Dalle biomasse alle bioenergie: biogas e biometano in Italia

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1 INNOVHUB STAZIONI SPERIMENTALI PER L INDUSTRIA Innovare è la nostra tradizione Dalle biomasse alle bioenergie: biogas e biometano in Italia Silvia Bertagna, Paola Comotti 25 novembre Energie Rinnovabili ed Efficienza Energetica: quale futuro? 1

2 Innovhub Stazioni Sperimentali per l industria Sperimentali l industria Innovhub Stazioni Sperimentali per l industria I Innovhub SSI è l'azienda Speciale della Camera di Commercio di Milano che nasce dalla unione delle ex-stazioni Sperimentali per l Industria dei settori cartario, tessile, dei combustibili e degli oli e dei grassi. L Azienda si articola in 5 Aree di Business: Stazione Sperimentale per la Carta, cartoni e paste per carta Stazione Sperimentale per i Combustibili Stazione Sperimentale per le Industrie degli Oli e dei Grassi Stazione Sperimentale per la Seta Innovazione 2

3 I settori e le aree di specializzazione 4 Aree tecniche dotate di attrezzature moderne e laboratori altamente specializzati 1 Area Innovazione Area Carta Filiera cartaria Imballaggi Biodegradabilità Riciclo Nanotecnologie Controllo qualità prodotti Life Cycle Assessment Area Oli e Grassi Semi e frutti oleaginosi, oli e grassi vegetali e animali e loro derivati Oli minerali e lubrificanti Detersivi e tensioattivi Pitture e vernici Prodotti cosmetici e di igiene personale Area Combustibili Combustibili tradizionali (gas, petrolio, carbone e loro principali prodotti derivati) Fonti energetiche alternative (biocombustibili, biomasse, ) Controllo delle emissioni (fonti fisse e mobili) Sicurezza (sicurezza dei processi chimici, infiammabilità, esplosioni) Area Seta Tessile, fibre, fili, filati, tessuti e capi finiti Biotecnologie Nanotecnologie Materiali tessili innovativi Microscopia elettronica a scansione Area Innovazione 3

4 Area Combustibili Attività Analisi e consulenze sui combustibili Test prestazionali Analisi delle emissioni da fonte fissa e mobile e qualità dell aria Sicurezza dei processi Ricerca e sperimentazione Attività normativa Formazione tecnica Settori di riferimento Combustibili tradizionali (gas, petrolio, carbone) e prodotti derivati Combustibili alternativi/biocombustibili (da biomasse, da rifiuti, etc.) e prodotti derivati 4

5 ...Area Combustibili e biometano Attività normativa (Partecipazione diretta e attiva ) Partecipazione in rappresentanza dell Italia su mandato UNI: CEN/TC 408 Natural gas and biomethane for use in transport and biomethane for injection in the natural gas grid CEN/TC 408/EG4 Proposed limit values for contaminants in biomethane based on health assessment criteria GdL CIG Mandate M 475 EU Biomethane Mirror Group Nazionale del CEN/TC 408 GdL CTI 904 Biogas e Syngas Biogenico Attività sperimentale Determinazione composizione dei macro-componenti e PCS/PCI, densità, indice di Wobbe del biogas/biometano Sviluppo di metodiche per la determinazione dei componenti minori presenti nel biogas/biometano (NH3, Cl, silossani, metalli) Determinazione delle emissioni postcombustione Sperimentazioni su veicoli alimentati a biometano 5

6 Una grande famiglia Biogas e Biometano: combustibili di origine biogenica co CO2 Gas Naturale: combustibile di origine fossile BIOGAS B I O M E T A N O N2 H2S GN NH3 GAS COMBUSTIBILI

7 Gas Naturale Nella nostre case o nelle nostre automobili, attualmente non si utilizza Metano, bensì Gas Naturale Gas Naturale non è sinonimo di Metano La Norma UNI EN ISO 14532, conosciuta anche come Vocabolario del Gas Naturale definisce il gas naturale come miscela complessa di idrocarburi, composta principalmente da metano, ma che generalmente include quantità sensibilmente minori di etano, propano e idrocarburi superiori e alcuni gas non combustibili come ad esempio azoto e anidride carbonica In Italia il Gas Naturale ha un contenuto in Metano che varia dal 85 al 99% Regola Tecnica del Gas Combustibile pubblicata come D.M. 19/2/2007 7

8 Biogas La norma pren :2014 definisce il Biogas come gas che comprende principalmente metano e anidride carbonica ottenuto dalla digestione anaerobica di biomassa Il Biogas ha una composizione differente dal Gas Naturale Il Biogas ha generalmente un contenuto in Metano che varia dal 50 al 75% 8

9 Il Biogas digestione anaerobica La DIGESTIONE ANAEROBICA è un processo biochimico che avviene in assenza di ossigeno e che consiste nella demolizione ad opera di microorganismi della sostanza organica complessa contenuta nei vegetali e nei sottoprodotti di origine animale o nei rifiuti. SOSTANZE ORGANICHE COMPLESSE SOSTANZE ORGANICHE SEMPLICI BIODEGRADAZIONE ALCOLI, CHETONI, ACIDI ORGANICI BIOGAS (CH 4, H 2 O, H 2 S, CO 2, ) METANIZZAZIONE BATTERI FERMENTATIVI E ACIDOGENI FASE IDROLITICA FASE ACIDOGENICA BATTERI METANIGENI S.O. RESIDUE DIGESTATO/COMPOST La durata del processo (15-30 gg) di digestione e il suo rendimento sono dipendenti dal tipo di substrato e dal tipo di processo (temperatura) che si utilizza (termofilo (50-57 C), mesofilo (32-42 C), psicrofilo (5-25 C)).

10 Il Biogas materie prime e produzione Le fonti da cui si può produrre biogas sono: - digestione anaerobica di matrici agro-zootecniche (effluenti zootecnici, sottoprodotti animali, scarti dell industria agro-alimentare, colture dedicate) - digestione anaerobica della frazione organica di rifiuti urbani (FORSU) - digestione anaerobica dei fanghi di depurazione di reflui civili - captazione di gas da discarica - gassificazione di biomasse solide 12% Altre matrici effluenti zootecnici Più del 90% degli impianti di produzione di biogas utilizza biomassa di origine agrozootecnica 6% 17% 20% 45% effl. zootecn.+scarti agroind.+colture en. effl.zootecn+colture energ. effl. zootecn.+scarti agroind. 5% colture en.+scarti agroind. Fonte: dati CRPA,

11 Numero impianti MWe installati I numeri del Biogas Il numero complessivo di impianti per la produzione di biogas presenti in Italia ammonta oggi a circa 1713 unità per una potenza complessiva installata di circa 1388 MWe Di questi, il numero di impianti di biogas da fonte agro-zootecnica ammonta a circa 1300 unità per una potenza complessiva installata di 945 MWe Fonte: Elaborazione ISSI su dati CRPA e GSE Nota: nel grafico dal totale sopra indicato sono esclusi gli impianti di biogas da rifiuti (circa 346 unità) e che utilizzano fanghi di depurazione delle acque (circa 68 unità)

12 Impiego del Biogas - cogenerazione Con il termine COGENERAZIONE si intende la produzione combinata di energia elettrica e energia termica (calore). Con la BIO-COGENERAZIONE si produce pertanto energia elettrica e termica utilizzando scarti agricoli e zootecnici, colture dedicate o FORSU. ENERGIA ENERGIA UTENZE DELL IMPIANTO Potenze degli impianti esistenti TERMICA ELETTRICA 2,4% 7,6% BIOGAS RETE NAZIONALE 21,6 % COGENERATORE 68,4 % <100 kw kw kw >1000 kw Fino a poco tempo fa la cogenerazione era l unico utilizzo consentito per il biogas. Fonte: Elaborazione ISSI su dati CRPA (2012) 12

13 I numeri del Biogas Dallo sfruttamento dei biogas nel 2013 sono stati generati GWh, circa il 61,2% in più rispetto al Analizzando la distribuzione regionale della produzione da biogas è evidente che l Italia settentrionale fornisce il contributo predominante (82,4% nel 2013). Prima Regione nel 2013 è la Lombardia, con il 33%, seguita da una certa distanza da Emilia Romagna (15,2%), Veneto (14,2%) e Piemonte (12,7%). Fonte: GSE, Rapporto statistico,

14 I numeri del Biogas Energia elettrica da bioenergie (2013): MW di potenza installata GWh Nel 2013, la percentuale da biogas è risultata pari al 2,5% della produzione nazionale lorda di energia elettrica 43,6% 22,0% 34,4% Fonte: GSE, Rapporto statistico,

15 Da Biogas a biometano FRAZIONE ORGANICA DI RSU SCARTI PROD. AGROALIMENTARE FANGHI DI DEPURAZIONE BIOMASSE AGROFORESTALI REFLUI ZOOTECNICI BIOGAS CH 4 = 50-75% CO 2 = 25-45% BIOMETANO CH 4 = 95-98% CO 2 = 2-3% 15

16 Da Biogas a biometano purificazione e upgrading PURIFICAZIONE UPGRADING BIOGAS Rimozione H2O Rimozione H2S Rimozione N2 e O2 Rimozione NH3 Rimozione siliconi Rimozione particolato Rimozione CO2 BIOMETANO Raffreddamento Compressione Adsorbimento su c.a. Assorbimento (glicoli) Trattamento biologico (es. Thiobacillus) Precipitazione chimica (FeCl 3/ FeCl 2 ) Assorbimento chimico (Fe 2 O 3 ) Adsorbimento su c.a. Membrane (contestualmen te alla CO 2 ) Assorbimento su carboni attivi Rimozione con membrane (contestualmen te alla CO 2 ) Strippaggio Assorbimento su carboni attivi Filtri meccanici Adsorbimento a pressione oscillante Lavaggio con acqua in pressione Lavaggio chimico (ammine) Lavaggio con solventi Membrane separatrici 16

17 Biometano La norma pren :2014 definisce il biometano come gas che comprende principalmente metano, ottenuto sia dall upgrading di biogas che dalla metanazione di biosyngas Il combustibile definito come Biometano non è costituito esclusivamente da Metano Il Biometano ha generalmente un contenuto in metano tra il 95 e il 98% 17

18 Normativa Europea Qualità Biometano pren16723 Natural gas and biomethane for use in transport and biomethane for injection in the natural gas network pren :2014 Natural gas and biomethane for use in transport and biomethane for injection in the natural gas network Part 1: Specifications for biomethane for injection in the natural gas network pren :2014 Natural gas and biomethane for use in transport and biomethane for injection in the natural gas network Part 2: Automotive fuel specifications 18

19 Recenti sviluppi legislativi/tecnici E stato pubblicato il DM 5 dicembre 2013 Modalita' di incentivazione del biometano immesso nella rete del gas naturale (GU 295 del 17/12/2013) Norme tecniche (CIG, CTI ) UNI/TR 11537:2014 Il rapporto tecnico fornisce delle indicazioni tecniche per l immissione nelle reti di trasporto e distribuzione del biometano ottenuto dalla purificazione di gas prodotti da fonti rinnovabili, garantendo le condizioni di sicurezza e continuità del servizio UNI/TR 11567:2014 Linee guida per la qualificazione degli operatori economici (organizzazioni) della filiera di produzione del biometano ai fini della tracciabilità e del bilancio di massa Erogazione incentivi (GSE) Biometano immesso nelle reti di trasporto e distribuzione del gas naturale Biometano utilizzato nei trasporti previa immissione nella rete del gas naturale Biometano utilizzato in impianti di Cogenerazione ad Alto Rendimento Deliberazioni (AEEGSI, Autorità per l Energia Elettrica, il Gas e il Sistema Idrico) Deliberazione 46/2015/R/gas «Direttive per le connessioni di impianti di biometano alle reti del gas naturale e disposizioni in materia di determinazione delle quantità di biometano ammissibili agli incentivi» Deliberazione 208/2015/R/gas "Modalità di copertura tariffaria delle incentivazioni del biometano immesso nelle reti di trasporto e distribuzione del gas naturale" 19

20 ...fino a poco tempo fa IMPIANTI DI PRODUZIONE DI BIOGAS IMPIANTI DIPURIFICAZIONE DI BIOGAS UTENZE DOMESTICHE UTENZE INDUSTRIALI BIOGAS STAZIONI DI RIFORNIMENTO STAZIONI DI RIFORNIMENTO Rete di gas naturale 20

21 Oggi impiego del Biometano immissione in rete e autotrazione UTENZE DOMESTICHE UTENZE INDUSTRIALI STAZIONI DI RIFORNIMENTO Fonte: Lo stato dell arte e le prospettive del biometano, S.Piccinini, CRPA, Reggio Emilia, 14/5/

22 Il biometano in Europa Diversi Paesi in Europa hanno esperienze di immissione di biometano in rete e/o del suo uso come combustibile per autotrazione: la purificazione del biogas a biometano è stata avviata già a partire dal 2007 in Germania e in altri paesi come ad esempio Austria, Svizzera, Svezia e Olanda LDVs Paese Impianti di purificazione a biometano Impianti biometano con immissione in rete Numero tot. di impianti di biogas Austria Francia Germania Fonte: EU Green Gas Grids Project (2012) 1530 bus 550 HDVs Italia Olanda Polonia Gran Bretagna Svezia Svizzera Bio-NGV (92% dei NGV s) 22

23 e in Italia? EU countries LD+MD+HD Vehicles Austria 8321 Belgium 1033 Bulgaria Croatia 300 Crypus 0 Czech Republic 7243 Denmark 104 Estonia 340 Finland 1665 France Germany Greece 1000 Hungary 5118 Ireland 3 Italy Latvia 29 Lithuania 380 Luxembourg 270 Malta 0 Netherlands 7570 Poland 3500 Portugal 486 Romania 0 Slovakia 1426 Slovenia 58 Spain 3836 Sweden United Kingdom 678 Total In Italia, coesistono 3 importanti elementi, non presenti in alcun altro mercato al mondo: 77% l utilizzo di gas naturale per autotrazione pone il nostro Paese al 1 posto in Europa (77% del totale) e al 4 nel Mondo Fonte: NGVA Europe (dati 2014) esiste una capillare rete di distribuzione di gas naturale esistono numerosi impianti di produzione di biogas veicoli totali di cui veicoli pesanti (bus + camion) e non ci sono impianti dedicati continuativamente alla produzione di biometano 23

24 e in Italia? Per il 2014 è stata stimata una produzione di metano da digestione anaerobica (a partire dalla produzione di en. elettrica da biogas in cogenerazione, con rendimento medio del 35%) di circa 2,3-2,5 miliardi di standard metri cubi 8 miliardi di standard metri cubi potenziale dal settore agroindustriale ed agro-zootecnico Risorsa/opportunità Fonte: C.Fabbri (CRPA), A.Ragazzoni, (Univ. Bologna) 24

25 Per ulteriori informazioni Silvia Bertagna Tel Paola Comotti Tel