Emissioni inquinanti

Gli impianti per la combustione di biomassa ligno-cellulosica, come pure tutte le centrali di valorizzazione che lavorano con biomasse, interagiscono con l’ambiente principalmente scambiando calore e rilasciando sostanze inquinanti in atmosfera. L’interazione tra i sistemi di conversione di energia e l’ambiente interessa vari ambiti e spesso è di difficile valutazione:

 emissioni di materia per quanto riguarda il rilascio di sostanze allo stato solido, liquido o gassoso;

 emissioni di energia quando si considerano flussi di energia termica, elettromagnetica ed acustica;

 altri tipi di interazioni per indicare occupazione del suolo, impatto visivo ed altri aspetti significativi per il caso specifico analizzato.

Le emissioni inquinanti in atmosfera, più facilmente misurabili rispetto ad altri parametri, risultano la voce più significativa su cui focalizzare l’attenzione. L’inquinamento può essere locale o globale a seconda di quanto diffuse sono le conseguenze dovute al rilascio in atmosfera di una data sostanza:

32

 nel caso di inquinamento locale si identifica una variazione delle condizioni naturali per un’area circoscritta;

 nel caso di inquinamento globale le ripercussioni negative si registrano in modo diffuso per l’intero pianeta.

L’inquinamento atmosferico viene definito dalle normative italiane come ogni modificazione della normale composizione chimica o dello stato fisico dell’aria dovuta alla presenza di una o più sostanze in quantità e con caratteristiche tali da:

 alterare le normali condizioni ambientali e la salubrità dell’aria;  costituire pericolo per la salute pubblica;

 compromettere le attività ricreative e gli altri usi dell’ambiente;  alterare le risorse biologiche, gli ecosistemi e i beni materiali.

Il processo di combustione del cippato di legno vergine rilascia nell’ambiente emissioni gassose e ceneri.

2.4.1 Emissioni gassose

Tra tutti i composti gassosi, l’anidride carbonica CO2 è particolarmente significativa poiché partecipa in maniera preponderante all’incremento del fenomeno dell’effetto serra di origine antropica. Nello specifico della combustione di cippato non si registrano emissioni nette di CO2 al termine del ciclo di vita chiuso della biomassa: si ottiene infatti una condizione di equilibrio tra la CO2 consumata dai vegetali nella fase di crescita forestale e la CO2 prodotta dalla combustione finale di cippato.

Un altro gas prodotto in fase di combustione, è il monossido di carbonio CO: se presente in alte concentrazioni nell’aria, grazie all’elevata affinità con l’emoglobina, determina riduzione di trasporto di ossigeno da parte del sangue; per concentrazioni di qualche centinaia di ppm può causare la morte per asfissia.

La valorizzazione energetica del cippato determina emissioni in atmosfera anche di ossidi di azoto NOx. Questi si distinguono in tre categorie a seconda del processo di formazione che li caratterizza:

 Thermal NOx, si formano per ossidazione termica dell’azoto presente nell’aria comburente;

 Prompt NOx, generati nella zona di fiamma per reazione dell’N2 con i radicali degli idrocarburi;

 Fuel NOx, si formano per ossidazione di elementi presenti nel combustibile (NH3, NH2, HCN).

Elevata concentrazione di ossidi di azoto nell’atmosfera può essere causa di corrosione delle superfici per deposito di acido nitrico, irritazioni delle vie respiratorie se inalati visto l’elevato grado di tossicità, aumento dei fenomeni delle piogge acide e del buco dell’ozono.

Altri composti che vengono rilasciati attraverso i fumi di scarico della caldaia sono gli ossidi di zolfo SOx, che si formano dall’ossidazione delle molecole di zolfo presenti nel combustibile. Anche queste sostanze influenzano il verificarsi di fenomeni di corrosione di strutture metalliche

33 e delle pareti degli edifici, alterazione dell’acidità delle piogge, irritazione delle vie respiratorie nei soggetti che li inalano, aumento dei fenomeni delle piogge acide e del buco dell’ozono.

Tutte queste sostanze vanno a costituire la componente gassosa delle emissioni inquinanti emesse a camino. Si riportano in tabella (Tabella 2. 1) alcuni valori indicativi di emissione di biomasse a confronto con le emissioni di altri tipi di combustibili, comunemente impiegati per il riscaldamento domestico. Per confrontare le emissioni prodotte si fa riferimento alla stessa unità di energia prodotta: la quantità di inquinante emessa per unità di energia prodotta viene detta “fattore di emissione”.

Tabella 2. 1 Fattori tipici di emissioni dei vari combustibili per uso riscaldamento14

2.4.2 Ceneri

In aggiunta alle emissioni gassose, viene prodotta come risultato della combustione anche una componente solida data dalle ceneri. Le ceneri sono distinte in funzione della dimensione delle particelle di cui si compongono: ceneri volatili, più leggere e di dimensioni ridotte, contenute nei fumi di scarico; ceneri pesanti, più grossolane, che si depositano nel sotto griglia.

Le ceneri volatili, anche dette particolato, sono definite come un insieme di particelle solide e liquide, sospese in aria, molto eterogeneo per dimensioni, composizione e provenienza, presenti come aerosol, polveri, fumo, nebbie, smog. Si distinguono a loro volta in:

 polveri inalabili PM10, particelle sospese del diametro inferiore ai 10 µm  polveri respirabili PM2,5, particelle sospese del diametro inferiore ai 2,5 µm.

Anche il particolato ha evidenti effetti nocivi sull’ambiente poiché determina sporcamento delle superfici esterne degli edifici (le particelle sedimentate possono fungere da nuclei di condensa e successiva corrosione dei materiali), risulta irritante per le vie respiratorie quando viene inalato e si sedimenta.

Le conseguenze dell’emissione di grandi quantità di inquinanti sono evidenti sul piano locale, ma possono assumere importanza globale quando influiscono sull’aumento del verificarsi di fenomeni quali le piogge acide, il buco dell’ozono e soprattutto l’effetto serra di origine antropico. Per cercare di frenare le emissioni e di controllare le ripercussioni che queste hanno sull’ambiente, sono state introdotte numerose norme nazionali ed internazionali. Le normative possono imporre limiti sulla qualità dell’aria indicando le massime concentrazioni ammissibili in

14 Valori tipici forniti da G. V. Fracastoro, A. M. Barbero, e F. Baccon, «Requisiti tecnici per impianti a cippato

34

atmosfera per i vari tipi di inquinanti, oppure possono dare dei limiti sulle emissioni, definendo le quantità massime che gli impianti possono emettere per ogni tipo di inquinante.

Per rispettare i limiti imposti, risulta necessario installare una serie di ausili tecnologici che riducano le emissioni:

 per la riduzione della concentrazione di particolato nei fumi di scarico si utilizzano precipitatori elettrostatici, filtri a manica, filtri ad umido o torri di lavaggio, filtri a ciclone ed a venturi;

 per il controllo delle emissioni di ossidi di azoto NOx si utilizzano combustori con iniezione di diluente, processi di combustione a stadio, sistemi di riduzione selettiva catalitica;

 per diminuire l’emissione di ossidi di zolfo SOx si può scegliere di utilizzare combustibili a basso tenore di zolfo, processi di desolforazione preventiva del combustibile, rimozione degli SOx con sorbenti basici durante o dopo la combustione.

Nella situazione specifica che si sta analizzando, di caldaie alimentate a cippato di legno vergine, risulta particolarmente importante applicare efficaci sistemi di rimozione del particolato presente nei fumi di scarico, oltre che controllare la quantità di zolfo presente nella biomassa combustibile. Le soluzioni tecnologiche disponibili nel mercato si differenziano per principio di funzionamento, efficienza di rimozione, dimensioni, costi iniziali e di esercizio. I filtri maggiormente adottati sono:

 precipitatori elettrostatici (elettrofiltri);  filtri a manica;

 filtri ad umido (torri di lavaggio);  filtri a ciclone o a venturi.

I filtri a ciclone sono i dispositivi maggiormente impiegati, per centrali a cippato di legno, per separare la componente delle ceneri volatili dai fumi di scarico in uscita dall’impianto di combustione.

Le emissioni di anidride carbonica, invece, non costituiscono un parametro preoccupante poiché si equilibrano con la CO2 consumata dai vegetali all’inizio del ciclo di vita.