Comune di Gattatico Energie rinnovabili in campo agricolo

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1 Comune di Gattatico Energie rinnovabili in campo agricolo Impianti biogas da effluenti zootecnici: esperienze realizzate in Italia Sergio Piccinini C.R.P.A. S.p.A. - Reggio Emilia Centro Ricerche Produzioni Animali Praticello di Gattatico (RE) 16 febbraio 2009

2 Schema della Digestione Anaerobica

3 La digestione anaerobica e la digestione del bovino

4 Biomasse e scarti organici avviabili a DA e loro resa in Biogas (m3 per ton di solidi volatili)

5 Rese in biogas per suini e bovini Dal liquame prodotto da un suino da ingrasso del peso vivo medio di 85 kg Si possono ottenere 37 m3 di biogas/anno Dal liquame prodotto da una vacca da latte del peso vivo medio di 500 kg Si possono ottenere 274 m3 di biogas/anno

6 La diffusione in Europa Oltre 400 impianti di biogas per il trattamento delle acque reflue industriali ad alto carico organico. Circa 450 impianti operativi nel recupero di biogas dalle discariche per rifiuti urbani. Oltre 1600 digestori operativi nella stabilizzazione dei fanghi di depurazione. Oltre 4000 impianti operanti su effluenti zootecnici in particolare in Germania (oltre 3500), Austria, Italia, Danimarca, Svizzera e Svezia.

7 La Germania E il Paese europeo nel quale la digestione anaerobica ha avuto il maggior impulso Nel 2007, 3700 impianti operativi con una potenza elettrica installata di circa 1270 MW. Più di 450 SME e addetti. Oltre l 80% degli impianti di biogas operano in codigestione (liquami zootecnici + colture energetiche + scarti organici). Nuova incentivazione del Governo tedesco (dal 2009), che ha fissato un prezzo per l energia elettrica da biogas fino a 27,67 centesimi di euro/kwh per 20 anni. Incentivato anche il biometano: obiettivo sostiture il 10% del gas naturale entro il 2030.

8 Trend impianti biogas in Germania

9 Biogas in Italia EurObserv ER stima per l Italia una produzione di biogas nel 2007 di 406,2 ktep (circa 4,7 TWh) GSE per il 2007 riporta una produzione lorda di EE da biogas di 1,45 TWh Oltre l 80% di questa produzione è dovuta al recupero di biogas dalle discariche per RU La richiesta di EE dell Italia nel 2007 è stata di 339,9 TWh

10 Impianti di Biogas su effluenti zootecnici, scarti agricoli e agroindustriali e colture energetiche (2008) Censimento impianti biogas CRPA ha identificato 197 impianti, di cui 51 sono in costruzione. Il 50% opera in co-digestione di effluenti zootecnici con colture energetiche (mais, sorgo ) e residui dell agroindustria; Quasi tutti gli impianti sono localizzati nelle regioni del nord Italia

11 Impianti di Biogas su effluenti zootecnici, scarti agricoli e agroindustriali e colture energetiche Censimento impianti biogas (2008) impianti (51 in costruzione)

12 Impianti di Biogas su effluenti zootecnici, scarti agricoli e agroindustriali e colture energetiche (2008) Censimento impianti biogas Tipologia di substrato trattato Solo liquame suino Solo liquame bovino Liquame suino + bovino Liquame bovino e/o suino e/o pollina + scarti organici + colture energetiche Liquame bovino e/o suino e/o pollina + colture energetiche Colture energetiche e scarti organici Pollina+ scarti organici e/o colture energetiche Dato non disponibile Totale Impianti (n.)

13 esempi Impianto semplificato Impianto semplificato senza riscaldamento in allevamento suinicolo annesso a caseificio grana

14 esempi Allevamento suino (PR) Allevamento suino t pv Reattori plug-flow senza miscelazione Cogeneratore da 50 kwe

15 esempi Parametri produttivi medi impianto biogas nel periodo Ottobre 1994 Giugno 2001 Allevamento suino (PR)

16 esempi Allevamento suino (PC) Peso vivo mediamente presente t Liquame: m3/g Sostanza secca: 3,3-7,0% Digestori: 2 x 1370 m3 HRT: 21 giorni Temperatura: C CHP: 2 x 90 kw kw COV: 1 kgsv/m3/gg Costo investimento: (5.550 /kwe)

17 Peso vivo mediamente presente (2008) Peso vivo mediamente presente [t] /12 31/12 31/1 1/3 1/4 1/5 1/6 1/7 1/8 31/8 1/10 31/10 1/12 31/12

18 Produzione elettrica (2008) Potenza elettrica media prodotta [kw] dic-07 gen-08 feb-08 mar-08 apr-08 mag-08 giu-08 lug-08 ago-08 set-08 ott-08

19 Potenza elettrica prodotta [kw] Produzione elettrica (2008) Peso vivo mediamente presente [t]

20 Riepilogo parametri caratteristici (2008) Numero totale di animali n Carico organico da liquame tsv/mese 85,5 Potenza elettrica effettiva kw 116 kw/tpv presente 0,105 Produzione di biogas m3/mese Produzione di energia elettrica Autoconsumi ausiliari kwh/mese % della produzione 4,3 Autoconsumi digestore % della produzione 15,4 Contenuto metano % Resa specifica Nm3biogas/kgSV 0,423 Produzione volumetrica Nm3biogas/m3/giorno 0,433 67

21 esempi Allevamento bovini da latte (BO) 110 capi produttivi Liquame: 11,5 m3/g Biomasse: 37,5 t/g Digestori: 2 x m3 HRT: 60 giorni Temperatura: C CHP: kw COV: 2,5 kgsv/m3/gg Costo investimento: (3.380 /kwe)

22 I substrati utilizzati Cipolle Patate Polpe barbabietola Solidi totali (g/kg) Solidi volatili (g/kg) Azoto totale (%ST) Patate (96%ST) 1,59 Polpe barbabietola (88%ST) 1,99 Cipolla (90%ST) 2,17 Silomais (94%ST) 1,46 Liquame (79%ST) 4,4 Silomais Liquame

23 esempi Biomasse trattate: carico organico 3159 t SV/anno (% SV da ogni biomassa) Colture energetiche 23.6% Liquame bovino 9.4% Residui agroindustriali 67.0% Residui agroindustriali Colture energ. Liquame bovino

24 esempi Allevamento bovini da latte (BO) Produzione mensile di EE nel [kwh/mese] gen-07 feb-07 mar-07 apr-07 mag-07 giu-07 lug-07 ago-07 set-07 ott-07 nov-07 dic-07

25 Riepilogo parametri caratteristici (2007) Carico organico da liquame tsv/mese 25 Carico organico da biomasse e sottoprodotti tsv/mese 238 Potenza elettrica effettiva Produzione di biogas kw m3biogas/mese Autoconsumi ausiliari Autoconsumi digestore % della produzione % della produzione Contenuto metano Resa specifica % Nm3biogas/kgSV 53 0,454 Produzione volumetrica Nm3biogas/m3/g 1, ,0 5,5

26 Riepilogo di confronto Solo liquame suino Liquame bovino + sottoprodotti Carico organico kgsv/m3/giorno volumetrico 1,0 2,5 Produzione volumetrica Nm3/m3/giorno 0,45 1,33 Resa in biogas Nm3/kgSV 0,423 0,454 Resa in metano Nm3/kgSV 0,283 0,240 0,99 0,80 Resa in EE e kwh /kg SV

27 Biogas in Italia (2008) CATEGORIE IMPIANTI BIOGAS Effluenti zootecnici + scarti organici + colture energetiche Fanghi di depurazione civile - 10 FORSU - 30 Reflui agro-industriali IMPIANTI Recupero biogas da discariche RU: 141 impianti 210 MWe installati (dati GSE al 30/06/2008)

28 Potenzialità biogas in Italia circa 25 TWh/anno di EE o circa 8 Miliardi m3 di CH4/anno principali substrati Deiezioni animali : t/a Scarti agro- industriali: t/a Scarti di macellazione(cat.3): t/a Fanghi di depurazione: t/a Fraz.org. dei RU: t/a Residui colturali: t SS/a Colture energetiche: ha

29 Potenzialità biogas in Emilia-Romagna Descrizione scarti e sottoprodotti agro-industria Liquame Letame TOTALE EFFLUENTI ZOOT. EMILIA-ROMAGNA (t/anno) Sottoprodotti animali Scarti vegetali Siero di latte e latticello Fanghi di depurazione Fanghi di lavaggio Altri scarti TOTALE TOTALE (escl. siero) circa 1,1 TWh/anno di EE (150 MWe) o circa 310 milioni m3 di CH /anno

30 DAL 01/01/2008 Incentivazione energia rinnovabile per il periodo la quota di EE da fonte rinnovabile da immettere in rete è incrementata annualmente di 0,75% per impianti > 1MW fattore moltiplicativo di 1,1-1,8 dell EE prodotta nell anno precedente per il calcolo del numero di CV per impianti <1 MW tariffa omnicomprensiva pari a 0,22-0,28 (?) /kwh immesso nel sistema elettrico la durata del CV è di 15 anni

31 I costi di investimento di un impianto di biogas Dipendono: dalle caratteristiche dell impianto (di tipo semplificato, completamente miscelato, coibentato e riscaldato ecc.); dai materiali avviati a digestione (solo effluenti zootecnici, effluenti zootecnici + colture energetiche e/o scarti agroindustriali ecc.); si può definire un costo di investimento variabile tra 250 e 700 per metro cubo di digestore anaerobico, oppure di per kw elettrico installato in cogenerazione; Il tempo di ripagamento dell investimento (pbt) è in genere di circa 4-8 anni.

32 Costi e ricavi del biogas ADEcoTec DSS, un software del CRPA per gli studi di fattibilità ADEcoTec DSS valuta la redditività al variare di: costo/ricavo delle matrici del saggio di sconto bancario del prezzo dei certificati verdi del prezzo di vendita dell'energia elettrica della quota di incentivo in conto capitale

33 Esempio : azienda zootecnica + integrazione con insilati 200 vacche da latte suini + 50 ha silomais 12,8 t/gg liquame bovino 2,9 t/gg letame bovino 25 t/gg liquame suino 8,3 t/gg insilato mais 1 Vasca di carico 2 Digestore 3 Vasca alimentazione separatore 4 Separatore S/L 5 Platea 6 Lagune digestato 7 Gasometro 8 Cogeneratore 9 - Torcia 2 digestori da 1500 m3 Potenza elettrica 0,2 MW Carico organico volumetrico: 2 kgsv/m3/gg Tempo di ritenzione: 53 giorni Produzione specifica: 1 m3biogas/m3reattore/gg

34 Esempio 1 : azienda zootecnica + integrazione con insilati Investimento totale (4.890 /kwe installato) Silos per biomass 9% Cogeneratore 19% Vasca di stoccaggio aggiuntiva 3% Platea per solido separato 1% Opere civili 27% Opere elettromeccaniche 41%

35 Esempio 1 : azienda zootecnica + integrazione con insilati k k 952 VAN (k ) k 976 Anni 4,0% Break even point: 5,5 anni Valore attuale Netto (VAN): Tasso Interno Rendimento (TIR): 19,4% 6,0% Principali parametri di calcolo Costo insilato: 30 /t Energia elettrica: 300 /MWh Saggio sconto: 6%

36 Valutare la redditività Esempio 1 : azienda zootecnica + integrazione con insilati Valore energia elettrica [ /MWh] TIR=25% TIR=20% 220 TIR=15% 180 TIR=10% TIR=0% Valore silomais [ /t]

37 USO AGRONOMICO DIGESTATO MISTO Esempio quantificazione AZOTO Quantità (t/a) AZOTO AZOTO (%) (kg/m3) (kg/a) Liquame suino Insilato mais TOTALE ZV - N zoot. <= 170 kg/ha 3,20 N animale

38 Regione Emilia-Romagna D.G.R. n. 1255/08 Aspetti della normativa ambientale.: primi indirizzi agli enti locali per uniformare i procedimenti USO AGRONOMICO del DIGESTATO MISTO (da EA e SOTTOPRODOTTI): Zone VULNERABILI 1. AZOTO EFFICIENTE totale apportato non > FABBISOGNO della coltura 2. AZOTO da Effl. Zootecnici <= 170 kg/ha 3. AZOTO totale da digestato da calcolare sulla base di un PUA (elaborato come da All. 2 del PAN) nel rispetto del coefficiente aziendale di media efficienza

39 Regione Emilia-Romagna D.G.R. n. 1255/08 Aspetti della normativa ambientale.: primi indirizzi agli enti locali per uniformare i procedimenti USO AGRONOMICO del DIGESTATO VEGETALE : Zone VULNERABILI 1. AZOTO EFFICIENTE totale non > FABBISOGNO della coltura (Tab. 7 del pan) 2. EFFICIENZA MEDIA dell azoto da digestato Zone NON VULNERABILI 1. AZOTO totale da DIGESTATO <= 340 kg/ha 2. Elaborazione PUA per dosaggi SUPERIORI di AZOTO

40 Regione Emilia-Romagna D.G.R. n. 1255/08 Aspetti della normativa ambientale.: primi indirizzi agli enti locali per uniformare i procedimenti PROCEDURE per la REALIZZAZIONE IMPIANTI: 1. entro 250 kwe di potenza: denuncia di inizio attività (DIA) di cui agli artt. 22 e 23 del TU in materia di edilizia; 2. >1 MWe: procedimento autorizzativo ordinario ai sensi del D.Lgs 387/03 sempre, indipendentemente dalla natura delle biomasse trattate. 3. tra 250 kwe e 1 MWe: - se si produce BIOGAS da RIFIUTI: autorizz.ne D.Lgs 387/03 - se si produce BIOGAS in ASSENZA DI RIFIUTI: procedimento semplificato (documentazione allo Sport. Unico del Comune)

41 Biogas alla cogenerazione Con un m3 di biogas è possibile produrre: circa 1,8-2 kwh di elettricità; circa 2-3 kwh di calore che potrebbero essere disponibili per impieghi vari.

42 Biogas per autotrazione La Svezia, la Germania, la Svizzera e l Austria sono attualmente i paesi europei più avanzati nell utilizzo di biogas per autotrazione.

43 AUSTRIA Colture energetiche+scarti industria mangimistica+ grassi animali+biowaste: 6 milioni m3 biogas/anno Distributore Biometano

44 Resa annuale in biocarburante per ha (come gasolio/benzina equivalente) MWh/ha/a (Fonte: Biofuels FNR 2006) 14,3 14,3 15,1 49,8

45 Connessione biometano gas naturale AL R TU A N S GA Iniezione del biometano (400 m3/h) nella rete a bassa pressione distante circa 0,5 km : di investimento

46 Conclusioni Negli ultimi anni sono stati costruti diversi impianti di biogas in Italia. Il Biogas ha una forte potenzialità di crescita in Italia e il settore agricolo, zootecnico e agroindustriale possono essere la forza motrice di questa crescita. Occorre potenziare la co-digestione anaerobica di biomasse di varia natura, di scarto e dedicate.

47 Conclusioni La digestione anaerobica rimane interessante anche per il trattamento di soli effluenti zootecnici La digestione anaerobica offre interessanti prospettive per l autosostentamento energetico di impianti finalizzati alla riduzione del carico azotato di effluenti zootecnici prodotti in Zone Vulnerabili da nitrati

48 Conclusioni La realizzazione di impianti di biogas ha buone prospettive se: diventano chiare le procedure autorizzative e di cessione alla rete elettrica si assicura l utilizzo agronomico del digestato si favorisce l utilizzo del biogas, dopo purificazione a metano

49 Manuale pratico Principali contenuti Teoria Rendimenti Tecnologie Esempi Situazione in Europa Situazione in Italia Normativa Ditte Disponibile su richiesta presso CRPA e AIEL

50 Divulgazione e pubblicazioni Biogas: l analisi di fattibilità tecnico-economica Opuscolo CRPA 6.20 N.4/2008

51 Il progetto LIFE Sistemi integrati per incrementare il sequestro di carbonio, producendo colture energetiche fertilizzate con residui organici

52 Grazie per l attenzione C.R.P.A. S.p.A. - Reggio Emilia s.piccinini@crpa.it

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