ENERGETICA APPLICATA AI SISTEMI RURALI. Analisi Energetica. L. Murgia - Dip.to Ingegneria del Territorio - Università degli Studi di Sassari

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1 ENERGETICA APPLICATA AI SISTEMI RURALI Analisi Energetica L. Murgia - Dip.to Ingegneria del Territorio - Università degli Studi di Sassari ANALISI ENERGETICA Il consumo energetico agricolo mondiale è cresciuto nell ultimo secolo soprattutto nei PI a causa di continua crescita della popolazione migrazione della forza lavoro dalle aree rurali a quelle urbane sviluppo di nuove tecniche di produzione L'analisi energetica - insieme a quella economica ed ambientale - costituisce un importante strumento per descrivere ed analizzare il comportamento dei sistemi agricoli al fine di scegliere differenti strategie produttive confrontare sistemi alternativi 1

2 L'analisi energetica dei sistemi produttivi agricoli iniziò ad essere un tema rilevante negli anni '70 in seguito al forte rialzo dei prezzi dei derivati del petrolio impose l attenzione verso: la razionalizzazione dei consumi di energia l utilizzo di nuove fonti alternative la ricerca di metodi di lavoro più efficienti L'analisi energetica consiste nell'osservare, apprezzare e misurare i flussi di energia in gioco in un sistema in funzione del tempo. Si tratta di una analisi di tipo quantitativo, per definire i volumi di energia in gioco, e qualitativo, per indicare la natura delle fonti energetiche utilizzate. Il campo di applicazione può essere più o meno vasto azienda filiera settore e le finalità dell indagine possono essere orientate ad una riduzione dei consumi energetici o alla diversificazione delle risorse impiegate, in combinazione con ridotti costi di produzione e ridotto impatto ambientale. Lo sviluppo tecnologico attuale - informatizzazione, sensoristica, strumenti avanzati (GPS) - permette di attuare tecniche definite di agricoltura di precisione", che mettono in grado l operatore agricolo di prendere decisioni più appropriate in funzione delle risorse disponibili, consentendo risparmi energetici ed economici notevoli. 2

3 Il punto di partenza di un analisi energetica consiste nello stabilire le metodologie per identificare e valutare i flussi di energia che prendono parte alla produzione agricola. SCHEMA A BLOCCHI DEL SISTEMA AGRICOLO E necessario utilizzare dei valori di equivalenza energetica che permettano di convertire in unità omogenee di energia primaria le quantità di fattori in entrata e di prodotti in uscita. Per far ciò si utilizzano le unità di misura dell'energia (lavoro) di cui la principale è il Joule (J), con i suoi multipli: kj, MJ, GJ. In alcuni casi si utilizza la tep (tonnellata equivalente di petrolio), o i suoi multipli o sottomultipli (specie il kgep - chilogrammo equivalente di petrolio). 3

4 Sono stati sviluppati due diverse metodologie di analisi energetica: (1) METODO DELL ENERGIA NETTA considera tutti i flussi energetici non rinnovabili e rinnovabili con criteri diversi in funzione della qualità include la manodopera come una fonte energetica di alta qualità (2) METODO DELL ENERGIA LORDA ad ogni fattore di produzione è assegnata una quota di energia non rinnovabile (fossile) senza considerarne la qualità il fabbisogno energetico totale di un processo produttivo risulta dalla somma delle energie parziali associate ad ogni fase del processo È possibile associare il costo energetico con il costo economico Metodologia di analisi dell energia lorda A. Circoscrivere il campo di indagine, ovvero definire un limite nel processo o nel sistema in esame in modo da identificare tutti i flussi di energia entrante (input) in un certo intervallo di tempo B. assegnare un valore energetico (K) in energia primaria a ciascun input (consumo) - consumi diretti: relativi all impiego di combustibili, carburanti, energia elettrica - consumi indiretti: necessari alla produzione e alla consegna all azienda agricola dei mezzi tecnici (concimi, antiparassitari, mangimi extraaziendali), delle macchine, degli attrezzi, degli investimenti in generale 4

5 K = Ce + V (MJ) K = contenuto in energia primaria Ce = energia spesa per produzione, trasporto e distribuzione di una unità di prodotto al luogo di utenza V = energia estraibile o incorporata nelle materie prime. Nel caso dei combustibili corrisponde al potere calorifico inferiore K rappresenta quindi l energia primaria degradata complessivamente per ogni unità di prodotto consumata all utenza nel caso delle macchine ed impianti K = MJ/h e si ottiene moltiplicando la massa della macchina per il contenuto in energia primaria dell unità di massa, sottraendo il valore energetico dei rottami, e dividendo il risultato per la vita utile (ore) C. moltiplicare la quantità di ogni fattore col corrispondente valore energetico e sommare questi valori per ottenere l energia totale immessa nel processo D. Identificare e quantificare tutti gli output del processo, stabilendo dei criteri per valutare l energia incorporata nei prodotti principali e nei sottoprodotti, attribuendo o meno (a seconda delle finalità dell analisi) un valore energetico sulla base: dell'energia metabolizzabile, per i prodotti alimentari; del contenuto calorico (combustione diretta), per tutti gli altri prodotti 5

6 E. Effettuare il bilancio energetico del processo produttivo calcolando: RESA ENERGETICA (ER): rapporto fra il contenuto energetico del prodotto (MJ) e l energia spesa (MJ) per produrlo (O/I) PRODUZIONE NETTA DI ENERGIA (NEP): MJ differenza fra l energia prodotta nel processo e la spesa energetica, generalmente riferita all'unità di produzione (es. 1 ha) PRODUTTIVITÀ ENERGETICA (EP) quantità di prodotto ottenuto per unità di energia impiegata (kg/mj) EP è specifica per ogni prodotto, zona e tempo di produzione. EP può essere migliorata riducendo la spesa energetica di processo o aumentando le rese di prodotto (es. limitando le perdite) F. Applicare i risultati dell analisi energetica. Un caso evidente di applicazione è la produzione dei biocombustibili, ma risulta interessante per ogni processo produttivo agricolo per comparare differenti tecniche di produzione, a complemento della valutazione economica e di impatto ambientale I bilanci energetici possono costituire a livello sia aziendale sia territoriale uno strumento conoscitivo addizionale per la migliore organizzazione delle attività produttive e la gestione delle risorse disponibili, affiancando le tradizionali valutazioni di convenienza economica. 6

7 Punti critici del metodo: Attribuire il valore energetico corretto ad ogni input (dati specifici per ogni zona produzione) specificare la procedura adottata non considerare la qualità livella le diverse fonti energetiche (elettricità da fonte idraulica = fonte termoelettrica) assegnare il valore reale nel caso di output multipli INPUT ENERGETICI DEI PROCESSI PRODUTTIVI AGRICOLI DIRETTI bolletta energetica Carburanti, elettricità, gas, carbone, biocombustibili, Il valore energetico è legato al contenuto entalpico (potere calorifico) + la spesa energetica per renderli disponibili in azienda Gasolio 46,3 MJ/l Gas metano 49,5 MJ/m 3 Elettricità 12 MJ/kWh 7

8 INDIRETTI Rappresentano circa i 2/3 dei consumi aziendali e si riferiscono all energia utilizzata per produrre macchine, impianti, fertilizzanti, sommata all energia incorporata nei materiali Macchine: semoventi operatrici 84 MJ/kg 69 MJ/kg Il costo orario si ricava da K mh = K m * M m / Vu Fertilizzanti: azotati 74 MJ/kg fosforici 13 MJ/kg potassici 9 MJ/kg Sementi: medica 230 MJ/kg grano 13 MJ/kg patata 93 MJ/kg Pesticidi: erbicidi MJ/kg fungicidi MJ/kg ** per kg principio attivo insetticidi MJ/kg 8

9 PRODUZIONI - OUTPUT attribuire un valore energetico ai prodotti ottenuti ha significato nel caso di bilanci di colture energetiche in tutti gli altri casi interessa la richiesta lorda di energia per unità di prodotto (MJ/kg) FABBISOGNI ENERGETICI OPERAZIONI E PRODODTTI BILANCIO ENERGETICO della produzione di etanolo da barbabietola da zucchero 9

10 BILANCIO ENERGETICO DELLA COLTIVAZIONE DI 1 ha di BARBABIETOLA DA ZUCCHERO PER LA PRODUZIONE DI ETANOLO TRASFORMAZIONE IN ETANOLO Energia solare GJ Energia coltivazione Input D+I 32,9 GJ Molitura e Pressatura 15,2 GJ Barbabietole 60 t 200 GJ Residui Vegetali 45 t = 90 GJ Fertilizzanti organici 13 GJ Residui e perdite di energia 15 GJ Residui polpe (alim. animali) 31 t 40 GJ Succo zuccherino 10 t 145 GJ Ferment+Estraz 80,7 GJ ETANOLO 5400 L 115 GJ RESIDUI 5,7 t 30,7 GJ PERDITE ENERGIA 80 GJ INPUT = 32,9 + 15,2 + 80,7 = 128, 8 GJ OUTPUT = = 168 GJ 10

11 INPUT = 32,9 + 15,2 + 80,7 = 128, 8 GJ OUTPUT = = 168 GJ ENERGIA NETTA RESA ENERGETICA = OUTPUT INPUT NEP = 168 GJ 128,8 GJ= 39,2 GJ = OUTPUT/INPUT ER = 168/128,8 = 1,3 con riferimento all etanolo ottenuto : 5400 litri PRODUTTIVITA ENERGETICA EP = 5400 L / 128,8 GJ = 41,9 L/GJ Spesa energetica per la produzione di biocombustibili comparazione fra sistemi produttivi differenti 11

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13 ENERGIA RICHIESTA PER LA COLTIVAZIONE DEL RISO IN DIVERSE REALTA AGRICOLE Produttività energetica MJ/kg 11,1 2,3 kg/mj 0,09 0,43 ESERCITAZIONE BILANCIO ENERGETICO COLTIVAZIONE 13

14 resa in semi 3 t/ha 14

15 resa in semi 3 t/ha 15

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