Situazione e prospettive della produzione di energia rinnovabile nell'industria agro-alimentare

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1 Situazione e prospettive della produzione di energia rinnovabile nell'industria agro-alimentare Vito Pignatelli Claudia Meloni, Vincenzo Alfano Convegno: ENERGIA ALIMENTARE Gestione energetica, cogenerazione e rinnovabili per l'industria agro-alimentare Parma, Cibus Tec - 28 ottobre 2009

2 Le fonti rinnovabili per l agro-industria Bioenergia (biomassa, biogas..bioli) Solare termico Solare fotovoltaico

3 Energia dalle biomasse Si definisce biomassa la frazione biodegradabile dei prodotti, rifiuti e residui di origine biologica provenienti dall agricoltura (comprendente sostanze vegetali e animali), dalla silvicoltura e dalle industrie connesse, comprese la pesca e l acquacoltura, nonché la parte biodegradabile dei rifiuti industriali e urbani [Fonte: Direttiva 2009/28/CE]

4 La bioenergia in Italia Riscaldamento domestico, individuale e collettivo (teleriscaldamento) Calore di processo e/o elettricità in cogenerazione presso siti industriali Elettricità (o elettricità e calore in cogenerazione) da impianti dedicati Biocarburanti per i trasporti

5 Il bilancio energetico italiano (2008) Domanda lorda di energia: 192 Mtep Idrocarburi liquidi 41% Fonti rinnovabili 9% Elettricità importata 5% Combustibili solidi 9% Gas naturale 36% [Fonte: ENEA, Rapporto Energia e Ambiente 2008]

6 Produzione di elettricità da fonti rinnovabili in Italia (2008) Fotovoltaico 0,3% Eolico 8% Geotermico 10% Biomasse 5% Biogas 3% RSU 3% Idroelettrico 71% Produzione totale elettricità da fonti rinnovabili: 58,16 TWh - 16% del consumo interno lordo (353,6 TWh) [Fonte: GSE, Statistiche sulle fonti rinnovabili in Italia. Anno 2008]

7 Pregi e limiti delle biomasse Pregi Rinnovabilità Ampia disponibilità Pluralità di opzioni energetiche Limiti Dispersione Stagionalità Basso contenuto energetico

8 Contenuto energetico di combustibili fossili e biomasse Combustibili fossili P.C. netto kwh/kg (*) Litri equivalenti gasolio / kg Metri cubi equivalenti metano / kg Gasolio 11,7 0,83 0,83 Metano 13,5 0,73 0,72 Combustibili da biomassa Legna da ardere 25% umidità (**) 3,5 2,79 2,76 Cippato faggio/quercia 50% umidità (***) 2,1 4,64 4,59 Cippato pioppo 35% umidità 2,8 3,51 3,47 Cippato pioppo 50% umidità 1,9 5,02 4,97 Pellet di legno umidità max 10% 4,9 2,00 1,98 (*) 1 kwh = 860 kcal (**) legna stagionata due anni (***) legno fresco di taglio [Fonte: ITABIA - Dossier caldaie a biomassa, 2007]

9 Quando conviene la bioenergia? Costi elevati di raccolta, trasporto e stoccaggio conseguenti alla limitata densità energetica e/o al contenuto di umidità Convenienza economica reale solo se la biomassa è già concentrata presso il sito di conversione energetica Valore aggiunto per il risparmio sui costi di smaltimento di reflui, scarti e residui di lavorazione

10 Incentivi per la produzione di energia da biomasse Per impianti di potenza elettrica superiore a 1MW alimentati a biomasse e biogas derivanti da prodotti agricoli, di allevamento e forestali, ivi inclusi i sottoprodotti, ottenuti nell ambito di intese di filiera o contratti oppure di filiere corte, i Certificati Verdi (CV) sono moltiplicati per un coefficiente di 1,8 Per impianti di potenza elettrica minore di 1MW alimentati a biogas e biomasse, esclusi i biocombustibili liquidi ad eccezione degli oli vegetali puri tracciabili attraverso il sistema integrato di gestione e di controllo previsto dal regolamento (CE) n. 73/2009 del Consiglio, in alternativa ai CV si applica una tariffa onnicomprensiva pari a 0,28 /kwh Cumulabilità Per gli impianti di proprietà di aziende agricole o gestiti in connessione con aziende agricole, agro-alimentari, di allevamento e forestali, l'accesso alla tariffa fissa onnicomprensiva è cumulabile con altri incentivi pubblici di natura nazionale, regionale, locale o comunitaria in conto capitale o in conto interessi con capitalizzazione anticipata, non eccedenti il 40 per cento del costo dell'investimento [Fonte: Legge 23 luglio 2009 n. 99]

11 Materie prime per la bioenergia Usi finali Riscaldamento domestico e collettivo Calore di processo e CHP industriali Produzione di elettricità Biocarburanti liquidi Legna e residui legnosi Fonte di approvvigionamento Residui e reflui agroindustriali Colture dedicate Import

12 Disponibilità potenziale* di biomasse residuali in Italia (2008) Industria del legno 18% Rifiuti Urbani 4% Agricoltura 36% Agroindustria 16% Foreste 26% Anno 2008: 25 Mt s.s. * Escluse le biomasse non accessibili per ragioni economiche, logistiche o di mercato. [Fonte: ITABIA. Rapporto 2008]

13 Atlante Nazionale delle biomasse: Biomasse fermentescibili Gruppo di lavoro: V. Alfano*, N. Colonna*, M. Gaeta*, M. Sarnataro**, V. Vitale** * ENEA Casaccia, ** Università degli Studi di Napoli Biogas da biomasse fermentescibili: Deiezioni bovine Deiezioni suine Scarti di macellazione FORSU Ricerca Sistema Elettrico. Accordo di Programma Ministero dello Sviluppo Economico - ENEA Tema Responsabile: V. Motola ENEA Trisaia

14 Principali tipologie di scarti e residui dell industria agroalimentare Industria olearia: sansa umida, sansa esausta, acque di vegetazione Industria vinicola e della distillazione: vinacce fresche, vinacce esauste, vinaccioli, borlande di distillazione Industria lavorazione prodotti ortofrutticoli: scarti, bucce, semi, gusci, noccioli Industria lavorazione carni: grasso, sangue, residui macellazione Industria lattiero-casearia: siero, scotta, acque lavaggio Ristorazione e alimenti pronti: scarti lavorazione, oli esausti

15 Parametri funzionali alla conversione energetica di scarti e reflui agroalimentari Processo Rapporto C/N Umidità (%) Scarto o refluo agroalimentare Conversione biochimica (biogas) Borlande di distillazione - Acque di vegetazione - Scarti ortofrutticoli - Sangue e scarti di macellazione - Siero di latte Conversione termochimica (combustione) > 30 < 50 - Gusci, noccioli - Sansa esausta - Vinacce esauste, vinaccioli

16 Produzione di bioenergia nell industria olearia Spremitura Spremitura olive olive Acque Acque vegetazione vegetazione Produzione Produzione biogas biogas Combustione Combustione Sansa Sansa umida umida Olio Olio Essiccazione Essiccazione (estraz. (estraz. con con solvente) solvente) Sansa Sansa esausta esausta Polpa Polpa Separazione Separazione Nocciolino Nocciolino

17 Produzione di bioenergia nell industria olearia / 2 Percentuali relative di sansa e acque di vegetazione e umidità della sansa (26-50% e oltre) dipendenti dal processo di estrazione Acque di vegetazione con elevato carico organico e composti inquinanti, utilizzabili per la produzione di biogas solo in co-digestione con altre biomasse Produzione sansa fortemente stagionale. Utilizzazione diretta in frantoio o sansificio o combustione in grandi impianti termoelettrici

18 Produzione di bioenergia nell industria vinicola e della distillazione Torchiatura Torchiatura uva uva Fermentazione Fermentazione melassi melassi Borlanda Borlanda Vinaccia Vinaccia vergine vergine Produzione Produzione biogas biogas Combustione Combustione Mosto Mosto Distillazione Distillazione Vinaccia Vinaccia esausta esausta Essiccazione Essiccazione

19 Produzione di bioenergia nell industria vinicola e della distillazione / 2 Distilleria CAVIRO (Faenza) 4 caldaie policombustibile (biomasse, biogas e metano) + 2 turboalternatori (3,2 MWe di potenza complessiva) + 2 cogeneratori a biogas da 1 MWe ciascuno 90% dei consumi energetici coperti da residui di lavorazione + residui potature e verde pubblico 60% dei consumi elettrici coperti con autoproduzione + vendita energia al GSE

20 Contenuto energetico di alcune biomasse e residui agroindustriali 16 kwh/kg Metano 14 13,5 Gasolio Pellet di legna max 10% umidità 12 11,7 Legna da ardere 25% umidità Cippato di pioppo 35% umidità 10 Sansa esausta 8 Vinacce esauste 6 4 4,9 4 2,8 4, [Elaborazione ENEA su dati da diverse fonti]

21 Rese in metano del processo di digestione anaerobica La quantità di biogas prodotto in un processo di digestione anaerobica e la percentuale di metano in esso presente dipendono sia dalla materia prima impiegata sia dalle condizioni di processo (processo termofilo o mesofilo, a singolo stadio o multistadio, in batch o in continuo) Matrice Fanghi di depurazione Reflui bovini Reflui suini Pollina Scarti alimentari FORSU Solidi totali (%) Resa in CH 4 (m 3 /t substrato) Sfalci verde urbano [Fonte: Progetto Biogasmax - The Biomethane Pathway (2009)] Colture energetiche

22 Impianto di digestione anaerobica di Linkoping (Svezia) Volume del digestore: Temperatura di processo: Tempo di ritenzione idraulica: Liquame zootecnico: Scarti di macellazione: Acque reflue di macellazione: Produzione di metano: m 3 (due reattori da m 3 ciascuno) 37 C circa 25 giorni 68 t / giorno 66 t / giorno 137 t / giorno circa 3 milioni di Nm 3 / anno [Fonte: Piccinini, CRPA ]

23 Impianto di digestione anaerobica di Spilamberto (MO) Volume del digestore Liquame suino: Scarti agroindustriali: Potenza elettrica: m 3 (due reattori) 247 t/giorno 69 t/giorno 600 kwe [Fonte: Piccinini, CRPA ]

24 Impianto di digestione anaerobica di Castenaso (BO) Volume del digestore: Colture energetiche: Liquame bovino: Scarti agroindustriali: Potenza elettrica: m 3 (due reattori) 2 t/giorn 11,5 t/giorno 15 t/giorno 360 kwe [Fonte: Piccinini, CRPA ]

25 Impianto di digestione anaerobica di San Pietro in Campiano (RA) Volume complessivo digestori: Tempo di ritenzione: Liquame bovino: Silomais: Sorgo: Patate: Polpa barbabietole: Mix frutta-verdura: Potenza elettrica istallata: Energia elettrica prodotta : Energia utilizzata per autoconsumo: m gg 5,1 t/giorno 18,9 t/giorno 19,2 t/giorno 1,98 t/giorno 4,3 t/giorno 9,76 t/giorno 845 kwe 18,9 MWh/gg 1,4 MWh/gg [Fonte: Ennio Spazzoli - Consorzio Agrienergy Impianto di digestione anaerobica per il recupero energetico dal biogas prodotto. AGROFER 2008]

26 Impianti di biogas operativi e/o in costruzione in Italia (dicembre 2008) Fanghi di depurazione civile (121) Effluenti zootecnici + scarti organici + colture energetiche (202) FORSU (10) Reflui agro industriali (29) [Fonte: CRPA, 2009] 2

27 Possibili impieghi del biogas Produzione di energia elettrica mediante combustione in motori di gruppi elettrogeni o cogeneratori (tecnica più utilizzata) Combustione diretta in caldaia per riscaldamento (caseifici con allevamento suinicolo) Nota: 1 m 3 metano = 9,7 kwh 1 m 3 biogas (60% metano) = 5,8 kwh ~ 2 kwh elettrici Utilizzazione come biocarburante per autotrazione (biometano)

28 Uso del biometano per l autotrazione Per poter essere impiegato come biocarburante, il biogas deve possedere caratteristiche analoghe al metano per auto disponibile al distributore E quindi necessario un processo di upgrading e standardizzazione I punti critici sono il contenuto energetico e la presenza di componenti che possono dare origine a fenomeni di corrosione

29 Upgrading del biogas a biometano Raffinazione del biogas (55-65% in metano) o gas da discarica (45% in metano) per ottenere biometano ( 95% in metano) Generalmente il processo avviene in due stadi successivi: Biogas Rimozione della CO CO 2 2 Rimozione tracce di di altri altri gas gas e contaminanti (*) (*) Biometano (*) silossani, vapore acqueo, idrogeno solforato, azoto e agenti patogeni

30 Produzione di biocarburanti da oli e grassi vegetali e animali Metanolo Metanolo Glicerina Glicerina Olio Olio vergine vergine Olio Olio esausto esausto Grasso Grasso animale animale Transesterificazione Transesterificazione Idrogenazione Idrogenazione catalitica catalitica Idrogeno Idrogeno Biodiesel Biodiesel Hydrodiesel Hydrodiesel

31 Il potenziale lordo dagli scarti di macellazione Elaborazione ENEA su dati IZS-BDN, 2006 Scarti di macellazione Bovini Suini Ovicaprini Totale Scarto digeribile (10 3 t/anno) 135,26 253,22 23,28 411,76 Biogas (10 6 Nm3/anno) 14,15 26,49 2,43 43, BOVINI SUINI OVICAPRINI NORD CENTRO SUD Potenziale lordo nazionale al 2006 per tipologia di animale suddiviso in aree geografiche (Nm 3 ) Distribuzione provinciale del potenziale lordo da scarti di macellazione

32 Riduzione delle emissioni di CO 2 per alcune filiere di produzione di biodiesel Filiera Biodiesel da colza Biodiesel da girasole Biodiesel da oli e/o grassi di recupero Olio di colza puro Riduzione % emissioni di CO 2 (valori tipici) [Fonte: Direttiva 2009/28/CE del Parlamento Europeo e del Consiglio del 23 aprile 2009 sulla promozione dell uso dell energia da fonti rinnovabili, recante modifica e successiva abrogazione delle direttive 2001/77/CE e 2003/30/CE]

33 Recupero energetico: impianto per la valorizzazione di reflui caseari L'ENEA ha ideato e messo a punto un procedimento innovativo che consente di concentrare direttamente presso i caseifici i reflui delle lavorazioni casearie, da un lato risolvendo il problema dell impatto ambientale, dall altro contribuendo alla loro valorizzazione come sottoprodotti di pregio Schema del procedimento ENEA Dal citato procedimento è possibile ottenere: un concentrato, fino a sei volte rispetto al volume iniziale del refluo, direttamente utilizzabile come mangime complementare nell alimentazione zootecnica o come materia prima per la produzione di bioetanolo un evaporato scaricabile direttamente in superficie oppure riutilizzabile all interno dello stesso caseificio acqua calda riutilizzabile nel caseificio o per altri impieghi

34 Recupero energetico: impianto per la valorizzazione di reflui caseari / 2 Il primo impianto industriale è entrato in funzione presso il Burrificio Tre Rondini di Eboli (SA); questa tecnologia, particolarmente adatta ai caseifici di piccole e medie dimensioni rappresenta una soluzione al problema dello smaltimento dei reflui caseari ed è fondamentale per il futuro dell intero settore produttivo La tecnologia, oggetto di brevetto ENEA, è infatti in grado di trasformare il siero da rifiuto ad un ulteriore prodotto della lavorazione del latte.

35 Gli impianti solari nell industria agro-alimentare Il solare termico può essere utilmente sfruttato per i processi industriali, dato che il 70% dell energia consumata è sotto forma di calore. In particolare, su impianti per la fornitura di calore di processo a bassa e media temperatura (fino a 250 ) è possibile inserire il solare termico nel sistema di produzione e distribuzione del calore Settore Conservazione cibo Lattiero-caseario Carne Vino e bevande Processi - Sterilizzazione tradizionale - Pastorizzazione - Cottura - Pastorizzazione - Sterilizzazione HTST - Lavaggio, sterilizzazione, pulitura - Cottura - Lavaggio bottiglie - Raffreddamento Temperatura ( C) < <

36 Integrazione dell impianto solare nei processi di produzione Come può un impianto solare integrarsi nei processi di produzione? Nel preriscaldamento dell acqua di alimentazione, nella fornitura diretta di calore al processo, nonché nella generazione di vapore processo processo processo processo processo processo Fornitura diretta Fornitura diretta di calore di calore nel processo nel processo Preriscaldamento Preriscaldamento dell acqua dell acqua di alimentazione di alimentazione o reintegro o reintegro

37 Il solar cooling per l'industria agro-alimentare Un applicazione recente del solare termico, il solar cooling, consiste nell abbinamento tra pannelli solari termici ed una macchina frigorifera, in modo da produrre freddo, sotto forma di acqua refrigerata o di aria condizionata, a partire da una sorgente di calore Impianto a tubi sottovuoto per la produzione di acqua calda Azienda agro-alimentare a Ferrara Tali sistemi impiantistici, dimensionati per la grande utenza ed in particolare per il settore agro-industriale, consentono un considerevole risparmio energetico ed economico [Fonte: Kloben 2008]

38 Incentivi all installazione La legge finanziaria 2008 ha prorogato fino al 2010 la detrazione fiscale del 55%, per l installazione di pannelli solari termici: il limite di spesa è pari a (detrazione ) le imprese sono ammesse alle agevolazioni Inoltre: esistono incentivi regionali e provinciali alcune banche offrono mutui a tasso agevolato l ammortamento è stimabile in 5/8 anni valore aggiunto all edificio (maggior valore commerciale)

39 Il fotovoltaico per l'industria agro-alimentare La tecnologia fotovoltaica può contribuire in maniera considerevole al fabbisogno di energia elettrica di un industria agro-alimentare, data la disponibilità di grandi superfici adatte all installazione di impianti FV Vantaggi: discreta integrazione architettonica utilizzo grandi coperture e facciate degli edifici dimensione impianti (media o grande taglia) produzione sul posto di elettricità Tetto fotovoltaico da 20 kwp su capannone industriale INDUSTRIE AGROALIMENTARI srl - Cellamare (BA) [Fonte: Martinelli srl]

40 Il fotovoltaico per l'industria agro-alimentare / 2 Impianto FV costituito da moduli fotovoltaici da 220 Wp in silicio policristallino ad alta efficienza per l'impianto produttivo dell Industria Molitoria Mininni, Altamura (BA)

41 Il conto energia Il DM 19/02/07 ha stabilito i nuovi criteri e le modalità per incentivare la produzione di energia elettrica da impianti fotovoltaici: disciplina l accesso alle tariffe incentivanti per chi produce energia attraverso impianti fotovoltaici fissa le tariffe da un minimo di 35 ad un massimo di 48 centesimi di euro per kwh prodotto, innalzandole rispetto alla normativa previgente remunera mensilmente l'elettricità prodotta dagli impianti per 20 anni la tariffa è direttamente proporzionale al livello di integrazione architettonica l investimento in energia solare diventa un attività remunerativa!

42 Grazie per l attenzione Dr. Vito Pignatelli ENEA Gruppo Sistemi Vegetali per Prodotti Industriali C.R. Casaccia Via Anguillarese, S.M. di Galeria, Roma Tel vito.pignatelli@enea.it