Vito Pignatelli ENEA, Unità Tecnica Fonti Rinnovabili. Presidente

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1 Criteri di sostenibilità ambientale nella produzione di biomassa e biogas a fini energetici Vito Pignatelli ENEA, Unità Tecnica Fonti Rinnovabili Presidente Convegno FIPER Biomasse: il futuro dell energia e dell ambiente Roma, 1 aprile

2 La Direttiva CE n. 28/2009 sulla promozione delle fonti di energia rinnovabili Obiettivi da raggiungere per il 2020: Ridurre le emissioni di CO 2 del 20% rispetto ai livelli del 1990 Incrementare del 20% l efficienza negli usi finali dell energia rispetto ai livelli attuali (Comunicazione CE del Piano d azione per l efficienza energetica: concretizzare le potenzialità) Promuovere le energie rinnovabili con un obiettivo vincolante del 20% sul totale dei consumi energetici della UE, con valori diversi per i diversi paesi (per l Italia il 17%) e del 10%, per ciascun paese membro, dei consumi nel settore dei trasporti terrestri Stabilire uno stretto collegamento tra lo sviluppo della produzione di energia da FER e l aumento dell efficienza energetica Per poter essere considerati ai fini dell assolvimento dell obbligo di sostituzione dei combustibili fossili nel settore dei trasporti o del raggiungimento della quota stabilita di uso di energia rinnovabilie, biocarburanti e bioliquidi devono dimostrare il rispetto di criteri di sostenibilità 2

3 Domanda di energia primaria per fonte in Italia (2009) Bioenergia ~ 3,5 % Fonti rinnovabili 11% Elettricità importata 5% Combustibili solidi 7% Gas naturale 36% Idrocarburi liquidi 41% Domanda interna di energia primaria: 180,2 Mtep (192,1 Mtep nel 2008) Fonte: ENEA - Rapporto Energia e Ambiente

4 Importanza della bioenergia nella crescita complessiva delle FER in Italia La bioenergia è un fonte rinnovabile continua e programmabile, con previsioni di sviluppo importanti in termini assoluti e relativi: : ktep - 28% totale produzione energia da FER in Italia (previsioni PAN): 19% elettricità ( GWh), 54% calore e raffrescamento (5.670 ktep), 87% trasporti (2.530 ktep) su totale consumi energia da FER La bioenergia può contare su una pluralità di materie prime (biomasse residuali e/o da colture dedicate) e sulla disponibilità di tecnologie mature e affidabili (calore da biomasse solide; elettricità da biomasse, biogas e bioliquidi; biocarburanti da colture zuccherine, cerealicole e oleaginose) 4

5 Le fonti energetiche rinnovabili (FER): caratteristiche e usi finali Fonte Programmabile Non Programmabile Elettricità Calore Trasporti Idroelettrica Eolica Fotovoltaico Solare termico Geotermia Rifiuti Biomassa Biocombustibili Biogas / Biometano 5

6 Consumi di biomasse legnose in Italia (2009) Milioni di t 19 Legna da ardere per uso domestico Pellet per uso domestico Cippato per minireti e uso domestico Cippato per teleriscaldamento Cippato per produzione elettricità Consumo di combustibili legnosi: 22,8 Mt (83% per il riscaldamento domestico) ,2 0,38 0,41 1,8 Fonte: AIEL,

7 Produzione di elettricità da biomasse in Italia ( ) GWh Consumo lordo totale di elettricità nel 2009: 299,9 TWh Fonte: GSE, 2011 Nota: i valori si riferiscono a biomasse, rifiuti solidi urbani (50% frazione biodegradabile), biogas e bioliquidi 7

8 Impianti per la produzione di elettricità da biomasse in Italia (2009) Tipologia di biomasse utilizzate Numero di impianti Potenza installata (MWe) Biomasse solide ,4 di cui RSU ,0 Biocombustibili liquidi ,0 di cui oli vegetali grezzi ,0 Biogas ,2 di cui rifiuti ,3 Totale ,6 Fonte: GSE,

9 Composizione parco impianti di potenza a biomasse (esclusi RSU) in Italia nel 2009 Bioliquidi 41,1% Biomasse solide 50,5% Biogas 8,4% Bioliquidi 45,1% Potenza installata (MWe) Biomasse solide 30,6% Numero di impianti Fonte: Elaborazione ENEA su dati GSE 2011 Biogas 24,3% 9

10 I limiti della situazione attuale Valorizzazione solo parziale delle biomasse disponibili sul territorio nazionale (forestali, agricole, zootecniche ecc.) Incertezza sull entità e sulle modalità di accesso agli incentivi economici previsti dagli ultimi aggiornamenti della legislazione (comune all intero settore delle fonti rinnovabili) Incertezza normativa (standard, procedure autorizzative per gli impianti, assimilazione ai rifiuti di alcune tipologie di biomasse, regolamentazione dell uso del digestato ecc.) Presenza ancora limitata di filiere agro-energetiche complete (importazione di legna e materie prime per i biocarburanti) 10

11 Importazioni di legna da ardere e residui legnosi in Italia. Anni Metri cubi Chips and Particles Wood Fuel Wood Residues Fonte: FAO Forestry database,

12 Approccio metodologico per la produzione sostenibile di energia da biomasse Analisi e valutazione del potenziale lordo e netto di biomasse residuali provenienti dai settori agricolo e forestale (integrazione delle basi statistiche con quelle cartografiche ed elaborazioni tramite G.I.S.), dagli allevamenti zootecnici e dagli stabilimenti agroindustriali Analisi degli aspetti ambientali del ciclo delle biomasse, emissioni, reimpieghi, bilanci Individuazione delle filiere agro-energetiche più adatte per determinati contesti territoriali e dei siti ottimali per la realizzazione degli impianti Analisi costi/benefici associati alle diverse opzioni e combinazioni biomasse/logistica/tecnologia 12

13 La sfida della sostenibilità Una strategia complessiva per migliorare i bilanci energetici e ridurre le emissioni di GHG: Minimizzare le distanze e ottimizzare l uso dei sistemi di trasporto Convertire le biomasse in energia e/o biocombustibili con processi ad elevata efficienza, utilizzando preferenzialmente l intera pianta Controllare e ridurre le emissioni dovute alle pratiche colturali (lavorazione del suolo, consumi macchine agricole, fertilizzanti e pesticidi) sia nel caso di colture dedicate che per l uso di biomasse residuali di origine agricola 13

14 Stima delle emissioni di CO 2 dovute al trasporto della biomassa BARI 150 km Miglia nautiche Croazia - Taranto ~ 324 Ghana - Taranto ~ TARANTO 120 km Da: Valori calcolati emissioni (kg CO 2 / ton. trasportata) Crotone 22,1 27,7 gomma Bari 12,4 15,5 gomma Ghana via Taranto 93,6 161,7 nave + gomma Croazia via Taranto 16,5 24,4 nave + gomma 280 km CROTONE 14

15 Colture dedicate: il bilancio energetico Bilancio energetico per la produzione di un kg di biomassa combustibile da coltivazioni di pioppo in SRF Operazione MJ/kg Coltivazione 0,60 (trapianto, controllo infestanti e parassiti, fertilizzazione, irrigazione, raccolta) Trasporto 0,21 (distanza media considerata: 110 km) Cippatura e stoccaggio 0,10 Totale input energetici 0,91 Pci del legno di pioppo: 10,4 MJ/kg Rapporto Output /Input 11 : 1 Fonte: ENEA,

16 Impianto di cogenerazione a biomasse di Calenzano della Biogenera s.r.l. Ciclo termico Bruciatore a griglia mobile di potenzialità in ingresso di 5,9 MW Caldaia a recupero ad olio diatermico da 4,5 MWt Economizzatore sul circuito olio per un ulteriore recupero di calore Produzione di energia elettrica Turbogeneratore ORC a ciclo Rankine con fluido organico con una potenza di circa 790 kwe 16

17 L approvvigionamento della biomassa: un esempio di filiera locale L impianto di cogenerazione a biomasse di Calenzano utilizza solo biomassa di provenienza locale (in media t/anno) sotto forma di cippato: Potature di vigneti e uliveti (circa t/anno) Materiale vegetale proveniente da interventi di manutenzione di alvei fluviali (circa t/anno) Materiale vegetale proveniente da cure e diradamenti forestali (circa t/anno) Residui della prima lavorazione, esclusivamente meccanica, di legno vergine (circa t/anno) Conferimento e stoccaggio della biomassa Area stoccaggio biomassa legnosa pezzatura media e grossa Area stoccaggio cippato sotto copertura Silo di cippato con rastrelli per dosatura ed alimentazione impianto 17

18 La rete di teleriscaldamento: un esempio concreto di efficienza energetica La rete di teleriscaldamento, della lunghezza complessiva di circa 6 km, è alimentata con l acqua calda (temperatura di mandata a C e ritorno a 70 C) proveniente dal raffreddamento del modulo ORC o, in caso di fermata del modulo, direttamente dal raffreddamento dell olio diatermico Rete principale Costituita da due tubazioni di mandata e ritorno che dalla centrale termica a biomasse raggiungono il nodo più lontano della rete stessa, a circa 3 km di distanza Rete secondaria Costituita da tutti i tratti di tubazione di mandata e ritorno che dalla rete primaria si diramano per andare ad alimentare le utenze disposte lungo il percorso, per una potenza termica installata di circa 9 MW Sottostazioni Sono ubicate o all interno degli edifici in appositi locali o in locali separati appositamente realizzati, in funzione delle dimensioni delle centrali e dal singolo utilizzatore che intenderà allacciarsi alla rete. In alcune sottostazioni sono presenti macchine ad assorbimento per la produzione di acqua refrigerata per raffrescamento (potenza frigorifera di circa 3 MW) 18

19 Impianti di biogas operativi e/o in costruzione in Italia (marzo 2010) Fanghi di depurazione civile (121) Effluenti zootecnici + scarti organici + colture energetiche (273, di cui 74 in costruzione) FORSU (14) Reflui agro-industriali (32, di cui 2 in costruzione) Biogas da discarica (Fonte APER) (232) Circa MWe già installati Il PAN si pone l obiettivo al 2020 di MWe Fonte: CRPA,

20 Il biogas nel comparto agro-zootecnico: pregi e limiti Materie prime diffuse e abbondanti Opzione praticabile per aziende agricole medio-piccole Molteplici opzioni energetiche e disponibilità di tecnologie affidabili Dispersione delle materie prime sul territorio Grandi volumi, limitato valore energetico Alcune materie prime stagionali, altre continue Destinazione del digestato Onerosità impiantistica per l azienda Disponibilità limitata di statistiche ed informazioni 20

21 Distribuzione % degli impianti di biogas in Italia secondo la tipologia di substrato utilizzato (marzo 2010) Solo effluenti zootecnici 33% Substrati non specificati 8% sottoprodotti agroindustriali + colture energetiche 8% Effluenti zootecnici + sottoprodotti agroindustriali + colture energetiche 51% Fonte: CRPA,

22 Impianto di cogenerazione a biogas in una azienda agrozootecnica (Azienda Bruni, Sutri) Impianto di cogenerazione Potenza elettrica nominale: 500 kwe (due cogeneratori Scania a punto fisso da 250 kwe ciascuno) Potenza termica utilizzata: 250 kw Ore di funzionamento annue: h elettrica, h termica Produzione elettrica media annua: MWh Recupero termico medio annuo: 500 MWh (autoconsumi aziendali e termoregolazione digestore) Impianto di digestione anaerobica Due reattori da m 3 ciascuno, con miscelazione del substrato tramite agitatori ad elica Alimentazione meccanica (pala caricatrice) per le matrici solide, idraulica con sistemi di pompaggio per quelle liquide e semiliquide Fermentazione mesofila (40 C), con tempi di ritenzione idraulica dell ordine dei 50 giorni 22

23 L approvvigionamento della biomassa: un esempio di filiera corta L impianto di cogenerazione a biogas dell Azienda Bruni è alimentato da un mix di materie prime per il 70% di provenienza aziendale e per il restante 30% da filiera corta (raggio inferiore a 70 km): Liquame bovino ( t/anno) Letame bovino (3.600 t/anno) Insilati (1.500 t/anno) Scarti vegetali e acque di vegetazione (1.000 t/anno) Glicerina (700 t/anno) Gestione del fondo e dell allevamento 200 ha impiegati per la produzione di mais, sorgo e loietto destinati all alimentazione dei bovini e in parte ad insilati per la produzione di biogas Allevamento di circa 700 vacche da latte di razza frisona (vendita prodotto alla Centrale del latte di Nepi) Riutilizzo completo del digestato in azienda per il ripristino della sostanza organica nel suolo Contratti di filiera con frantoi e Cooperativa Ortofrutticola di Maccarese 23

24 Sviluppo previsto della bioenergia in Italia Situazione al 31 dicembre 2005 Previsioni per il 2020 Elettricità Potenza installata (MW) Energia prodotta (GWh) Potenza installata (MW) Energia prodotta (GWh) Impianti alimentati con biomasse solide Impianti alimentati con biogas Impianti alimentati con bioliquidi TOTALE Fonte: Ministero dello Sviluppo Economico - Piano di Azione Nazionale per le Energie Rinnovabili, 30 giugno

25 Sviluppo previsto della bioenergia in Italia Riscaldamento e raffrescamento Situazione al 31 dicembre 2005 Energia prodotta (Ktep) Previsioni per il 2020 Energia prodotta (Ktep) Biomasse solide Biogas Bioliquidi TOTALE Fonte: Ministero dello Sviluppo Economico - Piano di Azione Nazionale per le Energie Rinnovabili, 30 giugno

26 Sviluppo previsto della bioenergia in Italia Energia prodotta (TWh) 7,90 Situazione al 31 dicembre 2005 Previsione per il ,02 4,86 4 3, elettricità da biomasse solide 1,20 elettricità da biogas 0,00 elettricità da bioliquidi Elaborazione ENEA su dati del Ministero dello Sviluppo Economico - Piano di Azione Nazionale per le Energie Rinnovabili, 30 giugno

27 Sviluppo previsto della bioenergia in Italia Energia prodotta (Mtep) 6 5,25 5 Situazione al 31 dicembre 2005 Previsione per il ,53 2 1, calore da biomasse solide 0,27 0,18 0,03 0,15 0,00 calore da biogas calore da bioliquidi biocarburanti Elaborazione ENEA su dati del Ministero dello Sviluppo Economico - Piano di Azione Nazionale per le Energie Rinnovabili, 30 giugno

28 Il futuro dei biocarburanti: la sfida della sostenibilità Biocarburanti - Riduzione minima emissioni GHG All entrata in vigore della Direttiva (*) 2017 Nuovi impianti entrati in funzione dopo il 1 gennaio 2017 (**) 35% 50% 60% (*) dal 1 aprile 2013 per impianti in attività il 23 gennaio 2008 (**) dal 1 gennaio 2018 Biocarburanti e bioliquidi non devono essere prodotti su terreni ad alto livello di biodiversità. Nel calcolo delle emissioni di gas ad effetto serra (GHG) saranno considerate anche le emissioni causate dal cambiamento dell uso del suolo Fonte: Direttiva 2009/28/CE 28

29 Consumi di biocarburanti previsti per il 2020 Consumi lordi FER (Ktep) ai fini dell obiettivo 10% (Ktep) % sui consumi totali previsti ( ktep) * Bioetanolo / bio-etbe - di cui di II generazione - di cui importati ,06 Biodiesel - di cui di II generazione - di cui importati ,27 Idrogeno da FER Elettricità da FER - di cui nel trasporto su strada - di cui nel trasporto non su strada ,71 Altri (oli vegetali puri, biometano) - di cui di II generazione ,29 Totale rinnovabili nei trasporti ,33 * Elaborazione ENEA Fonte: Ministero dello Sviluppo Economico - Piano di Azione Nazionale per le Energie Rinnovabili, 30 giugno

30 Veicoli a gas naturale nei paesi UE (2010) N. veicoli Bulgaria Francia Germania Italia Svezia Totale UE (*) (*) Esclusi Cipro, Malta e Romania Fonte: Natural Gas Vehicle Association - NGVA Europe,

31 Riduzione delle emissioni di GHG per alcune filiere di produzione di biocarburanti (valori standard) Filiera di produzione del biocarburante Riduzione standard delle emissioni di GHG Etanolo da barbabietola da zucchero 52 % Etanolo da mais, prodotto nella UE (calore da metano in cogenerazione) 49 % Etanolo da canna da zucchero 71 % Biodiesel da semi di colza 38 % Biodiesel da soia 31 % Biodiesel da olio di palma (processo non specificato) 19 % Biodiesel da rifiuti vegetali o animali 83 % Biometano da FORSU 73 % Biometano da letame umido 81 % Biometano da letame asciutto 82 % Fonte: Direttiva 2009/28/CE, Allegato V 31

32 Riduzione delle emissioni di GHG per alcune filiere di produzione di biocarburanti (valori standard) 100 % etanolo da barbabietola da zucchero etanolo da mais UE etanolo da canna da zucchero biodiesel da soia biodiesel da semi di colza biodiesel da rifiuti biogas da FORSU biogas da letame asciutto Elaborazione ENEA da Direttiva 2009/28/CE, Allegato V 32

33 Percorrenza stimata per veicoli alimentati con biocarburanti prodotti da 1 ha di coltura Biometano Biodiesel da colza Etanolo da cereali km / anno Fonte: Elaborazione ENEA su dati FNR (Fachangentur Nachwachsende Rahstoffe e. V.),

34 Impegni e prospettive per il futuro: vincere la sfida della sostenibilità Realizzare la piena integrazione tra e nelle filiere Integrare la produzione, raccolta delle biomasse, gli attori, la produzione energetica per cogliere le opportunità che il territorio può esprimere e mettere a frutto le sinergie Costruire e sviluppare relazioni, mettere insieme tecnologie, processi, coordinare azioni, chiudere i cicli produttivi sul territorio Usare al meglio gli strumenti di analisi disponibili Utilizzare gli strumenti metodologici ed i sistemi GIS per l'analisi economica, tecnica e organizzativa sin dalle fasi iniziali della prefattibilità di un impianto E, soprattutto... Fare tesoro delle esperienze migliori e replicarne le modalità operative e gestionali e le scelte tecnologiche 34

35 Grazie per l attenzione Dr. Vito Pignatelli ENEA Coordinamento Tecnologie per le Biomasse e le Bioenergie C.R. Casaccia, Via Anguillarese S.M. di Galeria, Roma Tel Fax vito.pignatelli@enea.it ITABIA Associazione Italiana per le Biomasse Via Acireale Roma Tel Fax itabia@mclink.it