Transcript Impatto su salute e ambiente dei sistemi di
Impatto su salute e ambiente dei sistemi di produzione dell'energia
Roberto Pellegrino Biologo, ambientalista
Scambi di energia e materia in diversi sistemi termodinamici
Sistema termodinamico esempio curva di crescita popolazioni SISTEMA APERTO ENERGIA MATERIA SISTEMA CHIUSO ENERGIA SISTEMA ISOLATO
0
risorse energetiche utilizzate dai viventi comparsi sulla Terra nei vari periodi
(miliardi di anni) 0,5 1,8 4,5
Comparsa di organismi procarioti eterotrofi organismi eterotriofi Comparsa organismi fotosintetici autotrofi
Utilizzo dell’energia chimica contenuta nelle molecole organiche del «brodo primordiale» Brodo primordiale: risorsa limitata Utilizzo dell’energia chimica contenuta nelle molecole organiche create dagli organismi autotrofi tramite la fotosintesi sole: risorsa illimitata
Flusso di materia ed energia nei viventi Energia solare
Produzione primaria di energia
Carboidrati CH
2
O Ossigeno O
2
Organismi autotrofi Organismi eterotrofi
H
2
O CO
2
comparsa dell’uomo nella scala dei tempi della vita sulla terra Comparsa di organismi procarioti eterotrofi Comparsa organismi fotosintetici autotrofi
Crescita della popolazione di
homo sapiens
dalla sua comparsa all’anno 2000
Combustibili fossili fuoco da 1 a10 milioni da 10 a 200 milioni da 200 a 6000 milioni
2012 : raggiunti 7 miliardi di esseri umani
Dipendenza dal petrolio
Prodotti per la pulizia Trasporto derrate alimentari farmaci Riscaldamento/raffrescamento Fibre sintetiche coloranti Materie plastiche telecomunicazioni Energia elettrica
ASPO-Italia, wikipedia
È necessario allora puntare sulle «Energie rinnovabili», ma cosa sono esattamente?
In ingegneria energetica con il termine energie rinnovabili si intendono le forme di energia prodotte da fonti di energia che per loro caratteristica intrinseca si rigenerano almeno alla stessa velocità con cui vengono consumate o non sono "esauribili" nella scala dei tempi "umani" e, per estensione, il cui utilizzo non pregiudica le risorse naturali per le generazioni future.
Da Wikipedia, l'enciclopedia libera.
FER
:
F
onte
E
nergia
R
innovabile
idroelettrico eolico fotovoltaico Biomasse/biogas
Le principali forme di energia rinnovabile dipendono dal sole Solare fotovoltaico Energia eolica ?
fotosintesi Centrale idroelettrica Solare termico
Origine delle biomasse
Utilizzi umani
Alimenti, mangimi, fibre, legno Rifiuti, Deiezioni, Scarti
fotosintesi
Colture energetiche
BIOMASSA
Sfruttamento intensivo risorse naturali
deforestazione
Quanta energia si accumula nelle biomasse?
1,2 Kg carbonio/mq*anno
Biomasse: quanta energia solare è convertita in energia utile?
Efficienza energetica = energia solare ricevuta energia convertita x 100 • • Esempi di efficienza energetica: Pannello fotovoltaico: 10 – 15% Biomasse: 0,2-0,6%
Cosa implica questo?
Superficie agricola destinata alle colture energetiche previste per un impianto a biogas da 1 MW
400 ha
Area occupata da un impianto fotovoltaico da 1MW
EU-27: potenza rinnovabile nel 2010
BIO-ENERGIE in Germania: 8000 impianti da 1000-300kw
Col BIOGAS i rifiuti «spariscono» • • •
prima…
4500 t/a letame-liquame
…dopo
16500 t/a digestato
Aumento degli scarti da smaltire Effetto serra per emissioni di CH4 (stoccaggio digestato) Rischio di diffusione germi patogeni
Le bio-energie sono «pulite»
Confronto emissioni per combustione di Biomasse solide (legno, paglia) e metano (50MW) (g/Gj)
legno paglia metano SO 2
25 130 0,3
NOx
90 90 42
VOC
7,3 7,3 2
CH
30 30 0,1
4 CO
240 325 28
N 2
4 4
O
0,1
PM-2,5 CO
10 12 0,1 CEEH Scientific Report No 10, Centre for Energy, Environment and Health Report series, November 2011
2 (Kg/Gj)
102 102 57
Le bio-energie sono «pulite»
Metalli pesanti nelle ceneri
La concentrazione di metalli pesanti nelle ceneri derivanti dalla combustione di legname (rovere, faggio, abete) è simile a quella riscontrabile nelle ceneri prodotte dalla combustione di carbone, lignite e RSU. (valori in mg/Kg)
combustibile
carbone lignite legno di abete legno di faggio legno di rovere rifiuti solidi urbani paglia di grano nocciola (guscio) noce (guscio) Peanut (guscio) Almond (guscio) Girasole (guscio)
Arsenico Cadmio
5,16 8,54 3,48 4,12 1,98 2,46 0,18 0,12 0,26 0,09 0,16 0,06 2,84 6,18 0,92 0,84 1,06 0,86 0,20 0,23 0,18 0,16 0,13 0,10
Cromo
8,23 9,40 2,56 4,38 3,51 2,73 3,08 4,15 2,18 1,16 1,04 0,95
Rame
23,50 72,80 42,70 29,30 37,90 52,80 25,10 32,30 23,60 34,30 12,80 13,30
Piombo Mercurio
64,10 80,70 33,20 35,00 28,40 36,20 5,68 6,62 5,09 3,55 1,16 1,63 0,21 0,43 0,12 0,13 0,09 0,11 0,06 0,05 0,08 0,09 0,05 0,03 Demirbas A: Potential applications of renewable energy sources, biomass combustion problems in boiler power systems and combustion related environmental issues. Progress in Energy and Combustion Science 2005, 31(2):171-192.
Il motore che brucia biogas equivale a 2-3 automobili a mentano Motore a 4 tempi 20 cilindri Cilindrata: 48.670 cc (equivale a circa 7 autobus urbani) 1500 giri/minuto Cogeneratore Jenbacher mod. J-320 GS C-25
Trasporti biomasse/liquami entro 30km
• • •
2955 movimentazione/anno
107 viaggi/anno carribotte (liquame) 998 viaggi/anno carribotte (digestato) 1850 viaggi/anno carri agricoli (biomasse vegetali) Fonte: Dati progetto presentato Opere Pie Riunite
Il motore che brucia biogas equivale a 2-3 automobili a mentano PM 10: 1,5mg/mc X 4000mc/h X 24h = 144000mg/giorno = 144g/giorno NOx: 200 mg/mc X 4000mc/h X 24h = 19200000mg/giorno = 19,2 Kg/giorno
INQUINAMENTO EQUIVALENTE dell’impianto di AVIGLIANO
Pm10: 2500 automobili diesel (euro 5) che percorrono 12 km al giorno nello stesso posto NOx: 4600 automobili diesel (euro 5) che percorrono 12 km al giorno nello stesso posto
Il motore che brucia biogas equivale a 2-3 automobili a mentano
UMBRIA 2013: 34 impianti in funzione 20 impianti autorizzati Stima emissioni totali: 140.000 mc/h
PM 10: 1,5mg/mc X 140000mc/h X 24h = 5.040.000 mg/giorno = 5 kg/giorno NOx: 200 mg/mc X 4000mc/h X 24h = 672.000.000 mg/giorno = 672 Kg/giorno
INQUINAMENTO EQUIVALENTE di 54 IMPIANTI A BIO-ENERGIE Pm10
: 87.500 automobili diesel (euro 5) che percorrono 12 km al giorno nello stesso posto
NOx
: 161.000 automobili diesel (euro 5) che percorrono 12 km al giorno nello stesso posto in Umbria circolano 603.000 automobili
La Danimarca ha calcolato i costi sanitari associati alle emissioni da caldaie individuali e industriali (Ind.) e da caldaie di teleriscaldamento (FV)
(I costi sanitari per il riscaldamento) K. Karlsson et al., 2011: CEEH’s calculations of healthrelated costs from air pollution as given in the Climate Commission’s scenarios (in Danish), CEEH Scientific Report No 10, Centre for Energy, Environment and Health Report series, November 2011, pp. 24.
La politica energetica della Germania è incentrata sulle bioenergie Jörg Hacker Bioenergy – Chances and Limits German National Academy of Sciences Leopoldina, Nova Acta Leopoldina, 03/2012
La Germania non dovrebbe concentrarsi sulle bioenergie per ridurre il consumo di combustibili fossili e le emissioni di gas serra. La Germania dovrebbe concentrarsi su altre fonti di energia rinnovabile, come solare termico, fotovoltaico, e l'energia eolica, la cui richiesta di terreno, le emissioni di gas serra o altri impatti ambientali sono inferiori a quelli delle bio-energie.
Il risparmio energetico e il miglioramento dell'efficienza energetica devono avere la priorità.
- La promozione delle bioenergie deve essere limitata a quelle forme che: a) non riducono la disponibilità di cibo o che stimolano aumenti di prezzo a causa della competizione con risorse limitate quali l'acqua e la terra; b) non hanno grandi effetti negativi sugli ecosistemi e sulla biodiversità; c) hanno un sostanziale (>60-70%) migliore equilibrio sui gas ad effetto serra rispetto ad altri vettori energetici che vanno a sostituire; d) non compromettono la gamma preziosa di servizi che gli ecosistemi forniscono all'umanità
German National Academy of Sciences Leopoldina
Tra i membri 35 premi Nobel Scienza per politica e società
Le Dichiarazioni e le Raccomandazioni dell'Accademia forniscono ai politici analisi e valutazione scientifica sui temi più urgenti della società di oggi. Esse si sviluppano indipendentemente da interessi economici e politici che danno consigli su come affrontare problemi specifici delle società. L’ Academy lavora per l'identificazione precoce dei principali sviluppi scientifici che possono diventare importanti per la società nel futuro, e fornisce analisi e raccomandazioni di conseguenza. In questo modo, la Leopoldina aiuta a impostare politiche sulla strada giusta.
Scienziati che hanno contribito al rapporto “Bioenergy – Chances and Limits” (2012)
Prof. Dr. Bärbel Friedrich ML Institut für Biologie/Mikrobiologie, Humboldt-Universität Berlin Prof. Dr. Bernhard Schink ML Lehrstuhl für mikrobielle Ökologie, Limnologie und allgemeine Mikrobiologie, Universität Konstanz Prof. Dr. Rudolf K. Thauer ML Max-Planck-Institut für terrestrische Mikrobiologie, Marburg Scientists involved in writing the report Prof. Dr. Fraser A. Armstrong Department of Inorganic Chemistry, University Oxford, Great Britain Dr. Vincent Artero Institute de Recherches en Technologies et Sciences pour the Vivant, Université Joseph Fourier, Grenoble, France Priv. Doz. Dr. Nicolaus Dahmen Institut für Katalyseforschung und -Technologie, Karlsruher Institut für Technologie (KIT) Prof. Dr. Holger Dau Fachbereich Physik, Freie Universität Berlin Prof. Dr. Eckhard Dinjus Institut für Katalyseforschung und -Technologie, Karlsruher Institut für Technologie (KIT) Prof. Dr. Peter Dürre Institut für Mikrobiologie und Biotechnologie, Universität Ulm Prof. Dr. Bärbel Friedrich ML Institut für Biologie/Mikrobiologie, Humboldt-Universität Berlin Prof. Dr. Helmut Haberl Institut für Soziale Ökologie (SEC), Alpen-Adria Universität Klagenfurt, Wien, Graz, Österreich Prof. Dr. Thomas Happe AG Photobiotechnologie, Ruhr-Universität Bochum Prof. Dr. Christian Körner ML Institut für Botanik, Universität Basel, Schweiz Prof. Dr. Gerd Kohlhepp Geografisches Institut, Eberhard-Karls-Universität Tübingen Prof. Dr. Katharina Kohse-Höinghaus ML Fakultät für Chemie, Universität Bielefeld Dr. Philipp Kurz Institut für Anorganische Chemie, Christian-Albrechts-Universität Kiel Dr. Christian Lauk Iè ammesso solonstitut für Soziale Ökologie (SEC), Alpen-Adria Universität Klagenfurt, Wien, Graz, Österreich Prof. Dr. Wolfgang Lubitz Max-Planck-Institut für chemische Energiekonversion, Mülheim Prof. Dr. Matthias Rögner Lehrstuhl für Biochemie der Pflanzen, Ruhr-Universität Bochum PD. Dr. Thomas Senn Institut für Lebensmittelwissenschaft und Biotechnologie, Universität Hohenheim Prof. Dr. Victor Smetacek Alfred-Wegener-Institut für Polar-und Meeresforschung, Bremerhaven Prof. Dr. Bernhard Schink ML Lehrstühl für mikrobielle Ökologie, Limnologie und allgemeine Mikrobiologie, Universität Konstanz Scientists involved 47 Dr. Ulrike Schmid-Staiger Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Verfahrenstechnik, Stuttgart Prof. Dr. Ernst-Detlef Schulze ML Max-Planck-Institut für Biogeochemie, Jena Prof. Dr. Rudolf K. Thauer ML Max-Planck-Institut für terrestrische Mikrobiologie, Marburg Prof. Dr. Peter Weiland Johann Heinrich von Thünen-Institut, Braunschweig Dr. Karen Wilson Cardiff School of Chemistry, Cardiff University, Wales, Great Britain Prof. D. Thomas Bley Institut für Lebensmittel- und Bioverfahrenstechnik der TU Dresden Prof. Dr. Christian Barth Deutsches Institut für Ernährungsforschung, Golm Prof. Dr. Detlev Drenckhahn ML Institut für Anatomie und Zellbiologie, Julius-Maximilians-Universität Würzburg Prof. Dr. Ian Donnison Institute for Biological, Environmental and Rural Sciences, Aberystwyth University, Wales, Great Britain Prof. Dr. Ottmar Edenhofer und Kollegen Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung, Potsdam Prof. Dr. Maarten Koornneef Max-Planck-Institut für Pflanzenzüchtung, Köln Dr. Adam Powell Centre for Sustainable Aquaculture Research, Swansea University, Wales, Great Britain Dr. Robin Shields Centre for Sustainable Aquaculture Research, Swansea University, Wales, Great Britain Prof. Dr. Mark Stitt ML Max-Planck-Institut für molekulare Pflanzenphysiologie, Golm Dr. Christian Anton Nationale Akademie der Wissenschaften Leopoldina Dr. Henning Steinicke Nationale Akademie der Wissenschaften Leopoldina External Reviewers Prof. Dr. Nikolaus Amrhein ML Group for Plant Biochemistry und Physiology, Eidgenössische Technische Hochschule (ETH) Zürich Prof. Dr. Georg Fuchs ML Institut für Biologie II, Mikrobiologie, Albert-Ludwigs-Universität Freiburg Prof. Dr. Wolfgang Junge Abteilung Biophysik, Universität Osnabrück Prof. Dr. Bernt Krebs ML Institut für Anorganische und Analytische Chemie, Westfälische Wilhelms-Universität Münster Prof. Dr. Hermann Sahm Institut für Biotechnologie, Forschungszentrum Jülich Prof. Dr. Hans Joachim Schellnhuber ML Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung, Potsdam Prof. Dr. Ferdi Schüth ML Max-Planck-Institut für Kohlenforschung, Mülheim Prof. Dr. Stefan Tangermann Department für Agrarökonomie und rurale Entwicklung, Georg-August-Universität Göttingen, Akademie der Wissenschaften zu Göttingen
Dobbiamo aumentare la produzione di energia rinnovabile per combattere i cambiamenti climatici. Ce lo impone l’EUROPA
EUROPA: Pacchetto clima energia 20-20-20
obiettivi italiani vincolanti da raggiungere entro il 2020 e situazione al 2012
Situazione al 2012 Ridurre del 6,5% le emissioni di gas serra risp. al 1990 (Kyoto)
Emissioni CO 2 -7,3%
Ridurre il consumo di energia del 13% risp. al 2005
risparmio energetico 133 ktep 126 ktep
Portare al 17% i consumi di energia rinnovabile rispetto al consumo totale
Fonte dati 2012: GSE e Fondazione per lo Sviluppo Sostenibile 17% 15%
L’Umbria deve compiere un grande sforzo nella produzione di energia rinnovabile
Rinnovabili elettriche: La situazione in Umbria alla fine del 2012:
Obiettivo 2020 Fonte: GSE, dato 2012: stima fornita dalla Regione dell’Umbria
In Germania 6800 impianti a BIOGAS danno un contributo fondamentale alle energie rinnovabili
GERMANIA 2011: % consumi energetici per tipo di fonte 1,4% biogas agricolo
Fonte: Federal ministry for the Environment, nature Conservation and nuclear Safety - (Public Relations Division · 11055 Berlin -Germany)
Le biomasse non contribuiscono all’effetto serra perché la CO2 emessa è la stessa sottratta durante la crescita delle piante
Correcting a fundamental error in greenhouse gas accounting related to bioenergy
Helmut Haberla et al., Energy Policy, Volume 45, June 2012
… «la combustione della biomassa per la fornitura di energia aumenta la quantità di carbonio nell'aria proprio come la combustione di carbone, petrolio o gas, se la raccolta della biomassa diminuisce la quantità di carbonio immagazzinato nelle piante e nei suoli, o riduce il sequestro futuro del carbonio».
Le biomasse non contribuiscono all’effetto serra perché la CO2 emessa è la stessa sottratta durante la crescita delle piante
VERO SOLO SE SI UTILIZZANO SCARTI: Se la produzione di biomasse sostituisce le produzioni alimentari in altre parti del globo aumenta la deforestazione
• • • •
Chi lo dice?
Steve P. Hamburg et alt., Fixing a Critica Climate Accounting Error, SCIENCE, vol 326, 2009 Timothy Searchinger et alt., Use of Croplands for
Biofuels Increases Greenhouse Gases Through
Emission from Land-Use Change, SCIENCE, vol 319, 2008 Andy Shilton and Benoit Guieysse, Sustainable sunlight to biogas is via marginal organics, Current Opinion in Biotechnology, 287, vol 21, 2010 David Alan Walker, Biofuel, facts, fantasy, and feasibility, J. Appl. Phycol, 21, 509, 2009
Come si valuta la qualità della produzione scientifica?
l’ANVUR (Agenzia Nazionale Valutazione Ricerca Universitaria) legge n. 240/96 1.
2.
3.
4.
Il numero di articoli su riviste nazionali o internazionali censite su ISI o Scopus negli ultimi 10 anni; Il numero delle citazioni; L’ indice H
Il Fattore di Impatto delle riviste Autore
Walker Jörg Hacker Schink, Bernhard doering o* c Singh Anoop Gerbens-Leenes P* W Rubbia Carlo Guieysse B
n. pubb ISI Hamburg Steven
Searchinger Timoty D.
Shilton 18
344
266
Media Citazioni
42,44
36,32
31,38
H-index
5 90 3 216 61
6
7 38 30 28,51 25,33 25,13 22,66
18,3
17,86 11,95
rivista citata o migliore
12 Journal of Applied Phycology
58
Nova acta Leopoldina 46 Nova acta Leopoldina 3 Science 23 Renewable & Sustainable Energy Reviews
impact factor
2,326 13,69 13,69 31,2 6,577 30 22 Current Opinion in Biothecnologies 3 science 2 Science 12 Current Opinion in Biothecnologies Nature Science Fattore di impatto delle riviste scientifiche internazionali 7,82 31,2 31,2 7,82
Le biomasse sono economicamente sostenibili
Se fosse vero non ci sarebbe bisogno degli INCENTIVI economici:
Senza la sicurezza degli incentivi nessuna banca finanzierebbe progetti di BIOGAS, BIOMASSE SOLIDE ecc
Fonte: Rai- Report 2010
Infine uno sguardo all’import/export cerealicolo e alla crescita della popolazione italiana
L’Italia ha importato 15,2 milioni di tonnellate tra cereali, semi oleosi e farine proteiche. La popolazione italiana aumenta costantemente
Istat: popolazione residente in Italia
Import / export: Il saldo valutario netto è circa -2 miliardi di euro
Fonte: Anacer - Associazione nazionale cerealisti
Gli incentivi alle rinnovabili rendono meno competitive le produzioni alimentari rispetto a quelle energetiche
Biomasse: Siamo sicuri che vale la pena?
Efficienza energetica 0,1% rispetto all’energia solare ricevuta (fotovoltaico 10-15%)
Competizione con le produzioni alimentari
Inquinamento delle falde (fertirrigazione con digestato) Emissioni inquinanti in aria
Lievitazione prezzi terreni agricoli e deprezzamento delle abitazioni limitrofe Contributo incerto alla diminuzione dell’effetto serra
Non si potrebbe puntare a forme rinnovabili più efficienti e meno impattanti?
(scarti)