Anno XXVIII Dicembre Spedizione in abb. post. 45% art. 2 comma 20/b, legge 662/96, CMP Ufficio di Bologna.

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1 Div.biogasmarco.qxd :58 Pagina 1 Provincia di Bologna Centro Divulgazione Agricola Anno XXVIII Dicembre Spedizione in abb. post. 45% art. 2 comma 20/b, legge 662/96, CMP Ufficio di Bologna. In caso di mancato recapito restituire all Ufficio CMP - Bologna per la restituzione al mittente che si impegna a pagare la relativa tariffa. Redazione: Viale Silvani, Bologna - 3,50 Euro energia dal biogas Soluzioni possibili per l azienda zootecnica

2 Div.biogasmarco.qxd :58 Pagina 3 3 EDITORIALE Prove di fattibilità Lo sfruttamento del biogas prodotto dalla fermentazione di materiale organico per ottenere calore o energia elettrica non è una novità: risalgono, infatti, a più di vent anni fa i primi impianti per la trasformazione di liquami zootecnici realizzati in Italia. Solo di recente, però, sulla spinta delle norme relative al Protocollo di Kyoto, della riforma della politica ambientale dell Unione Europea e delle conseguenti delibere Cipe a livello nazionale, è stata messa a punto una tecnologia semplificata e quindi più economica. Sotto il profilo ecologico, infatti, l utilizzazione di biogas non solo consente di ridurre l emissione di gas serra ma può rappresentare anche una fonte importante di energia verde, migliorando al contempo l impiego dei liquami ai fini della fertilizzazione. A fronte di questi indiscutibili benefici si delineano per contro alcuni elementi di criticità, legati innanzitutto alle procedure di autorizzazione per l allestimento degli impianti e per l allacciamento alla rete elettrica nazionale, che devono essere ovviati. La Regione Emilia-Romagna, sulla base delle proprie competenze, sta investendo nel settore attraverso il cofinanziamento di impianti pilota dislocati sull intero territorio regionale, che saranno oggetto di studio e sperimentazione per verificarne la fattibilità su larga scala. La presente pubblicazione, che accoglie i risultati delle indagini condotte dal Centro Ricerche Produzioni Animali di Reggio Emilia e delle esperienze in atto in Italia e all estero, vuole essere un contributo all auspicabile sviluppo di filiere agro-energetiche sull esempio di altri paesi europei, primo fra tutti la Germania, paese in cui il biogas ottenuto in allevamenti zootecnici riesce a coprire già l 1% della produzione energetica totale. Tiberio Rabboni Assessore Agricoltura Regione Emilia-Romagna

3 Div.biogasmarco.qxd :58 Pagina 5 ISSN ANNO XXVIII - N.12 - DICEMBRE 2005 Redazione e amministrazione CENTRO DIVULGAZIONE AGRICOLA Viale Silvani, Bologna Tel Fax e.mail: redazione@divulgatore.bo.it web site: Direttore Responsabile ANTONIO RICCI Direttore Editoriale MAURA GUERRINI Redattore capo MARIA TERESA TURCHI Segreteria di redazione LAURA BANZI Progetto grafico MARCO GANDOLFI Stampa LABANTI E NANNI (BO) Iscrizione Tribunale di Bologna n dell Iscrizione al Registro degli Operatori di Comunicazione n Spedizione in abbonamento postale. L abbonamento annuo (per chi risiede fuori Bologna) è di 20, da accreditare sul conto corrente postale n intestato a Centro Divulgazione Agricola c/o Provincia di Bologna, Viale Silvani, Bologna, oppure da inviare tramite assegno bancario recante la medesima intestazione. Questa rivista è associata a UNIONE STAMPA PERIODICA ITALIANA SOMMARIO Buone prospettive ma ad alcune condizioni Il significato delle parole chiave Il processo di digestione La complessa applicazione della legge Più semplice per l azienda suinicola Nel classico allevamento da suino pesante Un viaggio nella realtà europea Visite in Germania e in Austria PUBBLICITÀ Concessionaria esclusiva O.P.S.A.I. S.r.l. Via Monte Rosa, Milano Tel Fax milano@opsai.com Ufficio di Roma Via IV Novembre, Roma Tel Fax roma@opsai.com Responsabile pubblicità e marketing Claudio Pietraforte 60 Rubriche 62 Abstract Foto di copertina:

4 Div.biogasmarco.qxd :58 Pagina 6 Testi a cura di: Sergio Piccinini Giuseppe Bonazzi Daniela Sassi Mariangela Soldano Fabio Verzellesi Centro Ricerche Produzioni Animali Settore Ambiente I dati e le valutazioni riportate nella presente pubblicazione sono il risultato di diversi progetti di ricerca e sperimentazione condotti dal Crpa sin dai primi anni Ottanta e finanziati dalla Regione Emilia-Romagna, dall Enea, dall Enel, dal Cnr (Progetto Reflui zootecnici) e dalla Commissione Europea.

5 Div.biogasmarco.qxd :58 Pagina 7 7 BUONE PROSPETTIVE MA AD ALCUNE CONDIZIONI I vantaggi derivanti dallo sfruttamento del biogas sono molteplici - recupero di energia rinnovabile, controllo di emissioni maleodoranti, stabilizzazione delle biomasse - e la proposta interessa prima di tutti gli allevatori. Occorrono, però, agevolazioni normative, incentivi e azioni Utecniche di sostegno. n censimento effettuato dall Enea (Ente per le Nuove Tecnologie, l Energia e l Ambiente) nel 1983 rilevava che gli impianti di digestione anaerobica costruiti in Italia per il trattamento di effluenti zootecnici, a quella data, erano circa 60. Da allora il quadro è sostanzialmente mutato, soprattutto perché molti degli impianti allora costruiti sono stati disattivati. Le cause di ciò sono da ricercarsi nella reali motivazioni che avevano portato alla realizzazione dei primi impianti: il risparmio energetico in realtà era stato solo uno, e non il principale, dei motivi su cui avevano fatto leva le ditte costruttrici di impianti per

6 Div.biogasmarco.qxd :58 Pagina 8 8 OPPORTUNITÀ E VINCOLI La riduzione di gas serra Il recupero del biogas come fonte di energia rinnovabile ha una sua validità anche nell ambito della tutela ambientale e per la riduzione dei gas serra, tra i quali il metano è uno dei principali. Le attività agricole, infatti, rappresentano una fonte significativa di emisconvincere gli allevatori; spesso si era anteposto l ipotetico vantaggio depurativo della tecnologia. Molte delle ditte costruttrici di impianti di biogas censite nel 1983 non operano più in questo settore e quelle ancora operanti in molti casi hanno spostato la loro attenzione al comparto dell agroindustria. Diversi degli impianti realizzati risentivano della forzatura derivante dal trasferimento nel mondo agricolo di processi e tecnologie nati per il mondo industriale. Le aziende nelle quali erano stati realizzati gli impianti, inoltre, non sempre si erano rivelate le più idonee, così si erano visti impianti sorgere in allevamenti che, per la dimensione, per la qualità e la quantità dei consumi energetici, per le caratteristiche dei liquami non erano indicati ad ospitarli. Ne risentì in questo modo l immagine di ciò che la tecnologia poteva offrire. Agli inizi degli anni 90 si è andata diffondendo una nuova generazione di impianti di biogas semplificati e a basso costo, realizzati sovrapponendo una copertura di materiale plastico a una vasca di stoccaggio dei liquami. Questi impianti vengono realizzati non solo allo scopo di recuperare energia ma anche per controllare gli odori e stabilizzare i liquami. Dalle informazioni raccolte dalle ditte che producono questo genere di impianti deriva che ne sono stati realizzati circa 70 in Italia. Questi impianti lavorano a freddo o a temperatura più o meno controllata. Incentivata l autoproduzione di energia In questo scenario si è inserito il provvedimento CIP n. 6 del 29 aprile 1992 riguardante i Prezzi dell energia elettrica relativi a cessione, vettoriamento e produzione per conto dell Enel, parametri relativi allo scambio e condizioni tecniche generali per l assimilabilità a fonte rinnovabile, che stabiliva un regime tariffario assai favorevole nel caso di autoproduttori che cedevano all Enel l intera potenza elettrica ottenuta da impianti alimentati a biomasse (nel 1999, Enel pagava circa 290 Lire/kWh), il che, per il comparto zootecnico, poteva tradursi in un rinnovato interesse nei confronti degli impianti di biogas che utilizzassero il gas prodotto in cogenerazione. I benefici del provvedimento Cip n. 6/92 sono, però, stati sospesi e l incentivazione delle energie rinnovabili, in accordo con una direttiva europea, ora passa attraverso l istituzione e lo sviluppo del mercato dei certificati verdi (D. Lgs. 387/2003). In pratica, è stato definito l obbligo, a partire dal 2002, da parte di tutti i produttori e importatori di energia elettrica da fonte convenzionale, di immettere in rete, ogni anno, una quota di elettricità prodotta da fonti rinnovabili (tra cui il biogas) pari almeno, nel 2005, al 2,7% della quantità totale immessa. Per consentire il rispetto di tale quota, i produttori di energia rinnovabile possono vendere ai produttori di energia da fonte convenzionale i cosiddetti certificati verdi. Ciò sta portando allo sviluppo di un mercato o borsa dei certificati verdi (organizzata dal Gestore del Sistema Elettrico, GRTN, i quali attualmente valgono circa 0,117 euro per kwh (valore medio ponderato dei primi 9 mesi del 2005). Oggi, vendendo energia elettrica dotata di certificati verdi, si riescono a ricavare circa 0,15-0,18 euro per kwh; la durata dei certificati verdi è di 8 anni, elevabile per l energia rinnovabile ottenuta da biomasse, quale è il biogas, per altri 4 anni, anche se con il riconoscimento solo del 60% dell energia elettrica prodotta (art. 5, decreto del Ministero delle attività produttive e del Ministero dell ambiente e della tutela del territorio del 24 ottobre 2005, G.U. n. 265 del 14/11/2005).

7 Div.biogasmarco.qxd :58 Pagina 9 9 sione di gas serra, in particolare metano e protossido di azoto. Le emissioni di metano derivano sia dai processi digestivi (emissioni enteriche) sia dalla degradazione anaerobica delle deiezioni animali (emissioni derivanti dalla gestione delle deiezioni). A questo proposito, il Protocollo di Kyoto sulla riduzione dell inquinamento atmosferico da gas serra prevede l abbattimento di tali emissioni entro il Ciò ha portato, tra l altro, alla riforma della politica ambientale dell Unione europea, con l emanazione del Libro bianco sulle energie rinnovabili, all emanazione della delibera Cipe n. 137/98 sulle politiche nazionali per la riduzione delle emissioni di gas serra, del Libro bianco sulle energie rinnovabili elaborato dall Enea e approvato nel 1999 dal Cipe e infine del D. Lgs. 387/2003 (attuazione della Direttiva Ce n. 77/2001 sulle energie rinnovabili). Nella valutazione dei benefici derivanti dall applicazione di tecniche di digestione anaerobica (siano semplici coperture degli stoccaggi o reattori anaerobici veri e propri), va considerato che la captazione del biogas che si produce da tali strutture non determina soltanto la riduzione delle emissioni di metano, ma anche altri vantaggi (si veda a sotto). Benefici ambientali dal recupero di biogas Sotto il profilo ecologico: calano le emissioni di metano; si riducono quelle di ammoniaca; calano per via indiretta altri gas serra; vengono emesse minori quantità di composti organici volatili non metanici; i combustibili da fonti rinnovabili sostituiscono quelli fossili. Per l allevamento zootecnico: si realizza un risparmio energetico o la possibilità di cedere energia ad altri; si abbattono gli odori; si accelera il processo di stabilizzazione dei liquami destinati allo stoccaggio e al successivo utilizzo agronomico; Secondo gli accordi di Kyoto gli Stati si sono impegnati entro il 2010 ad abbattere in modo sostanziale l emissione di gas serra.

8 Div.biogasmarco.qxd :58 Pagina OPPORTUNITÀ E VINCOLI A partire dal settore zootecnico In Italia la normativa sugli incentivi all autoproduzione di energia elettrica da fonti rinnovabili (i citati certificati verdi) potrebbe tradursi in un rinnovato interesse verso gli impianti di biogas. Anche il processo di evoluzione nella politica ambientale, come sopra indicato, attivatosi a seguito della Conferenza di Kyoto, può accentuare l attenzione sul recupero del biogas, come pure il recente Regolamento (Ce) n.1774/2002 sui sottoprodotti di origine animale, che individua la digestione anaerobica come uno dei processi biologici che ne consentono il riciclo sotto forma di fertilizzanti, e la nuova politica agricola comunitaria, che incentiva le colture energetiche. Ne deriva l utilità di potenziare e di razio- Azioni tecniche necessarie Favorire la realizzazione di impianti di biogas negli allevamenti zootecnici. Particolarmente interessante è l utilizzo del biogas per cogenerare energia elettrica ed energia termica: l energia termica viene utilizzata per riscaldare il digestore anaerobico, migliorando le rese in biogas, e l energia elettrica può essere venduta attraverso i certificati verdi a un prezzo incentivato. Interessante è anche la possibilità di digerire, assieme ai liquami zootecnici, le colture energetiche (in particolare mais e sorgo zuccherino) e i residui colturali, aumentando la resa energetica degli impianti. Andrebbero incentivati anche gli impianti negli allevamenti suinicoli annessi ai caseifici per la produzione di formaggio grana (là dove l allevamento suino sopravviverà alla ristrutturazione del settore caseario in corso), in quanto il biogas recuperato può essere bruciato direttamente nelle caldaie per la produzione di vapore, realizzando risparmi energetici significativi a fronte di investimenti contenuti. Attivare, vista la necessità di gestire crescenti quantità di frazioni organiche derivanti dalla raccolta differenziata dei rifiuti urbani, progetti dimostrativi di codigestione anaerobica di queste biomasse assieme ai liquami zootecnici e ai fanghi di depurazione, in impianti consortili. Avviare, visto il crescente problema della collocazione dei sottoprodotti di origine animale e gli indirizzi contenuti nel Regolamento (Ce) n. 1774/2002, la codigestione di liquami zootecnici e scarti di macellazione adeguatamente pretrattati e altre biomasse. Favorire l integrazione dei processi anaerobici e aerobici nel trattamento delle biomasse e dei rifiuti organici sia nella costruzione di nuovi impianti che nel potenziamento di impianti già esistenti, quali, ad esempio, gli oltre 100 impianti di compostaggio di media e grossa dimensione già operanti in Pianura Padana nelle vicinanze dei siti di produzione di scarti organici agroindustriali e di effluenti zootecnici. Potenziare e razionalizzare i digestori anaerobici dei fanghi derivanti dalla depurazione di acque reflue civili (presenti in tutti i grandi impianti di depurazione urbani), favorendo la codigestione anche di liquami zootecnici e scarti organici agroindustriali.

9 Div.biogasmarco.qxd :58 Pagina nalizzare i sistemi che sfruttano processi di codigestione anaerobica di biomasse di varia natura (biomasse di origine zootecnica e agroindustriale, colture energetiche, residui colturali, fanghi di depurazione e frazioni organiche derivanti da raccolte differenziate secco/umido dei rifiuti urbani). Si ritiene che il mondo agricolo possa essere interessato alle opportunità che il coincidere di problematiche diverse, quali l effetto serra, la valorizzazione degli scarti organici, la richiesta di un maggior contributo di energie rinnovabili, sta facendo emergere. In particolare il settore zootecnico può rappresentare la forza motrice per lo sviluppo su larga scala della digestione anaerobica, come già sta avvenendo in Germania, Austria e Danimarca. Gli incentivi in tal senso sono molti: un miglioramento della sostenibilità ambientale degli allevamenti, un integrazione di reddito dall energia verde, una riduzione dei problemi ambientali legati alle emissioni in atmosfera di gas serra e agli odori, una migliore utilizzazione agronomica degli elementi fertilizzanti presenti nei liquami nelle concimazioni in copertura. In Italia, però, la realizzazione di impianti di biogas ha buone prospettive di sviluppo solo alle seguenti condizioni: - se si razionalizzano e si rendono chiare e percorribili le procedure di autorizzazione, sia per la costruzione e gestione degli impianti che per l allacciamento alla rete elettrica nazionale; - se si assicura l utilizzo agronomico del digestato anche quando si co-digeriscono i liquami zootecnici con colture energetiche e scarti organici selezionati. Alla luce di quanto sopra riportato, il biogas dovrebbe essere considerato una risorsa e come tale essere incentivato attraverso azioni di sviluppo (si veda a fianco) e interventi economici. I due punti critici da superare per lo sviluppo della filiera del biogas riguardano la procedura di autorizzazione per la cessione di energia elettrica e l impiego agronomico del digestato nel caso in cui utilizzino anche colture energetiche e scarti organici selezionati.

10 Div.biogasmarco.qxd :58 Pagina OPPORTUNITÀ E VINCOLI L Emilia Romagna si è già mossa Stefano Nannetti Giovanni Pisceddu Claudia Orlandini REGIONE EMILIA-ROMAGNA Assegnati dalla Regione più di quattro milioni di euro per nuovi impianti, che saranno oggetto di studio e di verifica tecnico-economica. Tra le varie filiere energetiche il biogas rappresenta una concreta e conveniente possibilità Pper il mondo agricolo. La Regione Emilia-Romagna, sensibile alle esigenze delle aziende agricole alla ricerca di nuove opportunità di reddito in sintonia con un corretto sviluppo ambientale, ha emanato un bando per l assegnazione di 4,35 milioni di euro quale contributo (40% del valore del progetto) per la realizzazione di impianti di Bbiogas. Il bando si basava sull individuazione della tipologia delle matrici organiche da utilizzare, creando una prima priorità di scelta a vantaggio di deiezioni avicunicole e bovine con seconda scelta per quelle suine o miste- suine. Si è poi considerato l impiego della produzione di biogas a scopo energetico, per uso proprio o finalizzato alla vendita a terzi, privilegiando la prima scelta. Altri parametri che caratterizzavano il bando riguardavano la tipologia aziendale del beneficiario, questo con l intento di favorire associazioni di aziende perché meglio si utilizzino eventuali I progetti accolti rappresentano esperienze pilota da valutare attentamente in vista di future programmazioni.

11 Div.biogasmarco.qxd :58 Pagina economie di scala e si superino problemi ambientali specifici di territorio. La risposta da parte delle aziende della regione è stata interessante: sono state presentate 27 domande per un importo totale di possibili investimenti pari a ,33 e tutte le province - ad eccezione di Rimini - sono rappresentate con almeno una entità produttiva. Quest ultimo aspetto è di particolare rilevanza se si considera che il bando ha impegnato i beneficiari a mettere a disposizione della Regione per cinque anni l impianto finanziato a fini di ricerca: in questo modo è possibile una copertura totale del territorio regionale e quindi e risultati del futuro monitoraggio saranno particolarmente utili per successive programmazioni. Di tutte le domande presentate solo 19 sono state ammesse alla graduatoria finale e di queste 15 hanno potuto usufruire del contributo del 40% a fondo perduto. Gli interventi a finanziamento saranno in grado, perciò, grazie a un attento monitoraggio, di fornire elementi di sicura utilità per il settore dell energia prodotta da fonti alternative con importanti opportunità per il mondo agricolo, viste le problematiche introdotte dalla nuova Pac e la necessità di applicare le norme relative al protocollo di Kyoto. A questo proposito la Regione Emilia-Romagna opera dal 1999 nell'ambito del programma nazionale Probio, strumento del Ministero delle poltiche agricole e forestali introdotto per promuovere progetti regionali e interregionali sui biocombustibili e messo a punto proprio per rispondere ai quesiti posti da Kyoto. Con particolare riguardo al biogas, l Emilia Romagna partecipa a un progetto interregionale, con la Lombardia come Regione capofila, all interno del quale sono state messe in campo le seguenti azioni: - monitoraggio, con metodologie comuni, della disponibilità spaziale e temporale delle matrici organiche presenti sul territorio; - monitoraggio delle tecnologie utilizzate negli impianti operanti nelle varie regioni (fra cui gli impianti finanziati dall ultimo bando); - divulgazione dei risultati. Progetti accolti e finanziati Provincia Tipo di Beneficiario Sede legale deiezioni trattate Piacenza bovine Cooperativa Agricola Mocine a r.l. Asciano (SI) Piacenza bovine Società Agricola Vittorio Tadini s.r.l. Podenzano (PC) Piacenza bovine Azienda Agricola A.G.T. s.s. Gragnano Trebbiense (PC) Piacenza suine Azienda Agricola Fontana S.S. Castel San Giovanni (PC) Piacenza suine Azienda Agricola Testa Bruna Monticelli D Ongina (PC) Reggio Emilia bovine Azienda Agricola Caramana s.s Reggio Emilia (RE) Parma bovine Azienda Agricola F.lli Boldini s.s. Montechiarugolo (PR) Parma bovine A. I. Agr. Agricoltura e Ambiente Neviano degli Arduini (PR) Parma bovine Spinazzi s.s. Fontanellato (PR) Modena bovine Azienda Agricola I Giardini del Duca Castelfranco Emilia (MO) Bologna bovine Azienda Agricola Acqua Salata Castello di Serravalle (BO) Bologna avicunicole Società Consortile Agrienergia San Pietro in Casale (BO) Ferrara suine Piccola Società Cooperativa San Giovanni Bondeno (FE) Ravenna bovine/suine Consorzio Agrienergy Forlì (FC) Forlì-Cesena avicunicole Associazione Temporanea Santa Sofia (FC) d Impresa Renzi Mirella

12 Div.biogasmarco.qxd :58 Pagina GLOSSARIO I l s i g n i f i c a t o d e l l e p a r o l e c h i a v e Acidi grassi volatili Acidi organici caratterizzati da un basso peso molecolare. Aerobico Processo attuato mediante l azione di microrganismi aerobi, che utilizzano, cioè, l ossigeno libero. Ammoniaca/ ammonio L ammonio (NH4 + ) è uno ione positivo contenente azoto, che si forma nel terreno dalla degradazione biologica della sostanza organica o che viene aggiunto sotto forma di concime. Di solito è adsorbito sui minerali argillosi, ma in seguito a processi di varia natura può liberarsi, perdere la carica e dar luogo ad ammoniaca (NH3), in misura dipendente, tra l altro, dal tipo di suolo e dal clima. L ammoniaca, essendo molto volatile, passa nell atmosfera. Anaerobico Processo attuato da microrganismi anaerobi, che vivono cioè in assenza di ossigeno. I microrganismi anaerobi possono essere anaerobi facoltativi o obbligati a seconda che siano in grado o meno di utilizzare, quando è disponibile, anche l ossigeno libero. Biodegradabilità Proprietà delle sostanze organiche e inorganiche presenti negli effluenti zootecnici e negli scarti organici, per la quale esse possono essere completamente demolite dai microrganismi. Biogas Miscela gassosa costituita in prevalenza da anidride carbonica (30-40%) e metano (60-70%), prodotta nel corso del processo di digestione anaerobica (vedi). Ceneri Vedi solidi volatili. Cogeneratore Motore endotermico accoppiato ad un generatore elettrico in grado di recuperare l energia termica prodotta durante il funzionamento e utilizzarla per fini civili o industriali. Depurazione Rimozione di elementi o composti da un fluido. Per i reflui biodegradabili (vedi biodegradabilità) può essere attuata per via biologica, mediante l azione di microrganismi che trasformano parte del substrato in prodotti gassosi e acqua, e rimuovono la parte restante attraverso meccanismi fisico-biologici (sintesi protoplasmatica di nuove cellule, bioflocculazione, bioassorbimento). In tal modo una parte del substrato viene trasformato in prodotti semplici che si liberano in atmosfera, una seconda parte va a costituire il residuo del processo denominato fango (vedi), che può essere separato mediante sedimentazione (vedi). Diesel, ciclo Ciclo termodinamico proprio dei motori endotermici ad accensione spontanea nel quale la trasformazione dell energia di legame contenuta nel combustibile è basata sulle seguenti fasi: aspirazione dell aria comburente; compressione dell aria e successiva iniezione del combustibile; combustione; espansione e scarico. Digestione anaerobica È un processo biologico utilizzato per il trattamento dei reflui organici che si evolve attraverso una prima fase nella quale la sostanza organica viene trasformata in composti semplici (acidi grassi volatili, aldeidi, alcoli) da batteri anaerobi facoltativi, in una seconda fase nella quale, a partire dagli acidi grassi volatili, grazie all azione di batteri anaerobi obbligati (vedi anaerobico), viene prodotto il biogas (vedi). La digestione anaerobica consente la stabilizzazione dei materiali organici trattati. I dispositivi nei quali avviene il processo vengono denominati digestori (vedi). Digestore Reattore nel quale avviene il processo di digestione anaerobica (vedi). Disidratazione Riduzione del contenuto di umidità degli effluenti zootecnici o delle frazioni derivanti dal loro trattamento (per esempio i fanghi di depurazione). Può essere effettuata per via meccanica, mediante centrifughe e nastropresse, o per via termica, applicando processi di essiccamento. Dual-fuel Motore endotermico in grado di funzionare sia con i combustibili tipici dei motori a ciclo Otto che con i combustibili dei motori a ciclo Diesel. Endotermico, motore Motore a combustione interna tipicamente funzionante a ciclo Otto o a ciclo Diesel. Fango Residuo del processo di depurazione (vedi). È costituito da biomassa batterica e da sostanza inerte, organica e inorganica. Il residuo del processo di sedimentazione (vedi) viene denominato fango primario.

13 Div.biogasmarco.qxd :58 Pagina Otto, ciclo Ciclo termodinamico proprio dei motori endotermici ad accensione per scintilla nel quale la trasformazione dell energia di legame contenuta nel combustibile è basata sulle seguenti fasi: aspirazione della miscela formata da combustibile e aria comburente; compressione; combustione; espansione e scarico. ph Grandezza che esprime l acidità di una soluzione; è legata alla concentrazione di ioni idrogeno dalla relazione: ph = -log10 [H + ]. La scala dei ph si estende dal valore zero al valore 14; quando il ph è inferiore a 7 la soluzione sarà acida, quando è superiore a 7 sarà alcalina. Il valore 7 corrisponde alla neutralità. Potenza installata Si intende la potenza elettrica indicata sulla targa di un utilizzatore. Rendimento elettrico e meccanico Definiti, rispettivamente, come energia elettrica e meccanica prodotta per unità di energia introdotta nel motore sotto forma di combustibile. Rendimento termico Definito come energia termica recuperata per unità di energia introdotta nel motore o nella macchina sotto forma di combustibile. Rendimento totale Definito come energia complessivamente prodotta per unità di energia consumata sotto forma di combustibile. Scambiatore di calore Dispositivo atto a trasferire il calore da un fluido (liquido o aeriforme) a un altro. Sedimentazione Operazione mediante la quale i solidi sospesi (vedi) presenti nel liquame vengono fatti depositare sul fondo di un contenitore grazie alla forza di gravità. Separazione solido/liquido Tecnica di trattamento dei liquami zootecnici, che consiste nella separazione più o meno spinta dei solidi sospesi (vedi). In funzione della tecnologia adottata si ottengono efficienze di separazione diverse e quindi volumi diversi di solidi, con caratteristiche altrettanto variabili. Possono quindi essere richiesti ulteriori trattamenti per la loro piena valorizzazione agronomica (essiccamento, compostaggio). Solidi sospesi totali Rappresentano la quota non in soluzione della sostanza secca (vedi). Si determinano analiticamente mediante filtrazione di un volume noto di reflui attraverso un filtro di 0,45 micron e determinazione della sostanza secca da questo trattenuta. In alternativa possono essere determinati mediante centrifugazione del liquame tal quale a G e determinazione della sostanza secca nella frazione surnatante di centrifugazione; a partire da quest ultimo dato, per differenza con la sostanza secca totale, è possibile determinare la frazione sospesa. A loro volta i solidi sospesi contengono una frazione sedimentabile, costituita dalla sostanza secca che sedimenta in un cono (detto cono Imhoff) in un periodo di 60 minuti, che rappresenta approssimativamente la quota che può essere rimossa per sedimentazione (vedi). Solidi sospesi volatili Frazione organica dei solidi sospesi totali ovvero dei solidi che vengono trattenuti da un filtro con pori da 0,45 µ di diametro. Solidi volatili Rappresentano una frazione della sostanza secca costituita in prevalenza dalla sostanza organica; vengono determinati analiticamente come perdita all incenerimento, ovvero come differenza tra la sostanza secca e il residuo fisso (ceneri). Sostanza secca o solidi totali È la sostanza residua dopo essiccazione. Negli effluenti zootecnici viene determinata analiticamente per essiccazione in stufa a 105 C fino a peso costante. Stabilizzazione Processo che comporta la riduzione del contenuto di sostanza organica facilmente degradabile. Esso consente di raggiungere due obiettivi principali: ridurre significativamente i processi putrefattivi a carico del materiale trattato, processi di decomposizione della sostanza organica che danno luogo alla formazione di composti maleodoranti; ridurre i microrganismi patogeni. Surnatante È la frazione chiarificata del liquame in uscita dal processo di sedimentazione. Tempo di ritenzione È il tempo di permanenza del materiale, sottoposto a trattamento, all interno di un determinato contenitore. Termofilo Dicesi di ambito di temperatura che comprende valori superiori a 45 C.

14 Div.biogasmarco.qxd :58 Pagina 16 IL PROCESSO I tempi di svolgimento del processo di digestione anaerobica sono piuttosto lunghi anche in condizioni di temperatura ottimali.

15 Div.biogasmarco.qxd :58 Pagina DI DIGESTIONE Matrici organiche di provenienza varia (deiezioni animali, residui colturali, ecc.) vengono fatte fermentare in assenza di ossigeno e a temperature determinate, ottenendo in questo modo una miscela di metano e anidride carbonica, il biogas. Dalla combustione di quest ultimo viene quindi prodotta energia termica o energia elettrica o la combinazione di entrambe. L a digestione anaerobica è un processo biologico complesso per mezzo del quale, in assenza di ossigeno, la sostanza organica viene trasformata in biogas, una miscela costituita principalmente da metano e anidride carbonica. La percentuale di metano nel biogas varia, a secondo del tipo di sostanza organica digerita e delle condizioni di processo, da un minimo del 50% fino all 80% circa.

16 Div.biogasmarco.qxd :58 Pagina IL PROCESSO BIOLOGICO Substrati organici avviabili al digestore Liquame suino. Questo tipo di effluente zootecnico è caratterizzato da un contenuto estremamente variabile di sostanza secca o solidi totali (1-6%) e di sostanza organica o solidi volatili, a causa delle differenti tipologie di allevamento comunemente presenti sul territorio. Liquame bovino. Le deiezioni bovine sono spesso rimosse dalle stalle utilizzando raschiatori. L aggiunta di paglia, spesso effettuata nelle stalle, conduce a variazioni nel contenuto di solidi totali (8-15%). L effetto di diluizione è minimo rispetto a quello che si ha con le deiezioni suine anche a causa del fatto che normalmente le zone calpestate dal bestiame vengono pulite e risciacquate con basse quantità di acqua. Come nel caso dei suini, anche nelle deiezioni bovine il contenuto di solidi totali dipende fortemente dal sistema di allevamento degli animali. Deiezioni avicole (pollina). La pollina che più si presta alla digestione anaerobica, grazie all assenza di lettiera, è quella delle galline ovaiole che sono solitamente allevate in gabbia in allevamenti che arrivano a contenere fino a diverse centinaia di migliaia di capi. Le deiezioni asportate fresche con i nastri sono caratterizzate da un alto contenuto in solidi totali (minimo 18-20%) e da alte concentrazioni di azoto ammoniacale. L alto contenuto di ammoniaca può condurre a effetti inibitori durante la digestione e causare alte emissioni ammoniacali durante il successivo stoccaggio del digestato. Le deiezione avicole presentano spesso anche un forte contenuto di inerti che sedimentando sul fondo, vanno a formare uno strato che causa frequenti problemi operativi e riduce il volume utile dei reattori. I substrati organici che possono essere sottoposti al processo di digestione anaerobica sono numerosi e assai differenti fra loro (si veda a fianco). Microrganismi piuttosto esigenti Affinché il processo abbia luogo è necessaria l azione di diversi gruppi di microrganismi in grado di trasformare la sostanza organica in composti intermedi, principalmente acido acetico, anidride carbonica e idrogeno, utilizzabili dai microrganismi metanigeni che concludono il processo producendo il metano. I microrganismi anaerobi presentano basse velocità di crescita e di reazione e quindi occorre mantenere ottimali, per quanto possibile, le condizioni dell ambiente di reazione. Nonostante questi accorgimenti, i tempi di processo sono relativamente lunghi se confrontati con quelli di altri processi biologici, tuttavia il vantaggio della digestione anaerobica è che la materia IL biogas è una miscela composta da metano (60-75% se si impiegano liquami zootecnici) e da anidride carbonica, derivante dalla degradazione della sostanza organica in assenza di ossigeno. Residui colturali. Anche i residui provenienti dai raccolti agricoli possono essere utilizzati come matrici nella digestione anaerobica. In Germania, ad esempio, questi residui vengono addizionati come co-substrati alle deiezioni animali utilizzate come matrici primarie. Possibili matrici Continua a pag. 20

17 Div.biogasmarco.qxd :58 Pagina 19 Schema di decomposizione anaerobica delle sostanze organiche durante la digestione. I composti polimerici ad alto peso molecolare - carboidrati, grassi e proteine - vengono frammentati in sostanze più semplici, quali zuccheri, glicerolo, acidi grassi e amminoacidi. 19 organica complessa viene convertita in metano e anidride carbonica e quindi porta alla produzione finale di una fonte rinnovabile di energia sotto forma di un gas combustibile a elevato potere calorifico. L ambiente di reazione, definito solitamente reattore anaerobico, deve quindi risultare da un compromesso tra le esigenze dei singoli gruppi microbici, per consentirne la crescita equilibrata. Il ph ottimale è intorno a 7-7,5, mentre la temperatura ottimale di processo è intorno ai 35 C, se si opera con i batteri mesofili, o di circa 55 C, se si utilizzano i batte- ri termofili. La figura qui sotto descrive il processo di digestione anaerobica. Tecniche diversificate Le tecniche di digestione anaerobica possono essere suddivise in due gruppi principali: - digestione a secco, quando il substrato avviato a digestione ha un contenuto di sostanza secca superiore al 20%; - digestione a umido, quando il substrato ha un contenuto di sostanza secca inferiore al 10% (è questa la tecnica più diffusa, in particolare con i liquami zootecnici). DALLA MATERIA ORGANICA AL BIOGAS SOSTANZA ORGANICA CARBOIDRATI GRASSI PROTEINE DIGESTIONE IN ASSENZA DI OSSIGENO Zuccheri semplici Acidi volatili alcooli Glicerolo Acidi grassi Acidi volatili Gruppi sub-proteici Amminoacidi BIOGAS METANO 50-80% ANIDRIDE CARBONICA 50-20% Amine Ammoniaca Azoto Mercaptani Indolo Skatolo Idrogeno solforato

18 Div.biogasmarco.qxd :58 Pagina IL PROCESSO BIOLOGICO per la digestione anaerobica possono comprendere foraggi, frutta e vegetali di scarsa qualità, percolati da silos e paglia. Colture non alimentari ad uso energetico. Diversi studi sono stati effettuati per trovare sistemi di coltivazione di piante specifiche per la successiva digestione anaerobica e per la produzione di biogas. Tutto ciò potrebbe essere di interesse per quei paesi in via di sviluppo, in cui i costi dell energia sono alti e dove sono presenti ampie aree agricole favorite da climi temperati. Anche in Europa, dove si ha sovrapproduzione agricola, la digestione anaerobica di colture energetiche può essere un alternativa in particolare per l utilizzo di aree incolte e a riposo (set aside) o di aree irrigate con acque recuperate dai depuratori urbani. La coltivazione di colture energetiche è incentivata dalla nuova politica agricola comunitaria, che prevede uno specifico incentivo di 45 /ha. Scarti organici e acque reflue dell agro-industria. Ingenti quantità di prodotti agricoli sono lavorati nell industria alimentare. Durante tali lavorazioni si producono reflui che spesso possono essere avviati alla digestione anaerobica. Il fango anaerobico risultante può essere utilizzato come ammendante su terreni agricoli. Tipici sottoprodotti e scarti agro-industriali sono, ad esempio, il siero di latte, contenente proteine e zuccheri dall industria casearia, e i reflui liquidi dall industria che tratta succhi di frutta o che distilla alcool. Di interesse per la digestione anaerobica sono anche diversi scarti organici liquidi o semisolidi dell industria della carne (macellazione e lavorazione della carne), quali grassi, sangue, contenuto stomacale, budella (si veda Regolamento (Ce) n. 1774/2002 Norme sanitarie relative ai sottoprodotti di origine animale non destinati al consumo umano ). Tali residui, ad esempio, possono essere addizionati come cosubstrati nella digestione di liquami zootecnici o fanghi di depurazione. Continua a pag. 22 Processi con valori intermedi di sostanza secca sono meno comuni e vengono in genere definiti a semisecco. Il processo di digestione anaerobica è anche suddiviso in: - processo monostadio, quando le fasi di idrolisi, fermentazione acida e metanigena avvengono contemporaneamente in un unico reattore; - processo bistadio, quando si ha un primo stadio durante il quale il substrato organico viene idrolizzato e contemporaneamente avviene la fase acida, mentre la fase metanigena avviene in un secondo momento. Una ulteriore suddivisione dei processi di digestione anaerobica può essere fatta in base al tipo di alimentazione del reattore, che può essere continua o in discontinuo, e in base al fatto che il substrato all'interno del reattore In caldaia, con produzione di sola energia termica Si presta molto bene per impianti realizzati negli allevamenti suinicoli annessi ai caseifici; questi sono forti consumatori di combustibili, utilizzati per produrre il vapore necessario per la caseificazione, e sono in grado di bruciare tutto il biogas prodotto, realizzando risparmi significativi. Oltre che per la lavorazione del latte, l energia termica può avere un impiego, anche se più discontinuo, per il riscaldamento e la preparazione della broda nelle porcilaie, per la preparazione dei pastoni, per il riscaldamento di serre, per l essiccazione di foraggi e cereali, per usi civili. DAL

19 Div.biogasmarco.qxd :58 Pagina venga miscelato o venga spinto lungo l asse longitudinale attraversando fasi di processo via via diverse (flusso a pistone). La digestione anaerobica può, inoltre, essere condotta, come già ricordato, o in condizioni mesofile (circa 35 C) o termofile (circa 55 C); la scelta tra le due determina in genere anche la durata (tempo di residenza) del processo. Mediamente in mesofilia si hanno tempi compresi nel range giorni, mentre in termofilia il tempo di residenza è in genere inferiore ai 20 giorni. Con impiantistica di tipo semplificato è possibile operare anche in psicrofilia (10-25 C), con tempi di residenza superiori ai 30 giorni, fino ad un massimo di 90 giorni. Il rendimento in biogas e quindi energetico del processo è molto variabile e dipende dalla biodegradabilità del substrato trattato. In genere durante la digestione anaerobica si ottiene una riduzione di almeno il 45-50% dei solidi volatili o sostanza organica alimentati. La successiva trasformazione del biogas in energia utilizzabile in azienda avviene per combustione, con modalità diverse in funzione del prodotto che s intende ottenere (si veda a sotto). BIOGAS AI POSSIBILI IMPIEGHI Combustione del biogas In motori azionanti gruppi elettrogeni per la produzione di energia elettrica In cogeneratori per la produzione combinata di energia elettrica e di energia termica Il limite è sempre stato rappresentato dalla scarsa convenienza economica a immagazzinare la produzione di biogas in eccesso rispetto ai consumi elettrici aziendali. Infatti, il biogas: - non può essere compresso o pompato senza incorrere in alti costi per la necessità di depurarlo dall idrogeno solforato e dall acqua; la compressione, inoltre, dà luogo a problemi di sicurezza; - se non viene compresso, richiede per lo stoccaggio la costruzione di gasometri voluminosi, costosi e di grosso impatto ambientale; - ha costi di trasporto convenienti solo nel caso di impianti consortili. Ha il vantaggio di produrre sia energia termica che elettrica, favorendo l utilizzo di maggiori quantità di biogas a copertura dei vari fabbisogni aziendali. Anche in questo caso, però, per avere un coefficiente di utilizzazione del 100% bisognerebbe dimensionare l impianto in modo da produrre solo il biogas effettivamente necessario alle attività dell azienda. In alternativa, ed è il caso più frequente, si può cedere l energia elettrica in eccesso rispetto ai fabbisogni aziendali alla rete elettrica nazionale.

20 Div.biogasmarco.qxd :58 Pagina IL PROCESSO BIOLOGICO Fanghi di depurazione. Sono il residuo del processo di depurazione delle acque reflue urbane e industriali. Sono costituiti da biomassa batterica e da sostanza inerte, organica e inorganica. In generale gli obiettivi della digestione anaerobica dei fanghi di depurazione sono: la stabilizzazione della sostanza organica, la distruzione degli eventuali microoganismi patogeni e la facilitazione dello smaltimento finale. Tale substrato non è consigliabile per gli impianti di biogas aziendali che trattano liquami zootecnici a causa delle problematiche connesse alle attuali normative italiane di riferimento. Frazioni organiche di rifiuti urbani. Nei rifiuti urbani domestici la percentuale di frazione organica umida è compresa in genere tra il 25 e il 35% in peso. La composizione media di questa frazione derivante da raccolta differenziata secco-umido non differisce in modo sostanziale dall organico raccoglibile da utenze selezionate, quali mercati all ingrosso dell orto-frutta e dei fiori, mercati ittici e rionali, esercizi commerciali di generi alimentari, punti di ristoro (pizzerie, ristoranti, ristorazione collettiva); la presenza di piccole quantità di plastica e vetro è in genere inferiore al 5% sul totale. Queste frazioni organiche presentano un elevato grado di putrescibilità e umidità (> 65%), che le rendono adatte alla digestione anaerobica. Anche questo substrato, così come i fanghi di depurazione, non è consigliabile negli impianti per liquami zootecnici per ragioni normative. Vantaggi della codigestione La codigestione di effluenti zootecnici con altri scarti organici al fine di aumentare la produzione di biogas è pratica standard in Europa ormai da diversi anni. L interesse che spinge gli operatori del settore verso tale tecnica è costituito principalmente dal fatto che la vendita della maggior quantità di elettricità prodotta, unitamente agli introiti ricevuti dai produttori del rifiuto organico utilizzato come co-substrato, permette di ottenere guadagni maggiori. Nelle piccole e medie strutture aziendali, in particolare, l utilizzo della codigestione può notevolmente migliorare l economia globale in quanto gli aumentati guadagni consentono di bilancia- Alcuni scarti dell industria di lavorazione della carne possono costituire dei cosubstrati da aggiungere ai liquami. Rese in biogas dei diversi substrati organici Materiali m 3 per tonnellata di solidi volatili Deiezioni animali (suini, bovini, avi-cunicoli) Residui colturali (paglia, colletti barbabietole, ecc.) Scarti organici agroindustria (siero, scarti vegetali, lieviti, fanghi e reflui di distillerie, birrerie e cantine, ecc.) Scarti organici macellazione (grassi, contenuto stomacale e intestinale, sangue, fanghi di flottazione, ecc.) Fanghi di depurazione Frazione organica rifiuti urbani Colture energetiche (mais, sorgo zuccherino, erba, ecc.)

21 Div.biogasmarco.qxd :58 Pagina Parametri chimico-fisici di due colture energetiche Parametro Unità di misura Insilato di mais Insilato di foraggine Sostanza secca (SS) % Sostanza organica (SV) %SS Contenuto di CH4 % Resa in biogas m 3 /kg SV 0,6-0,73 0,5-0,6 Tempo di ritenzione giorni Degradabilità % Problemi croste flottanti croste flottanti Peso specifico kg/m Fonte: da Integration of Biogas Technology, Organic Farming an Energy Crops, M. Köttner. re anche i maggiori investimenti necessari e i costi sostenuti per rendere idoneo l impianto al trattamento di più scarti (alcuni dei quali sono anche soggetti a restrizioni di legge che obbligano a costosi pre-trattamenti). La miscelazione di diversi prodotti consente di compensare le fluttuazioni stagionali di massa dei rifiuti, di evitare sovraccarichi o al contrario carichi inferiori alla capacità stessa del digestore e di mantenere quindi più stabile e costante il processo. Diversi problemi infatti possono nascere da un utilizzo non congruo delle diverse matrici; un aggiunta incontrollata di oli e grassi contenuti nello scarto, ad esempio, può determinare un eccessiva formazione di schiume, mentre rifiuti contenenti considerevoli quantità di inerti, quali sabbia, pietre e terra, possono favorire la formazione di sedimento nel digestore e accumulo di materiali inerti con conseguente riduzione del volume attivo del reattore o blocco di valvole e tubazioni. Le matrici da addizionare ai liquami Le matrici attualmente più utilizzate nella codigestione di effluenti zootecnici sono i rifiuti organici agroindustriali e le colture energetiche. Gli scarti organici da utilizzare come co-substrati provengono dalle più svariate fonti e possiedono quindi forti differenze nella composizione chimica e nella biodegradibiltà. Alcune sostanze (quali percolati, acque reflue, fanghi, oli, grassi e siero) sono facilmente degradabili mediante digestione anaerobica senza richiedere particolari pre- trattamenti, mentre altre (quali gli scarti di macellazione, sostanze ad elevato tenore proteico) necessitano di essere fortemente diluite con il substrato base (effluenti zootecnici liquidi), in quanto possono formare metaboliti inibitori del processo, quale ad esempio l ammoniaca. Una vasta gamma di matrici richiede step vari di pre-trattamento: il rifiuto organico da raccolta differenziata, gli alimenti avanzati e/o scaduti, gli scarti mercatali, i residui agricoli, gli scarti di macellazione, ecc. Molti studi sono stati effettuati sulle caratteristiche di differenti colture energetiche (mais, sorgo, foraggi, ecc.) e sulle loro rese in biogas. Inoltre le tecnologie attualmente in via di sviluppo riguardano in particolare proprio i sistemi di introduzione di tali substrati, sia liquidi che solidi, nel digestore. È stato infatti dimostrato che la produzione di biogas e il riciclo dei nutrienti possono essere ottimizzati quando le colture energetiche vengono utilizzate come co-substrato. Tali colture possono infatti crescere sulle aree di proprietà dell azienda, essere addizionate come co-substrati agli effluenti zootecnici direttamente o dopo insilamento e il digestato ottenuto a seguito del trattamento anaerobico può essere infine utilizzato per fertilizzare le aree agricole in cui le stesse vengono coltivate. Vari tipi di colture dimostrano di possedere un buon potenziale di produzione di biogas. Le caratteristiche chimico-fisiche di due colture energetiche comunemente utilizzate in impianti di codigestione sono mostrate nella tabella soprastante.

22 Div.biogasmarco.qxd :58 Pagina IL PROCESSO BIOLOGICO La complessa applica La produzione di biogas in impianti aziendali che trattano biomasse agricole e agroindustriali è sottoposta a un insieme di norme, talvolta di dubbia interpretazione. Si attende l emanazione di un decreto ministeriale sull utilizzazione agronomica del materiale digerito. Il trasporto e il trattamento delle biomasse agricole e agroindustriali sottostà a una disciplina specifica riconducibile a diversi corpi normativi: il D. Lgs. 152/99 e il D. Lgs. 99/92 per lo scarico in acque superficiali del materiale digerito, l emanando decreto del Ministero delle politiche agricole relativo alla loro utilizzazione agronomica (decreto applicativo dell art. 38 del D. Lgs. 152/99), il D. Lgs. 22/97 sui rifiuti (Decreto Ronchi) e il Regolamento (Ce) 1774/2002, che stabilisce norme sanitarie per il trattamento dei sottoprodotti di origine animale non destinati al consumo umano. Di seguito viene considerata l applicazione di queste norme ad alcuni dei casi più comuni di digestione anaerobica delle biomasse agricole e agroalimentari, tenendo presente che esistono non poche difformità di interpretazione. Con biomasse di provenienza agricola Prendiamo in esame il caso in cui l impianto di biogas venga realizzato in un azienda agri- cola con la finalità di sottoporre a digestione anaerobica le biomasse aziendali e di effettuare lo spargimento del materiale trattato (frazioni liquide e frazioni solide palabili) sui terreni di cui dispone, vale a dire su terreni sui quali ha un diritto d uso o su terreni dei quali ha disponibilità per esplicita dichiarazione dell azienda che li possiede. Possono verificarsi due diverse situazioni: a. il caso di digestione anaerobica dei soli effluenti zootecnici; b. il caso di digestione anaerobica di effluenti zootecnici, residui colturali e colture energetiche tipo sorgo, mais e foraggi, sottoposti a processo di insilaggio. Nel caso a si presuppone che per l intera sequenza di operazioni di utilizzazione agronomica, compresi i trattamenti, sia stata effettuata la comunicazione di utilizzazione agronomica di cui all art. 38 del D. Lgs. 152/99 o che sia stata ottenuta l autorizzazione AIA (Autorizzazione integrata ambientale) ai sensi del D. Lgs. 59/2005 di attuazione della direttiva 96/61/Ce relativa alla prevenzione e riduzione integrate dell inquinamento. Nel caso b dal punto di vista normativo dovrebbe valere quanto detto per la situazione precedente, anche se il D. Lgs. applicativo

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