Il biogas in Italia, stato dell arte e possibili sviluppi per il biometano

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1 BIOMETANO Purificazione del biogas per l immissione in rete e l impiego come biocarburante. Quali opportunità per l agricoltura? Padova, 26 Ottobre 2007 Il biogas in Italia, stato dell arte e possibili sviluppi per il biometano Sergio Piccinini Centro Ricerche Produzioni Animali Reggio Emilia, s.piccinini@crpa.it

2 Schema della Digestione Anaerobica

3 Biomasse e scarti organici avviabili a DA e loro resa in Biogas (m 3 per ton di solidi volatili)

4 La situazione in Italia EurObserv ER stima per l Italia una produzione di biogas nel 2006 di 353,8 ktep (circa 4 TWh). Circa l 80% di questa produzione è dovuta al recupero di biogas dalle discariche per RU Il fabbisogno di EE dell Italia nel 2006 è stato di 359,3 TWh.

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7 Incentivazione energia rinnovabile Nel 2007 i produttori italiani di EE da fonte convenzionale sono obbligati ad immettere in rete il 3,05% di EE prodotta da fonti rinnovabili o ad acquistare i Certificati Verdi (CV). I CV sono titoli annuali attribuiti all EE prodotta da fonti rinnovabili; il loro valore è determinato sul mercato dal gioco della domanda e dell offerta (125 Euro /MWh/ MWh, valore GSE 2006) Oggi il valore dell EE dotata di CV ceduta alla rete elettrica è circa Euro/MWh MWh. Attualmente la durata del CV è di 12 anni, elevabile di 4 anni per le biomasse (?).

8 Biogas alla cogenerazione Con un m 3 di biogas è possibile produrre: circa 1,8-2 kwh di elettricità del valore di mercato di circa c (incentivi inclusi); circa 2-3 kwh di calore che potrebbero essere disponibili per impieghi vari.

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10 La situazione in Italia BIOMASSE INTERESSATE: Deiezioni animali : t/a. Scarti agroindustriali: t/a. Scarti di macellazione(cat.3): t/a. Fanghi di depurazione: t/a. Fraz.org. dei RU: t/a. Residui colturali: t SS/a Colture energetiche: ha set aside Potenzialità biogas: circa 25 TWh/anno di EE circa 8 Miliardi m 3 di CH 4 /anno

11 Scarti e sottoprodotti organici da agroindustria prodotti in Emilia-Romagna Descrizione scarti e sottoprodotti agro-industria EMILIA-ROMAGNA (t/anno) Liquame Letame TOTALE EFFLUENTI ZOOT Sottoprodotti animali Scarti vegetali Siero di latte e latticello Fanghi di depurazione Fanghi di lavaggio Altri scarti TOTALE TOTALE (escl. siero)

12 La situazione in Italia Impianti di biogas per liquami zootecnici Nel 2007, gli impianti sono circa 150, di cui circa 40 sono impianti semplificati e a basso costo, realizzati sovrapponendo una copertura di materiale plastico ad una vasca di stoccaggio dei liquami zootecnici, e circa 30 sono in costruzione. La quasi totalità degli impianti è localizzata nelle regioni del nord. Nel corso degli ultimi tre anni anche in Italia si è mostrato interesse alla codigestione dei liquami zootecnici con le colture energetiche e gli scarti agroindustriali e attualmente diversi impianti (circa il 40% del totale) sono già operativi e/o in costruzione e/o in fase di progettazione.

13 Biogas in Italia (2007) Digestori Anaerobici operanti in italia su effluenti zootecnici, scarti agroindustriali e colture energetiche 149 impianti (30 in costruzione)

14 Schema di impianto di biogas semplificato senza riscaldamento rotovaglio serbatoio di stoccaggio biogas agli utilizzi sistema galleggiante di raccolta gas frazione solida vasca di raccolta e sollevamento lagone o vasca di accumulo La produzione di metano ottenibile è di circa 15 m 3 /anno per 100 kg di peso vivo suino (circa 25 m 3 /anno di biogas)

15 Esempio di impianto di biogas semplificato senza riscaldamento

16 Schema di impianto di biogas semplificato con riscaldamento rotovaglio sistema di copertura e raccolta biogas a singola o a doppia membrana biogas agli utilizzi vasca di raccolta e sollevamento frazione solida acqua calda energia elettrica biogas sistema di riscaldamento cogeneratore La produzione di metano ottenibile è di circa 21 m 3 /anno per 100 kg di peso vivo suino (circa 35 m 3 /anno di biogas)

17 Az. S&B (PR) allevamento suinicolo da t pv Cogeneratore da 50 kw

18 Parametri produttivi medi, bilancio energetico ed analisi economica impianto biogas nel periodo Ottobre 1994 Giugno 2001 Parametri produttivi scrofe (numero) 330 peso vivo (t) 330 produzione liquame (m 3 anno -1 ) produzione biogas (m 3 anno -1 ) resa biogas (m 3 biogas t pv -1 anno -1 ) 429 Bilancio Energetico cogeneratore (kw) 50 Produzione di Energia Elettrica (kwh anno -1 ) Analisi Economica Vendita EE (EURO anno -1 ) Costi manutenzione cogeneratore (EURO anno -1 ) Costi manutenzione digestore (EURO anno -1 ) margine netto (EURO anno -1 ) costo investimento (1993) (EURO) pay back time (anni) 3,1

19 Az. Mengoli, Castenaso (BO) Bovini da latte (110 capi in produzione) 2 digestori (1200 m3 ciascuno) 2 cogen kwe 11 t/d liquame 17 t/d biomasse

20 Valori medi mensili di produzione di biogas e carico organico Potenza elettrica netta venduta alla rete Aug-05 Sep-05 Oct-05 Nov-05 Dec-05 Jan-06 Feb-06 Mar-06 Apr-06 May-06 Jun-06 [kw] Jul-06 Aug-06 Sep-06 Oct-06 Nov-06 Dec-06 Jan-07 Feb-07 Mar-07 Apr-07 1 st PERIOD 2 nd PERIOD 1 st PERIOD 2 nd PERIOD

21 Az. Lamieri (CR): 750 capi bovini 2 digestori da 1200 m3 ciascuno 1 cogeratore da 250 kwe 40 m3/d di liquame + 2 m3/d di letame +10 m3/d di silomais Fonte ROTA

22 Az. Rinaldi Cremona Az. Rinaldi Cremona 2 cogen. 600 kwe ciascuno

23 Impianto centralizzato di Spilamberto (MO) t/a liquame suino t/a scarti agroindustriali 2 digestori m3 1 cogeneratore 600 kwe

24 Impianto centralizzato di Marsciano (PG) t/a liquame suino 2700 t/a fanghi civili 3700 t/a pollina 2 digestori m3 2 cogeneratori kw

25 Inserimento digestione anaerobica in impianto di depurazione aerobico in allevamento suino STABILIZZAZIONE- STOCCAGGIO USO AGRONOMICO frazione solida fango DIGESTORE ANAEROBICO digestato CENTRIFUGA liquame grezzo FLOTTATORE fango supero chiarificato chiarificato DEPURATORE AEROBICO effluente FOGNATURA PUBBLICA STOCCAGGIO FERTIRRIGAZIONE

26 Schema di flusso ottimale per il trattamento dei liquami zootecnici in depuratori urbani Reflui civili Depurazione biologica aerobica Fanghi di supero Liquami zootecnici, scarti agroindustria Cogenerazione Biogas Digestione anaerobica Pretrattamenti Fanghi disidratati Uso agronomico

27 Schema di flusso di un impianto integrato aerobico/anaerobico Reflui civili Depurazione biologica aerobica Fanghi di supero Liquami zootecnici FORSU Scarti lignocellulosici Cogenerazione Biogas Digestione anaerobica Pretrattamenti Triturazione Fanghi disidratati Miscelazione Compostaggio Ammendante compostato di qualità

28 Biogas e Azoto La digestione anaerobica offre interessanti prospettive per l autosostentamento energetico di impianti finalizzati alla riduzione del carico azotato di liquami zootecnici prodotti in Zone Vulnerabili da nitrati.

29 La situazione in Italia Il trattamento di altre biomasse Anche in Italia i digestori anaerobici sono diffusi (circa 120) nella stabilizzazione dei fanghi di supero dei depuratori delle acque reflue urbane. Diversi (>20) impianti di biogas sono stati realizzati anche nell agro-industria, in particolare in distillerie, zuccherifici, stabilimenti per la produzione di succhi di frutta e prodotti dolciari.

30 Impianto biogas CAVIRO - Faenza 4 digestori da 5000 mc ciascuno 2 cogeneratori da 1 MW ciascuno

31 La situazione in Italia Trattamento frazione organica RU Frazione organica selezionata (Fonte: Rapporto Rifiuti 2006 APAT-ONR)

32 Impianto centralizzato di Camposampiero (PD) 1 digestore 3300 m 3-2 cogeneratori 0,5+0,5 MWe Anno 2006: FORSU t/anno Fanghi t/anno Effl. zoot t/anno Biogas m3/anno

33 Impianto di compostaggio Polo Ecologico integrato Impianto di DA FORSU Depuratore Flussi di biogas Acque di scarico Discarica

34 2 digestori 2750 m3 ciascuno Impianto ACEA Pinerolo (TO) 2 cogeneratori kwe

35 I costi di investimento di un impianto di biogas Dipendono: dalle caratteristiche dell impianto (di tipo semplificato, completamente miscelato, coibentato e riscaldato ecc.); dai materiali avviati a digestione (solo liquami zootecnici, liquami zootecnici + colture energetiche e/o scarti agroindustriali ecc.); si può definire un costo di investimento variabile tra 250 e 700 per metro cubo di digestore anaerobico, oppure di per kw elettrico installato in cogenerazione; Il tempo di ripagamento dell investimento (pbt) è in genere di circa 4-8 anni.

36 La trasformazione del biogas in energia Può avvenire per: combustione diretta in caldaia, con produzione di sola energia termica ; combustione in motori azionanti gruppi elettrogeni per la produzione di energia elettrica; combustione in cogeneratori per la produzione combinata di energia elettrica e di energia termica; uso per autotrazione e immissione nella rete come metano al 95-98%.

37 Una criticità da superare in Italia è quella del sistema di trasporto che usa il petrolio per il 96%, la percentuale più alta d Europa solo 1% di gas (circa auto)

38 MWh/ha/a 14,3 Resa annuale in carburante per ha (come gasolio/benzina equivalente) (Fonte: Biofuels FNR 2006) 14,3 15,1 49,8

39 Biogas per autotrazione La Svezia, la Germania e la Svizzera sono attualmente i paesi europei più avanzati nell utilizzo di biogas per autotrazione.

40 Adsorbimento/desorbimento su zeoliti o carbone attivo capacità m3/h Scrubber ad acqua Capacità m3/h

41 Costi investimento m3/h 0,5-1,7 M Costi esercizio < 100 m3/h 3-4 c /kwh m3/h 1-1,5 c /kwh

42 Effetto serra Biogas significa 0 g CO 2 /MJ Benzina significa 89 g CO 2 /MJ Diesel significa 84,9 g CO 2 /MJ

43 RETE NAZIONALE DEI GASDOTTI

44 RETE NAZIONALE DEI GASDOTTI 1a specie: 69% 2a specie: 18% 3a specie: 10% 4a specie: 3%

45 Scenario mercato gas in Italia forte crescita nel settore termoelettrico: +14,6 bcm (miliardi di metri cubi) crescita nel settore industriale +4,3 bcm lenta crescita nel settore civile +2,6 bcm

46 Conclusioni Il Biogas ha una forte potenzialità di crescita in Italia e il settore agricolo, zootecnico e agroindustriale possono essere la forza motrice di questa crescita. Occorre potenziare la co-digestione anaerobica di biomasse di varia natura, di scarto e dedicate.

47 Conclusioni La realizzazione di impianti di biogas ha buone prospettive se: si razionalizzano e si rendono chiare e percorribili le procedure autorizzative, sia per la costruzione e gestione degli impianti che per l allacciamento alla rete elettrica nazionale; si assicura l utilizzo agronomico del digestato anche quando si co-digeriscono i liquami zootecnici con colture energetiche e scarti organici selezionati; si favorisce l utilizzo del biogas, dopo purificazione a metano al 95-98%, per autotrazione e immissione nella rete di distribuzione del metano.