Impatto ambientale degli impianti a biogas. Valerio Paolini Consiglio Nazionale delle Ricerche Istituto sull Inquinamento Atmosferico

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Cristoforo Corti
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1 Impatto ambientale degli impianti a biogas Consiglio Nazionale delle Ricerche Istituto sull Inquinamento Atmosferico

2 IMPATTO AMBIENTALE DEGLI IMPIANTI A BIOGAS Vantaggi del biogas: Alternativo ai combustibili fossili Alto potenziale energetico Valorizzazione energetica di reflui agrozootecnici e rifiuti municipali Alternativa alla combustione Digestato come sottoprodotto Facilmente scalabile Possibile upgrading a biometano Una valutazione accurata e completa dell impatto ambientale di questo processo rimane di importanza prioritaria.

3 ANIDRIDE CARBONICA EMESSA Emissioni da combustione ed emissioni diffuse: Prodotto primario della combustione del metano (47 Kg/GJ, US EPA/600/R ) Emissioni diffuse: trasporto, stoccaggio, digestato. In entrambi i casi, le emissioni si considerano biogeniche, e sono contabilizzate come neutre in termini di impatto sui cambiamenti climatici (il carbonio biosequestrato è considerato come contributo negativo). Considerando il possibile uso alternativo ai combustibili fossili, viene dimostrato come l impatto globale sui cambiamenti climatici porti a una diminuzione dell effetto serra antropogenico.

4 BILANCIO ANIDRIDE CARBONICA Environmental impacts of biogas deployment (Poeschl et al., J Clean Prod, 2012)

5 METANO EMESSO Il metano è un gas serra 24 volte più potente dell anidride carbonica Le emissioni di metano sono la seconda componente dell effetto serra antropogenico Nella valutazione dell effetto sul clima legato alla produzione del biogas, le emissioni di metano sono particolarmente critiche Emissioni da combustione (combustione incompleta) Emissioni diffuse: trasporto, stoccaggio, digestato. Attenzione: ai valori di metano emessi, bisogna sottrarre le emissioni biogeniche attribuibili al mancato utilizzo della biomassa.

6 BILANCIO METANO Environmental impacts of biogas deployment (Poeschl et al., J Clean Prod, 2012)

7 MONOSSIDO DI CARBONIO Prodotto da combustione incompleta Valore medio in troposfera: 0,1-0,2 ppm Contributo antropico: 6% Emissioni rapportate al metano introdotto (EPA/600/R ): Flaring: 0,74 g CO / Nm 3 CH 4 CHP: 8,46 g CO / Nm 3 CH 4 Emissioni rapportate alla produzione energetica: mg CO /MJ (Kristensen, DCE Report 2001)

8 OSSIDI DI ZOLFO Valore medio SO 2 in troposfera 0,2 ppb Origine naturale 20 Tg/y (Vulcani, incendi, processi biologici) Origine antropica 150 Tg/y (Combustione di materiali contenenti zolfo, desolforazione, produzione di acido solforico) Le emissioni di SO 2 da impianti a biogas dipendono essenzialmente dal grado di desolforazione del biogas in ingresso all unità CHP. CHP biogas: 19,2 mg/mj (Kristensen, DCE Report 2001) Emissioni di SO x rapportate ad SO 2 per tonnellate in ingresso (NSCA 2002): Flaring: 80 g SO 2 / Nm 3 CH 4 CHP: 100 g SO 2 / Nm 3 CH 4

9 OSSIDI DI AZOTO (NO E NO 2 ) Valore medio NO x in troposfera 0,5-4 ppb Precursori di deposizioni acide, particolato fine secondario, smog fotochimico Origine naturale 100 Tg/y (fulmini, vulcani, incendi, proc. biologici) Origine antropica 100 Tg/y (autoveicoli, combustione ad alta temperatura, produzione di fertilizzanti, esplosivi e acido nitrico) Emissioni CHP biogas (Kristensen, DCE Report 2001): mg/mj Emissioni rapportate al metano introdotto (EPA/600/R ): Flaring: 0,63 g NO x / Nm 3 CH 4 CHP: 11,6 g NO x / Nm 3 CH 4

10 CARBONIO ORGANICO TOTALE Il punto cruciale della discussione è l inclusione o meno del metano nella misurazione. I seguenti dati sono relativi ai composti organici non metanici. Per la trattazione delle emissioni di metano si rimanda alle slide precedenti. Rimozione NMVOC (EPA/600/R ): Flaring: 99,23 % CHP: 97,15 % Emissioni NMVOC da CHP biogas (Kristensen, DCE Report 2001): mg/mj Formaldeide Emissioni CHP (Kristensen, DCE Report 2001): 0,22-37,22 µg/mj.

11 POLVERI EMESSE Destino ambientale e impatti sulla salute dipendono dal diametro aereodinamico Potenziale veicolo di IPA, PCDD, metalli pesanti e allergeni Emissione primaria di PM da impianti CHP a biogas (EPA/600/R ): Flaring: 0,234 g / Nm 3 CH 4 CHP: 0,232 g / Nm 3 CH 4 Per un analisi completa dell impatto ambientale degli impianti a biogas occorre considerare l intera filiera.

12 PARTICOLATO SECONDARIO Boulamanti et al., Biomass & Bioenergy 2013

13 STOCCAGGIO Boulamanti et al., Biomass & Bioenergy 2013

14 GESTIONE DEL DIGESTATO Azoto (91/677/CEE) Microinquianti (Govasmark, Waste Manag. 2011; Suominen, Sci. Tot. Environ. 2014) Emissioni di gas climalteranti Emissioni climalteranti del digestato: accanto all eventuale emissione di metano, il parametro più significativo è il protossido di azoto (N 2 O). Ammoniaca: Contributo al PM secondario Carico di azoto su terreno/falde Poco presente tra i prodotti di combustione

15 GESTIONE DEL DIGESTATO Amon et al., Agr Ecosyst Environ 2006

16 PROTOSSIDO DI AZOTO (N 2 O) Potere climalterante 298 volte maggiore della CO 2. Emissioni di N 2 O (ng/g seccohi ) riportata per giorni di incubazione. Johansen, Applied Soil Ecol Odlare, Biomass & Bioenergy 2012

17 UPGRADING A BIOMETANO Versatilità ( = maggiore impiego) Minori emisioni di microinquinanti Per l impatto sui cambiamenti climatici, la possibilità di sequestrare la CO 2 è fattore più importante. Pertl et al., Waste Manag. 2010

18 BIOMETANO NEI VEICOLI Beylot et al., Waste Manag. 2013

19 IMMISSIONE NELLA RETE NAZIONALE Necessità di misure più approfondite sulla qualità dell aria indoor Rispetto alla combustione domestica della legna, riduzione di PM e CO. IAQ: andamento orario in un abitazione con riscaldamento a legna Semple et al., Biomass &Bioenergies 2014.

20 CONCLUSIONI Cambiamenti climatici: Nel complesso, riduzione GHG in atmosfera Emissioni diffuse di metano Ruolo del protossido di azoto Sequestro della CO 2 nell upgrading Qualità dell aria: Riduzione di CO e PM primario Emissioni diffuse di ammoniaca e PM secondario Componente metanica nel carbonio organico totale Uso nei veicoli e immissione in rete

21 Grazie dell attenzione

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