Analisi tecnico economica delle colture energetiche

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1 BTS LEipzig, 29 Nov, 2012 Analisi tecnico economica delle colture energetiche Andrea Schievano, Fabrizio Adani GRUPPO RICICLA Università degli Studi di Milano Lab. Suolo e Ambiente, via Celoria 2, Milano Lab. Biomasse e Agroenergia, Parco Tecnologico Padano, Via Einstein, Loc. C.na Codazza, Lodi. Tel Fax gruppo.ricicla@unimi.it

2 Fabrizio Adani Full Professor Fulvia Tambone Researcher Barbara Scaglia Biologist Andrea Schievano Environmental Engineer Silvia Salati Environmental Scientist Giuliana D Imporzano Agronomist Claudio Ledda Biotechnologist Valentina Orzi Agronomist Ester Manzini Agronomist Tommy Pepè Sciarria Biologist Arjana Doda Pharmacist Samuele Lonati Agronomist Laura Terruzzi Natural scientist Carlo Riva Agronomist Michele Pognani Agronomist Luca Corno Agronomist

3 Laboratorio Suolo e Ambiente Facoltà di Agraria, Milano Laboratorio Biomasse e Agroenergia Parco Tecnologico Padano - Lodi

4 Contrazione del settore agricolo Fonte: Istat Censimento 2011

5 Contrazione del settore agricolo Fonte: Istat Censimento 2011

6 Contrazione del settore zootecnico Fonte: Istat Censimento 2011

7 Biogas un opportunità per l azienda agricola? quale ruolo per le colture energetiche?

8 Ripartizioni Impianti per Potenza in provincia di Cremona Totale potenza MW 122 impianti complessivi Descrizione Provincia di Cremona. Numero impianti biogas 122 Necessità MAIS Totale Prov CR ton Ha necessari ha SAU BIOGAS/SAU Prov. CR 10.7% SAU BIOGAS/SAU-MAIS Prov. CR 13.4% Da: Guarneri, Adani, Boccasile, 2011, TV-Sole 24 h In press, riproduzione vietata.

9 Ripartizioni Impianti per Potenza in provincia di Brescia Totale potenza 40.3 MW Descrizione Provincia di Brescia Necessità MAIS Totale Prov CR ton Ha necessari ha SAU BIOGAS/SAU Prov. CR 3.1% SAU BIOGAS/SAU-MAIS Prov. CR 6.1% Da: Guarneri, Adani, Boccasile, 2011, TV-Sole 24 h In press, riproduzione vietata. 55 impianti complessivi

10 Ripartizioni Impianti per Potenza in provincia di Lodi Totale potenza 36.5 MW Descrizione Provincia di Lodi Necessità MAIS Totale Prov LO ton Ha necessari ha SAU BIOGAS/SAU Prov. LO 9.2% SAU BIOGAS/SAU-cereali Prov. LO 14% Da: Guarneri, Adani, Boccasile, 2011, TV-Sole 24 h In press, riproduzione vietata. 39 impianti complessivi

11 Utilizzo SAU per biogas Provincia di Lodi Necessità MAIS Totale Prov LO ton Ha necessari ha SAU BIOGAS/SAU Prov. LO 9.2% Provincia di Brescia Necessità MAIS Totale Prov CR ton Ha necessari ha SAU BIOGAS/SAU Prov. CR 3.1% Provincia di Cremona. Numero impianti biogas 122 Necessità MAIS Totale Prov CR ton Ha necessari ha SAU BIOGAS/SAU Prov. CR 10.7% Da: Guarneri, Adani, Boccasile, 2011, TV-Sole 24 h In press, riproduzione vietata.

12 Da: Adani, Guarneri, Boccasile, 2011, TV-Sole 24 h Razione del digestore medio

13 Colture dedicate o Sottoprodotti? Dati di fatto: Da: Adani, Guarneri, Boccasile, 2011, TV-Sole 24 h

14 Uso del suolo per MW installato (worst case: 100% coltura energetica) Regione Lombardia: Progetto BioBi

15 Attuale modello impianti 1 MW Colture dedicate Liquami Scarti - sottoprodotti digestato km km

16 Piccole proprietà agricole? digestato Prodotti Sottoprodotti Scarti, liquami km km

17 Il nuovo sistema di incentivazione: sottoprodotti, piccoli impianti, efficienza

18 Modello futuro? kw km km

19 Modello futuro? kw km km

20 Modello futuro? small

21 Piccoli o medi impianti - Quali biomasse? - Quali costi di produzione? - Quali margini?

22 Colture energetiche in Italia Regione Lombardia Programma regionale di ricerca in campo agricolo Domanda di contributo per le attività di ricerca, sperimentazione e dimostrazione Ente proponente: Dipartimento di Produzione Vegetale - Università degli Studi di Milano Coordinatore: Prof. Fabrizio Adani Dipartimento di Produzione Vegetale Titolo del Progetto: BIOMASSE PER BIOGAS (BioBi) Importo progetto:

23 Località di prova Progetto BioBi DiProVe, Monsanto Italia, Cons Kilowerde, Reg. Lombardia, Cortesia di G. Colombo, 2010

24 Principali colture: Sostanza secca per ha Schievano et al., 2012

25 Produttività di energia per ha Schievano et al., 2012

26 Costi colturali e dell energia Schievano et al., 2012

27 Produttività MWh EE per ha Costo colturale per ha

28 CEP: costo unitario dell energia producibile Costo biomassa /ton Biogas potenziale m 3 /ton CMP = costo del metano producibile: /m 3 1 m 3 CH 4 = 3 kwh EE CEP = costo dell energia elettrica producibile: /kwhee

29 CEP: costo unitario dell energia producibile

30 La composizione del costo di produzione dell energia da digestione anaerobica 1. Costi di approvvigionamento biomasse coltivazione/trasporto/pretrattamenti 2. Costi di gestione/manutenzione manutenzione ordinaria/straordinaria, autoconsumi, fermi, pretrattamento, posttrattamenti, spandimento digestato /kwhee 3. Ammortamento (finanziamento 100%, i. 5-6%)

31 Costo unitario di produzione (Taglia 1 MW)

32 Costo unitario di produzione (Taglia 500 kw)

33 Substituting Energy Crops. Potato peels Tomato Peels Fruit Raw Glycerin Eggs Schievano, 14th oct 08

34 Grande potenzialità Cocchianella,M, Schievano A., Adani F. (2011). In press, riproduzione vietata.

35 Residui colturali Schievano, 14th oct 08

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37 Rapporti % tra principali beni agricoli prodotti in Italia Cocchianella,M, Schievano A., Adani F. (2011). In press, riproduzione vietata.

38 Rapporti % tra scarti delle principali filiere agro-alimentari in Italia Cocchianella M, Schievano A., Adani F. (2011). In press, riproduzione vietata.

39 Caratteristiche sottoprodotti Cocchianella,M, Schievano A., Adani F. (2011). In press, riproduzione vietata

40 /ha smc /ha/anno Costo di approvvigionamento delle colture di riferimento Produzione annuale di metano /ha Costi colturali Segale + Mais 3º Erba Silo + Mais 2º Triticale + Sorgo Triticale + Mais 3º Mais 1º Costo Colturale /ha 0 Segale + Mais 3 Erba Silo + Mais 2 Triticale+Sorgo Triticale+Mais3 Mais primo raccolto Resa di energia per ha MWhee /ha /kwee

41 Costo di approvvigionamento dei sottoprodotti - Costo trasporto Resa di energia per ton - Prezzo di vendita (da BMP) - Costi di pretrattamento? kwhee /ton /kwee!!!!???!!

42 Costo di approvvigionamento Cocchianella,M, Schievano A., Adani F. (2011). In press, riproduzione vietata.

43 Potenzialità di biogas Nl /kgts ABP Colture Deiezioni Fanghi Sottoprodotti, scarti Rifiuti organici

44 Il valore di sostituzione della coltura di riferimento CEP della coltura di riferimento es /kwhee Resa di energia per ton (da BMP) kwhee /ton /ton massimo pagabile

45 Il valore di sostituzione della coltura di riferimento Sottoprodotto Contenuto TS medio kgts/kg Biogas Potenziale m 3 /ton ST Biogas Potenziale m 3 /ton Ton mais equiv (ton/tonmais) Potenziale sostituzione superficie agricola (ha mais) Costo Energia Producibile (CEP) /kwh Prezzo equivalenza /tonts Prezzo equivalenza /ton Siero Permeato Seed oil oleins Citrus Treated olive slurry Estratti lavorazione olive 81.0 Mangime animali domestici Treated olive slurry Glicerolo patate scarto pasticceria

46 I wish I had a New Energy Crop - Poli-annual - Cheap - Low-agronomic-input - Resistant - Productive

47 Arundo Donax L. Giant reed C:\Program Files\Qualcomm\Eudora\ attach\img_91511.jpg

48 DiSAA- UNIMIgruppo di lavoro su Arundo per biogas

49 DiSAA- UNIMIgruppo di lavoro su Arundo per biogas

50 and GRUPPO RICICLA

51 La canna comune è una pianta diffusa in tutto il mondo. Originaria del sud est asiatico si è successivamente diffusa, partendo dal bacino del mediterraneo in tutto il mondo. Cortesia Pilu, 2012

52 Botanica della Canna Comune Nell ambito delle graminacee Arundo donax appartiene alla sottofamiglia delle Arundonoidee, tribù Arundineae. A. donax è una pianta sterile che si propaga vegetativamente Del genere Arundo in Italia crescono spontaneamente altre due specie più piccole oltre a A. donax: A. plinii e A. collina. I culmi di Arundo a fine stagione di crescita possono raggiungere e superare gli otto metri d altezza. Le foglie di forma lanceolata sono lunghe fino a 80 cm, di colore verde opaco disposte in modo alternato con nervatura parallela. Cortesia Pilu, 2012 Dipartimento Produzione Vegetale

53 La struttura della canna I culmi di Arundo sono canne cave rinforzate ogni 20 cm circa da nodi molto resistenti al taglio e alla rottura meccanica. Il diametro esterno è variabile tra 1 e 4 cm. La sezione circolare della canna mostra dall esterno verso l interno rispettivamente l epidermide, uno strato di tessuto fotosintetizzante sovrastato delle fibre sclerenchimatiche in cui è possibile distinguere delle bande vascolari e, infine, del tessuto parenchimatico dove sono osservabili cellule lignificate e numerosi fasci vascolari. nodi internodi canne mature nodi internodi canne giovani Cortesia Pilu, 2012

54 Il Rizoma La riproduzione avviene principalmente per crescita e frammentazione dei rizomi. L elevato vigore vegetativo è dovuto alle sostanze di riserva contenute nei rizomi. A fine stagione le canne traslocano i nutrienti nei rizomi La vitalità dei rizomi è ridotta dal gelo Cortesia Pilu, 2012

55 Rappresentazione schematica della struttura della canna comune: elementi modulari Cortesia Pilu, 2012

56 inizio primavera marzo Ciclo biologico primavera inoltrata aprile/maggio estate/inizio autunno agosto/settembre Inverno gennaio Cortesia Pilu, 2012

57 Peso g Sono presenti due tipi di canne : canne emesse in primavera e canne emesse inizio estate y = 5,6211x ,8 R² = 0, Altezza < 4 m Altezza > 4 m Canne primaverili Canne estive 500 y = 1,2992x - 128,59 R² = 0, Altezza cm Cortesia Pilu, 2012

58 Colture energetiche (potere calorifico) Species Energy Output Eroei Energy net production Annual crops GJ/ha GJ/ha Sorghum Hemp Maize Poly annual herbaceous crops E-grass Giant Reed (Arundo) Switchgrass Short rotation forestry Poplar Willow Cortesia Pilu, 2012

59 Arundo donax coltivazione ed utilizzi energetici March (first year) Sowing by rhizomes Ciclo di produzione anni September Harvest Anaerobic digestion Biogas October Chop Silage Alcoholic fermentation Bioethanol Harvest January February Chips and pellets Combustion Cortesia Pilu, 2012

60 La coltura dell Arundo ai fini energetici: aspetti oggetto di studio semina - Tecniche Agronomiche sesto d impianto Produzione biomassa Raccolta Diretta combustone Produzione Biogas Produzione Bioetanolo Cortesia Pilu, 2012

61 Impianto di Arundo Un frammento di rizoma con almeno una gemma può dar luogo a una pianta di Arundo. La densità d impianto di rizomi per ettaro è la soluzione maggiormente adottata nelle prove agronomiche condotte in Italia con sesto d impianto 0,75 x 0,65 m. In alternativa può essere adottata una densità di semina inferiore di rizomi per ettaro con sesto d impianto 0,75 x 1 m. Attualmente il costo di un rizoma è di euro Costo dei rizomi per ettaro euro Si stanno valutando diverse densità di semina per contenere i costi iniziali d impianto che sono ammortizzati nei più di 10 anni di vita della coltura A parte l irrigazione e uno/due trattamenti con erbicida nel primo anno, negli anni successivi la coltura non ha bisogno di nessuna operazione agronomica Cortesia Pilu, 2012

62 La produzione di Biomassa (effetto sesto d impianto) circa 8m Stagione agronomica marzo- settembre Crescita media di circa 4 cm al giorno Cortesia Pilu, 2012

63 La coltura dell Arundo ai fini energetici: aspetti oggetto di studio -Tecniche Agronomiche semina sesto d impianto Produzione biomassa - Materiale Vegetale collezione cloni mutagenesi Raccolta Diretta combustone Produzione Biogas Produzione Bioetanolo Cortesia Pilu, 2012

64 Siti di campionamento dei cloni di canna in Italia: la collezione del Prof. Pilu - UNIMI

65 La collezione del Prof. Pilu - UNIMI Alcuni siti di campionamento AD 18 Scaldasole (PV) AD 63 Sparanise (CE) AD 71 Margherita di Savoia (BT) AD 67 Vaglio Basilicata (PZ) Cortesia Pilu, 2012

66 La collezione del Prof. Pilu, UNIMI, è ubicata nell azienda didattico sperimentale di UNIMI Cortesia Pilu, 2012

67 Studi cariologici della canna comune effettuati sui cloni presenti sul territorio Italiano La Canna comune è un poliploide avente 110 cromosomi Cortesia Pilu, 2012

68 Caratterizzazione molecolare: SSRs (Simple Sequence Repeats) Species SSR tested Presence of amplification % SSR1 Ad1 Ad11 Ad24 maize Zea mays SSR2 SSR3 SSR4 SSR5 SSR6 Cortesia Pilu, 2012

69 Chemical mutagenesis Pot Hydroponic culture Field Chemical treatment frammenti di canna raggi x

70 - Phloroglucinol staining Samples will be placed in a 1% phloroglucinol-hcl solution for 10 min and then observed

71 Produttività per ha coltivato Cortesia Arundo Italia, 2012

72 Schievano et al., 2012

73 Schievano et al., 2012

74 Schievano et al., 2012

75 Costi di produzione dell energia Schievano et al., 2012

76 Bilancio energetico e ambientale impianto biogas (1MW) E.R.O.E.I. Ener. Amb. Sistema colturale DiProVe/DIA (UNIMI): Schievano, Bacenetti, Fiala, Adani kwe/kwe kg CO2/kg CO2 Mais I raccolto 1,8 19,3 Segale - Mais III raccolto 1,6 13,6 Mais II raccolto - Erba Silo 1,8 10,7 Sorgo - Triticale 1,7 7,0 Triticale - Mais II Raccolto 1,9 11,1 Arundo bassa produzione (stima) 8,6 50,0 Arundo alta produzione (stima) 11,9 69,1

77 Energia eletteica da biogas (sit. attuale)

78 Future: Climbing the Cliff??

79 Climbing the Cliff?? Poli-annual crops (Arundo D.) Corn

80 Bio-Metano invece di metano? Purificazione Iniezione in rete = autotrazione uso domestico.. Circa 1000 distributori

81 Bio-Metano km/ha

82 Biometano? oppure Elettrico + Termico? E.R.O.E.I. Ener. Amb. Sistema colturale kwe/kwe kg CO2/kg CO2 Mais I raccolto ~ 5 ~ 40 Triticale - Mais II Raccolto ~ 5 ~20 Arundo bassa produzione (stima) ~ 18 ~100 Arundo alta produzione (stima) ~ 25 ~ 130 Stime preliminari. Studio in corso. DiProVe. Schievano, Adani

83 Climbing the Cliff?? Bio-methane Biogas

84 Dankeschön GRUPPO RICICLA Università degli Studi di Milano Lab. Suolo e Ambiente, via Celoria 2, Milano Lab. Biomasse e Agroenergia, Parco Tecnologico Padano, Via Einstein, Loc. C.na Codazza, Lodi. Tel Fax gruppo.ricicla@unimi.it