Il legno di scarto o di selezione forestale deve essere trattato per realizzare un buon apporto energetico. Vediamo come

di Marco Arezio

La superficie forestale Italiana complessiva negli ultimi 80 anni è triplicata e, se consideriamo ambiti temporali più ristretti, per esempio, dal 2005 al 2015, prossimo dire che l’aumento è stato di 53 mila ettari all’anno, a discapito dei pascoli, dei terreni incolti in aree montane e dei terrazzamenti collinari.

Se da un lato l’aumento della superficie boschiva può essere visto come un fatto positivo, dall’altro la disposizione in aree montane delle maggior parte delle risorse forestali, unito al progressivo spopolamento delle stesse aree, comporta un problema di gestione e di manutenzione dei boschi.

Il taglio selettivo e la pulizia dei residui legnosi nelle aree forestali rimane un’attività importante e necessaria per la vita delle piante e per il riutilizzo degli scarti, che possono essere impiegati in molti settori, come quello del mobile, di cui l’Italia è un attore principale.

Inoltre, la filiera delle biomasse legnose destinate alla produzione di energia calorifica, imporrebbe una migliore gestione delle foreste nazionali, potendo ridurre le importazioni di legname destinato a questi scopi dall’estero.

Per quanto riguarda la produzione di elementi adatti alla combustione, possiamo approfondire quali processi siano necessari per trasformare uno scarto legnoso in un elemento idoneo a sviluppare energia termica.

In questo racconto ci aiuta Davide Pettenella, che ha studiato la filiera forestale Italiana, con lo scopo di analizzare la produzione delle biomasse legnose per la produzione di energia termica.

Per liberare e utilizzare l’energia contenuta nei materiali vegetali sono disponibili diverse tecnologie di conversione: alcune di queste costituiscono applicazioni ormai affidabili, economiche, comode e semplici nell’impiego, suscettibili di essere acquisite a livello sia individuale sia collettivo e industriale.

Altre, invece, sono ancora in fase di sviluppo, richiedono strutture ad elevata tecnologia e dimensioni industriali per essere economiche, anche se dallo sviluppo di queste ultime dipende un uso esteso in funzione energetica della risorsa biomassa.

Nel caso delle biomasse forestali, caratterizzate, tra le altre cose, da contenuti idrici relativa-mente bassi, sono utilizzati soprattutto i processi termo-chimici di conversione energetica (“via secca”), mentre gli altri processi riguardano in modo particolare le biomasse agricole, a più alto contenuto d’umidità (“via umida”).

Nella prima parte di questo capitolo saranno presentati i trattamenti necessari per accresce-re ed uniformare la qualità energetica di materiali legnosi, mentre nella seconda parte sa-ranno descritte le tecnologie di conversione vere e proprie.

Tecniche di condizionamento

I prodotti legnosi potenzialmente utilizzabili per scopi energetici sono caratterizzati da un’e-trema eterogeneità per composizione, misura e forma: si passa, infatti, dalla polvere di legno alla segatura, dai trucioli alle ramaglie e ai tronchi.

Al momento di destinarli alla conversione energetica, essi richiedono trattamenti che sono variabili a seconda delle caratteristiche fisico-chimiche del materiale di cui si dispone e del tipo d’impianto che li utilizza.

Il fine di queste operazioni è l’ottenimento di un combustibile a più alta qualità energetica e maggiore facilità d’impiego, che renda la dendro-energia il più comparabile possibile agli altri combustibili convenzionali.

L’essiccazione e lo stoccaggio

Successivamente alle fasi taglio, allestimento ed esbosco, la legna non può essere «convenientemente» utilizzata tal quale a causa dell’elevata percentuale d’umidità; questa può assumere valori molto vari e, mediamente, in una pianta forestale appena tagliata si aggira intorno al 50%.

In queste condizioni gran parte dell’energia contenuta nel legno sarebbe utilizzata per liberare l’acqua contenuta, con ovvie considerevoli perdite dell’efficienza di conversione energetica.

Una soluzione semplice ed economica per ridurre il tenore idrico del legno da bruciare l’essiccazione per traspirazione (o biologica).

Essa consiste in una stagionatura del legno, la cui durata può variare da pochi mesi a più di un anno, in relazione all’andamento climatico stagionale e al tipo di legno; questo, dopo il taglio, è solitamente stoccato in foresta, ai bordi della strada o in prossimità dei luoghi d’utilizzazione, all’aperto oppure al riparo.

Ovviamente la perdita d’umidità porta a un aumento del potere calorifico del legno, che raggiunge il valore più alto con contenuti d’umidità tra il 12 e il 15%. Infatti, un contenuto d’umidità del legno eccessivamente basso porterebbe, nella maggior parte degli impianti di combustione oggi disponibili, a una rapida bruciatura e i fumi evacuerebbero velocemente, prima di cedere il calore.

A questi valori d’umidità corrisponde anche una migliore stabilità del materiale. In realtà il guadagno non è così macroscopico, se consideriamo che il peso del legno diminuisce durante l’essiccazione; infatti, se, come è giusto che sia, considerassimo la variazione del potere calorifico sullo stesso volume, il guadagno in termini energetici risulterebbe più contenuto.

D’altra parte, occorre considerare anche che l’essiccazione del legno porta a una migliore qualità di combustione, a una minore produzione di fumo e catrame, a una minore usura delle apparecchiature e a più alti rendimenti termodinamici.

La cippatura

Per rendere omogenea la composizione dei materiali legnosi si ricorre alla cippatura, un’operazione meccanica che riduce assortimenti legnosi di diversa misura in scaglie di piccole dimensioni (Chips , da cui il nome).

In questo modo è notevolmente agevolata la movimentazione del materiale e l’alimentazione degli impianti.

La geometria dei chips varia con le tecniche di taglio, infatti le dimensioni richieste sono in funzione del tipo di impianto e, soprattutto, del suo sistema di alimentazione. Essi hanno una lunghezza che varia da 15 a 50 mm, una larghezza pari a metà e uno spessore pari a 1/5-1/10 della lunghezza (generalmente le dimensioni sono 40x20x3mm).

La geometria, la dimensione, la densità sono caratteristiche importanti se i chips sono destinati all’industria del legno; l’omogeneità, invece, è il parametro più importante per i chips destinati alla combustione.

La presenza di chips di dimensioni disomogenee provoca spesso fastidiosi bloccaggi dei sistemi d’alimentazione degli impianti automatici.

L’omogeneità del materiale può essere ottenuta con la calibratura tramite vagli. Un tenore di umidità del legno superiore al 40% può causare problemi al funzionamento della cippatrice: dopo il taglio si richiede, pertanto, uno stazionamento del materiale sul posto ai bordi della strada o in piazzale.

In ogni caso l’umidità del legno non deve scendere a valori inferiori al 25%.

Lo stoccaggio dei chips pone dei problemi per l’essiccazione, poiché possono intervenire deterioramenti e perdita di materiale a causa dei processi di respirazione e di fermentazione microbiologica, tanto più intensi quanto più è profonda la pila di ammasso, l’umidità del combustibile e la temperatura esterna (gli stessi processi di respirazione e fermentazione, d’altro canto, aumentando la temperatura e favoriscono l’evaporazione dell’acqua contenuta nei chips).

Sul mercato italiano esistono delle cippatrici di varia potenza fino a 15 MW, in grado di la-vorare legname di varie dimensioni (con capacità di lavoro variabili da qualche tonnellata fino a qualche decina di tonnellate l’ora), sia automotrici sia portate da trattrici agricole.

Le prime sono in grado di lavorare legname di ogni tipo di specie, fino a un diametro di 30 cm. e hanno dei costi elevati di investimento e di esercizio (l’affitto costa circa 150 Euro per un’ora di funzionamento), ma hanno il vantaggio di notevoli capacità di lavoro e basso impiego di manodopera.

Le cippatrici portate ai tre punti della trattrice hanno costi d’investimento contenuti e costi di esercizio relativamente bassi, ma richiedono alimentazione manuale e offrono basse capacità di lavoro.

Esse si distinguono per il sistema di taglio: questo può essere a disco o a tamburo. Il primo, in genere usato nelle cippatrici portate di piccole potenze, presenta l’inconveniente di produrre delle code di cippatura che bloccano la vite senza fine dell’impianto di alimentazione delle caldaie, ma in compenso ha costi di investimento ragionevoli, semplicità d’uso, manutenzione relativamente facile, potenze richieste meno elevate.

Il secondo sistema di taglio è più diffuso nelle macchine automotrici di potenza più elevata.

La densificazione

Ai differenti livelli industriali della filiera del legno, sono prodotte ingenti quote di residui legnosi di piccola granulometria (trucioli, segatura, polvere di legno, ecc.) che non trovano una facile utilizzazione e, talvolta, pongono problemi di smaltimento.

La densificazione di questi materiali permette di ottenere un combustibile denso, in forma di cubetti, pellets (piccoli cilindri di 8-10 mm di diametro e 20-30 mm di lunghezza) e bricchette (a forma di saponetta o di cilindro con lunghezza tra 50 e 300 mm), utilizzabile all’interno del processo produttivo o vendibili ad altri utilizzatori.

I prodotti densificati sono caratterizzati da elevata densità energetica, stabilità e uniformità delle dimensioni, bassa percentuale d’umidità. Essi, di conseguenza, hanno minori costi di trasporto e una maggiore facilità di immagazzinamento e uso, miglior controllo e maggiore efficienza di combustione.

La densità dei prodotti densificati varia da 0,9 a 1,4 g/cm3, mentre la loro umidità può variare entro range molto estesi (generalmente dal 5% al 10%).

Il processo di produzione si articola in tre fasi: stoccaggio e preparazione del materiale, essiccazione, densificazione.

Inizialmente il legno è separato dalle impurità, ridotto in dimensioni più piccole e uniformi e stoccato su piattaforme; da qui è trasportato all’interno di forni di essiccazione, dove l’umidità è ridotta a valori intorno al 10%.

Avviene quindi la densificazione del materiale per compressione (pressa a vite o a pistone) o estrusione.

Le macchine che lavorano per estrusione riscaldano il materiale, provocando, dopo il raffreddamento, la formazione di una pellicola protettrice di lignina che si oppone ad un ritorno di umidità.

La qualità del prodotto e il costo energetico richiesto (mediamente il 20% dell’energia contenuta nel materiale da densificare) dipendono dalle caratteristiche chimico-fisiche del materiale grezzo e dal tipo di processo impiegato.

Altre tecniche di condizionamento

Tra i prodotti di condizionamento vanno citati il legno torrefatto, (una forma energetica inter-media tra il legno e il carbone, con potere calorifico superiore a 5000 kcal/h, ottenuto per trattamento del legno a temperature di circa 300 gradi, più stabile e più omogeneo del materiale di partenza e che crea minori problemi di stoccaggio e trasporto) e la miscela segatura-combustibile.

L’impiego di questi prodotti risponde, tuttavia, piuttosto a esigenze di smaltimento di residui di lavorazione che a necessità di valorizzazione energetica.