Biomasse residuali nella filiera vitivinicola: quali opportunità per le aziende

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1 Biomasse residuali nella filiera vitivinicola: quali opportunità per le aziende Vito Pignatelli, Vincenzo Alfano ENEA, Unità Tecnica Fonti Rinnovabili Seminario Biomasse residuali nella filiera vitivinicola: quali opportunità per le aziende FIDAF - Federazione Italiana Dottori in Agraria e Forestali Roma, 4 luglio 2012

2 La Direttiva CE n. 28/2009 (23 aprile 2009) sulla promozione delle fonti rinnovabili Obiettivi da raggiungere per il 2020: Ridurre le emissioni di CO 2 del 20% rispetto ai livelli del 1990 Incrementare del 20% l efficienza negli usi finali dell energia rispetto ai livelli attuali (Comunicazione CE del Piano d azione per l efficienza energetica: concretizzare le potenzialità ) Promuovere le energie rinnovabili con un obiettivo vincolante del 20% sul totale dei consumi energetici della UE, con valori diversi per i diversi paesi (per l Italia il 17%) e del 10%, per ciascun paese membro, dei consumi nel settore dei trasporti terrestri Stabilire uno stretto collegamento tra lo sviluppo della produzione di energia da FER e l aumento dell efficienza energetica Direttiva recepita dall Italia con il Decreto Legislativo n. 28 del 3 marzo

3 Domanda di energia primaria per fonte in Italia (2010) Fonti rinnovabili 12,17% Elettricità importata 5,17% Combustibili solidi 7,96% Idrocarburi liquidi 38,46% Gas naturale 36,24% Consumo interno lordo di energia primaria: 187,8 Mtep (180,3 Mtep nel 2009) Fonte: Ministero dello Sviluppo Economico - Bilancio Energetico Nazionale 2010, dicembre

4 Importanza della bioenergia nella crescita complessiva delle FER in Italia La bioenergia è un fonte rinnovabile continua e programmabile, che può contare su una pluralità di materie prime (biomasse residuali e/o da colture dedicate) e sulla disponibilità di tecnologie mature e affidabili: - calore da biomasse solide - elettricità da biomasse, biogas e bioliquidi - biocarburanti da colture dedicate 4

5 Produzione di elettricità da fonti rinnovabili in Italia nel 2010 (%) 3,3 % della produzione totale Solare 2,48% Bioenergia (*) 12,27% (*) i valori si riferiscono a biomasse, rifiuti solidi urbani (50% frazione biodegradabile), biogas e bioliquidi Eolica 11,86% Produzione netta totale di elettricità nel 2010: 286,3 TWh Geotermica 6,98% Idroelettrica 66,42% Fonte: GSE, Rapporto Statistico Impianti a fonti rinnovabili,

6 Importanza della bioenergia nella crescita complessiva delle FER in Italia La bioenergia è un fonte rinnovabile con previsioni di sviluppo importanti in termini assoluti e relativi: : ktep - 28% totale produzione energia da FER in Italia (previsioni PAN): 19% elettricità ( GWh), 54% calore e raffrescamento (5.670 ktep), 87% trasporti (2.530 ktep) sulla produzione totale di energia da FER 6

7 Produzione di energia da fonti rinnovabili in Italia prevista per il 2020 (%) Solare 11% Bioenergia 19% Idroelettrica 43% Pompe di calore 28% Elettricità Geotermica 3% Eolica 20% Geotermica 7% Bioenergia 54% Calore e raffrescamento Solare 15% Trasporti Elettricità da FER 13% Consumi finali di energia previsti per il 2020: 133,04 Mtep (138,6 Mtep nel 2010) Bioenergia 87% Elaborazione su dati MiSE Piano di Azione Nazionale per le Energie Rinnovabili, giugno 2010

8 Quando conviene la bioenergia? Costi elevati di raccolta, trasporto e stoccaggio conseguenti alla limitata densità energetica e/o al contenuto di umidità Convenienza economica reale solo se la biomassa è già concentrata presso il sito di conversione energetica Valore aggiunto per il risparmio sui costi di smaltimento di reflui, scarti e residui di lavorazione Vinacce esauste presso la Distilleria Bonollo di Anagni (FR) 8

9 Residui della filiera vitivinicola: vigna e cantina Viti Potatura Sarmenti Raccolta Vino (74%) Uva (100%) Pigiatura con diraspatura Polpe bucce e vinaccioli Torchio Mosto Fermentazione Raspi (3%) Vinacce vergini (13%) Mosto concentrato Fecce (4%) Reflui di lavaggio In distilleria

10 Residui della filiera vitivinicola: distilleria Dalla cantina Scarto (2%) Raspi (3%) Distillazione Vinacce vergini (13%) Tartrati Fecce (4%) Grappa Reflui di lavaggio Vinacce esauste (4-5%) Vinellatura Borlande Digestione anaerobica Combustione (Separazione buccette / vinaccioli) Essiccazione Vinello Distillazione Alcooli Bioetanolo Farine / panelli Estrazione vinaccioli Olio di vinaccioli (grezzo o raffinato) 10

11 I residui in campo Sarmenti (umidità 50%) + Espianti (umidità 40%) Esiste una correlazione sperimentale lineare tra resa (t/ha) di uva e quantità di sarmenti da potatura (t/ha): Quantità sarmenti (t/ha anno) = 0,113 * Resa uva + 2 Con una frequenza di espianto pari a 25 anni si ottengono 20 t/ha di biomassa da espianto Legna da espianto (t/ha anno) = 20 t/ha * 1/25 Da 100 ha di vigneto, con una resa di 10 t/ha, si producono annualmente circa 200 t di biomassa in sostanza secca (157 t di sarmenti e 48 t di legna da espianto) L ENEA ha stimato per il Lazio, nel 2007, una disponibilità lorda di residui pari a circa t/a ss ( t sarmenti) Considerando gli utilizzi attuali (5% sarmenti, 90% espianti) il potenziale netto è pari a t ( t sarmenti) 11

12 I residui in cantina Raspi + Vinacce vergini In media, dalla spremitura dell uva si ottiene all incirca vino per il 74%, vinacce vergini per il 13%, raspi per il 3% e altri scarti. Circa i 2/3 dei raspi vengono scartati, mentre il restante 33% è destinato alla distillazione Per quanto riguarda la percentuale di vinacce vergini, solo il 2% può essere immediatamente recuperato, mentre il restante 11% è destinato alla distillazione Una recente stima ITABIA, realizzata nell ambito del Progetto Biomasse ENAMA, ha rilevato in Italia una disponibilità su base annua di circa t di vinacce vergini e t di raspi di uva utilizzabili per la produzione di energia 12

13 I residui in distilleria Borlande + Vinacce esauste Circa il 42% della vinaccia vergine inviata alla distillazione diviene vinaccia esausta dopo la fase di vinellatura La distillazione del vinello di vinaccia produce all incirca il 44% di alcooli e il 14% di borlande rispetto alla vinaccia vergine di partenza La stima realizzata da ITABIA nell ambito del Progetto Biomasse ENAMA ha rilevato in Italia una disponibilità su base annua di circa t di vinacce esauste 13

14 Possibili usi energetici dei residui e sottoprodotti della filiera vitivinicola Calore Sarmenti di vite Combustione Elettricità Vinacce Raspi Pretrattamento Fermentazione Etanolo Borlande Digestione anaerobica Biogas 14

15 Riferimenti legislativi Il DM n. 5396/2008, in attuazione dei Regolamenti (CE) n. 479/2008 e (CE) n. 555/2008, definisce le modalità di applicazione della misura relativa alla distillazione dei sottoprodotti della vinificazione Con il successivo DM 7407/2010 è stato modificato l art. 5 (Ritiro sotto controllo) del precedente, così da cambiare le regole sull utilizzo dei sottoprodotti della vinificazione alternativo alla distillazione, purché svolto sotto controllo Gli impieghi alternativi dei sottoprodotti della vinificazione, così come più generalmente quelli di tutti i sottoprodotti organici, ricadono nella normativa del Testo Unico Ambientale D.Lgs. 152/2006 (art. 183 e 184-bis), per cui le vinacce esauste costituiscono sottoprodotto se sono originate direttamente da un processo di produzione (la vinificazione e la distillazione) il cui scopo primario non sia la loro produzione, che siano riutilizzate senza subire trattamenti anomali, ma solo trattamenti di tipo meccanico-fisico, compreso il lavaggio con acqua o l essiccazione, e che, infine, siano utilizzate nel corso dello stesso o di un successivo processo di produzione o di utilizzazione da parte del produttore o di terzi senza portare a impatti complessivi negativi sull ambiente o la salute umana Fonte: Marcello Ortenzi, ITABIA - Gli impieghi alternativi dei residui di vinificazione. VQ - Vite, Vino & Qualità, giugno

16 Riferimenti legislativi Il testo in via di approvazione del nuovo Decreto Ministeriale sugli incentivi alla produzione di elettricità da fonti rinnovabili definisce come "sottoprodotti utilizzabili negli impianti a biomasse e biogas ai fini dell accesso ai meccanismi incentivanti di cui al presente decreto" (Tabella 1.A): Fra i "sottoprodotti provenienti da attività agricola, di allevamento, della gestione del verde e da attività forestale": residui di campo delle aziende agricole; sottoprodotti derivati dall espianto; Fra i "sottoprodotti provenienti da attività alimentari ed agroindustriali": sottoprodotti della trasformazione dell uva (vinacce, graspi, ecc.); 16

17 Produzione di elettricità e calore da potature e sottoprodotti dell industria vitivinicola Sarmenti di vite Combustione Calore Elettricità Vinacce Raspi Foto tratte da: L uso energetico dei sarmenti di vite. Veneto Agricoltura - AIEL,

18 Riscaldamento con potature di vigneto (Agriturismo Calronche, Treviso) Caratteristiche dell impianto di riscaldamento Caldaia a cippato a griglia mobile della potenza nominale di 180 kw Energia termica erogata: 200 MWh/anno Consumo medio di combustibile: 90 t/anno Silo interrato con un volume utile di 75 m 3 per lo stoccaggio del cippato Accumulatore termico di litri L impianto riscalda una volumetria complessiva di circa m 3 Minirete di teleriscaldamento di circa 100 m con tre sottostazioni Caratteristiche e provenienza del cippato di vite Potature di vite proveniente da 14h di vigneto aziendale e vigneti limitrofi I tralci di vite sono raccolti con una macchina trincia-raccoglitrice con una capacità operativa di circa 1ha/ora o 2 t/ora di sostanza fresca Contenuto idrico del cippato 30%, potere calorifico 3,4 MWh/t 18

19 Riscaldamento con potature di vigneto (Agriturismo Calronche, Treviso) 19

20 Cogenerazione di elettricità e calore da vinacce esauste (Distilleria Villapana spa, Faenza) Vinacce esauste residuo della distillazione (40-60% umidità) 5 t/h Vapore surriscaldato 13 t/h Centrale termica a biomasse da 11,7 MW termici Sistema di combustione a griglia mobile ottimizzato per la combustione di vinacce Produzione di vapore surriscaldato per alimentazione turbina 1,3 MWh elettrici 7 MWh termici come vapore saturo di processo per la distilleria Rendimento globale: 70,5% Turbina a vapore in contropressione 20

21 Produzione di biogas da sottoprodotti e residui dell industria vitivinicola Vinacce Raspi Impianto per la produzione di biogas presso la distilleria Cades Penedes S.A., Spagna Borlande Digestione anaerobica Biogas 21

22 Rese di conversione in metano di diverse tipologie di substrato (test di biometanazione) Substrato Sostanza organica (% SV sul tal quale) Resa in CH 4 Nm 3 /t sostanza organica (SV) Resa in CH 4 Nm 3 /t tal quale % di CH 4 nel biogas Letame bovino 22, ,0 50 Paglia di riso 35, ,2 55 Grasso bovino 86, ,5 65 Vinacce d uva con raspi 26, ,7 57 Crusca di frumento tenero 84, ,0 51 Crusca di frumento duro 84, ,0 54 Insilato di mais 41, ,5 55 Barbabietole 29, ,0 52 Fonte: Danieli e Aldrovandi,

23 Produzione di energia, biogas e biocarburanti da scarti vitivinicoli. Distilleria Caviro, Faenza Caratteristiche della centrale termoelettrica 4 caldaie a biocombustibili solidi (vinacce esauste e sovvallo dell impianto di compostaggio e i residui delle potature agricole e del verde pubblico), biogas e metano 2 turboalternatori della potenza complessiva di 3,2 MWe Caratteristiche dell impianto di biogas Impianto di depurazione anaerobico - aerobico borlande e reflui (capacità 1,1 milioni di abitanti equivalenti) Quattro digestori da m 3 ciascuno Biogas prodotto: m 3 / anno Due cogeneratori da 1 MWe ciascuno Produzione di bioetanolo Capacità produttiva di litri/giorno a partire da alcool grezzo e vinello 23

24 L importanza della co-digestione Solo effluenti zootecnici 33% Distribuzione % degli impianti di biogas nei settori agro-zootecnico ed agroindustriale in Italia secondo l alimentazione (marzo 2010) Effluenti zootecnici + sottoprodotti agroindustriali + colture energetiche 51% Substrati non specificati 8% sottoprodotti agroindustriali + colture energetiche 8% Fonte: CRPA,

25 Test di digestione anaerobica. Impianto pilota (6 m 3 ) presso la distilleria Caviro Caratteristiche analitiche Borlanda di vino Vinaccia esausta Fango flottato da lavorazione e lavaggio uova ph 3,54 3,7 6,14 Solidi totali - ST [g/kg] 18,22 353,35 68,58 Solidi volatili - SV [g/kg] 14,94 337,82 54,84 Azoto totale [mg/kg] Miscela 75% Borlanda/25% Fango (rapporto SV 58:42) 90% Borlanda/10% Vinaccia (rapporto SV 28:72) Cov [kg SV/m 3 *g] Resa in biogas [Nm 3 /kg SV] Percentuale CH 4 nel biogas [%] 1,7 0,71 64,9 3,1 0,28 67,6 Fonte: Co-digestione anaerobica di scarti agro-industriali in un reattore pilota industriale, CRPA, Atti Ecomondo

26 Test di digestione anaerobica. Impianto pilota (6 m 3 ) presso la distilleria Caviro Le rese in biogas ottenute con la miscela borlanda - fango (0,71 Nm 3 / Kg SV) sono molto interessanti La resa in biogas ottenuta con la miscela borlanda - vinaccia esausta (0,28 Nm 3 / Kg SV) risulta identica a quella rilevata con la sola borlanda di vino nella fase di avvio, nonostante la quantità di solidi volatili in ingresso sia più che raddoppiata Questo può essere imputato alla scarsa digeribilità dei solidi volatili presenti nelle vinacce esauste per la presenza di lignina 26

27 Il mercato dei biocarburanti in Italia Gasolio (incluso biodiesel) Biodiesel Benzina (incluso etanolo / ETBE) Etanolo / ETBE (47% etanolo) A - Totale carburanti fossili B - Totale biocarburanti B/A (% in valore energetico) 3,47 4,8 Quota obbligatoria FER nei trasporti (% in valore energetico) 3 3,5 Quota obbligatoria FER per il 2012: 4,5% Fonte: Ministero dello Sviluppo Economico,

28 Capacità produttiva e produzione di bioetanolo in Italia. Anni t Capacità produttiva Produzione Elaborazione ENEA su dati Assocostieri - Unione Produttori Biocarburanti, 2011 e

29 Capacità produttiva e produzione di bioetanolo in Italia. Anni t Capacità produttiva Produzione Il bioetanolo in Italia nel 2010 Numero di impianti 2 Capacità produttiva (t/anno) - Caviro Distillerie srl, Faenza (RA) - I.M.A. srl, Partinico (PA) Totale Produzione (t) Utilizzo capacità produttiva 22 % Consumi totali (t) Importazioni (t) Import sui consumi totali 80,8 % Elaborazione ENEA su dati Assocostieri - Unione Produttori Biocarburanti, 2011 e

30 Consumi di biocarburanti previsti in Italia per il 2020 Consumi lordi FER (Ktep) Consumi lordi (kton) Capacità produttiva al 2010 (kton/anno) Bioetanolo / bio-etbe - di cui di II generazione - di cui importati di cui da colture dedicate Biodiesel - di cui di II generazione - di cui importati di cui da colture dedicate I consumi previsti per il 2020 corrispondono, per i soli biocarburanti liquidi, ad una produzione annua pari a circa t di biocarburanti liquidi da materie prime agricole 30

31 Il futuro dei biocarburanti: la sfida della sostenibilità Biocarburanti - Riduzione minima emissioni GHG All entrata in vigore della Direttiva (*) 2017 Nuovi impianti entrati in funzione dopo il 1 gennaio 2017 (**) 35% 50% 60% (*) dal 1 aprile 2013 per impianti in attività il 23 gennaio 2008 (**) dal 1 gennaio 2018 Biocarburanti e bioliquidi non devono essere prodotti su terreni ad alto livello di biodiversità. Nel calcolo delle emissioni di gas ad effetto serra (GHG) saranno considerate anche le emissioni causate dal cambiamento dell uso del suolo Fonte: Direttiva 2009/28/CE 31

32 Produzione di etanolo di seconda generazione da residui e sottoprodotti vitivinicoli L ENEA coordina il Progetto di Filiera BIOSEGEN, finanziato dal MiPAAF, con l obiettivo di verificare la fattibilità di alcune filiere locali per la produzione di biocarburanti di seconda generazione a partire da specifiche colture o biomasse residuali lignocellulosiche Tra le linea di ricerca si evidenziano quelle finalizzate alla: Valutazione della disponibilità e della suscettibilità alla trasformazione in bioetanolo dei sarmenti di vite originati dalla potatura dei vigneti e dei sottoprodotti (raspi, vinacce e vinaccioli esausti) ricchi in cellulosa dell industria vinicola Valutazione della produttività e dell adattabilità alla coltivazione su terreni marginali di portainnesti di vite ad elevata produzione di biomasse e della suscettibilità di tali biomasse alla conversione in biocarburanti Sarmenti di vite Vinacce Raspi Pretrattamento Fermentazione Etanolo 32

33 Le attività dell ITABIA per la valorizzazione delle biomasse nella filiera vitivinicola L ITABIA - Italian Biomass Association ( ha costituito al suo interno nel 2011 la Sezione SEBIVES (Sezione Energia e Fuel da Biomasse Vitivinicole e Colture Sostenibili) allo scopo di promuovere la collaborazione, avviare iniziative comuni e favorire la diffusione di esperienze di successo fra gli operatori del settore La Sezione SEBIVES comprende attualmente 13 soci ITABIA fra: Produttori di biomasse (Aziende agricole e Vinicole) Utilizzatori di biomasse (Aziende del settore produttrici di energia da biomasse) Trasformatori di biomasse (Distillerie) Società di engineering e produttori di impianti Società di consulenza, Enti e Associazioni 33

34 Grazie per l attenzione Dr. Vito Pignatelli ENEA - Unità Tecnica Fonti Rinnovabili Coordinamento Tecnologie Biomasse e Bioenergie C.R. Casaccia Via Anguillarese, S.M. di Galeria, Roma Tel Fax vito.pignatelli@enea.it Via Venafro, ROMA Tel Fax itabia@mclink.it 34