Il numero degli impianti per la digestione

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1 REFLUI ZOOTECNICI E ALTRE BIOMAE Esperienze di gestione di impianti di biogas Digestione anaerobica: dagli impianti aziendali e centralizzati che si stanno diffondendo in Italia e nel resto d Europa emergono vantaggi, limiti e necessità di valorizzazione di ergio Piccinini, Lorenzo Tosi Il numero degli impianti per la digestione anaerobica della sostanza organica è in veloce crescita in molti Paesi europei. Il loro scopo principale è quello di ottenere energia rinnovabile tramite la produzione di biogas (una miscela composta prevalentemente da anidride carbonica e metano), ma anche di controllare le emissioni maleodoranti e di stabilizzare le biomasse prima del loro utilizzo agronomico. Attualmente nel vecchio continente risultano attivi: circa digestori per la stabilizzazione dei fanghi di depurazione; circa 400 impianti per il trattamento delle acque reflue industriali ad alto carico organico; circa 450 impianti per il recupero di biogas dalle discariche per rifiuti urbani (130 impianti di digestione anaerobica trattano ciascuno più di 2500 t/anno di frazione organica di rifiuti urbani e/o residui organici industriali); oltre impianti operanti su liquami zootecnici in particolare in Germania (oltre 2.000), Austria, Italia, Danimarca e vezia (in maggioranza cogeneratori per la produzione combinata di energia elettrica e termica); alcuni impianti (in vezia) per la produzione di metano al 95% per autotrazione. La diffusione in Europa La Germania è il Paese europeo nel quale la digestione anaerobica ha avuto il maggior impulso. Nel 2005 si valuta la presenza di oltre impianti per una potenza elettrica installata di oltre 400 MW. Il 94% degli impianti di biogas opera in codigestione (liquami zootecnici + colture energetiche + scarti organici). È il risultato di una forte politica di incentivazione da parte del Governo di Berlino che ha fissato un prezzo per l energia elettrica da biogas fino a 21,5 centesimi di euro/kwh per un periodo di 20 anni, con significativi contributi pubblici agli investimenti. In Austria sono operativi 290 impianti di codigestione che producono da 90 a 137 milioni di metri cubi di biogas all anno. L energia prodotta viene pagata fino a 16,50 centesimi di euro/kwh. Anche nel nostro Paese gli incentivi alla produzione di energia elettrica da fonti rinnovabili (certificati verdi) e l evoluzione nella politica ambientale (Conferenza di Kyoto) sulla riduzione dei gas serra possono dare un nuovo impulso alla digestione anaerobica. Nel 2003 la produzione di biogas in Italia era di tep tonnellate equivalenti petrolio (circa 2,3 TWh, vale a dire 1 miliardo di kwh stime EurObserv ER). Ben poco rispetto al fabbisogno complessivo di energia elettrica dell Italia che nel 2003 è stato di 320,7 TWh (l offerta Impianto di biogas in un allevamento bovino in Alto Adige di energia rinnovabile era nel 2004 inferiore al 15% della richiesta). Oltre un terzo del biogas proviene dal trattamento dei rifiuti solidi urbani nelle discariche (89 impianti per circa 128 MW di potenza installata); 257 sono gli impianti alimentati a biomasse o rifiuti collegati alla rete elettrica censiti all inizio del 2004 da Grtn (il gestore del sistema elettrico), con una crescita del 21,8% rispetto all anno precedente. Tra questi vi sono solo 10 impianti da biogas alimentati con deiezioni animali (per una potenza efficiente netta di 3,4 MW). È una minima quota rispetto alle potenzialità del nostro Paese. Nel 1999 questi impianti erano infatti già 72 (Piccinini, 2004), di cui 5 centralizzati e 67 aziendali (suddivisi tra semplici impianti a freddo e impianti a temperatura controllata). Quasi la totalità è localizzata nelle regioni del Nord (39 in Lombardia, 7 in Emilia-Romagna, 12 in Trentino-Alto Adige). La resa energetica delle biomasse A fine 2004 gli impianti attivi sono saliti a oltre 100, di cui 70 di tipologia semplificata e a basso costo (pesa la mancanza di specifici contributi finanziari pubblici per gli investimenti), realizzati sovrapponendo una copertura di materiale plastico a una vasca di stoccaggio dei liquami zootecnici. Le norme contenute nella Finanziaria 2006, che equiparano la produzione di energia a reddito agricolo, la nuova programmazione dei Piani di sviluppo rurale e il regolamento Ce 1774/2002 possono incentivare un ulteriore decisiva crescita del numero degli impianti aziendali. Le biomasse disponibili in Italia sono: deiezioni animali: t/anno; scarti agroindustriali: t/anno;

2 PECIALE scarti di macellazione: t/anno; fanghi di depurazione: t/anno; Forsu (frazione organica raccolta in modo differenziato dai rifiuti urbani): circa t/anno; residui colturali: t di sostanza secca all anno; colture energetiche: disponibili ha di set aside più qualche centinaio di ettari fuori set aside. Il settore zootecnico dimostra di essere il motore per lo sviluppo su larga scala della digestione anaerobica. Reflui zootecnici e scarti dell industria agroalimentare, grazie alla loro elevata disponibilità e alta resa energetica, possono contribuire infatti ad aumentare l efficienza dei digestori urbani. Anche gli impianti aziendali vengono alimentati prevalentemente con liquame bovino o suino, eventualmente addizionato con scarti organici selezionati. Fino al 1999 Allevamento bovino da latte con 520 capi in produzione con 29 ha di silomais. Il cuore dell impianto è un codigestore anaerobico da m 3 con un tempo di ritenzione idraulica (Hrt) di 38 giorni, alimentato da 4,4 t/giorno di silomais prodotto su 29 ha (con produzione media di 55 t/ha) e da 38,3 m 3 /giorno di liquame bovino (520 capi in produzione). La resa in biogas è di 0,42 m 3 /kg di solidi totali, pari a m 3 /giorno (1.120 m 3 di metano) per alimentare un motore da 170 kwe. L energia elettrica rinnovabile netta prodotta è pari a kwh/anno. Il costo dell investimento è di circa 670 mila euro. questa era la situazione esclusiva poi, nel corso degli ultimi anni, è aumentato anche nel nostro Paese l interesse per la codigestione dei liquami zootecnici con le colture energetiche (principalmente mais e sorgo zuccherino). Alcuni impianti sono già operativi e/o in costruzione e/o in fase di progettazione. L operatività di questi impianti è legata alla resa energetica delle biomasse utilizzate (tabella 1). Il rendimento in biogas e quindi energetico del processo è infatti molto variabile e dipende dalla biodegradabilità del substrato trattato, che a sua volta è condizionata da elementi come la specie e la cultivar utilizzata, la densità di semina, l andamento climatico dell annata, ecc. La maggior parte di questi impianti utilizza la tecnica della digestione a umido (wet digestion), fermentando un substrato che ha un contenu- da silomais e deiezioni di vacche da latte Insilato di mais 29 ha (4,4 t/giorno pari a 5,8 m 3 /giorno) Valore energia elettrica ceduta (0,062 euro/ kwh): euro/anno. Valore certificati verdi (0,117 euro/kwh): euro/anno. Totale ricavi: euro/anno. ervice cogeneratore (0,02 euro/kwh): euro/ anno. Esercizio impianto: euro/anno. Produzione mais al netto premi pac (11,24 euro/t): euro/anno. Totale costi esercizio: euro/anno. A queste condizioni il tempo necessario a ripagare l investimento è di circa 4,8 anni (3,4 anni con un contributo del 30%). È indispensabile la disponibilità di ulteriori 21 ha aziendali per il riutilizzo agronomico del digestato per la presenza di insilato di mais. Biomassa totale entrante nel digestore: 44,1 m 3 /giorno Liquame bovino 38,3 m 3 /giorno Digestione anaerobica 44,1 m 3 /giorno Vasca 520 capi volume m 3 polmone in produzione Hrt 38 giorni Chiarificazione 40,3 m 3 /giorno Vasca polmone Produzione biogas m 3 /giorno 170 kwe eparatore 3,05 t/giorno 3,8 m 3 /giorno TABELLA 1 - Biomasse e scarti organici avviabili alla digestione anaerobica e loro resa in biogas Materiali (m 3 /t sv) (*) Deiezioni animali (suini, bovini, avicunicoli) Residui colturali (paglia, colletti barbabietole, ecc.) carti organici agroindustria (siero, scarti vegetali, lieviti, fanghi e reflui di distillerie, birrerie e cantine, ecc.) carti organici macellazione (grassi, contenuto stomacale e intestinale, sangue, fanghi di flottazione, ecc.) Fanghi di depurazione Frazione organica rifiuti urbani Colture energetiche (mais, sorgo zuccherino, ecc.) (*) sv = solidi volatili. to di sostanza secca inferiore al 10%. In questo caso i reflui creano le condizioni adatte allo svolgimento del processo di digestione anaerobica. I microrganismi coinvolti sono infatti numerosi. I primi a intervenire sono i batteri idrolitici e fermentativi, che producono acidi grassi e alcoli che vengono a loro volta aggrediti da batteri acetogenici e omoacetogenici. L acetato e l idrogeno sono a loro volta metabolizzati dai batteri metanigeni. L ambiente di reazione deve presentare caratteristiche compatibili con le esigenze di tutti i batteri coinvolti. Il ph ottimale è attorno a 7-7,5, la temperatura ottimale di processo è di circa 55 C se si utilizzano i batteri termofili e intorno ai 35 C se si opera con i batteri mesofili (più lenti ma più utilizzati). È possibile rinunciare o limitare l apporto dei reflui zootecnici utilizzando la tecnica della digestione a secco (dry digestion) quando il substrato ha un contenuto in sostanza secca superiore al 20%. i sta valutando l efficacia di specifici inoculi batterici per avviare il processo di fermentazione di biomasse vegetali. Impianti di codigestione L attivazione di progetti dimostrativi con finanziamenti pubblici, destinati alla realizzazione di impianti pilota in alcune regioni, sta risvegliando l interesse dell industria meccanica nazionale che cerca di recuperare velocemente terreno rispetto all esperienza ormai consolidata dei gruppi che operano Oltralpe. Le foto riportano alcuni impianti di codi- 38 L Informatore Agrario 1/2006

3 L azienda Gradella (Cremona) alleva circa capi di bovini da latte; il volume del digestore è di m 3. Il biogas alimenta 2 cogeneratori da 55 kw elettrici ciascuno gestione già attivi in Italia. Le didascalie riportano le capacità dichiarate dai produttori. In tutti i casi la biomassa solida viene inserita nel digestore in maniera discontinua. I sistemi di alimentazione sono a vite, a pistone o a tramoggia. I fermentatori sono termoregolati e monostadio, ovvero tutti i processi di idrolisi, fermentazione acida e metanigena avvengono contemporaneamente in un unico reattore. Gli investimenti sono considerevoli per un azienda agraria e il risultato economico è legato alla durata dei certificati verdi (oggi 8 anni elevabili parzialmente a 12), ma anche al costoopportunità della biomassa energetica impiegata. Negli esempi di bilancio economico riportati nei riquadri, infatti, viene calcolato un costo del mais aziendale impiegato al netto dei premi pac di 11,24 euro/t. Un valore giustificato solo se permane l attuale basso livello dei prezzi di mercato. Il digestato ottenuto deve poi essere ridistribuito su terreno agricolo aziendale e/o, quando disponibile, su terreno extra aziendale. È uno degli elementi che vincola la dimensione degli impianti aziendali (per ora in Italia non superano in genere i kwh, ma ci sono progetti per impianti fino a 1 MWh per aziende di maggiore estensione). L integrazione con il compostaggio La maggiore dimensione è invece un elemento decisivo per l economicità della gestione degli impianti centralizzati e consortili, data la necessità di organizzare flussi logistici efficienti di biomassa in entrata e di compostato o digestato in uscita. In Italia sono attivi 120 digestori anaerobici per la stabilizzazio- La digestione di reflui suinicoli e silomais Dall allevamento di t di peso vivo di suini vengono prodotti 150 m 3 di reflui al giorno. Un flottatore divide la parte chiarificata, indirizzata direttamente allo stoccaggio, dai fanghi (67,5 m 3 al giorno) inviati a un codigestore da m 3 con un tempo di ritenzione idraulica (Hrt) di 35 giorni. Questo è alimentato anche da 2,6 t al giorno di silomais prodotti su 17 ha (resa circa 55 t/ha) pari a 4 m 3 di biomassa. La resa in biogas è leggermente più elevata rispetto ai liquami bovini e pari a 0,44 m 3 /kg di solido totale immesso. i producono così 2740 m 3 di biogas al giorno (1.725 m 3 di metano) che alimentano un cogeneratore da 220 kwe; 71,5 m 3 di digestato prodotto vengono inviati al separatore prima del loro utilizzo agronomico. Il costo dell investimento è di circa euro. L energia elettrica prodotta è pari a Peso vivo suino t Liquame suino 150 m 3 /giorno Insilato di mais 17 ha Fango Flottatore Chiarificato (2,6 t/giorno pari a 4,0 m 3 /giorno) kwh/anno, parte ceduta e parte autoconsumata. Valore dell energia autoconsumata ( kwh a 0,107 euro/kwh): euro/anno. Valore di quella ceduta (0,062 euro/kwh): euro/anno. Valore certificati verdi (0,117 euro/kwh): euro/anno. Totale ricavi: euro/anno. ervice cogeneratore (0,02 euro/kwh): euro/anno. Esercizio impianto: euro/anno. Produzione mais al netto premi pac (11,24 euro/t): euro/anno. Totale costi esercizio: euro/anno. A queste condizioni il tempo necessario a ripagare l investimento è di circa 4,3 anni (3,0 anni con un contributo del 30%). È indispensabile la disponibilità di ulteriori 12 ha aziendali per il riutilizzo agronomico del digestato per la presenza di insilato di mais. Biomassa totale entrante nel digestore: 71,5 m 3 /giorno 67,5 m 3 /giorno Digestione anaerobica 71,5 m 3 /giorno volume m 3 82,5 m 3 /giorno Charificato 66,7 m 3 /giorno Produzione biogas m 3 /giorno 220 kwe 3,85 t/giorno 4,8 m 3 /giorno eparatore 1/2006 L Informatore Agrario 39

4 PECIALE si migliora nettamente il bilancio energetico dell impianto, in quanto nella fase anaerobica si ha in genere la produzione di un surplus di energia rispetto al fabbisogno dell intero impianto; si possono controllare meglio e con costi minori i problemi olfattivi; le fasi maggiormente odorigene sono gestite in reattore chiuso e le «arie esauste» sono rappresentate dal biogas (utilizzato e non immesso in atmosfera). Il digestato è già un materiale semi-stabilizzato e, quindi, il controllo degli impatti olfattivi durante il post-compostaggio aerobico risulta più agevole; si ha un minore impegno di superficie a parità di rifiuto trattato, pur tenendo conto delle superfici necessarie per il post-compostaggio aerobico, grazie alla maggiore compattezza dell impiantistica anaerobica; si riduce l emissione di CO 2 in atmosfera; l attenzione verso i trattamenti dei rifiuti a bassa emissione di gas serra è un fattore che assumerà sempre più importanza in futuro. La riduzione dei gas serra a Azienda Mengoli a Castenaso (Bologna): 2 digestori da m 3 trattano una biomassa composta da reflui di 100 capi di bovini da latte, da silomais, patate e sfalci d erba prodotti su 50 ha aziendali (nella foto a il dettaglio del miscelatore della biomassa). Il biogas alimenta un cogeneratore da 110 kw elettrici ne dei fanghi di supero dei depuratori delle acque reflue urbane. Diversi impianti di biogas sono stati realizzati anche nell agroindustria, in particolare in distillerie e zuccherifici. Poche sono invece (7 in tutto) le esperienze che abbinano alla digestione anaerobica delle frazioni organiche dei rifiuti urbani (sia da selezione meccanica Fo che Forsu) i liquami zootecnici. Oltre agli impianti di Marsciano (Perugia), Lozzo Atesino (Padova), pilamberto e Formigine (Modena) già attivi (Piccinini, 2004; Piccinini e Bonazzi, 2005), è in avviamento un impianto di eta a Camposampiero (Padova) che introduce il vantaggio del ciclo di trattamento integrato anaerobico-aerobico (abbinando il compostaggio aerobico in stretta interconnessione con la codigestione e cogenerazione). L integrazione dei due processi può portare dei notevoli vantaggi, in particolare: Due sistemi di inserimento nel digestore di biomasse solide Basta solo quest ultimo aspetto a mostrare come l adozione dei sistemi integrati andrebbe maggiormente incentivata. L occasione per un ulteriore sviluppo del settore della digestione anaerobica è infatti oggi legata ai certificati verdi, ovvero alla normativa sugli incentivi alla produzione di energia elettrica da fonti rinnovabili (a patto però che si razionalizzino le procedure per: l autorizzazione alla costruzione e gestione degli impianti; l allacciamento alla rete elettrica nazionale; l utilizzo agronomico del digestato). Il contributo alla riduzione delle emissioni di gas serra può tuttavia accentuare ulteriormente l attenzione sul recupero del biogas. Il Protocollo di Kyoto sulla riduzione dell inquinamento atmosferico è infatti entrato in vigore il 16 febbraio 2005 e i suoi impegni sono stati confermati dalla recente Conferenza sul clima di Montreal. Il nostro Paese si è impegnato a contenere le emissioni di gas serra a 476 milioni di tonnellate entro il 2012 ( 6,5% rispetto al 1990), ma oggi si trova con il maggiore scostamento in Europa rispetto agli obiettivi di riduzione (+77,8 miliardi di tonnellate). Il mancato rispetto delle quote prevede una sanzione pari a 40 euro/t di CO 2 equivalente nel periodo e di 100 euro nei periodi successivi. In Europa si stima che un ampia applicazione della digestione anaerobica possa contenere le emissioni di metano di circa 20 milioni di m 3 /giorno. ignifica una riduzione di circa t/giorno di CO 2 equivalente, ovvero il 3,6% dell emissione globale e circa il 50% della riduzione prevista per i Paesi dell Unione Europea. Un contributo sicuramente da valorizzare. ergio Piccinini Centro ricerche produzioni animali Reggio Emilia s.piccinini@crpa.it Lorenzo Tosi l.tosi@informatoreagrario.it L articolo deriva dalla rielaborazione di interventi raccolti ai seminari «Agroenergia, opportunità per il sistema agroalimentare?» tenuto a Bologna l 11 novembre 2005 e «, i vantaggi per il settore agroalimentare» tenuto a Parma il 4 e il 25 novembre La bibliografia verrà pubblicata negli estratti. 40 L Informatore Agrario 1/2006

5 BIBLIOGRAFIA Piccinini. (2004) - Buone prospettive per il biogas da residui agrozootecnici. L Informatore Agrario, 1: Piccinini., Bonazzi G. (2005) - Nuove strade per smaltire gli effluenti zootecnici. L Informatore Agrario, 7: /2006 L Informatore Agrario 1