Giulio De Simon dall'Università
di Trieste ha pubblicato nel
sito
www.aspoitalia.net uno
studio comparativo in cui si
mettono a confronto le due fonti
di energia. Ve ne propongo la
lettura, anticipandovi un solo
dato oggettivo:
-
se si volesse soddisfare
l'intero fabbisogno italiano
di energia elettrica
utilizzando esclusivamente
la biomassa (quella vera,
non la munnezza!),
occorrerebbe impiegare a
tale scopo (per l'impianto
di colture arboree da
combustione) 168.607 Km
quadrati, ossia il 56%
dell'intera superficie della
nostra penisola, ovvero il
128% della superficie
attualmente utilizzata per
l'agricoltura; se si volesse
fare altrettanto utilizzando
il fotovoltaico la
superficie occorrente
sarebbe di soli 2.586 Km
quadrati, ossia lo 0,86%
dell'intera penisola.
Questo riuscirà a dimostrare
anche ai più testardi che
l'urgenza che qualcuno ha
d'installare centrali a biomassa
è dettata non dal desiderio di
sfruttare energie alternative,
bensì dalla necessità di
smaltire montagne di munnezza
accumulate nella nostra regione.
Guardando il mondo dall'alto,
scorgeremo fra le serre e i
campi coltivati dei grandi
lingotti.
Quei lingotti per qualcuno sono
davvero di oro... ma per noi
comuni mortali sono solo enormi
e maleododranti mostri fatti
dall'accumulo della munnezza.
Quei lingotti vivranno più a
lungo di molti di noi, perché
per smaltirli occorreranno
secoli!
Per anni, nella nostra regione è
stata convogliata munnezza di
ogni genere dalle altre regioni
d'Italia: rifiuti speciali,
tossici, radioattivi. Tutti
trattati alla
sanfasò, diluiti in
rifiuti di altro genere, fatti
sparire in cave abusive,
accumulati insieme ai rifiuti
normali. L'affare del secolo
per un manipolo di schifosi.
Ma non bastava già l'enorme
quantità di munnezza prodotta da
noi? Come abbiamo fatto a
smaltirla? A un certo punto
siamo stati perfino costretti a
offrirle un bel viaggio in
treno, a spese nostre, fino in
Germania!
Così oggi la nostra bella
regione è guarnita qua e là da
grossi lingotti puzzolenti che
"arricchiscono" le nostre
produzioni agricole di
qualità...
Provate a chiedere ai bambini
delle scuole elementari
napoletane: chi è che
gestisce il business dei rifiuti
in Campania? Vi si
risponderà all'unisono: «'A
camorra!»
Ma cos'è la "camorra"? «E' 'a
munnezza d'a gente!»,
concluderà il coro di voci
bianche.
La Camorra è 'a munnezza d'a
gente...
ma
organizzata meglio dello Stato,
a quanto pare!
E lo Stato che cosa fa? «S'o
fa mettere 'nc...»
Lo Stato siamo noi,
rappresentati dai nostri
politici, dai nostri
amministratori. E noi, in
quanto esseri umani, dovremmo
essere quelli ai quali il
Padreterno e Madre Natura hanno
affidato la cura del mondo?
«Seh seh, stanno 'nguaiati...»
I rappresentanti dei cittadini
nel migliore dei casi tremano
davanti alla potenza della
Malavita Organizzata.
Sì,
nel migliore dei casi, perché ci
sono anche casi di connivenza, o
addirittura di complicità.
Di conseguenza, siamo sommersi
di munnezza. Di conseguenza, si
parla di "biomassa".
Di conseguenza, prolificano
iniziative come il
VaffanculoDay, la
Lista Civica Nazionale, o
Comincia l'Italia per
chiedere che almeno in
Parlamento non siedano persone
con condanne penali definitive.
Siamo ridotti a questo!
Fulvio Del Deo
Confronto tra fotovoltaico e
biomassa sulla fattibilità
energetica su larga scala
di Giulio De Simon
gdesimon@units.it -
Università di Trieste
Fonte:
http://www.aspoitalia.net/images/stories/desimon/desimonfvbiomasse.pdf,
Febbraio 2007
Introduzione
Biomassa e fotovoltaico possono
essere considerati due forme di
sfruttamento dell'energia
solare. Di conseguenza, si
tratta di due metodi concorrenti
sull'impiego della superficie
esposta al sole. In questo
ambito ci si chiede quale delle
due tecnologie sia più
vantaggiosa nella produzione di
energia elettrica, se
confrontate riguardo alla
fattibilità su larga scala. La
base comune dell'analisi sarà il
m2 di terreno impiegato e si
calcolerà la quantità di energia
elettrica ricavabile con le
tecnologie a disposizione. I
conti che verranno mostrati
serviranno solamente per capire
l'ordine di grandezza della
sfruttabilità delle risorse in
ottica globale, e non una
dettagliata analisi di
fattibilità.
I dati di partenza
I dati di partenza sono stati
ricavati da fonti istituzionali
o articoli di riviste
specializzate. Di seguito quelli
comuni a tutti e due i casi
studiati (rif. [1], [2], [3]).
Dati di
ingresso generali |
superficie suolo
italiano |
301.000 km2 |
consumi elettrici
Italia nel 2005 |
309.816 GWh/anno |
insolazione media a
Roma |
1.516 kWh/(m2 anno) |
superficie italiana
coltivata |
43,8 % |
Caso biomassa
Di seguito sono elencati i dati
di partenza con cui sono stati
eseguiti i calcoli (rif. [4],
[5], [6])
Dati
di ingresso biomassa |
produttività colture
energetiche |
12,5 tonnellate/(ha
anno) secco |
contenuto in ceneri |
2 % su secco |
potere calorifico
superiore (PCS) |
20 MJ/kg secco netto
ceneri |
rendimento elettrico
impianto (su PCS) |
30 % |
perdite per
coltivazione e
trasporto |
10 % |
Si consideri di impiegare il
terreno con biomasse
specializzate per massimizzare
la produzione di energia. Si
tratta quindi di utilizzare
colture energetiche dedicate a
breve rotazione, come possono
essere ad esempio Salix,
Populus, Alnus, Eucalyptus o
Miscanthus (rif. [4]).
Benché esista una gran varietà
di biomasse molto diverse tra
loro dal punto di vista chimico,
il potere calorifico superiore,
se riferito all'unità di massa
essiccata e al netto delle
ceneri, risulta comunque molto
omogeneo e pari a 20 MJ/kg± 15%
(rif. [5]).
Il dato di rendimento
dell'impianto per la produzione
elettrica può essere realistico
per taglie di grossa potenza. I
costi di trasporto però
impediscono l'impiego delle
biomasse in impianti di tale
dimensione, poiché
significherebbe dover sostenere
lunghi percorsi dai punti di
raccolta a quelli di utilizzo.
Si consideri quindi il 30% come
un valore ottimistico.
Le perdite per coltivazione e
trasporto riguardano tutti i
consumi energetici nella catena
di produzione: lavorazione del
terreno, semina,
fertilizzazione, pesticidi,
raccolta e trasporto
all'impianto. In letteratura
(rif. [6]) sono stati trovati
valori nell'intervallo 3,8-33%,
variabile a seconda del tipo di
coltura. In questa sede si è
selezionato un valore intermedio
del 10%.
Nella tabella seguente sono
riportati i risultati ottenuti
da semplici calcoli direttamente
dai dati.
Risultati
biomassa |
produttività PCS
colture energetiche
lorde |
6,81 kWh/(m2 anno) |
produttività PCS
colture energetiche
netto perdite
|
6,13 kWh/(m2 anno) |
produttività
elettrica
|
1,84 kWh/(m2 anno) |
rendimento sole->PCS |
0,40 % |
rendimento
sole->elettricità |
0,12 % |
sup. necessaria per
soddisfare domanda
italiana |
168.607 km2 |
quota della
superficie italiana
richiesta |
56 % |
quota della
superficie coltivata
richiesta |
128 % |
Da notare subito i bassi
rendimenti ottenibili già nel
passaggio di conversione
dall'energia solare al potere
calorifico superiore (PCS) della
biomassa. Dagli altri dati
mostrati si può notare che,
nell'ipotesi di voler soddisfare
tutta la domanda di energia
elettrica italiana, l'attuale
superficie coltivata non sarebbe
sufficiente.
C'è da tener presente inoltre
che gli impianti termoelettrici
alimentati a biomassa possono
lavorare in cogenerazione, in
modo tale che l'energia non
convertita in elettricità possa
essere sfruttata per soddisfare
utenze termiche. Questo recupero
però non riuscirebbe a
migliorare la fattibilità
energetica, visto che il
passaggio limitante dell'intero
processo si trova nella
conversione da energia solare a
energia chimica della biomassa.
Caso fotovoltaico
Di seguito sono elencati i dati
di partenza usati nei calcoli.
Dati di
ingresso
fotovolatico |
produttività annua
impianto nuovo nel
centro Italia |
160 kWh/(m2 anno) |
massimo decadimento
annuo produttività
garantito dai
produttori di
pannelli |
0,8 %/anno |
durata impianto
minima |
30 anni |
punto di ritorno
energetico pannelli |
4 anni |
Il decadimento annuo della
produttività è quello garantito
dai produttori (es. rif. [8]).
Si tratta di valori cautelativi
perché la durata dell'impianto è
molto alta e, trattandosi di
tecnologia relativamente
giovane, non ci sono molti dati
a disposizione sul comportamento
a fine vita. Gli impianti che
hanno raggiunto durate superiori
ai 25 anni hanno comunque
dimostrato decadimenti ben
inferiori (meno del 4% in 20
anni, rif. [12]). Si è
ipotizzato inoltre un
decadimento lineare tra inizio e
fine vita.
Il punto di ritorno energetico
rappresenta il numero di anni
necessario per recuperare tutta
l'energia spesa per la
produzione dei componenti
dell'impianto. Anche questo è un
dato cautelativo valido per le
tecnologie consolidate:
miglioramenti del rendimento di
cella, riduzione degli spessori
di cella e miglioramenti nel
processo produttivo sono già in
corso, e tale valore è stato
ridotto sensibilmente. Di
seguito i risultati della
trattazione.
Risultati
fotovoltaico |
produttività media nella
vita utile |
140,8 kWh/(m2 anno) |
produzione totale nella
vita utile |
4.224 kWh/m2 |
consumo per produzione
impianto |
630 kWh/m2 |
produzione totale netta
nella vita utile |
3.594 kWh/m2 |
produttività annua netta |
119,8 kWh/(m2 anno) |
rendimento
sole->elettricità
diretta |
7,9 % |
sup. necessaria per
soddisfare domanda
italiana |
2.586 km2 |
quota superficie
italiana richiesta |
0,86 % |
Come si può facilmente notare,
la superficie necessaria risulta
enormemente ridotta rispetto a
quella
calcolata per le biomasse.
C'è da tener presente che nella
comparazione non si è tenuto
conto del fatto che l'energia
delle biomasse è una forma
accumulata e quindi disponibile
in tempi diversi da quella della
produzione, mentre quella del
fotovoltaico è a flusso e
necessita di essere consumata
contemporaneamente alla
produzione. A breve termine si
può sfruttare l'integrazione con
altre fonti di energia elettrica
(es. termoelettrico) che
riescono a coprire i periodi di
non corrispondenza tra domanda e
offerta dell'elettricità da
fotovoltaico. Sta di fatto che
nell'ottica di impiego di massa
bisogna tener conto che sono
necessari impianti di accumulo e
deaccumulo con relative perdite
nel processo complessivo. Sempre
allo scopo di valutare gli
ordini di grandezza, nella
tabella seguente sono stati
rieseguiti i calcoli,
nell'ipotesi estrema di
accumulare e poi deaccumulare il
100% dell'energia prodotta dal
fotovoltaico con gli impianti di
pompaggio idroelettrici (80% di
rendimento di pompaggio nel
bacino, 80% di rendimento di
conversione in turbina, rif.
[11]). Nella realtà, anche se si
producesse tutta l'elettricità
con il fotovoltaico, solo una
quota dell'energia prodotta
necessiterebbe di accumulo e
deaccumulo. Di seguito sono
mostrati i dati di ingresso e i
risultati dei calcoli.
Risultati
fotovoltaico con
accumulo/deaccumulo |
energia lorda
accumulata/deaccumulata |
119,8 kWh/(m2 anno) |
produzione annua con
accumulo/deacumulo |
76,7 kWh/(m2 anno) |
rendimento
sole->elettricità
con
accumulo/deaccumulo |
5,1 % |
sup. necessaria per
soddisfare domanda
italiana |
4.041 km2 |
quota della
superficie italiana |
1,34 % |
Pur trattandosi di un caso
limite con conseguente sensibile
riduzione di rendimento, la
superficie necessaria risulta
ancora accettabile rispetto al
totale del suolo nazionale.
Considerazioni energetiche
finali
Nel confronto tra fotovoltaico e
biomassa si ottengono i seguenti
dati di produttività:
fotovoltaico 119,8 kWh/(m2 anno)
biomassa 1,84 kWh/(m2 anno)
Risulta quindi che il
fotovoltaico è superiore alla
biomassa di un fattore 65.
Tenendo conto che la biomassa ha
il vantaggio di essere una forma
accumulata, il caso limite in
cui tutta l'energia prodotta dal
fotovoltaico debba essere prima
accumulata e poi deaccumulata,
la produttività si ridurrebbe a
76,7 kWh/(m2 anno) ed il fattore
si ridurrebbe a 42, ancora
comunque enormemente alto.
La spiegazione di questo
consistente divario si trova
analizzando i passaggi dei due
processi.
Per il sistema a biomassa:
|
fotosintesi
----> |
|
combustione
----> |
|
ciclo
termico
----> |
|
Per il sistema fotovoltaico:
|
effetto
fotoelettrico
----> |
|
Nel caso del fotovoltaico si ha
un unico passaggio, mentre nel
caso della biomassa si hanno
diversi passaggi il cui
limitante è il primo. Questo,
legato alla fotosintesi, è un
processo molto inefficiente: nel
caso analizzato il 99,6%
dell'energia proveniente dal
sole viene persa nella prima
conversione, permettendo al solo
0,4% di trasformarsi in potere
calorifico della biomassa.
Ciò porta alla conclusione che,
mentre il fotovoltaico parte con
un netto vantaggio ed esistono
ancora margini di miglioramento
(soprattutto riguardo
all'ammortamento energetico), la
biomassa risulta un metodo di
conversione inefficiente e i
margini di miglioramento saranno
pochi, visto che il passaggio
limitante è la fotosintesi.
Per questo motivo la biomassa
non potrà essere considerata una
fonte sostitutiva dei
combustibili fossili, visto che
già le ottimizzate colture
energetiche richiedono superfici
enormi. Restano comunque ancora
gli impieghi di nicchia delle
biomasse di scarto da altre
produzioni agricole o
industriali, soprattutto quando
si tratta di materiale il cui
smaltimento rappresenti un costo
sia energetico che economico.
Analogamente, gli stessi
discorsi si applicano anche alla
produzione di combustibili da
biomassa per autotrazione
(biocombustibili), visto che
anche questa applicazione
dipende dalla fotosintesi.
Considerazioni ambientali
Gli impatti ambientali del
fotovoltaico restano confinati
al processo produttivo (non
analizzato in questa sede, ma
comunque da approfondire). Una
volta installato, esso possiede
tutti i vantaggi che si può
desiderare da un impianto che lo
rende installabile in qualunque
luogo. I vantaggi principali
sono:
● massima silenziosità
● nessuna emissione gassosa,
liquida o solida, né inquinante,
né tossica
● nessuna parte in movimento
● unico pericolo per le persone
è la presenza di corrente
elettrica
● affidabilità
● impiego di superfici già
utilizzate (tetti degli edifici)
Nel caso dell'impiego energetico
delle biomasse si hanno gli
stessi problemi legati ai
classici
impianti industriali:
● rumorosità
● emissioni atmosferiche di
particolato, NOx, SOx, ecc.
● produzione di ceneri da
smaltire
● produzione di acqua da
trattare nel caso di pulizia
umida dei fumi
● diverse parti in movimento e
presenza di combustione
(pericolo per gli operatori)
● si aggiungono tutti gli
impatti legati alla coltivazione
agricola (movimentazione
macchine agricole per
lavorazione e trasporto,
fertilizzazione, diserbo,
pesticidi, ...)
● impatto ambientale legato
all'utilizzo di terreno
(impoverimento del terreno per
l'asportazione di sostanza
organica e conseguente
contributo alla
desertificazione)
Considerazioni economiche e
gestionali
Le considerazioni economiche e
gestionali richiedono una
trattazione approfondita a
parte. Segue quindi solo
un'analisi qualitativa generale.
Per quanto riguarda l'impiego
del terreno, si è già accennato
al fatto che il fotovoltaico
viene installato su superfici
comunque perse e inutilizzate
che sono i tetti degli edifici.
Nel caso della biomassa, invece,
si entra in concorrenza con i
terreni dedicati all'agricoltura
che hanno comunque un gran
pregio, poiché soddisfano la
richiesta alimentare. Una
diffusione su larga scala delle
colture energetiche non farebbe
altro che aumentare il costo dei
terreni agricoli, limitare la
produzione alimentare e quindi
aumentarne il costo.
Per quanto riguarda i costi di
gestione e manutenzione, per il
fotovoltaico, come si è
accennato, essi sono quasi
inesistenti per l'estrema
costanza, affidabilità e non
necessità di operatori per il
suo funzionamento; nel caso
degli impianti a biomassa si
hanno i soliti costi di gestione
e manutenzione e i rischi legati
agli impianti industriali
classici.
Il fotovoltaico rimane ancora
fortemente penalizzato se
vengono considerati i costi in
capitale investito. Esistono
comunque diversi studi e
ricerche che mirano a ridurre la
quantità di silicio necessario
per metro quadrato di pannello e
ci sono ancora margini di
riduzione. Il costo di
investimento e la difficoltà di
accumulo dell'energia prodotta
sono gli unici difetti degli
impianti fotovoltaici. Su questi
bisogna concentrarsi per
consentire una diffusione su
larga scala di questa
tecnologia.
Riferimenti
[1]
http://www.terna.it/ita/statistiche/datistatistici05.asp
[2]
http://erg7118.casaccia.enea.it/Pagine/TabelleRadiazione.htm
[3]
http://www.minambiente.it/st/Ministero.aspx?doc=pubblico/tutela/chm/ita/agricola/agricola.xml
[4]
http://www.ieabioenergy.com/LibItem.aspx?id=179
[5] P. Quaak, H. Knocf, H.
Stassen, Energy from biomass,
World bank technical paper No.
422
(1999)
[6] “Energy analysis of biomass
production and transportation”,
Biomass and bioenergy, Vol. 11,
No. 4, pp 305-318 (1996)
[7]
http://www.enea.it/com/web/pubblicazioni/Op22.pdf
[8]
http://www.kyocerasolar.de/prod.html
[9]
http://www.enea.it/com/web/pubblicazioni/opuscoli.html
[10]
http://www.seia.org/mythsandfacts.php
[11]
http://www.ilsolea360gradi.it/2003/dicembre2003.htm
[12] Performance of old PV
modules, (http://www.elforsk.se/publish/show_report.phtml?id=712)