Produzione efficiente di biogas da digestione anaerobica di matrici agroalimentari: attuale in Piemonte e indicazioni di sviluppo razionale

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1 Produzione efficiente di biogas da digestione anaerobica di matrici agroalimentari: quadro attuale in Piemonte e indicazioni di sviluppo razionale P. Balsari, F. Gioelli Facoltà di Agraria, Università degli Studi di Torino

2 Ante Impianti (n) (Rielaborato da CRPA, 2011) Andamento del numero di impianti di biogas nel settore agro-zootecnico in Italia Anni

3 Gli impianti di biogas nel settore agrozootecnico in Italia Impianti (136 in costruzione) (Dati DEIAFA-CRPA, 2011)

4 GLI IMPIANTI DI BIOGAS IN PIEMONTE IN In autorizzazione 17 AUTORIZZAZIONE = 28 IN FUNZIONE = 18 In funzione 10 TOTALE: 80 impianti AUTORIZZATI = 34 Autorizzati 28 (Fonte, DEIAFA Regione Piemonte )

5 Dislocazione degli impianti di biogas nel settore agro-zootecnico in Piemonte Potenza elettrica complessiva: ~ 27MW Potenza elettrica media per impianto: ~ 0,5MW (min. 0,1MW max. 1,25MW) Molti impianti sono ubicati in zone vulnerabili ai nitrati (Fonte, DEIAFA 2010)

6 Impianti (n) GLI IMPIANTI DI BIOGAS IN PIEMONTE Tipologia di biomassa utilizzata Reflui zootecnici Reflui zootecnici + biomasse vegetali Solo biomasse vegetali Operativi In costruzione In attesa di autorizzazione 6 0 1

7 PRINCIPALI CARATTERISTICHE DEGLI IMPIANTI DI BIOGAS IN PIEMONTE Incidenza sul totale (%) 60 Potenza elettrica installata (kw el ) (Fonte, DEIAFA 2010) < 100 kw el kw el kw el > 1000 kw el

8 COME FUNZIONANO GLI IMPIANTI DI BIOGAS REALIZZATI IN PIEMONTE Monitoraggio DEIAFA Facoltà di Agraria - Università di Torino (progetto PROBIO - Regione Piemonte)

9 Il monitoraggio degli impianti di digestione anaerobica in funzione sul territorio piemontese (progetto PROBIO finanziato dalla Regione Piemonte) 4 impianti monitorati sul territorio piemontese a partire dal 2009: Impianti 1 e 2: Provincia di Torino Impianto 3: Provincia di Alessandria Impianto 4: Provincia di Cuneo Principali parametri rilevati: -Tipologia di alimentazione degli impianti di D.A. (caratteristiche e quantità delle biomasse di input) - Produzioni di biogas e metano - Ore di funzionamento dei cogeneratori - Produzione di energia elettrica - Eventuali inconvenienti funzionali

10 PARAMETRI OPERATIVI DEGLI IMPIANTI MONITORATI F Alimentati in continuo e miscelati (CSTR) F Tutti in mesofilia (40-41 C) F Tutti in codigestione

11 a) Potenza elettrica installata Impianti

12 Incidenza sul carico organico (%) b) Tipo di biomassa utilizzata Reflui zootecnici 55 Sottoprodotti agro-industriali Energy crops Impianti

13 Carichi organici medi (kgsv/m 3 digestore) Indagine DEIAFA sul funzionamento degli impianti di biogas in Piemonte RISULTATI OTTENUTI Carichi organici medi ,74 1,07 1, Impianti 2,02

14 HRT (giorni) Indagine DEIAFA sul funzionamento degli impianti di biogas in Piemonte RISULTATI OTTENUTI Tempo di Ritenzione Idraulica (HRT) Impianti

15 Rapporto tra energia prodotta e potenziale Produzione specifica Metano (m3/kgsv) RISULTATI OTTENUTI Produzione specifica Metano 1,0 0,8 0,6 0,4 0,49 0,4 0,47 0,31 0,2 0, Impianti Rapporto tra energia elettrica prodotta e energia elettrica potenziale 1,0 0,97 0,9 0,87 0,82 0,89 0,8 0, Impianti

16 RISULTATI OTTENUTI La produzione di Energia Elettrica non coincide con quella di progetto Produzione reale Energia elettrica Produzione potenziale Energia elettrica MWh Perdita economica MWh/anno MWh/anno % /anno Impianto ~3 ~ Impianto ~13 ~ Impianto ~18 ~ Impianto ~8 ~

17 Principali cause del fermo impianto Sistema di alimentazione 30% Sistema di agitazione 35% Altro 35% (Cogeneratore, ecc.)

18 Sintesi delle principali problematiche riscontrate presso gli impianti di D.A. sottoposti a monitoraggio Carichi organici non ottimali e molto variabili nel tempo Impianti spesso sovradimensionati TEMPO RITENZIONE IDRAULICO: ~ 100 GIORNI CARICO ORGANICO SPECIFICO: < 2,5 kgsv/m 3 digestore

19 Carico organico specifico (KgSV/m 3 dig. giorno) Esempio: IMPIANTO 2 Andamento del carico organico specifico nel corso del monitoraggio Media=1,27 kgsv/m 3 dig. giorno 1,80 1,60 1,40 1,20 1,00 0,80 0,60 0,40 0,20 0,00 1,71 0,53

20 Sintesi delle principali problematiche riscontrate presso gli impianti di D.A. sottoposti a monitoraggio Ridotto impiego dell energia termica Perdite economiche e ambientali Impianto Impiego dell energia termica solo una piccola percentuale (<10%) viene utilizzata per scaldare i digestori e gli uffici. La restante parte è dissipata. solo il 10% viene impiegato (riscaldamento casa, stalla, caseificio, digestori e essiccatore). La restante parte è dissipata. solo una piccola percentuale (<10%) impiegata per scaldare i digestori. La restante parte è dissipata. solo una piccola percentuale (<10%) impiegata per riscaldare i digestori e le stalle in inverno. La restante parte viene dissipata.

21 Sintesi delle principali problematiche riscontrate presso gli impianti di D.A. sottoposti a monitoraggio Malfunzionamenti dei sistemi di separazione del liquame digerito - Caratteristiche fisiche del liquame digerito differenti da quelle di un liquame tal quale difficile scelta del dispositivo più idoneo - I separatori meccanici sono progettati per essere impiegati in modo discontinuo, mentre negli impianti di digestione anaerobica è richiesto il funzionamento in continuo maggiore necessità di interventi di manutenzione e frequenti rotture

22 Sintesi delle principali problematiche riscontrate presso gli impianti di D.A. sottoposti a monitoraggio Vasche di stoccaggio del digerito sottodimensionate (50 gg di periodo utile di stoccaggio) giorni Impianto Utili Necessari

23 Sintesi delle principali problematiche riscontrate presso gli impianti di D.A. sottoposti a monitoraggio Nessuna delle vasche di stoccaggio del liquame digerito risulta coperta NH 3 CH 4 NH 3 CH 4 Stoccaggio digerito Elevate perdite di ammoniaca e gas serra dagli stoccaggi (~4 t CO 2 eq. per giorno per impianto da 1 MWhel) Perdite economiche (il biogas emesso dalla vasca di stoccaggio potrebbe essere recuperato ed utilizzato per la produzione di energia

24 t CO2eq. Emesse in atmosfera MWh el. non prodotti Emissioni di CO 2 eq. Stimate dalle vasche di stoccaggio del liquame digerito Emissioni in atmosfera (tco2eq./anno) Mwhel. non prodotti Media: 1218tCO2eq Media: 228MWhel. Impianto 0

25 Prospettive di sviluppo della digestione anaerobica a livello regionale 1) Pianificazione territoriale nel settore della D.A. Scelta delle biomasse per l alimentazione degli impianti 2) Miglioramento dell efficienza energetica ed ambientale degli impianti Formazione e assistenza tecnica presso gli impianti di D.A. Monitoraggio degli impianti di D.A. Ottimizzazione dell impiego del calore prodotto 3) Gestione del digerito aspetti agronomici, ambientali e gestionali

26 1) Pianificazione territoriale nel settore della D.A. LE POSSIBILI PROBLEMATICHE AMBIENTALI LEGATE ALLA PRODUZIONE DI ENERGIA DA BIOGAS GHG GHG GHG Produzione biomasse e trasporto Impianto + cogeneratore Stoccaggio digerito GHG GHG Utilizzazione agronomica digerito NO 3 - P NO 3 - P

27 2) Miglioramento dell efficienza energetica ed ambientale degli impianti L importanza della sostenibilità ambientale ENTRO BREVE I SUSSIDI ALLA PRODUZIONE DI ENERGIA ELETTRICA DA FONTI RINNOVABILI NON SARANNO PIU IN TERMINI DI x MWh MA DI x t eq CO 2 NON IMMESSA IN ATMOSFERA

28 2) Miglioramento dell efficienza energetica ed ambientale degli impianti Emissioni di CO 2eq per diverse fonti energetiche (kg CO 2eq /kwh el prodotto)

29 2) Miglioramento dell efficienza energetica ed ambientale degli impianti Le emissioni di CO 2eq per la produzione di energia elettrica da biogas (risultati emersi dal progetto EU-Agro biogas) impianto + co-generatore 5% stoccaggio digerito 28% trasporto liquame digerito + sua distribuzione 6% produzione biomasse + loro trasporto 61%

30 2) Miglioramento dell efficienza energetica ed ambientale degli impianti Le emissioni di CO 2eq per la produzione di energia elettrica da biogas SOLO REFLUI ZOOTECNICI CH 4 CH 4 CO CH 2 4 N 2 O 0,25 kg CO 2eq /kwh el prodotto NH 3 REFLUI ZOOTECNICI + ENERGY CROPS CO 2 CH 4 0,60 kg CO 2eq /kwh el prodotto CO 2 CH 4 CH 4 N 2 O NH 3

31 kg CO 2 eq/kwhel 2) Miglioramento dell efficienza energetica ed ambientale degli impianti Kg CO 2 eq per kwelettrico Elettricità prodotto (fossile) non immessi in atmosfera 1,6 1,4 1,2 1,0 Risparmio emissioni 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 0,47 0,58 0,34 0,53 Non utilizzo energia termica Utilizzo energia termica Non recupero biogas da stoccaggio Recupero biogas da stoccaggio Risultati ottenuti nell ambito del progetto EU Agrobiogas

32 2) Miglioramento dell efficienza energetica ed ambientale degli impianti Quota di calore prodotta riutilizzata in azienda (%) Ottimizzazione dell impiego del calore prodotto La situazione piemontese <10% 10% Frequenza impianti (%)

33 2) Miglioramento dell efficienza energetica ed ambientale degli impianti Ottimizzazione dell impiego del calore prodotto Possibilità di impiego dell energia termica prodotta Essiccazione di: - Granella - Segatura, trinciato (utilizzabili come lettiera) - Pellets Pre trattamenti termici delle biomasse: - Letami - Paglie - Frazione solida digerita - Frazione solida digerita

34 3) Gestione del digerito aspetti agronomici, normativi e gestionali Caso A Solo reflui zootecnici Caso B Colture energetiche dedicate DA Altri sottoprodotti DA Limiti Direttiva Nitrati ( kgn/ha) Limiti Direttiva Nitrati ( kgn/ha) - Solo per quota zootecnica - Per quota non zootecnica limite legato al fabbisogno colturale (PUA)

35 3) Gestione del digerito aspetti agronomici, normativi e gestionali L AZOTO DA GESTIRE INPUT 2.5 t silomais 1 MWh el DA OUTPUT ~11 kg= ~600m 2 di terreno disponibile di N (zona vulnerabile) Per un impianto da un MWel. = 550 ha di terreno disponibile per lo spandimento del digerito

36 3) Gestione del digerito aspetti agronomici, normativi e gestionali N tot. Da gestire (t/anno) Superficie necessaria per lo spandimento del digerito (ha) N da gestire/anno (impianto da 1MW el.) 170 kgn/ha 280 kgn/ha 340 kgn/ha 550 ha 336 ha 94t 225 ha Solo silomais (Tipo di biomassa utilizzata)

37 CONCLUSIONI Necessaria maggiore attenzione a livello progettuale - Vasche di stoccaggio idonee - HRT minori - Volumi dei digestori più adeguati Implementare l assistenza tecnica nella gestione degli impianti Ridurre le variazioni del carico organico Maggiore attenzione ambientale - Ridurre quota di energy crops nella miscela di input - Uso dell energia termica - Copertura vasca di stoccaggio

38 CONCLUSIONI La realizzazione di un impianto di digestione anaerobica va considerata esaminando tutti gli aspetti della filiera e soprattutto quelli che possono avere un impatto negativo sull ambiente pianificazione territoriale degli impianti di digestione anaerobica

39 Grazie per l attenzione Per informazioni: Tel

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