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1 Meccanizzazione e tecnologie per il controllo e la sostenibilità dei sistemi agricoli e forestali Alghero 29 maggio 1 giugno DIPT. DI SCIENZE AGRARIE E AMBIENTALI -

2 INTRODUZIONE INTRO Nel 2014, circa 1796 impianti di biogas in funzione. EE da biogas fortemente incentivata anche per questo è importante verificare che sia ambientalmente sostenibile. SCOPO i) Valutare l impatto ambientale della produzione di EE in impianti di digestione anaerobica (AD) caratterizzati da diversa taglia e differenti alimentazioni, ii) identificare gli aspetti chiave (hotspots) del sistema. METODO DI ANALISI Analisi del ciclo di vita o Life Cycle Assessment (LCA). Definito da standard ISO, sviluppato per l analisi degli impatti ambientali dei processi industriali è sempre più utilizzato anche per l analisi dei sistemi agro-alimentari.

3 IL METODO DI ANALISI DEFINIZIONE OBIETTIVO E CAMPO DI APPLICAZIONE ANALISI DI INVENTARIO VALUTAZIONE DEGLI IMPATTI ULTATI NE DEI RISU RPRETAZION INTER 1 - GOAL DEFINITION Definizione degli obiettivi dell analisi e del campo di applicazione (confini e unità funzionale) 2 -ANALISI DI INVENTARIO Analisi di inventario, finalizzata al reperimento dei dati necessari relativamente a input e output del sistema 3 -ANALISI DEGLI IMPATTI Conversione ed aggregazione dei dati di inventario in pochi indici sintetici numerici 4-INTERPRETAZIONE DEI RISULTATI e definizione di potenziali azioni di miglioramento Quando fare LCA INDIVIDUARE i processi che - all interno del sistema analizzato - sono responsabili del maggior impatto potenziale sull ambiente. CONFRONTARE SOLUZIONI e/o FILIERE DIVERSE al fine di individuare quella a minor impatto

4 GLI IMPIANTI CONSIDERATI (i) 10 impianti di digestione anaerobica (Lombardia e Piemonte) ) caratterizzati da una potenza elettrica variabile da 100 a 999 kw, alimentaticoninsilatiinsilati di cereali (mais e triticale), reflui zootecnici (liquame bovino e suino). Mesofilia e termofilia. Stoccaggi del digestato sia coperto che scoperto

5 UNITA FUNZIONALE & CONFINI DEL SISTEMA UNITA FUNZIONALE = grandezza fisica a cui si riferiscono i risultati, esprime la funzione del sistema IMPIANTI DI DA AGRICOLO 1 MWh elettrico (1 MWh) prodotto dal CHP CONFINI DEL SISTEMA = definiscono cosa viene incluso nell analisi e cosa è escluso poiché ininfluente, oggetto di un altro ciclo produttivo e/o non influenzato da processo produttivo oggetto di analisi GAS DI SCARICO DEL CHP, CH 4 CH 4 1 IMPIANTO ALIMENTATO UNICAMENTE A REFLUI Liquame bovino e suino ET EE UTILIZZO BG DA 150 kw Surplus termico dissipato FASE DI CONVERSIONE OLIO, EE, CHP DIGESTATO NH 3, N 2 O, CH 4 EE-ET, NaOH, IMPIANTI LIQUAME Liquame viene considerato scarto di un altro processo produttivo e quindi la sua produzione è ad impatto ambientale nullo, viene però considerato il suo trasporto e si considerano evitate le emissioni che avverrebbero ebbe con il suo stoccaggio o tradizionale tad alein vasca aperta credito cedtoambientale.

6 GAS DI SCARICO, COMPOSTI N-P GAS DI SCARICO CONFINI DEL SISTEMA (ii) COLTIVAZIONE E RACCOLTA BIOMASSA INSILAMENTO INSILATO FASE DI CAMPO FASE DI STOCCAGGIO CARBURANTI, OLIO CARBURANTI, OLIO, TRINCEA SEMI, AGROFARMACI FERTILIZZANTI GAS DI SCARICO, CH 4 CH 4 TRATTORI, MACCHINE OPERATRICI 2 IMPIANTI ALIMENTATI COMPLETAMENTE CON INSILATI DI CEREALI ET EE UTILIZZO BG DA Insilato di mais e di triticale FASE DI CONVERSIONE DIGESTATO 505 e 860 kw Surplus termico dissipato OLIO, EE, CHP NH 3, N 2 O, CH 4 EE-ET, NaOH, IMPIANTI

7 GAS DI SCARICO, COMPOSTI N-P GAS DI SCARICO CONFINI DEL SISTEMA (iii) COLTIVAZIONE E RACCOLTA BIOMASSA INSILAMENTO INSILATO FASE DI CAMPO FASE DI STOCCAGGIO CARBURANTI CARBURANTI, OLIO, TRINCEA SEMI, AGROFARMACI FERTILIZZANTI GAS DI SCARICO, CH 4 CH 4 TRATTORI, MACCHINE OPERATRICI ET UTILIZZO BG DA 7 IMPIANTI CODIGESTIONE INSILATI DI CEREALI E REFLUI 100 e 999 kw EE FASE DI CONVERSIONE DIGESTATO LIQUAME Surplus termico dissipato OLIO, EE, CHP NH 3, N 2 O, CH 4 EE-ET, NaOH, IMPIANTI

8 ANALISI DI INVENTARIO: Raccolta dei dati RILIEVI DIRETTI (Dati primari) Schede di rilievo compilate dagli agricoltori per quanto riguarda la tecnica colturale, i fattori produttivi consumati nel corso del ciclo produttivo, la meccanizzazione delle operazioni di campo, Rese delle diverse colture, Schede di rilievo per distanze di trasporto, Monitoraggio degli impianti: produzione di EE, alimentazione, consumo di NaOH, elettricità, carburanti, olio motore, temperature di processo DATI SECONDARI (ECOINVENT, BIBLIOGRAFIA, MODELLI DI STIMA) Perdite di metano per trafilamenti e durante trattamenti del biogas EmissionifumidiscaricodelCHP Emissioni da vasche di stoccaggio del digestato Emissioni N e P compounds durante la coltivazione dei cereali Emissioni legate allo stoccaggio tradizionale dei reflui Impatto ambientale dei fattori produttivi a logorio parziale (es. trattori, operatrici, impianti di DA, CHP.)

9 INVENTARIO (i) Unità IMPIANTO A B C D E F G H I L Potenza elettrica kw Funzionamento ore/anno Temperatura C Elettricità prodotta MWh el Autoconsumo elettrico MWh el % 9.0% 9.0% 8.2% 9.4% 9.2% 10.4% 8.9% 8.5% 11.% 11% Insilato di mais t/anno Insilato di triticale t/anno Insilato di spiga di mais t/anno Liquame suino t/anno Liquame bovino t/anno Acqua t/anno Separato liquido t/anno

10 INVENTARIO (ii) Unità IMPIANTO A B C D E F G H I L Potenza elettrica kw Digestori nn Postfermentatori t t nn Volume totale m 3 / Volume specifico digestori m 3 /kw Volume specifico m 3 /kw Perdite di Metano t/ha med % 23% 27% 35% 22% 33% 29% 17% 23% 54% 55% Autoconsumo termico max % 31% 37% 43% 30% 45% 36% 23% 31% 74% 74% Surplus termico MWh Stoccaggio digestato Aperto Coperto Coperto Coperto Aperto Coperto Aperto Coperto Aperto Aperto Extra produzione di EE MWh Perdite di metano 2% del CH 4 prodotto EM da digestato 8.9 kg CH 4 /MWh, 0.23 kg NH 3 /MWh, 0.27 kg NO 2 /MWh Copertura delle vasche di stoccaggio del digestato - 80% delle emissioni di CH 4,N 2 O,NH 3 Impatto costruzione digestori Database Ecoinvent modificando le informazioni presenti con quelle rilevate e/o ricavate dalle relazioni tecniche ed applicando un fattore di scala di 2/3

11 VALUTAZIONE DEGLI IMPATTI LCIA (Life Cycle Impact Assessment) Metodo per la conversione e l aggregazione delle informazioni raccolte nella fase di inventario (input consumati e output in aria, acqua e suolo) in un numero ridotto di indicatori di impatto ambientale. Consente, ad esempio, di sommare i diversi gas serra emessi considerandone la diversa efficacia (dannosità) nel causare il buco dell ozono e, quindi, nel favorire, l effetto leffettoserra e il riscaldamento della temperatura terrestre. Esempio 1kgCO 2 =1kgdiCO 2 equivalente, 1 kg CH 4 =21kgdiCO 2 equivalente METODO DI CARATTERIZZAZIONE Recipe, utilizzato per valutare i seguenti impatti potenziali: Climate change (CC) Ozone depletion (OD) Terrestrial acidification (TA) Freshwater eutrophication (FE) Marine eutrophication (ME) Human toxicity (HT) Photochemical oxidant formation (POF) Particulate matter formation (PM) Terrestrial ecotoxicity (TEx) Freshwater ecotoxicity (FEx) Marine ecotoxicity (MEx) Metal depletion (MD) Fossil depletion (FD)

12 RISULTATI: confronto tra i diversi impianti (i) A B C D E F G H I L Insilato di mais t/giorno Insilato di triticale t/giorno Insilato di spiga t/giorno 6 Liquame suino t/giorno Liquame bovino t/giorno Categoria d'impatto Unità A B C D E F G H I L Aperto Coperto Coperto Coperto Aperto Coperto Aperto Coperto Aperto Aperto Climate change kg CO2 eq Ozone depletion g CFC 11 eq Terrestrial acidification kg SO2 eq Freshwater eutrophication kg P eq Marine eutrophication kg N eq Human toxicity kg 1,4 DB eq Photochemical oxidant formation kg NMVOC Particulate matter formation kg PM10 eq Terrestrial ecotoxicity kg 1,4 DB eq Freshwater ecotoxicity kg 1,4 DB eq Marine ecotoxicity it kg 14DB 1,4 DB eq Metal depletion kg Fe eq Fossil depletion kg oil eq Grande variabilità dei risultati, l alimentazione è la variabile più importante. 1) Consumo di insilati associato a emissioni di GHG, acidificazione ed eutrofizzazione e impatti legati all emissioni di pa nell ambiente, 2) reflui associati a crediti per CC a seguito della «sostituzione» dello stoccaggio tradizionale). Per alcuni impatti, anche la modalità di stoccaggio del digestato t (aperto/scoperto) t haunruolo importante. t

13 RISULTATI: analisi dei contributi Climate Change Emissione di GHG Prod&trasp biomasse Impatto non trascurabile ma inferiore rispetto a quello legato alle emissioni da digestato DA Reflui crediti ambientali per il processo molto importanti Perdite di CH % delle emissioni di GHG Emissioni digestato Molto evidente il vantaggio legato alla copertura delle vasche di stoccaggio del digestato

14 RISULTATI: analisi dei contributi Eutrofizzazione Eutrofizzazione marina

15 RISULTATI: analisi dei contributi Eutrofizzazione Eutrofizzazione acque dolci

16 RISULTATI: analisi dei contributi consumo di risorse minerali (metalli) 11,9 m 3 di digestori/kw 31,7 e 41.7 m 3 di digestori/kw

17 RISULTATI (ii): confronto con il mix elettrico nazionale Mix elettrico ITA

18 CONCLUSIONI Elettricità da DA di biomasse agricole sostenibilità rispetto al mix elettrico nazionale sempre garantita SOLO per impianti alimentati solo con reflui. Possibili strategie di riduzione dell impatto: Utilizzo di sottoprodotti; Valorizzazione del surplus termico (serre, essiccatoi, riscaldamento domestico, ORC, gruppi ad assorbimento, ecc.); Copertura degli stoccaggi deldigestato. LCA metodologia utile per «leggere» le complessità dei un sistema produttivo come quello della produzione di EE da DA al fine di valutarne gli impatti ambientali, analizzare il ruolo dei diversi processi che lo compongono e confrontare diverse soluzioni impiantistiche. ASPETTI CRITICI molti dati e informazioni che si rivelano avere una forte influenza sui risultati di valutazione ambientale sono dati secondari (es. riduzione i delle emissioni i i con copertura del digestato, t emissioni di N-P nel ciclo colturali) e quindi per una valutazione puntuale dei singoli casi studio occorrerebbero misure sperimentali. MARGINI DI MIGLIORAMENTO POSSIBILITA DI INTEGRARE COMPETENZE DIVERSE

19 GRAZIE PER L ATTENZIONE Laboratorio interdisciplinare costituito nel 2015 dal DiSAA dedicato all applicazione del metodo del Life Cycle Assessment ai processi agro-alimentari