POLITECNICO DI MILANO. «Nuove frontiere per il recupero di energia e materia da rifiuti» Ecomondo 2016, Rimini 10/11/2016

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1 POLITECNICO DI MILANO «Nuove frontiere per il recupero di energia e materia da rifiuti» Ecomondo 2016, Rimini 10/11/2016 Caso specie di studio di fattibilità della conversione di un impianto di compostaggio a digestione anaerobica ed eventuale upgrading del biogas in biometano Responsabili Scientifici: proff. S. Cernuschi, S. Consonni, M. Ragazzi G. Bortoluzzi Consorzio LEAP/MatER

2 Obiettivo dello studio e indice della presentazione Obiettivo dello studio Risoluzione delle criticità dell attuale impianto di compostaggio CACIP mediante la definizione di un nuovo scenario impiantistico Indice della presentazione 1.Inquadramento generale 2.Analisi tecnica 3.Aspetti ambientali 4.Analisi economica 5.Conclusioni 2

3 Inquadramento generale 3

4 Situazione attuale Impianto di selezione, biostabilizzazione e compostaggio di qualità Facente parte della Piattaforma polifunzionale per lo smaltimento dei reflui urbani, rifiuti urbani, speciali pericolosi e non pericolosi di Macchiareddu. 2 Linee di processo 1. Stabilizzazione frazione organica da selezione meccanica ( t/a) 2. Produzione di compost di qualità da frazione umida da RD ( t/a) e da frazione verde (4.000 t/a) Capacità complessiva = t/a Rifiuti in ingresso nel 2014: t Ad oggi i rifiuti in ingresso sono costituiti quasi esclusivamente dalla frazione umida della RD (FORSU) e dalla frazione verde. 4

5 Intervento proposto Sostituzione dell impianto di compostaggio con un impianto di digestione anaerobica con produzione di compost di qualità e sfruttamento energetico del biogas. 5

6 Digestione anaerobica con post-compostaggio 6

7 Aspetti tecnici 7

8 Impianto di digestione anaerobica Potenzialità FORSU in ingresso nuovo impianto: ~ t/a considerando l implementazione della RD a Cagliari 8

9 Biogas producibile La produzione specifica di biogas è stata assunta sulla base dell efficienza in esercizio dell impianto di Cadino di Faedo (TN) Ipotesi progettuali Impianto CACIP Totale FORSU in ingresso: Producibilità biogas: t/a 142 Nm 3 /t t.q. Metano nel biogas: 60% FORSU BIOGAS METANO [t FORSU /a] [Nm 3 /t t.q.] [Nm 3 /a] [%] [Nm 3 /a]

10 Caso 1: produzione energia elettrica Utilizzo del biogas prodotto 10

11 Utilizzo del biogas prodotto Caso 2: produzione di biometano e upgrading con lavaggio ad acqua 11

12 Utilizzo del biogas prodotto Caso 3: produzione di biometano e upgrading con assorbimento chimico 12

13 Utilizzo del biometano Alimentazione dei mezzi pubblici dell area metropolitana di Cagliari Installazione di una pompa di distribuzione in prossimità della stazione degli autobus a Cagliari Circa km percorribili Tra il 49% e il 53% dei km attualmente percorsi Risparmio energetico ~ tep 13

14 Aspetti ambientali 14

15 Le fonti di emissione CASO 1 Produzione di energia elettrica Emissioni in atmosfera Motore alimentato a biogas CASI 2 e 3 Produzione di biometano per autotrazione Autobus alimentati a biometano Caldaia per il riscaldamento del digestore alimentata a biogas Perdite in fase di upgrading 15

16 Caso 1 - Produzione di energia elettrica Bilancio delle emissioni Emissioni a parità di energia elettrica prodotta Fattori di emissione da analisi di letteratura Riduzione molto consistente per CO 2eq, meno rilevante per gli inquinanti a scala locale (NO x, SO 2 e PM sec ), con qualche modesto aumento per CO e PM primario. 16

17 Caso 2 - Impiego del biometano per autotrazione Upgrading con lavaggio ad acqua Bilancio delle emissioni Emissioni a parità di km percorsi Fattori di emissione da analisi di letteratura Percorrenza stimata: 5,6 milioni di km/anno Netta riduzione delle emissioni, sia globali che locali, rispetto all impiego di combustibile tradizionale 17

18 Caso 3 - Impiego del biometano per autotrazione Upgrading con assorbimento chimico Bilancio delle emissioni Emissioni a parità di km percorsi Fattori di emissione da analisi di letteratura Percorrenza stimata: 5,1 milioni di km/anno Netta riduzione delle emissioni, sia globali che locali, rispetto all impiego di combustibile tradizionale. Emissioni di poco inferiori al caso di upgrading mediante lavaggio ad acqua per le differenze di energia richieste per l upgrading e per le fughe di biometano. 18

19 Bilancio delle emissioni Emissioni attive nell impianto vs. Emissioni totali provincia di Cagliari Impatto addizionale trascurabile rispetto alle altre sorgenti attive nell area 19

20 Analisi economica 20

21 Caso 1 Investimento Ricavi Costi Ammortamenti Investimento Ricavi Caso 1 Chiusura aie maturazione Impianto Digestione Anaerobica Gruppo di generazione energia elettrica Tariffa conferimento rifiuti Incentivo energia elettrica in rete Vendita energia elettrica Vendita compost Voci dell analisi Costi O&M Digestione Anaerobica O&M Gruppo generazione energia elettrica Personale Digestione Anaerobica + Postcompostaggio Spese generali Ammortamenti Ammortamento residuo impianto compostaggio esistente Ammortamento nuovi impianti Le voci considerate sono soggette a incertezza tipica di uno studio di fattibilità preliminare. 21

22 Casi 2 e 3 Casi 2 e 3 Investimento Ricavi Costi Ammortamenti Investimento Ricavi Costi Chiusura aie maturazione Impianto Digestione Anaerobica Impianto Upgrading Caldaia produzione calore Digestione Anaerobica Gasdotto Stazione servizio metano autobus Tariffa conferimento rifiuti Vendita Certificati immissione al Consumo Vendita biometano pompa Vendita compost O&M Digestione Anaerobica Energia elettrica consumi Digestione Anaerobica O&M impianto Upgrading Energia elettrica consumi Upgrading Personale Digestione Anaerobica + Postcompostaggio + Upgrading O&M caldaia produzione calore Digestione Anaerobica Energia elettrica ausiliari caldaia produzione calore Digestione Anaerobica O&M gasdotto Energia elettrica compressione gas gasdotto - cisterne O&M stazione servizio metano autobus Personale stazione servizio metano autobus Accise biometano Spese generali Voci dell analisi Ammortam. Ammortamento residuo impianto compostaggio esistente Ammortamento nuovi impianti Le voci considerate sono soggette a incertezza tipica di uno studio di fattibilità preliminare. 22

23 Caso 1 Produzione di energia elettrica Incentivi impianti a fonti rinnovabili Tariffa incentivante E.E.: 112 /MWh e Prezzo medio zonale E.E.: 46,74 /MWh e (media Gennaio- Luglio 2015) 23

24 Casi 2 e 3 Upgrading a biometano per autotrazione Valore Certificati Immissione al Consumo: 210 /CIC (media mercato olandese - il valore corrisponde ad un incentivo pari a 0,53 /Nm 3 biometano (anni 1-10) o a 0,35 /Nm 3 biometano (anni 11-20) Prezzo vendita biometano alla pompa: 0,99 /kg 24

25 Indici economici di riferimento Sintesi analisi economica 25

26 Analisi di sensitività Caso 1 Tariffa di conferimento FORSU + VERDE: 80 /t Andamento dei flussi di cassa cumulati ed attualizzati Tempo di PayBack TIR=28,4% 26

27 Analisi di sensitività Caso 2 Tariffa di conferimento FORSU + VERDE: 80 /t Andamento dei flussi di cassa cumulati ed attualizzati Tempo di PayBack TIR=35,6% 27

28 Analisi di sensitività Caso 3 Tariffa di conferimento FORSU + VERDE: 80 /t Andamento dei flussi di cassa cumulati ed attualizzati Tempo di PayBack TIR=35,2% 28

29 Conclusioni 29

30 Conclusioni La digestione anaerobica della FORSU con post-compostaggio consente recupero di materia + energia. La sezione di digestione anaerobica, grazie alla tecnologia a semisecco, è in grado di produrre circa 7,1 milioni di Nm 3 /anno di biogas (con un contenuto di metano pari al 60%) e t/a di compost di qualità. Nel caso con produzione elettrica si ha la produzione di circa MWh e /anno di energia elettrica netta. Nei casi con upgrading si stima una produzione di metano pari a circa 3,7 milioni di Nm 3 /anno (lavaggio ad acqua) e 3,4 milioni di Nm 3 /anno (assorbimento chimico). Il biometano producibile permetterebbe di coprire circa il 50% dei km attualmente percorsi dai mezzi pubblici della zona di Cagliari. Le emissioni di tutti i principali inquinanti di interesse possono essere considerate trascurabili rispetto ai livelli emissivi già presenti nell area di Macchiareddu. I flussi di cassa e i parametri economici di riferimento risultano per tutti i casi decisamente interessanti (Tempi di ritorno degli investimenti tra 2 e 3 anni). 30

31 Grazie per l attenzione

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