LA VALORIZZAZIONE ENERGETICA DELLE POTATURE DI VITE

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1 LA VALORIZZAZIONE ENERGETICA DELLE POTATURE DI VITE CANTINE GIORGIO LUNGAROTTI Torgiano (Pg( Pg) 15 Settembre 2008 Relatore Prof. Ing. Franco Cotana Direttore del Centro Ricerca Biomasse Università di Perugia

2 PROGETTO ERAASPV : ENERGIA RINNOVABILE PER LE AZIENDE AGRICOLE DERIVANTE DA SCARTI DI POTATURE DEI VIGNETI ENTE FINANZIATORE: MIPAAF SOGGETTO PROPONENTE: CENTRO RICERCA BIOMASSE AZIENDA SELEZIONATA: CANTINE GIORGIO LUNGAROTTI FILIERA ENERGETICA DI RECUPERO DEGLI SCARTI DI POTATURA 1-Rotoimballatura 2-Trasporto e stoccaggio 3-Cippatura e stoccaggio 4-Conversione energetica

3 Obiettivi europei (5,75% del consumo da biocarburanti al 2010 e 8% energia primaria da biomasse) molto impegnativi: STIMA MASSIMA DEGLI ETTARI NECESSARI ALLA PRODUZIONE ENERGETICA NELL'IPOTESI DI MINIMA CRESCITA > ha SUPERFICIE NECESSARIA (Ha BIOCARBURANTI CO-COMBUSTIONE CO-TRIGENERAZIONE TOTALE Stima degli ettari necessari alle produzioni energetiche MAX ha (set-aside, riconversione barbabietola, marginali)

4 Onde evitare ingenti importazioni dall estero, è necessario sfruttare anche le biomasse di tipo residuale che non impegnano terreni agricoli Pianta Vite Olivo Melo Pero Pesco Agrumi Mandorlo Nocciolo Totale Superficie coltivata (ha) Residuo (t/ha) 2,9 1,7 2,4 2,0 2,9 1,8 1,7 2,8 - Biomassa totale ottenibile (Mt) 2,53 2,00 0,15 0,09 0,20 0,32 0,15 0,19 5,63 Disponibilità di biomasse residuali legnose in Italia Prudenzialmente corrispondono ad oltre ettari di coltivazioni energetiche

5 Potature di vite: produttività e caratteristiche Vitigno Produttività (t/ha anno sul tal quale) Umidità (%)* PCI (kj/kg s.s.)* GRECHETTO TREBBIANO 3, MERLOT 2, CABERNET 5, SANGIOVESE R23 3, SANGIOVESE BRUNELLO 4, * Dati Laboratorio Centro Ricerca Biomasse

6 1- ROTOIMBALLATURA DEI SARMENTI DI VITE ROTOPRESSA LERDA T110 CARATTERISTICHE ROTOBALLE Diametro 1,0 m Lunghezza Peso (s.s.) 1,1 m 130 Kg 1 m Lunghezza massima Larghezza massima Peso Potenza richiesta Lunghezza balle Diametro balle 320 cm 209 cm 1360 Kg 35/45 hp 110 cm 100 cm 1,1 m

7 Ubicazione vigneti, stoccaggi rotoballe e centrale a biomasse

8 CANTIERE DI RACCOLTA 2006 Problemi: - Tardiva consegna della macchina - Spostamento potature dai filari (trattore + rastrello) - Raccolta eseguita in testa ai filari - Movimentazione biomassa mediante escavatore - Presenza di 2 operai - Imperfezioni rotoimballatrice

9 CANTIERE DI RACCOLTA 2007 Miglioramenti - Potatura eseguita su filari alternati - Unico operaio alla guida del trattore - Modifiche alla rotoimballatrice Rulli di ferro al posto delle ruote per il passaggio nei filari più stretti (larghezza da 2,09 a 1,54 m) e applicazione carter in lamiera per evitare incastro dei sarmenti in fase di legatura

10 RACCOLTA delle POTATURE: MODIFICHE alla rotoimballatrice Sostituzione delle ruote gommate con dei rulli in ferro riduzione dell ingombro in larghezza della macchina (da 2,09 m a 1,54 m) passaggio nei filari più stretti (2 m)

11 RISULTATI CANTIERE DI RACCOLTA ,9 ROTOIMBALLATURA ,87 0,81 Vigneto Età (anni) Larghezza filare (m) Superficie (ha) Biomassa prodotta (t/ha) BIOMASSA RACCOLTA / (Ton/ha) 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,49 0,06 0,39 0,61 0,49 A B C D E ,5 2,5 3,5 2,5 2,5 5,31 1,68 3,07 0,99 1,27 0,49 0,06 0,39 0,61 0,87 0 A B C D E F TOT VITIGNO F 6 2,5-3,5 1,25 0,81 Area cantiere Produzione raccoglibile Produzione raccolta Perdite Tempo impiegato (2 Operai) Consumo gasolio Costo rotoimballatura 13,57 ha 0,99 t s.s./ha 0,49 t s.s./ha 0,50 t s.s./ha (50%) 3,18 h/t s.s. 24,25 lt/t s.s. 86,97 /t s.s. Costi elevatissimi

12 RISULTATI CANTIERE DI RACCOLTA ROTOIMBALLATURA 2007 Vigneto Età (anni Larghezza filare (m) Superfici (ha) Biomassa prodotta (t/ha) BIOMASSA RACCOLTA (t/ha s.s.) MEDIA VITIGNO 1 Trebbiano 2 Pinot Grigio 3 Chardonn. 4 Merlot 5 Cabernet 6 Sangiovese 7 Chardonn ,0 3,0 2,5-3,0 3,5 2,5 2,5 2,5 0,66 1,77 1,83 1,22 3,51 2,37 1,90 1,77 0,88 0,85 0,11 0,67 0,27 0,96 Area cantiere Produzione raccoglibile Produzione raccolta Perdite Tempo impiegato (1 solo operaio) Consumo gasolio COSTO ROTOIMBALLATURA (al netto del costo evitato del trattore con rastrello 25 /ha ) 13,26 ha 1,02 t s.s./ha 0,70 t s.s./ha 0,32 t s.s./ha (31%) 2,32 h/t s.s. 5,74 lt/t s.s. 19,15 /t s.s. Costo ridotto +43% produzione Tempo ridotto -36% perdite

13 Raccolta Modello Macchina Numero operatori Produzione (t/ha) u.r. (%) Costo ( /t) Lungarotti Lerda T , ,15 Ancona Lerda 900L 2 1, ,00 Ancona Caeb MP400S 1 2, ,00 Cosenza Arbor RS , ,60* Chieti Lerda , ,00* * Non è stato sottratto il costo evitato del trattore munito di rastrello Principali risultati: - Costo minore (raccolta su file alternate, 1 solo operatore, ottimizzazione macchina) - Produttività più bassa (prepotatrice in alcuni vigneti, produttivita minore del vigneto) Miglioramenti futuri: - Applicazione di spazzole convogliatrici sulla macchina - Irrobustimento di ulteriori organi (rastrello a denti, ecc.)

14 2- TRASPORTO,STOCCAGGIO ED ESSICCAZIONE DELLE ROTOBALLE TRASPORTO IN STOCCAGGIO ALL APERTO (6 Km DALLA CENTRALE TERMICA NEL 2006) (1 Km DALLA CENTRALE TERMICA NEL 2007 E 2008) TRASPORTO E STOCCAGGIO 2006 (CIRCA 6 Km)

15 TRASPORTO e STOCCAGGIO mezzi impiegati Pinza idraulica Unimog (CRB) Escavatore con forca Trattore + carrello Camion Fiat 619 agricolo

16 TRASPORTO e STOCCAGGIO (CIRCA 1 Km)

17 TRASPORTO e STOCCAGGIO: RISULTATI OTTENUTI Anno 2006 Anno 2007 Trasporto campo-area di stoccaggio tempo necessario (h/t) 2,4 costo ( /t) 54,48 Trasporto area di stoccaggio-centrale termica tempo necessario (h/t) 0,5 3,45 62,89 - costo ( /t) COSTO TOTALE FASE TRASPORTO ( /t s.s.) 9,60 64,08 1,60 64,49

18 UMIDITA' RELATIVA (%) 40.00% 35.00% 37.76% Umidita' media (%) 30.00% 25.00% 20.00% 15.00% 10.00% 5.00% 26.09% 15.74% 10.65% 11.29% 8.47% 12.14% 11.91% 16.01% 0.00% Gen Mar Apr Mag Giu Lug Set Ott Nov Mese VARIAZIONE UMIDITA : 38-40% alla raccolta 6% nei mesi estivi 12% nei mesi di Novembre-Dicembre (poco piovosi) Potere calorifico inferiore kj/kg (4,8 kwh/kg)

19 3- CIPPATURA E IMMAGAZZINAMENTO FASE PIU COMPLICATA DELLA FILIERA Dimensioni rotoballe non compatibili con bocca di carico cippatrici piccola-media taglia. Cippatrice forestale troppo costosa per il progetto E stato utilizzato un carro miscelatore per l alimentazione zootecnica STORTI BULLDOG 15 MC 80 hp Sistema a coltelli rotanti Cippato 5-7 cm Caricamento silo con nastro trasportatore Durata ciclo cippatura e immagazzinamento N rotoballe lavorate ogni ciclo Biomassa lavorata ogni ciclo Consumo gasolio trattore Consumo di energia elettrica (muletto 20 kw + nastro trasportatore 3 kw) Numero operatori Costo cippatura e immagazzinamento 2 h 20 2 t s.s. 5,25 lt/t s.s. 6 kwh/t s.s. 1 26,78 /t s.s.

20 4- CONVERSIONE ENERGETICA DEL CIPPATO FABBISOGNI ENERGETICI DELL AZIENDA VITIVINICOLA l/anno di gasolio per riscaldamento uffici, condizionamento botti e produzione di vapore per sterilizzazione bottiglie (297 MWh); l/anno di gpl per condizionamento barriques vini rossi, per riscaldamento laboratorio e sala degustazioni (79 MWh); kwh/anno di energia elettrica, dei quali circa 336 MWh/anno per alimentare le macchine frigorifere a compressione.

21 Caratteristiche caldaia a biomasse Combustibile Potenza al bruciatore Potenza utile Rendimento termico Tipo di focolare Unità recupero termico Fluido termovettore Cippato di legno 600 kw 400 kw(compromesso consumo/disponibilità) 66% Griglia mobile Scambiatore fumi/olio diatermico Olio diatermico fino a 300 C CONVERSIONE ENERGETICA DELLA BIOMASSA 150 ton s.s./anno 720 MWh/anno ACQUA CALDA 85 C (riscaldamento locali e produzione acqua calda sanitaria) ACQUA REFRIGERATA -10 C (Processo di vinificazione) ACQUA FREDDA 7 C (condizionamento estivo dei locali) VAPORE ACQUA SURR. (sterilizzazione delle bottiglie)

22 COPERTURA DEI FABBISOGNI ENERGETICI DELL AZIENDA 380 MWht 340 MWhe 380 MWhe 2008 Fabbisogni (el. + term.) Caldaie altro MWh Gruppi frigo compressione (elettrici) 0% rinnovabile 2008 (avviamento impianto biomasse) Fabbisogni (el. + term.) 380 MWht 80 kwhe 260 MWhe 380 MWhe Caldaia biomassa Gruppo frigo biomasse Gruppi frigo compressione altro MWh 42% rinnovabile 2009 upgrade (produzione en. el.) Fabbisogni (el. + term.) 380 MWht 340 MWhe 380 MWhe Caldaia biomassa MWh Gruppo frigo biomasse Stirling biomasse (70 kw x ore) 100% rinnovabile

23 STOCCAGGIO CIPPATO Volume silo stoccaggio cippato: >60 mc Autonomia stoccaggio: min 7-8 giorni

24 CENTRALE TERMICA A CIPPATO sistema caricamento cippato 2. combustore griglia mobile raffreddata ad acqua; 3. scarico ceneri automatico a doppia coclea su carrello trasportabile; 4. scambiatore fumi-olio diatermico a 300 C, di potenza termica resa pari a 400 kw; 5. sezione trattamento ed espulsione fumi (ciclone depolveratore, aspiratore fumi centrifugo e camino ); 6. sistema di tubazioni ad olio diatermico per la distribuzione del fluido alle utenze

25 Sistema trattamento fumi Caldaia a cippato ad olio diatermico

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27 ANALISI ECONOMICA Costi strumentazione, apparecchiature e opere edili Voce di spesa Costo ( ) Rotoimballatrice + modifiche ,00 Carro miscelatore cippatore ,00 Nastro di carico cippato 3.000,00 Gruppi frigo ad assorbimento (4) ,00 Silos stoccaggio e movimentazione ,00 Centrale termica ,00 Rete di distribuzione ed allacci ,00 TOTALE ,00 Costi di gestione e produzione materia prima Manutenzione ordinaria 2.500,00 /anno Approvvigionamento cippato (circa 100 /t s.s.) /anno (migliorabile) TOTALE ,00 /anno

28 Ricavi annui Voce di ricavo Risparmio di gasolio Risparmio di GPL Risparmio di energia elettrica Vendita dei certificati bianchi TOTALE Quantità l/a l/a 80 MWh/a 27 tep/a Prezzo 1,24 /l (*) 0,90 /l (**) 120 /MWh (***) 100 /tep (*) Ministero delle Sviluppo economico, rilevazione 25/02/08 (**) Elaborazione Unità studi di Statistica e informazione economica (***) elaborazione su bollette Enel della cantina anno 2006 Ricavo ( /anno) Flusso di cassa: /anno TEMPO DI RITORNO DELL INVESTIMENTO: 8-9 ANNI (IN ASSENZA DI FINANZIAMENTI)

29 VALORE ATTUALE NETTO DELL'IMPIANTO A BIOMASSE Cautelativo: 15 ANNI durata impianto VAN ( ) % 2% 3% 4% 5% 6% 7% 8% 9% 10% 11% 12% 13% 14% 15% TASSO INTERESSE (%) potenzialità della caldaia non pienamente sfruttata a causa della limitata disponibilità di biomassa (accordi con proprietari di vigneti della zona); la sperimentazione sull intera filiera energetica ha migliorato i costi di approvvigionamento del cippato, ma ci sono margini di miglioramento; la possibilità di accedere a finanziamenti pubblici, nel caso in oggetto il finanziamento è risultato essere superiore all 80%; la continua crescita dei prezzi dei prodotti energetici, determina un sempre più ampio margine di risparmio economico.

30 ANALISI AMBIENTALE Analisi ambientale 88% 12% Fonte rinnovabile Fonte fossile 12% dell energia prodotta è utilizzata nella filiera (combustibili fossili) 88% dell energia prodotta rappresenta la quota effettiva di energia rinnovabile CO2 equivalenti evitate = 100 ton/anno

31 CONCLUSIONI Impianto pilota è stato progettato e realizzato in ogni sua parte Analisi economica evidenzia tempi di ritorno di 8-9 anni (in assenza di finanziamenti, riducibili incrementando la disponibilità annua di biomasse e ottimizzando la filiera energetica Produzione annua di biomassa pari a circa 150 tonnellate Valorizzazione energetica di materiale di scarto Nessuna competizione con l agricoltura food SVILUPPI FUTURI DEL PROGETTO Monitoraggio dell intera filiera Installazione di moduli termoelettrici sulla canna fumaria che, sfruttando la temperatura di C dei fumi, consentirà di produrre circa 10 kw di energia elettrica (Progetto di ricerca in attesa di valutazione) + motore Stirling olio diatermico (70 kw) Totale 80 kwe

32 Grazie per l attenzione FINE