 30 e il 40 %, rispetto alla tradizionale lavorazione manuale. Nei diradamenti, la produzione di tondame da sega risulta conveniente solo se si usa un’abbattitrice. In questi casi, l’abbattimento e l’allestimento meccanizzati risultano più costosi del solo abbattimento manuale, ma consentono un esbosco molto più economico e determinano una riduzione generale del costo di raccolta. Inoltre, la maggior parte delle abbattitrici può essere impiegata per confezionare sezioni con rami o tronchi parzialmente sramati, che sono più facili da movimentare, si accatastano meglio e producono un cippato di qualità migliore.

Il forwarder invece fa lo stesso lavoro di tre trattori con rimorchio, grazie alla maggiore capacità di carico ed alla superiore manovrabilità: questa macchina infatti può operare su terreni inaccessibili al trattore agricolo, ed è ideale sulle distanze di esbosco maggiori, dove è necessario massimizzare il carico utile trasportato.

 

Raccoglitrinciatrici

In agricoltura, le tecniche di raccolta più efficaci sono quelle basate su cantieri industriali moderni. Questo vale sia per il recupero dei residui generati dalle coltivazioni tradizionali, che per la raccolta delle colture dedicate. Nel primo caso, le raccoglitrinciatrici industriali si sono dimostrate molto più efficaci rispetto alle trinciasarmenti modificate, consentendo il dimezzamento dei costi di recupero. Lo stesso principio vale anche per le colture dedicate, dove le grosse falciatrinciatrici dedicate offrono una flessibilità d’impiego e una efficienza operativa nettamente superiori rispetto alle attrezzature leggere applicate al trattore, e consentono una drastica riduzione del costo di raccolta.

 

Cippatrici e trituratori

A prescindere dalle possibili tecniche di raccolta della biomassa legnosa, questa – prima dell’avvio in caldaia – deve essere sminuzzata attraverso l’impiego di appositi macchinari: le cippatrici o i trituratori. La principale differenza tra le due macchine è l’organo sminuzzatore, visto che le cippatrici utilizzano lame affilate (coltelli) mentre i trituratori impiegano attrezzi smussati non taglienti (martelli). Chiaramente ogni alternativa ha i suoi pro e contro. La sminuzzatura con strumenti affilati (cippatura) offre un prodotto di migliore qualità e un minor consumo energetico. Infatti, tagliare un tronco con un’ascia richiede molta meno energia che tagliarlo con un martello. D’altro canto una lama affilata sarà molto più sensibile al contatto con oggetti duri come pietre, metallo e particelle di terreno. Quindi se il legname da sminuzzare è contaminato con suolo o può contenere chiodi, pietre, etc. è preferibile l’uso di un trituratore piuttosto che di una cippatrice. In genere per semplicità di lavoro è meglio evitare la cippatura in bosco e portare tutta la biomassa ad una sminuzzatrice (cippatrice o trituratore) stazionaria, che generalmente è più produttiva di un impianto mobile. In alternativa è possibile ricorrere alla sminuzzatrice mobile, che può essere trasportata direttamente sul luogo di raccolta, facilitando enormemente tutte le successive manipolazioni. Più potente e moderna è la macchina, tanto minore è il costo di lavorazione che diminuisce passando da un versione trattorata a una montata su autocarro fino all’impianto fisso di tipo industriale. Non a caso le centrali a biomassa più grosse sono spesso dotate di una propria cippatrice stazionaria, che consente una fortissima riduzione del costo di cippatura. Oggi, la soluzione migliore sembra essere quella di una cippatrice industriale autocarrata, che è al contempo agile ed efficiente. Questo tipo di macchina è ormai molto diffuso in tutta Italia, dal Trentino alla Calabria.

 

Affastellatrici

 

Un’alternativa alla cippatura delle biomasse residuali è la loro compattazione in unità uniformi per dimensioni e peso (compact residue logs - CRL). Questo offre molti vantaggi, soprattutto per quanto riguarda la loro movimentazione, il trasporto e lo stoccaggio. A tal fine le ramaglie prodotte dalle utilizzazioni forestali possono essere trasformate in cilindri di materiale legnoso molto simili nella forma ai tronchi di legno tradizionali. I macchinari che permettono questo tipo di condizionamento agevolano l’integrazione delle catene di approvvigionamento di legname ad uso energetico con un notevole risparmio di spese generali di trasporto e gestione. Inoltre, lo stoccaggio dei residui così compattati risulta essere molto più efficace rispetto a quello del cippato o delle ramaglie sfuse, perché limita notevolmente la riumidificazione durante la conservazione, in particolare in caso di nevicate. Infine, data la morfologia del CRL lo si può trasportare sugli stessi veicoli utilizzati per tronchi, riducendo così i costi di trasporto, in particolare per consegne su lunga distanza. La produttività delle macchine affastellatrici varia tra 10 e 30 fasci all’ora, che corrisponde a 5-12 t di biomassa tal quale con costi che vanno dai 10 ai 20 euro a tonnellata. Tali costi possono essere ammortizzati mediante una gestione più efficiente nelle fasi di manipolazione, trasporto, stoccaggio e triturazione.

 

La divulgazione della ricerca

Diventa sempre più importante il dialogo tra industria e ricerca che spesso parlano linguaggi diversi e operano con tempistiche raramente conciliabili. Anche in questa ottica si terrà a Roma, presso la FAO (19 maggio 2015) una prestigiosa Conferenza sulle filiere di approvvigionamento della biomassa intitolata “Mobilization of woody biomass for Energy and industrial use – Smart logistics for forest residues, prunings and dedicated plantations”.

Questa conferenza presenterà i risultati di 3 grandi progetti finanziati dalla UE – con un budget complessivo di 15 milioni di Euro – sui temi delle filiere legno-energia per l’agricoltura (Progetto EuroPruning), la selvicoltura (Progetto INFRES) e le coltivazioni da legno fuori foresta (Progetto LogistEC). Questi tre progetti riuniscono 63 partner, tra cui molti dei più prestigiosi istituti di ricerca Europei. La Conferenza è organizzata congiuntamente dai coordinatori dei progetti – con un particolare coinvolgimento del CNR IVALSA – ed è sostenuta da un folto gruppo di enti ed istituzioni italiane, europee, americane e internazionali, tra cui anche FEDERUNACOMA e ITABIA.

La partecipazione all’evento è gratuita e tutte le informazioni sul programma ed altro è possibile trovarle al link: www.infres.eu/en/final-conference/.

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