La proposta di un modello circolare di produzione e utilizzo di biometano da biowaste. Walter Giacetti
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1 Biogas, Biometano e Compost verso la conferenza di Parigi 2015: l importanza di una gestione ecologica delle risorse organiche La proposta di un modello circolare di produzione e utilizzo di biometano da biowaste Walter Giacetti Responsabile Area Pianificazione Strategica, Ricerca & Sviluppo Comitato Tecnico 1
2 Il contesto in cui Etra opera Etra è una multiutility a proprietà totalmente pubblica. Serve più di cittadini. I Comuni soci sono 75. Ha più di 700 dipendenti. Si occupa in particolare del servizio idrico integrato, della gestione dei rifiuti e di energie rinnovabili. 2
3 Il territorio Dati sul territorio Etra Popolazione residente Superficie km² Densità abitanti/km² 350,43 Numero Comuni 75 Dimensione Comuni Etra N. Comuni % Comuni fino a abitanti 16 21% da a abitanti 13 17% da a abitanti 24 32% da a abitanti 19 26% da a abitanti 2 3% da a abitanti 1 1% superiori a abitanti 0 0% Morfologia del territorio % area montana 34% area collinare 14% pianura 52% 3
4 I servizi Profilo aziendale Servizio idrico integrato Gestione della rete idrica e fognaria e dei servizi di acquedotto, fognatura e depurazione. Energie alternative Servizi ambientali Gestione della raccolta, trattamento e smaltimento dei rifiuti. Servizi di disinfestazione, derattizzazione e spazzamento stradale. Servizi per le imprese Riqualificazione energetica e generazione di energia rinnovabile. Consulenza ambientale. Gestione di rifiuti speciali. Bonifiche ambientali. 4
5 I servizi servizio idrico integrato PRELIEVO di acqua potabile Progettazione e gestione di pozzi e centrali idriche Controlli sull acqua prelevata DISTRIBUZIONE di acqua potabile Progettazione e gestione di condotte idriche UTILIZZO di acqua potabile Controlli sull acqua erogata COLLETTAMENTO di acqua usata in fognatura Progettazione e gestione di condotte fognarie Controlli sugli scarichi in fognatura DEPURAZIONE di acqua usata Progettazione e gestione dei depuratori Controlli sull acqua depurata Acqua di casa nostra km rete acquedotto mc di acqua immessa in rete all anno 62,7 mc immessi per abitante 172 litri consumati per abitante al giorno km rete fognaria 72,9% delle utenze raggiunte dalla fognatura 35 impianti di depurazione impianti tra centrali idriche, depuratori, pozzi e piattaforme di sollevamento analisi interne campioni sull acqua potabile prelevata dai propri acquedotti 5
6 I servizi servizi ambientali PRODUZIONE dei rifiuti Progetti di prevenzione dei rifiuti CONFERIMENTO dei rifiuti Informazione degli utenti Scelta e consegna di contenitori e attrezzature Controlli sui rifiuti conferiti RACCOLTA dei rifiuti Pianificazione della raccolta e gestione dei mezzi Controlli sui rifiuti raccolti TRATTAMENTO dei rifiuti Progettazione e gestione degli impianti di trattamento Etra Individuazione di impianti esterni adeguati Controlli sui materiali in uscita SMALTIMENTO dei residui Individuazione di impianti esterni adeguati A misura d ambiente dati ,80% di raccolta differenziata (compreso il compostaggio domestico) 60,5% media Veneto 35,3% media Italia t di rifiuti urbani e assimilati gestiti all anno abitanti serviti 64 Comuni serviti 403 kg produzione pro capite media anno 1,10 kg produzione pro capite media giorno Impianti autorizzati al trattamento dei rifiuti Polo rifiuti di Bassano del Grappa Centro biotrattamenti di Camposampiero e Vigonza Impianto selezione carta, plastica e secco di San Giorgio delle Pertiche Impianto selezione carta e cartone di Campodarsego Impianto recupero rifiuti da spazzamento stradale di Limena Un compost di qualità compost prodotto negli impianti Etra e certificato dal CIC (Consorzio Italiano Compostatori) e dall Osservatorio Regionale del Veneto 6
7 Camposampiero PD Wet Termofilo Bistadio Linde IMPIANTI ETRA di DA Trattamento delle frazioni Organiche: effettuato attualmente su 3 impianti (Vigonza-aerobico, Camposampiero e Bassano-anaerobici) circa ton di matrici organiche trattate Bassano del Grappa VI Dry Mesofilo Monostadio Valorgà Avviato nel 2005 è costituito da 1 digestore con volume di m 3 lordi, l impianto è adiacente ad un impianto di depurazione di reflui urbani con capacità di A.E. Avviato nel 2003 è costituito da 3 digestori con volume totale di m 3 lordi con annesso un impianto di compostaggio aerobico. La frazione liquida viene inviata al vicino depuratore tramite condotta dedicata. 7
8 Impianto DA ad Secco Ubicazione (Bassano - VI) Avviato nel 2003 è costituito da 3 digestori con annesso un impianto di compostaggio per il trattamento della frazione solida del digestato 8
9 BIOFILTRO CAPANNONE COMPOSTAGGIO CAPANNONE METANIZZAZIONE DIGESTORI ANAEROBICI CAPANNONE PRETRATTAMENTI TORCIA SCARICO MEZZI 9
10 BIOFILTRO DIGESTORI ANAEROBICI TORCIA CAPANNONE COMPOSTAGGIO CAPANNONE PRETRATTAMENTI LOCALI MOTORI 10
11 Utilizzo di biometano autoprodotto con la FORSU da RD per alimentare le flotte destinate alla raccolta dei RU Uno scenario autosufficiente energeticamente? RACCOLTA DIGESTIONE ANAEROBICA POST COMPOSTAGGIO AEROBICO BIOGAS FORSU BIOME- TANO UPGRADING COMPOST Spargimento 11
12 Dal punto di vista degli impatti Agenzia nazionale per l energia Tedesca DENA: The role of natural gas and biomethane in the fuel mix of the future in Germany, 06/
13 Stime nazionali di producibilità di biometano Assunzioni: Invio a DA e successivo upgrading integrale a BM della quantità complessiva di frazione organica raccolta al 2020 ipotizzando di raggiungere nel territorio nazionale 90 kb/(abxanno). Si potrebbero produrre in Italia dalla FORSU (scarti di cucina) intercettabile con le RD ~ Gm 3 /anno di Biometano, la stima sale a 0,55-0,70 0,70 Gm3/anno considerando tutte le frazioni biodegradabili presenti nel rifiuto urbano 13
14 ETRA spa: quanto Biometano possiamo produrre (impianti esistenti e in progetto)? Bassano del Grappa Camposampiero EBS Biogas [Nmc/anno] Contenuto CH4 [%] 60% 60% 52% Biometano [Nmc/anno] Biometano [ton/anno] Gasolio equivalente [litri] Biogas = 11.6 mln Nmc/anno Biometano nel Biogas medio = 57% Nmc/anno Biometano = 6.6 mln Nmc/anno Gasolio Equivalente (1.3 lt/kg) = 6,1 mln litri/anno Consumo attuale ETRA con totale internalizzazione dei servizi di igiene urbana = 2.8 mln litri/anno* * Flotte raccolta rifiuti, spazzamento, macchine operatrici, furgoni e mezzi per servizio idrico, flotte aziendali utilizzate dai tecnici 14
15 Input Il Modello di calcolo Utilizzo di biometano autoprodotto con la FORSU raccolta per alimentare le flotte destinate alla raccolta dei RU Intercettazioni FORSU (kg/ab x anno) Rese Biogas (Nmc/ton FORSU al cancello) % CH4 nel Biogas = 60% Tasso di conversione CH4 dal Biogas = 98% Biogas Procapite Nmc/ab Poteri calorifici Gasolio e Biometano secondo norma UNI Assunzioni Il metano nel biogas viene convertito e integralmente utilizzato per l autotrazione sono detratte le perdite (2%) relative all upgrading a biometano, Il tasso di sostituzione gasolio-metano è fatto sulla base della equivalenza dei poteri calorifici: 15
16 Il Modello di calcolo Indagine sui Consumi delle flotte destinate alla raccolta e spazzamento dei RU Sono stati acquisti da fonte diretta o da pubblicazioni (bilanci sostenibilità 2012) dati di consumo di carburante su 8,3 mln di abitanti e 4,5 mln di tonnellate di RU raccolto, il campione ha una buona rappresentatività rispetto alla realtà Nazionale (circa il 15% della popolazione o del rifiuto urbano raccolto) Sono state indagate sia realtà con prevalente raccolta stradale che realtà con raccolta domicliare La stima di consumi nazionali di carburante per la raccolta RU è di KTEP pari a mln di litri di gasolio. (3,6-4,5 lt/ab) I consumi dipendono in modo significativo dal modello di raccolta adottato (stradale o domiciliare), dalla densità abitativa oltre che da condizioni logistiche locali (viabilita, distanza impianti e vetusta parco mezzi) 16
17 FORSU: Dati ISPRA
18 Tasso di autosufficienza energetica nelle Regioni Italiane rispetto ai consumi delle flotte dedicate alla raccolta dei RU 200% 190% 180% 170% 160% 150% 140% 130% 120% 110% 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Assunzione 1 ton FORSU = 120 Nmc Biogas al 60% di CH4 Valle d'aosta Elaborazione effettuata a livelli 2011 (dati ISPRA) di intercettazione della FORSU Calabria Basilicata Liguria Puglia Lazio Sicilia Molise Italia Tasso di Autosufficienza (assunzione consumo carburante/ab servito = media del campione) Lombardia Tasso di Autosufficienza (assunzione consumo carburante/ton RU raccolto = media del campione) Umbria Friuli Ven.Giulia Emilia Romagna Abruzzo Piemonte Toscana Marche Veneto Trentino A. Ad. Campania Sardegna 18
19 Autosufficienza delle flotte dedicate alla raccolta e spazzamento dei RU vs rese biogas/ab. e consumi/ab. Percentuale di autosufficienza 200% 180% 160% 140% 120% 100% 80% 60% 40% 20% 0% alte rese biogas ed intercettazioni FORSU, maggiori consumi raccolte prevalentemente domiciliari 4,0 6,0 8,0 10,0 Nmc/ab zona basse rese biogas ed intercettazioni FORSU, minori consumi, raccolte prevalentemente stradali Mj/ab Nmc/a Mj/ton b Biogas 19
20 Conclusioni Le prospettive di produzione di biometano da FORSU (fino a 0,7 Gm 3 /anno) rappresentano un importante contributo al raggiungimento degli obiettivi sui biocarburanti L analisi delle quantità di biometano ottenibili dalla DA della FORSU, attraverso upgrading del biogas, porta a scenari di ampia autosufficienza maggiormente accentuati nei contesti dove sono stati raggiunti gli obiettivi di legge sulla RD previsti dal d.lgs 152/06 attraverso raccolte differenziate integrate anche domiciliari. La progressiva conversione di flotte aziendali da combustibile tradizionale a biometano rappresenta un interessante scenario per r il settore delle aziende in particolare quelle che gestiscono il ciclo integrato dei rifiuti urbani (raccolta e trattamento). La definizione della legislazione tecnica e l attuazione l degli incentivi economici previsti sono il presupposto fondamentale per promuovere la diffusione del biometano. 20
21 La reazione di Sabatier: Metanazione La reazione di Sabatier, o processo Sabatier, è una reazione chimica in cui la CO2 reagisce con l'idrogeno, in presenza di nichel quale catalizzatore e in condizioni di temperatura ottimale compresa tra C e alta pressione (metanazione), producendo metano e acqua. Occasionalmente viene utilizzato anche un catalizzatore a base di rutenio supportato su allumina, più costoso ma anche più efficiente. L'equazione chimica è la seguente: CO2 + 4H2 CH4 + 2H2O H298K= -164,9 kj/mol La reazione prende nome dal suo scopritore Paul Sabatier e ha carattere esotermico. Questo processo potrebbe consentire di utilizzare le eccedenze di energia elettrica da fonti rinnovabili (prodotte in ore di ridotta domanda) per produrre idrogeno elettrolitico (H2) che, reagendo con anidride carbonica (CO2), viene poi convertito in metano (CH4). Al momento della combustione, il metano così prodotto restituisce all ambiente la CO2 assorbita nel processo dando luogo ad un ciclo virtualmente esente da emissioni di CO2. Esso può essere immesso in rete, usato per alimentare veicoli ad emissioni zero, accumulato per successivi utilizzi o anche utilizzato in celle a combustibile. Il sistema si comporta come un volano energetico ad emissioni zero e si basa su tecnologie mature di immediata disponibilità quali l elettrolisi e il processo di metanazione. La CO2 proviene da processi industriali, impianti chimici, impianti di gassificazione del carbone, o anche da impianti di biogas in cui si sia separato il metano dalla CO2. 21
22 Suggestioni e Prospettive per il Biometano: REAZIONE DI SABATIER: CO2 + 4H2 CH4 + 2H2O? Consumi elettrici? Bassano del Grappa Camposampiero EBS Biogas [Nmc/anno] Contenuto CH4 [%] 60% 60% 52% Biometano [Nmc/anno] Biometano [ton/anno] Gasolio equivalente [litri] Contenuto CO2 [%] 30% 30% 30% BioCO2 [Nmc/anno] BioCO2 [ton/anno] Biometano da Metanazione CO2 [ton/anno] Assumendo il 30% di contenuto in CO2 del Biogas si potrebbe ottenere attraverso la reazione di metanazione un ulteriore 53% di Metano di Sintesi, per ETRA ulteriori 2500 ton/anno pari a 3.2 mln di litri di gasolio equivalente! 22
23 Sostanza Organica Biocombustibile CO2 23
24 Grazie per l attenzione! l Walter Giacetti Responsabile Area Pianificazione Strategica, Ricerca & Sviluppo - ETRA spa w.giacetti@etraspa.it 24
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