CALCOLO DELLE EMISSIONI IN ATMOSFERA DALL ALLEVAMENTO SUINICOLO E AVICOLO: IL MODELLO NetIPPC

Transcript

1 CALCOLO DELLE EMISSIONI IN ATMOSFERA DALL ALLEVAMENTO SUINICOLO E AVICOLO: IL MODELLO NetIPPC Per far fronte all esigenza di quantificare le emissioni in atmosfera di ammoniaca e metano dagli allevamenti suinicoli e avicoli di tipo industriale e permettere quindi la compilazione della domanda di Autorizzazione Integrata Ambientale (AIA), il CRPA, sulla base delle proprie informazioni ed esperienze, ha messo a punto un modello di calcolo denominato netippc. Questo servizio, che scaturisce dall attività di ricerca e sviluppo che il CRPA conduce da oltre un decennio sul tema della compatibilità ambientale degli insediamenti zootecnici nell ambito dei propri programmi di Ricerca e Sviluppo, è stato realizzato grazie al contributo della Regione Emilia- Romagna ed è indirizzato ai tecnici del settore. Il calcolo delle emissioni viene fatto partendo dalle quantità di azoto e sostanza organica escrete dalle diverse categorie animali all interno dei ricoveri e dalla tipologia di gestione degli effluenti, tenendo conto dei diversi stadi emissivi. Con NetlPPC è possibile fare tutte le simulazioni necessarie per valutare la ricaduta che le diverse tecniche di stabulazione e di gestione delle deiezioni possono avere sull impatto ambientale dell insediamento zootecnico. NetIPPC è l unico strumento con questa funzionalità attualmente a disposizione dei tecnici; fa parte dei servizi telematici per l agricoltura AgriShare ed è fruibile previa richiesta da inoltrare a info@crpa.it CONTROLLO E PREVENZIONE INTEGRATI DELL INQUINAMENTO Controllo e prevenzione integrati dell inquinamento Un metodo di calcolo per la stima delle emissioni in atmosfera Un esempio applicativo di NetIPPC Gli allevamenti suinicoli con più di capi all ingrasso e quelli con più di 750 scrofe unitamente agli allevamenti avicoli con più di posti dovranno dotarsi, entro il 2005, della cosiddetta Autorizzazione Integrata Ambientale (AIA), rilasciata a fronte di una domanda per il nulla osta a tutte le forme di emissione: su suolo, nelle acque e, per la prima volta, in atmosfera. Questo nuovo adempimento è previsto dal decreto legislativo 372/99, che recepisce a sua volta la direttiva 96/61/CE su controllo e prevenzione integrati dell inquinamento (Integrated Pollution Prevention Control - IPPC). La domanda di richiesta dell AIA dovrà contenere le motivazioni delle scelte tecniche adottate dall allevatore nel proprio allevamento. Con il rilascio dell AIA, le autorità compenti (in genere le Province) prescriveranno una serie di adempimenti, segnalando le Migliori Tecniche Disponibili (MTD o BAT - Best Available Tecniques) da adottare per ridurre l inquinamento dell allevamento, in particolare per quanto riguarda le emissioni in atmosfera. Negli scorsi anni un gruppo di lavoro transnazionale ha messo a punto un documento (BREF, 2003) contenente la lista delle BAT concordata dagli esperti dei diversi Paesi dell Unione Europea. Di ogni BAT vengono riportati i fattori di emissione dell ammoniaca e la percentuale di abbattimento (rendimento ambientale) rispetto ad una tecnica di riferimento. In Italia, a cura del CRPA è stato pubblicato dalle Edizioni L Informatore Agrario il manuale Allevamenti a basso impatto ambientale (2003), che riprende questa lista, evidenziando le BAT che possono essere trasferite alle nostre realtà nazionali. Il volume fornisce, inoltre, per ognuna delle BAT: una breve descrizione con indicazione dei limiti di applicazione, degli effetti collaterali, delle modalità operative, dei parametri che possono avere influenza su di esse (effetto del clima, di vincoli ambientali, ecc.); una valutazione economica comprensiva di costi di investimento e costi di gestione; una valutazione qualitativa dell impatto sui consumi di energia e di materie prime. In base all art. 10 del dlgs 372/99 gli allevamenti suinicoli rientranti nel campo IPPC sono tenuti inoltre ad una dichiarazione annuale che riguarda le emissioni in aria ed acqua di determinate sostanze, se superiori ai rispettivi valori soglia. Per quanto riguarda le emissioni in atmosfera devono essere dichiarati i quantitativi delle seguenti sostanze: metano (CH 4 ), ammoniaca (NH 3 ), protossido di azoto (N 2 O) e polveri fini (PM10). Il protossido di azoto, a differenza del metano e dell ammoniaca, ha un valore soglia che non viene sicuramente superato negli allevamenti, mentre per le polveri non sono disponibili al momento fattori di emissione sufficientemente verificati sul territorio nazionale. Per facilitare la compilazione della domanda AIA e della dichiarazione annuale, il CRPA ha messo a punto un metodo di calcolo delle emissioni in atmosfera di facile utilizzo denominato NetIPPC, disponibile on-line richiedendo il servizio a info@crpa.it UN METODO DI CALCOLO PER LA STIMA DELLE EMISSIONI IN ATMOSFERA Il modello di calcolo NetIPPC considera le emissione delle diverse frazioni di effluenti suinicoli e avicoli prodotte (letami, liquami, frazioni separate e/o chiarificate, lettiere, ecc.) nelle diverse fasi di emissione (ricoveri, stoccaggi, trattamenti e applicazione al suolo), tenendo in considerazione l effetto che l emissione di ogni fase ha su quella successiva. Questo perché la percentuale di riduzione dell emissione complessiva, conseguente all adozione di una tecnologia di abbattimento in uno stadio emissivo, dipende da tipo di tecnologie applicate nelle altre fasi. 1

2 Dato che le condizioni climatiche influenzano le emissioni, il metodo utilizza un archivio di riferimento con dettaglio provinciale e altimetrico. Nelle figure 1 e 2 sono illustrati gli schemi di flusso utilizzati dal programma per gli allevamenti avicoli e suinicoli. Le varie voci vengono descritte di seguito in dettaglio. Figura 1 - Schema di flusso delle informazioni per l allevamento avicolo Figura 2 - Schema di flusso delle informazioni per l allevamento suinicolo QUANTITÀ DI SOLIDI VOLATILI E DI AZOTO ESCRETI DAGLI ANIMALI A parità di quantità di sostanza organica escreta la produzione di metano cresce con l aumentare dei volumi di liquame presenti negli stoccaggi e della temperatura relativa. Allo stesso modo, le quantità di azoto escrete dalle diverse categorie di animali e nelle diverse fasi di accrescimento, la forma chimica (è normalmente la frazione ammoniacale quella più presente in forma libera nella frazione liquida) e la diluizione hanno un influenza diretta sull entità delle emissioni di ammoniaca complessive dagli allevamenti. Una accurata determinazione di queste quantità, di conseguenza, è presupposto indispensabile per un corretto calcolo delle emissioni in atmosfera. TECNICA DI STABULAZIONE Per ogni categoria animale, suddivisa per sottocategoria di peso, il programma NetIPPC dispone di un archivio, consultabile dall utente attraverso apposite tendine, contenente le tecniche di gestione degli effluenti con le quantità di liquami prodotti e i relativi fattori di emissione, che permettono all utente di determinare le emissioni di ammoniaca in atmosfera dai ricoveri. L identificazione geografica e altimetrica permette inoltre di caratterizzare i fattori di emissione con le condizioni ambientali locali. Fra le tecniche di stabulazione vengono compresi anche i sistemi di disidratazione della pollina con essiccatoi esterni. Per quanto concerne in particolare le emissioni di metano, si ritiene che sia interessato soprattutto l allevamento suinicolo, a causa della elevata percentuale di escrezioni in forma liquida che favorisce condizioni anaerobiche spinte. Le emissioni di metano dagli stoccaggi interni ed esterni dipendono strettamente dalla quantità di sostanza organica presente e dalla sua diluizione. Oltre alle dinamiche di svuotamento degli stoccaggi esterni, di conseguenza, anche la conoscenza dei volumi di liquame interni ai ricoveri, normalmente stoccati ad una temperatura compresa fra 18 e 30 C, è di elevata importanza. Il programma calcola le emissioni di metano dai ricoveri sulla base della capacità di stoccaggio delle fosse sottostanti i pavimenti e del relativo tempo di ritenzione. Negli allevamenti avicoli, invece, ad eccezione delle galline ovaiole in gabbie con fossa di raccolta sottostante, tutte le altre forme di stabulazione producono effluenti in forma solida più o meno palabile, la cui produzione di metano all interno dei ricoveri può essere trascurata. In figura 3 viene riportata la maschera utilizzata dal programma NetIPPC per l indicazione della tecnica di gestione per le categorie animali, compilata a titolo di esempio. 2

3 Figura 3 - Maschera per l inserimento delle caratteristiche tecniche di gestione dei liquami nei ricoveri suini TIPO DI STOCCAGGIO Le emissioni di metano dagli stoccaggi interni ai ricoveri che abbiano una capacità pari a 6 mesi di produzione vengono conteggiate come appartenenti ai ricoveri, in quanto si considera che questi liquami vengano distribuiti direttamente in campo. Viceversa i liquami prodotti in ricoveri con volume di stoccaggio inferiore permangono per un tempo più o meno prolungato in bacini di stoccaggio esterni ai ricoveri; le loro emissioni vengono calcolate sulla base del contenuto di solidi volatili residui (al netto delle perdite per digestione realizzata nei ricoveri e delle eventuali separazioni e/o demolizioni ad opera delle tecniche di trattamento aziendali), delle condizioni ambientali e delle dinamiche di svuotamento. La fase di riempimento/svuotamento, invece, viene ricavata dal programma di distribuzione al suolo dei liquami, che deriva a sua volta dal piano colturale dell azienda o dell area geografica in cui risiede l insediamento zootecnico. L importanza di determinare la dinamica di svuotamento dei bacini di stoccaggio trova ragione nella forte dipendenza delle emissioni di metano dalla temperatura. La possibilità di mantenere un basso volume stoccato nei mesi estivi permette di ridurre notevolmente le emissioni di metano da questa fase. Anche per quanto concerne le frazioni solide le emissioni sono stimate sulla base delle frazioni di solidi volatili presenti. Per le emissioni di ammoniaca dagli stoccaggi esterni ai ricoveri, invece, NetIPPC considera la tipologia dei bacini (lagoni, vasche a pareti verticali, coperture) (figura 4). Tale distinzione riveste particolare importanza a causa del diverso rapporto di superficie esposta all atmosfera: a parità di volume stoccato i bacini in terra hanno una superficie di impluvio mediamente pari a 1,4 volte quella delle vasche a pareti verticali. Tutti gli effluenti palabili vengono considerati stoccati in cumuli e le emissioni di ammoniaca vengono calcolate come percentuale della frazione ammoniacale presente. Figura 4 - Maschera per l inserimento delle tipologie di stoccaggio dei liquami suini TRATTAMENTI AZIENDALI DEI LIQUAMI Il programma di calcolo tiene in considerazione la presenza all interno della filiera di gestione dei liquami di dispositivi per il trattamento chimico-fisico (tecniche di separazione solido/liquido, tecniche di digestione anaerobica, aerazione, depurazione a fanghi attivi e impianti SBR-reattori discontinui sequenziali, ecc.). In figura 5 viene riportata la maschera di inserimento delle tecniche di trattamento. Per calcolare le quantità delle frazioni solide e/o liquide eventualmente prodotte dai trattamenti, viene utilizzato un database, tratto dal manuale Liquami zootecnici (CRPA, 2001), con le efficienze di funzionamento delle diverse tecniche. Il programma calcola le emissioni di ammoniaca e metano dalle fasi successive di gestione delle diverse frazioni generate durante i trattamenti. Tra le altre, è stata introdotta anche la possibilità dello scarico diretto in fognatura della frazione chiarificata e depurata. Con questa opzione tutto il liquame uscente dal depuratore viene ceduto ad un impianto esterno all azienda e tutte le emissioni successive non vengono conteggiate a carico dell azienda agricola. 3

4 Figura 5 - Maschera per la scelta delle tecniche di trattamento dei liquami suini CARATTERISTICHE DEI LIQUAMI DISTRIBUITI SUL TERRENO L emissione di ammoniaca dall applicazione al suolo dei liquami suinicoli oltre a tenere conto delle caratteristiche di concentrazione di azoto e solidi totali residui calcolati considerando le emissioni di ammoniaca e metano e le trasformazioni delle fasi precedenti (ricovero, stoccaggio e trattamenti), tiene conto anche dell epoca di distribuzione, delle quantità per intervento e delle condizioni climatiche. Per stabilire le quantità di azoto da distribuire per spandimento e le epoche, il modello di calcolo si serve del piano di utilizzazione agronomica dei liquami che viene presumibilmente applicato nell area geografica in cui ha sede l insediamento produttivo. Il piano di utilizzazione è stato ipotizzato considerando: le colture che vengono generalmente utilizzate per l applicazione dei liquami suinicoli (cereali vernini, mais ed erbai, bietola, pomodoro, erba medica e prati stabili); le dosi, calcolate tenendo conto anche della percentuale di terreni in zone vulnerabili, e le epoche ottimali di spandimento (ad esempio per i cereali vernini si considera di applicare con liquazione 250 kg di azoto così ripartiti: 50 kg nel mese di giugno, 100 kg nel mese di luglio e 100 kg nel mese di agosto). Nell elaborazione di ipotizza che l azienda abbia tutto il terreno necessario allo smaltimento dei liquami prodotti. Chiaramente altri fattori sono molto importanti per una stima quanto più prossima alle dinamiche reali: velocità del vento, ph dei liquami e del terreno, caratteristiche fisiche del terreno (umidità, tessitura) e copertura del terreno. Queste ultime, essendo molto complesse da determinare e non potendo essere note per tutte le situazioni e le aree geografiche, sono però considerate costanti per tutto il territorio nazionale. TECNICA DI APPLICAZIONE AL SUOLO Oltre alle caratteristiche riassunte al punto precedente le modalità di distribuzione dei liquami rappresentano la variabile che maggiormente influenza l emissione di ammoniaca. Tutte le tecniche che riducono la superficie di imbrattamento e il tempo di permanenza del liquame a contatto con l aria sono considerate BAT. Nella stima delle emissioni viene richiesta la percentuale di liquame che mediamente nel piano di utilizzazione agronomica viene distribuita con le diverse tecniche disponibili. La maschera di interfaccia (figura 6) viene utilizzata per inserire le percentuali delle diverse tecniche di applicazione al suolo adottate. Figura 6 - Maschera per l inserimento delle tecniche di applicazione al suolo dei liquami suini 4

5 ALLEVAMENTI AVICOLI Per quanto concerne gli allevamenti avicoli, il programma NetIPPC è strutturato in modo da permettere all utente di suddividere i volumi di effluenti prodotti in quattro distinte linee gestionali, di inserire la presenza di una tecnica di copertura dei cumuli di materiale e di indicare la percentuale di effluenti ceduti immediatamente dopo l estrazione dal ricovero ad aziende avicole terze, con appezzamenti al di fuori del piano di spandimento del dichiarante (figura 7). Figura 7 - Maschera di inserimento dati per la gestione degli effluenti avicoli Di seguito viene data una descrizione dettagliata delle quattro linee di gestione. Stoccaggio temporaneo delle deiezioni in azienda su platea o in campo. Sono da includere in questa sezione le quantità di pollina predisidratata o di lettiera stoccate all interno dell azienda su platea o in campo per il tempo consentito dalla vigente normativa prima dello spandimento. L utente può indicare quale quota del materiale prodotto viene stoccata coperta (tettoia o copertura semplificata dei cumuli) e quale quota è eventualmente ceduta ad aziende terze che ne fanno utilizzo agronomico diretto ma al di fuori del piano di spandimento del dichiarante. Cessione a terzi all interno del piano di spandimento, con accumulo in campo. È un caso molto simile al primo, con la differenza che sono da includere in questa modalità le quantità di effluenti cedute dal gestore del sito produttivo ad aziende terze i cui appezzamenti sono compresi nel piano di spandimento ed utilizzazione agronomica del dichiarante. L utente deve conoscere e inserire le modalità di stoccaggio dei materiali ceduti (cumuli coperti o scoperti). Compostaggio deiezioni in azienda. È da includere in questa voce la percentuale della produzione di pollina o lettiera trattata con tecnica di compostaggio. Il dichiarante ha la possibilità di cedere a terzi, al di fuori del proprio piano di spandimento e utilizzazione agronomica, il prodotto compostato. In questo caso nel calcolo dell emissione non si tiene conto della distribuzione in campo del materiale ceduto. Cessione diretta delle deiezioni all industria dei fertilizzanti. Questa voce comprende la percentuale di deiezioni prodotte in azienda cedute all industria dei fertilizzanti a titolo di smaltimento, senza stoccaggio aziendale. UN ESEMPIO APPLICATIVO DI NetIPPC Il modello di calcolo NetIPPC, sviluppato da CRPA con il contributo della Regione Emilia-Romagna, permette di valutare l effetto che l applicazione delle diverse tecniche di gestione può avere sull ammontare delle emissioni in atmosfera di ammoniaca e metano dall insediamento produttivo. L applicazione può essere personalizzata per le diverse realtà nazionali in quanto già predisposta con database facilmente implementabili. La facilità con cui può essere impiegato dall utente permette di costruire diversi scenari gestionali: uno scenario di riferimento, basato sulle tecniche normalmente utilizzate che sono anche le più emissive, da tenere come termine di paragone per identificare una situazione in cui il gestore non ha fatto alcun investimento per abbassare il proprio impatto ambientale; uno scenario attuale, relativo alle tecniche effettivamente utilizzate in azienda, che costituisce la base di partenza della valutazione, e uno scenario proposto, che include l introduzione di tecniche per la riduzione delle emissioni. La comparazione fra scenario di riferimento e scenario attuale costituisce il punto di partenza per valutare la possibilità di introdurre nuove tecniche stabulative o tecniche gestionali degli effluenti che possano ridurre l impatto emissivo dell insediamento. Nell esempio riportato di seguito viene illustrato il calcolo per un allevamento a ciclo chiuso da 360 scrofe, per la produzione del suino pesante, in cui parte dei ricoveri sono stati ristrutturati recentemente e altri, invece, sono gestiti con tecniche non considerate BAT. Il dettaglio delle tecniche stabulative è riportato in tabella (confrontare con l esempio di allevamento in figura 8). L insediamento ha una gestione delle deiezioni che prevede un impianto di separazione solido/liquido con un vibrovaglio, una tipologia di stoccaggio composta per il 28% da vasche a pareti verticali, per il 57% da lagune e per il 15% da pozzi neri, con distribuzione in campo di tutti i liquami con piatto deviatore. In questa condizione le emissioni di ammoniaca vengono calcolate pari a 33,2 t/anno, mentre le emissioni di metano sono stimate pari a 78,7 t/anno. 5

6 Le emissioni nello scenario di riferimento di questa azienda, calcolate considerando che tutte le tecniche di stabulazione siano a fossa di stoccaggio interna al ricovero, senza trattamento di separazione solido/liquido e tutti i bacini di stoccaggio siano esterni in terra battuta, sarebbero state pari a 38,6 t/anno per l ammoniaca e 160,2 t/anno per il metano. In questa condizione si può considerare che l insediamento suinicolo abbia già un impatto ambientale inferiore del 14% per l ammoniaca e del 50,8% per il metano rispetto alla situazione di riferimento. È evidente che le tecniche già adottate in questo caso hanno avuto un effetto sull impatto ambientale soprattutto sulle emissioni di metano, in quanto prevedono di sottoporre il liquame a separazione solido/liquido e di stoccare prevalentemente all esterno. Parte dei vantaggi ottenuti dalla fase di ricovero per quanto riguarda l emissione ammoniacale vengono ridotti dalle fasi successive per effetto della maggiore potenzialità emissiva che il liquame mantiene. Qualora il gestore dell allevamento decidesse di proporre uno scenario in cui tutta la gestione della fase di applicazione al suolo dei liquami venisse fatta con una tecnica BAT, quale la distribuzione a bande, le emissioni di ammoniaca potrebbero passare a 26,5 t/anno e ridursi, quindi, del 20,1%. Ovviamente con questa modifica le emissioni di metano non subirebbero alcuna variazione. Con il metodo NetIPPC, in definitiva, l allevatore può calcolare gli effetti di una molteplicità di possibili interventi e, tra questi, scegliere quello che presenta un miglior rapporto costo/efficacia. Figura 8 - Allevamento a ciclo chiuso da 360 scrofe per la produzione del suino pesante Riepilogo delle tecniche gestionali di un allevamento suinicolo a ciclo chiuso per la produzione del suino pesante Categoria animale Tecnica di stabulazione BAT Scrofa in sala parto (compreso suinetti fino a 6 kg) Ricovero P1 Scrofa in sala parto (compreso suinetti fino a 6 kg) Ricovero P2 Lattonzolo (6-25 kg) Ricovero Sv1 In gabbie parto con PTG e fosse di stoccaggio sottostanti con rimozione a fine ciclo In gabbie parto con pavimento inclinato sottostante per la separazione di feci e urine In gabbie multiple sopraelevate con pavimento grigliato e piano inclinato sottostante Volume interno di stoccaggio liquame interno [m 3 ] Capi (n.) NO SI 0 20 SI Lattonzolo (6-25 kg) Ricovero Sv2 In box a PTF e fossa di stoccaggio sottostante NO Scrofa in gestazione (poste singole e box multipli) Ricovero G1 Scrofa in gestazione (poste singole e box multipli) Ricovero G2 PTF e fossa di stoccaggio sottostante NO PP e CE fessurata con fossa di stoccaggio sottostante SI Verro Ricovero V Senza lettiera NO 0 15 Magrone e scrofetta (50-90 kg) Ricovero SF PTF e fossa di stoccaggio sottostante NO Magroncello (25-50 kg) Ricovero Mc PTF e fossa di stoccaggio sottostante NO Magrone e scrofetta (50-90 kg) Ricovero Mg Magrone e scrofetta (50-90 kg) Ricovero Mg2 Suino pesante ( kg) Ricovero I1 PTF e fossa di stoccaggio sottostante NO PP e CE fessurata + ricircolo in canali con strato liquido e con liquame non aerato PP e CE fessurata + ricircolo in canali con strato liquido e con liquame non aerato SI SI Suino pesante ( kg) Ricovero I2 PTF + vacuum system SI PTG = pavimento totalmente grigliato. - PTF = pavimento totalmente fessurato. - PP = pavimento pieno. - CE = corsia esterna. C.R.P.A. notizie Direttore Responsabile Adelfo Magnavacchi. Testi di Giuseppe Bonazzi, Claudio Fabbri. Revisione testi di Magda C. Schiff. Stampa Tecnograf - Reggio Emilia. Ogni riproduzione, integrale o parziale, deve essere autorizzata dal CRPA 6