Il contributo degli impianti di biogas alla riduzione delle emissioni di gas serra: la gestione degli odori e delle emissioni gassose

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1 Incontro tecnico Migliori tecniche per la gestione degli impianti di biogas: digestato ed emissioni Il contributo degli impianti di biogas alla riduzione delle Laura Valli CRPA spa Reggio Emilia Martedì 2 dicembre 2014 Via Bologna 534 FERRARA Centro Ricerche Produzioni Animali C.R.P.A. S.p.A.

2 Sommario Gli impianti di digestione anaerobica hanno importanti ricadute per quanto riguarda: Emissioni di gas serra (GHG) Emissioni di odori

3 Le emissioni di GHG dal settore agricolo Laura Valli, Stefano Pignedoli Claudio Fabbri, Sergio Piccinini Il contributo del settore agricolo alle emissioni globali di gas serra (GHG) ammonta, a livello nazionale, al 6.5%, ponendo l agricoltura al secondo posto dopo il settore energetico (che include i processi di combustione di tutti i settori) e alla pari con quello industriale. CRPA spa Reggio Emilia

4 Le emissioni di GHG dal settore agricolo notevole potenzialità nella mitigazione delle emissioni di GHG dal settore agricolo (vedi rapporti FAO e IPCC) tecnica win-win: riduzione diretta delle emissioni nella fase di gestione delle deiezioni, riduzione indiretta delle emissioni per la sostituzione di energia fossile notevole diffusione in Italia degli impianti che trattano effluenti di allevamento, biomasse o miscele dei due

5 Diffusione degli impianti di DA Censimento impianti di digestione anaerobica a fine 2012, (CRPA 2013)

6 Quale contributo? Metodologia adottata Determinazione dell'impronta del carbonio (g CO2/kWh), con metodologia LCA, di un impianto di digestione anaerobica del settore agro-zootecnico Valutare l'impatto ambientale, in relazione alle emissioni di gas serra, che comporta l'introduzione di un impianto di DA in una azienda agro-zootecnica soli effluenti di allevamento (2 casi: vasca digestato coperta e scoperta) sole colture energetiche (silomais) colture energetiche (30%) + effluenti di allevamento (70%)

7 Confini del sistema Gli effluenti zootecnici entrano senza un carico di impatto

8 Contributi alle emissioni produzione delle biomasse (emissioni di N2O dalla applicazione dei fertilizzanti ed emissioni di CO2 per la produzione dei fertilizzanti); conversione delle biomasse, include le emissioni di CO 2 per produrre i materiali dell'impianto e le perdite di CH 4 per dispersioni dall'impianto (stimate pari a 1,5%); emissioni dallo stoccaggio del digestato, che, negli scenari con effluenti, si traducono in un credito dovuto alle mancate emissioni di metano dallo stoccaggio degli effluenti di allevamento; il credito dovuto alla sostituzione dei fertilizzanti di sintesi con il digestato (solo per la quota prodotta con le colture energetiche).

9 Metodica per valutare emissioni da stoccaggio L'emissione CH4 dallo stoccaggio dipende dalla temperatura e dalla reattività dell'effluente La temperatura è variabile nel corso dell'anno Il livello di riempimento della vasca è variabile in funzione del programma di spandimento e quindi dell'assetto agronomico aziendale Per una corretta valutazione è stato condotto un programma di misura annuale in condizioni psicrometriche

10 Emissioni CH4 dalla vasca del digestato Temperatura del digestato superiore di 4-5 C rispetto al liquame tal quale È importante che la vasca di stoccaggio del digestato sia coperta

11 Strumentazione Minidigestori psicrofili a due profondità flottanti lasciati per 60 giorni in situ: 2 tesi (liquame/digestato), 4 sessioni annuali, 2 punti (20/140 cm) per un totale di 32 test Collettamento del gas in sacche impermeabili Valutazione del volume e qualità gas in laboratorio

12 Correlazione emissione gas e temperatura

13 Emissioni dalla vasca del digestato Bilancio emissioni GHG dipende dalla dinamica di svuotamento della vasca Emissioni dal digestato inferiori del 25-50% rispetto al liquame tal quale

14 Bilancio emissivo aziendale di metano Le emissioni di metano da liquame rispetto al corrispondente digestato, calcolate con la regressione sulla temperatura e il programma di svuotamento, sono risultate inferiori del 50%. Con altri piani di distribuzione il risultato può essere diverso

15 Filiera effluenti di allevamento (con e senza copertura dello stoccaggio) 2 filiere: con stoccaggio digestato totalmente scoperto, con stoccaggio digestato coperto per metà riduzione emissioni CH4 da stoccaggio del digestato rispetto al liquame tal quale = 50%. La riduzione agisce su tutto il digestato, in quanto è prodotto solo dal liquame Non si considerano emissioni di N2O da fertilizzazioni azotate (sarebbero uguali per il liquame tal quale) Il credito dovuto al valore fertilizzante del digestato non viene conteggiato perchè sarebbe stato uguale anche dal liquame Non conteggiati consumi energetici per spandimento ed esportazione digestato.

16 Filiera colture energetiche Copertura dello stoccaggio del digestato per metà del volume Emissioni CH4 da stoccaggio scoperto del digestato = 50% di quelle del liquame tal quale La superficie delle colture è quella che serve a produrre il silomais necessario per la potenza elettrica dell'impianto (600 kw) Digestato usato per fertilizzare il mais (sostituisce fertilizzanti) Emissioni di N2O per fertilizzazioni azotate Conteggiati i consumi energetici delle macchine per la lavorazione del silomais e per lo spandimento del digestato

17 Filiera colture energetiche + effluenti di allevamento Impianto alimentato per 70% a liquame e per 30% a colture energetiche (silomais) Riduzione delle emissioni CH4 stoccaggio scoperto del digestato rispetto a liquame tal quale = 50% (credito liquame) Digestato usato per fertilizzare mais, ma per rispettare dosi massime di azoto zootecnico, una parte va esportata Credito da digestato (sostituzione fertilizzanti) e emissioni N2O: conteggiate solo quelle dovute al digestato da colture energetiche Consumi per spandimento ed esportazione digestato (solo quota colture energetiche)

18 Sostenibilità delle filiere Impronta del carbonio delle filiere analizzate, a confronto con quella della produzione termoelettrica nazionale ed europea F1: solo biomasse, vasca digestato coperta 50% F2: 70% liquame, 30% biomasse, vasca digestato coperta 50% F3: solo liquame vasca digestato coperta 50% F4: solo liquame vasca digestato scoperta Fonti: ISPRA Rapporto 172/2012; EC, Commission staff working document, 2014

19 Produzione elettrica nazionale Fattore di emissione della produzione elettrica e termoelettrica nazionale Produzione termoelettrica nazionale per combustibile Fonte: ISPRA Rapporto 172/2012

20 Dove intervenire per migliorare Minimizzare emissioni da vasca stoccaggio digestato Ridurre leakage (torcia) Aumentare l'efficienza dell'azoto del digestato: minori dispersioni di azoto reattivo nell'ambiente riduzione delle emissioni di N2O dirette e indirette riduzione uso fertilizzanti di sintesi (energia per produrli) Sfruttare l'energia termica Produrre con tecniche agronomiche a basso input energetico, di fertilizzanti e fitofarmaci

21 Emissioni di odori Maggiore è il contenuto di sostanza organica facilmente decomponibile, maggiore è il rischio di odore, specie in condizioni anaerobiche

22 Le sezioni emissive Recezione, stoccaggio e movimentazione matrici in ingresso Fase di metanizzazi one Conversio ne energetica del biogas Trattamen to e stoccaggio digestato

23 Materiali in ingresso Matrici con maggiore potenziale odorigeno Colture energetiche, effluenti zootecnici, altri sottoprodotti Tenore di sostanza secca: indice della potenziale fermentescibilità. <60% contenitori chiusi Importanza di un buon insilamento: non si perde sostanza organica, non si producono odori troppo offensivi (butirrico) Attenzione al percolato! NO ai piazzali sporchi!

24 Materiali in ingresso Movimentazione: evitare imbrattamenti Tramogge di carico: evitare il più possibile le dispersioni dagli sfiati (coperchi, portelloni mobili) Breve tempo di stoccaggio dei sottoprodotti umidi (<72h) Per le matrici liquide: non formare aerosol, immissione sotto la superficie

25 Fase di metanizzazione Processo essenzialmente al chiuso, ma ci sono criticità: Fase di avvio Possibili malfunzionamenti, fuoriuscite occasionali di biogas Perdite per leakage (H2S): stima ottimistica = 1,5% Minimizzare le perdite di biogas vuol dire produrre di più e ridurre al minimo i problemi di odori Usare la torcia

26 Trattamento e stoccaggio digestato Materiale impoverito di sostanza organica, quindi meno odorigeno Odore Concentrazione odore [ou E/m 3 ] % rispetto al controllo Testimone (tal quale senza crosta) Digestato Tal quale con crosta

27 Trattamento e stoccaggio digestato Se il processo di digestione non è completo (tempo di ritenzione inadeguato, problemi di processo) anche il digestato può produrre odori offensivi Separazione solido/liquido: attenzione ai percolati! Separatori ad alta efficienza (es. centrifughe): al chiuso e con trattamento aria Area di stoccaggio della frazione palabile deve essere coperta Cumulo del digestato solido: evitare compattamento ed anaerobiosi

28 Stoccaggio del digestato Molto importante che almeno la prima fase sia coperta Si riducono le emissioni di gas serra e odori e si recupera ancora biogas (+ 2-3%)

29 Misure di controllo (1) Environment Agency - H4 Odour Management Recezione e gestione dei materiali odorigeni Trasferimento dei composti odorigeni all'aria (ridurre l'evaporazione, confinare le sezioni più odorigene) Contenimento dell'aria contaminata (porte chiuse, no correnti, controllo valvole) Trattamenti end-of-pipe Trasporto e dispersione

30 Misure di controllo (2) Environment Agency - H4 Odour Management Coinvolgimento dei residenti Rispondere ai reclami (il processo è sotto controllo? le misure di contenimento hanno fallito? le misure di trattamento hanno fallito? le misure di dispersione hanno fallito?) Sospendere o ridurre qualche operazione Cosa fare quando sorge un problema: il vostro piano di gestione degli incidenti

31 Monitoraggio Linee guida Regione Emilia-Romagna 2 autocontrolli/anno per 2 anni sulle sorgenti più impattanti, e ai confini monte/valle Misura della concentrazione di odore con olfattometria dinamica Eventuale approfondimento modellistico PROBLEMA: con esclusione delle emissioni da impianti di abbattimento, per le altre si tratta di emissioni diffuse, difficili da quantificare

32 Monitoraggio Environment Agency - H4 Odour Management Problemi da considerare per il monitoraggio dell'aria ambiente Incidenti episodici e di breve durata Concentrazioni al di sotto dei limiti strumentali ma non della percettibilità Picchi nella esposizione dovuti a cambiamenti delle condizioni di dispersione o a variazioni occasionali delle emissioni Emissioni da punti elevati possono ricadere oltre il punto di monitoraggio Difficile riconoscere la responsabilità delle emissioni

33 Monitoraggio Environment Agency - H4 Odour Management Monitoraggio delle lamentele Sniffing tests Agenda dell'odore e indagini con i residenti Prelievo di campioni ed olfattometria, monitoraggio chimico Misura di parametri surrogati e controllo di processo Emissioni fuggitive e/o diffuse Registrazione dei monitoraggi

34 Conclusioni La produzione di energia da biomasse e, in particolare, la digestione anaerobica offre una importante opzione di mitigazione delle emissioni di gas serra Per massimizzare il risparmio di GHG è importante che gli impianti di DA abbiano la vasca del digestato coperta, trattino preferibilmente sottoprodotti e effluenti, abbiano elevata efficienza di trasformazione energetica, utilizzino il calore prodotto in cogenerazione; La digestione anaerobica riduce significativamente l'odore degli effluenti trattati e rende il digestato un materiale fluido che infiltra rapidamente nel suolo, riducendo anche le emissioni attribuibili alla fase di utilizzazione agronomica Impianti ben progettati, realizzati e condotti non costituiscono situazioni di forte criticità per le emissioni odorigene

35 Grazie per l'attenzione Incontro tecnico Migliori tecniche per la gestione degli impianti di biogas: digestato ed emissioni Martedì 2 dicembre 2014 Via Bologna 534 FERRARA info@crpa.it, l.valli@crpa.it Centro Ricerche Produzioni Animali C.R.P.A. S.p.A.