Il progetto IPSSAM “Innovazione aziendale di Processo e di Sistema per la filiera legno-energia nel territorio del Mugello e valutazione della Sostenibilità AMbientale” (Gal Start Misura 124 PSR 2007-2013) nasce dalla collaborazione tra enti locali, istituti di ricerca e privati, allo scopo di contribuire alla realizzazione di sistemi produttivi e modelli di filiera basati sull’impiego di risorse energetiche locali e rinnovabili, mettendo a punto le tecnologie, i supporti logistici e gli strumenti di valutazione ambientale necessari.
La proposta progettuale teneva conto del ruolo potenziale delle biomasse di origine forestale nella produzione di energia da parte delle aziende agricole, prendendo come caso studio l’area del Mugello, caratterizzata dalla presenza di aziende agricole ad indirizzo zootecnico e da estesa superficie boschiva, e si poneva come obiettivi principali:
– la messa a punto e sperimentazione di un processo innovativo per il reperimento di biomassa forestale nella filiera legno-energia.
Si auspicava l’introduzione di processi tecnologici e modelli logistici atti al recupero di biomassa legnosa in bosco in grado di ampliare il bacino di approvvigionamento favorendo l’accesso a terreni marginali, migliorando l’efficienza energetica ed economica del processo e promuovendo complessivamente la valorizzazione del potenziale energetico del territorio;
– la messa a punto e sperimentazione di un prodotto innovativo per le aziende agricole atto alla produzione combinata di elettricità e calore da destinarsi ai fabbisogni interni delle unità produttive (impianto di essiccazione dei foraggi, impianto di mungitura).
Si auspicava la realizzazione di un sistema prototipale di piccola taglia in grado di produrre energia in cogenerazione a partire dalle biomasse legnose e garantire livelli di efficienza energetica ed efficacia in relazione agli scopi aziendali;
– la valutazione della sostenibilità delle innovazioni proposte mediante implementazione dei bilanci emissivi (GHG), energetici ed economici.
Le azioni progettuali miravano al trasferimento delle conoscenze dal mondo della ricerca alle imprese, promuovendo l’innovazione nel settore agro-forestale e la competitività del settore manifatturiero locale.
DESCRIZIONE DEL PROGETTO
L’alto Mugello è un territorio montano collocato negli Appennini centro-settentrionali della Toscana. La particolare orografia dell’arco appenninico toscano fa si che molte perturbazioni provenienti da ovest siano convogliate in quest’area, portando umidità e precipitazioni abbondanti. Come conseguenza di tale fenomeno la vegetazione dei boschi e dei prati dell’alto Mugello è rigogliosa ed è alla base dello sviluppo delle attività legate alle utilizzazioni forestali e all’allevamento bovino.
In questo contesto è stato ideato il progetto IPSSAM che prevede l’impiego delle risorse legnose forestali per sopperire alle necessità termiche ed elettriche delle aziende zootecniche.
L’utilizzazione della legna per scopi energetici è un fatto storico ma l’evoluzione tecnologica recente ha consentito di impiegare questa risorsa per la cogenerazione, ossia per produrre contemporaneamente sia energia termica che elettrica. L’efficienza della cogenerazione ha permesso di reimpiegare oltre l’80% dell’energia contenuta nella legna, rispetto al 10-20% dei tradizionali camini e stufe. I limiti di questo sistema sono rappresentati dalle grandi dimensioni degli impianti, che risultano spesso eccessive in relazione alle piccole necessità della maggior parte delle realtà rurali, e dal fatto che si pone come prioritaria la produzione di energia elettrica, perdendo l’opportunità di reimpiegare il calore, con grande perdita dell’efficienza energetica e delle conseguenti prestazioni ambientali delle energie rinnovabili.
Nel progetto IPSSAM, un innovativo microcogeneratore da 150 kW termici, alimentato a cippato, è stato utilizzato per sopperire alle necessità energetiche dell’azienda zootecnica dei fratelli Marchi, proprietari di oltre 100 capi bovini in lattazione. Il calore prodotto è impiegato per riscaldare l’acqua per l’abbeveraggio e quella per la pulizia del lattodotto e, tramite una minirete di teleriscaldamento, due case e alcuni edifici rurali. Durante i periodi primaverili ed autunnali, quando il riscaldamento non è necessario, l’energia termica è impiegata per l’essiccazione dei foraggi. Nel Mugello, infatti, l’elevata umidità ambientale durante la primavera non consente di operare una buona fienagione del maggengo (primo taglio del fieno con le migliori caratteristiche nutrizionali), con grandi perdite di qualità del prodotto. L’essiccazione in campo richiede normalmente 4-5 giorni di tempo soleggiato, caldo e con bassa umidità atmosferica; la difficoltà del verificarsi di tali condizioni, molto frequentemente, posticipa il taglio rispetto al momento ottimale, con conseguente perdita di valore nutrizionale e ritardo nella ripresa vegetativa. La fienagione forzata, fatta con il calore prodotto dal cippato, consente di ovviare a questi problemi in quanto il fieno può essere raccolto anche solo dopo una giornata di pieno sole, quando cioè è solamente appassito. Inoltre, la fienagione forzata consente da una parte, di recuperare le foglie, che normalmente si perdono durante la raccolta del prodotto secco e che invece hanno un maggiore potere nutrizionale rispetto al culmo, dall’altra, di evitare la formazione di muffe nel fieno, che spesso causano l’introduzione di micotossine nella catena alimentare e compromettono lo stato di salute degli animali.
Un innovativo sistema ad ORC da 3 kW è stato istallato per “recuperare” l’energia elettrica durante la fase produzione di calore. Attualmente, questo componente è in fase di sperimentazione, essendo uno dei primi esempi a livello globale di impiego, in contesto reale, di un microgeneratore elettrico, alimentato a calore da biomassa, di piccolissime dimensioni.
Poiché l’impiego delle risorse forestali in aree orografiche complesse è limitato dalla possibilità di meccanizzare le operazioni in maniera economicamente sostenibile, per la produzione del cippato è stata sperimentata anche un’innovativa macchina operatrice che consente la meccanizzazione della fase di taglio delle piante. Le prove sono state svolte dall’azienda forestale Galeotti, confinante con l’azienda zootecnica dei fratelli Machi. Una macchina operatrice innovativa, applicata al braccio di un escavatore, ha mostrato la sua capacità di operare, nello specifico contesto, in maniera vantaggiosa rispetto ai tradizionali sistemi di taglio ed accumulo primario dei tronchi destinati alla cippatura.
Le due aziende hanno così stabilito una sinergia assolvendo, inoltre, ad uno degli obiettivi del progetto che era quello di “testare” una filiera corta capace di valorizzazione le risorse locali, in un contesto rurale difficile per la sopravvivenza delle aziende agroforestali.
Per completare il quadro, le prestazioni ambientali del processo di produzione dell’energia termica della filiera rinnovabile sono state comparate con quelle della filiera tradizionale a combustibili fossili, attraverso la metodologia LCA (Life Cycle Assessment). Dalla ricerca effettuata è emerso come l’impiego della risorsa legnosa a livello locale comporti una notevole diminuzione dei danni legati all’ecosistema, alla perdita di risorse e alla salute umana.
PROJECT DESCRIPTION
The so-called Alto Mugello is a mountain area located in the central and northern part of the Tuscan Apennines. Due to its specific orography, many weather disturbances moving from west enter this area and bring humidity and heavy rainfall. As a result, the typical vegetation of forests and pastures in Alto Mugello is lush. This is the basis for the development of activities related to the use of forest land and to cattle farming.
The aim of the project IPSSAM is to use the wood coming from forests to produce the heat and the electricity necessary to livestock farms. Historically the wood has always been used to generate power, but the recent technological evolution has enabled what is known as “cogeneration”, that is the simultaneous creation of electricity and useful heat. The efficiency of cogeneration has allowed us to re-use more than 80% of the lumber; a quantity that is way more substantial than the 10-20% of traditional fireplaces and stoves.
The drawbacks of this system are principally two. The first one is the large size of the plants, whose dimensions are often excessive compared to the modest needs of most rural contexts. The second drawback is the greater importance given to the production of electricity, which hinders the re-use of the heat produced in the process. This leads to a significant deficiency in terms of energy efficiency and in terms of high-level performance of renewable energies.
The IPSSAM project has seen the installation of an innovative micro-cogeneration plant (150 kW) fueled by wood chips instead of fossil fuels. It has been used to supply electric power to the livestock farm of the Marchi brothers, an establishment with more than 100 dairy cows.
The heat produced by the plant has been employed to heat both the water used by cattle and the water used to clean the milking system. Moreover, the water heated in this way has been used to heat two private houses and some rural buildings.
During spring and fall, when heating is no longer required, the thermal energy has been used to dry pasture grass. During spring the humidity in the air of Alto Mugello is very high. This humidity interferes with the production of high-quality hay – which here is called “maggengo” and has higher nutritional value. The drying of hay made directly in the fields usually takes from 4 to 5 sunny days, and it needs a lot of heat and dry weather. The rarity of this particular meteorological condition in Alto Mugello entails a delay in haymaking. Since hay cannot be cut at the appropriate moment, there are huge losses of nutritional value, and a delaying of the recovery time. The use of heat coming from the combustion of wood chips is useful because it allows farmers to harvest hay after only one day of full sun – when it is only wilted – and to collect those leaves – which are normally lost during the drying process – that have a higher nutritional value. This also impedes the growth of mold and the consequent diffusion of mycotoxins.
In order to recover the electric energy released during the production of heat, an ORC (3 kW) system has been installed. Presently this system is being tested because it is one of the first electric micro-cogeneration plant that is smaller in size, and that uses biomass as fuel.
In areas with such complex orographic the exploitation of forests is hampered by its scarce economic sustainability. That is why, in order to produce wood chips more efficiently, an innovative machine has been tested. It has been applied to the arm of an excavator and it has enabled the mechanization of the cutting process. The tests were carried out with great satisfaction by the Galeotti forest company, a lumbering enterprise that borders on the livestock farm of the Marchi brothers.
The two enterprises have established a synergy, and have thus fulfilled one of the objectives of the IPSSAM project. That is to create and test a sustainable chain of production that is able to enhance local resources in a rural environment that is hostile to agroforestry.
LCA (Life Cycle Assessment) analysis was used to compare the environmental performances of a sustainable and eco-friendly chain of production to a traditional one. The results show how the exploitation of the forests at a more local level would lead to a significant reduction in damages to the ecosystem, to the raw materials and to human health.
PARTNERS
Dipartimento di Scienze delle Produzioni vegetali, del Suolo e dell’Ambiente agroforestale (DIPSA)
Fondazione per il Clima e la Sostenibilità
Comunità Montana del Mugello
Consorzio Forestale Mugello
Marchi Bruno Ivo e Remo s.s società agricola
Costruzione Ottico Meccaniche
