ANALISI DELLE POTENZIALITÀ ENERGETICHE DELLE BIOMASSE VEGETALI: UN MODELLO TERRITORIALE PER LA FILIERA BIOGAS. C. Caprara, R.

Transcript

1 Convegno di Medio Termine dell Associazione Italiana di Ingegneria Agraria Belgirate, settembre 2011 memoria n. 1 ANALISI DELLE POTENZIALITÀ ENERGETICHE DELLE BIOMASSE VEGETALI: UN MODELLO TERRITORIALE PER LA FILIERA BIOGAS C. Caprara, R. Martelli Dipartimento di Economia e Ingegneria Agrarie, Università di Bologna SOMMARIO Il processo che comprende la produzione, raccolta, trasporto e trasformazione della biomassa in energia (elettrica e termica), coinvolge una serie di decisioni finalizzate alla selezione della filiera più efficiente. In quest ottica l analisi può essere effettuata a diversi livelli di scala: considerando l intera filiera produttiva o limitandosi a un analisi su scala aziendale. Per l analisi di filiera, possono essere individuate alcune applicazioni che utilizzano sistemi GIS per la localizzazione degli impianti ed il dimensionamento del bacino di approvvigionamento, in funzione anche degli specifici contesti agricoli e territoriali in cui gli impianti si inseriscono. Il lavoro si propone, attraverso un analisi territoriale, di fornire i primi elementi per la programmazione e gestione dell uso agricolo a livello regionale, nell ambito di una filiera per la produzione di biogas. E stato sviluppato un modello in ambiente GIS dove, sulla base della cartografia regionale dell Emilia-Romagna, è stata simulata la coltivazione di mais da destinare all alimentazione mista, insilato di mais/reflui zootecnici, di impianti per la produzione di biogas. Ipotizzando la localizzazione di alcuni impianti sul territorio regionale, sono stati delimitati i bacini di approvvigionamento della materia prima ed è stato effettuato il calcolo del bilancio energetico dell intero processo, evidenziando le differenze tra le diverse ipotesi di impianto. Parole chiave: Energie rinnovabili, biogas, GIS. 1 INTRODUZIONE In ambito internazionale, comunitario e nazionale una serie di fattori convergono per favorire lo sviluppo del mercato delle risorse energetiche rinnovabili e spingono l Unione Europea e i Governi locali a individuare programmi di sviluppo energetico sostenibili che prevedano la promozione delle fonti rinnovabili in generale e delle biomasse in particolare. In ambito pubblico è diffusa la consapevolezza che le biomasse vegetali rappresentano non solo una risorsa rinnovabile e disponibile sul territorio, ma anche una

2 C. Caprara, R. Martelli opportunità di sviluppo per il settore agricolo e per l economia locale. Ogni Governo stabilisce specifici programmi energetici attribuendo alle Regioni il compito di approvare i Piani locali che evidenzino il ruolo delle rinnovabili. Il Piano Energetico della Regione Emilia Romagna stabilisce obiettivi precisi per la produzione di energia da fonti rinnovabili, che dovrà soddisfare il 20% del fabbisogno energetico regionale entro il 2020 (Regione Emilia Romagna, 2011a). Risorse significative sono destinate a sostenere le colture erbacee a destinazione energetica o no food, come stabilito nel Piano di Sviluppo Agricolo Il processo che comprende la produzione, raccolta, trasporto e trasformazione della biomassa in energia (elettrica e termica), coinvolge un gran numero di decisioni finalizzate alla selezione della filiera più efficiente. Obiettivo del lavoro è di fornire, attraverso un analisi territoriale, i primi elementi per la programmazione e gestione dell uso agricolo a livello regionale, nell ambito di una filiera per la produzione di biogas. In quest ottica viene sviluppato un modello in ambiente GIS dove, sulla base della cartografia regionale dell Emilia-Romagna, è stata simulata una coltivazione di mais da destinare all alimentazione mista, insilato di mais/reflui zootecnici, di impianti per la produzione di biogas. Ipotizzando la localizzazione di alcuni impianti sul territorio regionale, vengono delimitati i bacini di approvvigionamento della materia prima ed è effettuato il calcolo del bilancio energetico dell intero processo, evidenziando le differenze tra le diverse ipotesi di impianto. 2 MATERIALI E METODI 2.1 Modello GIS La base dati di partenza è stata ottenuta da alcuni tematismi, a scala regionale, forniti dal Servizio Cartografico della regione Emilia Romagna (Regione Emilia Romagna, 2011b). Le informazioni utilizzate sono: - La mappa dei confini amministrativi di Regione, Provincie e Comuni dell Emilia- Romagna. - La mappa d uso del suolo della regione Emilia-Romagna 2008, scala 1:25000, base dati georeferenziata di tipo vettoriale contenente raggruppamenti omogenei di dati riferiti alle varie tipologie di uso del suolo. Il database è articolato in 83 categorie su quattro livelli, i primi tre derivati da Corine Land Cover ed il quarto tarato sulle peculiarità regionali. - La mappa dei suoli della regione Emilia-Romagna, scala 1:50000, che fornisce le informazioni relative ai tipi di suolo secondo la Legenda FAO e la Soil Taxonomy. Il data base è strutturato su tre livelli: delineazioni pedologiche, unità cartografiche e unità tipologiche di suolo (UTS). L intersezione di queste mappe definisce delle aree omogenee che costituiscono la base per le elaborazioni. Questa intersezione è ottenuta con interrogazioni SQL che utilizzano algoritmi di calcolo derivanti dalla teoria degli insiemi. Le eq. (1), (2) e (3) indicano rispettivamente l insieme delle aree definite dai confini

3 Analisi delle potenzialità energetiche delle biomasse vegetali: un modello territoriale per la filiera biogas comunali, dall uso del suolo e dalle caratteristiche pedologiche del suolo: (1) (2) Ogni area omogenea è ottenuta tramite l intersezione descritta dall eq. (4): e l insieme di tutte le aree omogenee è rappresentato dall eq. (5): (3) (4) La figura 1 rappresenta la mappa delle aree omogenee così ottenute per i terreni di pianura della Regione Emilia Romagna. (5) Figura 1. Mappa delle aree omogenee ottenute dall intersezione delle mappe dei confini comunali, dell uso del suolo e delle caratteristiche pedologiche del suolo. 2.2 Ipotesi impiantistiche e area di applicazione Si considera di operare nell ambito di una filiera per la produzione di biogas, con impianti ad alimentazione mista, insilato di mais/reflui zootecnici, per cui la simulazione colturale viene fatta per una coltivazione di mais, ipotizzando due itinerari

4 C. Caprara, R. Martelli colturali, uno tradizionale o ad alto input e uno a basso input energetico (intervenendo su alcune operazioni come le lavorazioni del terreno e la concimazione). La localizzazione degli impianti è ipotizzata nei territori delle provincie di Parma e Reggio Emilia, caratterizzati da una presenza importante di allevamenti zootecnici.. Le caratteristiche dell impianto che si considera sono schematizzate in Tabella 1. Impianto Biogas Potenza 800 kw Alimentazione Insilato di mais + reflui zootecnici Insilato di mais / Reflui 20 % zootecnici Fabbisogno stimato insilato di t/a mais Superficie stimata ha Tabella 1. Caratteristiche dell impianto ipotizzato per la produzione di biogas. 2.3 Calcolo dei bilanci energetici Il calcolo dei bilanci energetici viene fatto secondo le classiche equazioni: (6) dove E E = Efficienza Energetica, E N = Energia Netta (o Guadagno Energetico Netto). Nei costi energetici (E Inp ) sono compresi gli input diretti (gasolio utilizzato per le macchine agricole) e quelli indiretti (energia spesa nella fabbricazione dei mezzi di produzione: macchine, seme, fertilizzanti, diserbanti) (7) 3 RISULTATI Sovrapponendo alla mappa delle aree omogenee una griglia ottenuta con le dimensioni aziendali medie comunali si è ottenuta una rappresentazione, su base provinciale, delle aziende potenzialmente disponibili per un ipotesi di filiera,. Sulla base delle caratteristiche dell impianto descritte in precedenza, nel territorio individuato (provincie di Parma e Reggio Emilia) è stata effettuata una simulazione osservando i seguenti passaggi metodologici: - individuazione del sito di localizzazione dell impianto in relazione a criteri geografici e alla presenza di insediamenti produttivi. - delimitazione dell area di interesse tramite un cerchio centrato sull impianto (raggio 8 km) - All interno dell area individuata si considerano diverse ipotesi di bacini di approvvigionamento di biomassa vegetale (insilato di mais). - Ogni bacino ipotizzato è tale da produrre tonnellate di biomassa (circa 240

5 Analisi delle potenzialità energetiche delle biomasse vegetali: un modello territoriale per la filiera biogas ha) considerando una rotazione triennale. La figura 2 rappresenta l area scelta per la simulazione di filiera e la localizzazione ed il dimensionamento dei bacini di approvvigionamento. Figura 2. Rappresentazione su base provinciale delle aziende e localizzazione dell impianto. Figura 3. Mappa di efficienza energetica per l itinerario colturale ad alto input.

6 C. Caprara, R. Martelli Figura 3. Mappa di efficienza energetica per l itinerario colturale a basso input. Le figure 3 e 4 mostrano due ipotesi di localizzazione di bacini delimitati da cerchi gialli, per i due itinerari colturali scelti (tradizionale ad alto input e basso input). Si possono osservare differenze nelle dimensioni dei bacini, in relazione alla variabilità dell efficienza energetica, che dipende dalle diverse caratteristiche pedologiche delle aree considerate. 4 CONCLUSIONI Il lavoro evidenzia la versatilità del modello territoriale implementato, che permette l analisi di contesti caratterizzati da diversi livelli informativi. In particolare, l efficienza energetica della fase agricola aumenta quando si riducono gli input energetici del processo produttivo agricolo, per cui la distribuzione territoriale dell efficienza energetica rispecchia il pattern pedologico: i valori energetici sono quindi legati alla localizzazione aziendale e differiscono in base alle aree di approvvigionamento. L analisi può fornire informazioni alle autorità decisionali per la programmazione della gestione delle aree agricole e informazioni relative alle scelte industriali in termini di localizzazione e dimensionamento degli impianti. BIBLIOGRAFIA Regione Emilia Romagna, Secondo Piano Triennale di Attuazione del Piano Energetico Regionale , 2011a, accessibile da: Regione Emilia Romagna, Archivio cartografico, 2011b, accessibile da: [Accessed June, 1, 2011].