Biogas e impresa zootecnica
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- Andrea Palmisano
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1 Biogas e impresa zootecnica un legame utile anche contro le speculazioni La produzione di biogas per la sua destinazione energetica rappresenta certamente una grande opportunità per le imprese zootecniche ed è decisamente virtuoso sotto il profilo energetico ed ambientale. L azienda zootecnica con l adozione della sezione biogas completa un ciclo produttivo rendendolo più favorevole sotto il profilo ambientale, riducendo l impatto dovuto alla presenza di sostanze inquinanti, le emissioni di metano in atmosfera e le emissioni di sostanze odorigene. Confermando l assunto che il biogas rappresenta una filiera di fondamentale importanza per le aziende zootecniche, Coldiretti sottolinea la necessità di risolvere i problemi legati alla sostenibilità di altre tipologie di impianti che, avendo ben poco di agricolo e seguendo esclusivamente la logica dell economia di scala e della massimizzazione del profitto, sfuggono ad ogni regola di pianificazione territoriale e risultano inefficienti sia dal punto di vista energetico che ambientale, invalidando, tra l altro, gli investimenti che le imprese agricole stanno sostenendo per valorizzare le loro produzioni attraverso una forte identificazione con il territorio di appartenenza. Gli impianti di biogas di grossa taglia (ma lo stesso dicasi dei grandi impianti fotovoltaici su suolo e del grande eolico), che il più delle volte risultano poco o nulla collegati al tessuto agro-zootecnico territoriale, rischiano, infatti di stravolgere la finalità principale della produzione dell energia rinnovabile, e cioè la sostenibilità ambientale. Quando si assiste, infatti, ad una massiccia proliferazione sul territorio di impianti di biogas di grande potenza (scelta dettata dalle condizioni particolarmente favorevoli del sistema incentivante attualmente in vigore) si presume che questi non possano essere alimentati esclusivamente con i residui zootecnici (o con limitate integrazioni di biomassa residuale agricola), configurandosi, invece, come impianti di tipo industriale, alimentati quasi esclusivamente con biomasse da colture dedicate (ad esempio silomais) e comunque orientati alla massimizzazione della resa energetica senza alcuna attenzione alle ripercussioni sugli ordinamenti colturali della zona e sulle risorse (prima tra tutte quella idrica). Anche dal punto di vista ambientale, infatti, un conto è integrare con il mais un impianto dimensionato sulla base delle deiezioni zootecniche di origine locale disponibili, e un conto è progettare un impianto sapendo sin dall inizio che sarà alimentato esclusivamente con mais appositamente coltivato. Il risultato è che il boom dei grandi impianti di biogas per la produzione di energia elettrica, grazie all uso di cereali, sta creando non pochi problemi al territorio. In particolare l avanzata di grandi impianti industriali rispetto a quelli medio piccoli che affiancano l attività agricola, sta generando una bolla speculativa sugli affitti dei terreni destinati al mais e ad altri cereali usati come carburante energetico piuttosto che come foraggio per gli animali ed interferendo anche sui costi di produzione del latte e della carne. Cos è il biogas è una miscela composta per il 50 70% da metano (CH4) e per la restante parte soprattutto da anidride carbonica (CO2). La resa in biogas dei substrati avviati alla digestione anaerobica è variabile a seconda della natura del materiale trattato ed avente un potere calorifico compreso tra e kj/m3, variabile in funzione del contenuto di metano al suo interno (avente potere calorifico di kj/m3). Cos è un impianto di biogas è un impianto che, tramite la fermentazione anaerobica di sostanze organiche complesse contenute in biomasse vegetali, sottoprodotti di origine animale (reflui zootecnici), residui di lavorazione o rifiuti urbani permette la produzione di biogas. La digestione anaerobica è una tecnica efficiente e versatile, basata su processi naturali e reazioni biochimiche effettuate dai microrganismi, i quali per la loro crescita degradano il materiale di supporto ed indirettamente producono delle miscele di gas. Il processo degradativo si evolve attraverso una prima fase, nella quale i batteri anaerobi facoltativi trasformano la sostanza organica in composti semplici (acidi grassi volatili, aldeidi, alcoli). In una seconda fase i composti precedentemente scissi vengono degradati grazie all azione di batteri anaerobi obbligati, al fine di produrre biogas. Elementi dell impianto L impianto è costituito essenzialmente da: vasca di raccolta iniziale stazione di pompaggio e miscelazione separatore del materiale grossolano (opzionale, vedasi paragrafo successivo) Fondo Europeo Agricolo per lo Sviluppo Rurale: l Europa investe nelle zone rurali PSR Direzione Generale Agricoltura
2 reattore anaerobico, nel quale avvengono le reazione degradative. Sul fondo e sui lati della struttura solitamente vengono posizionate delle resistenze elettriche o delle serpentine nelle quali passa dell acqua calda, in modo da riscaldare il digestato e raggiungere la temperatura ottimale di sviluppo dei microrganismi. Nella parte superiore del digestore avviene invece la raccolta del biogas, mediante una copertura gasometrica a cupola. sistema di filtraggio a sabbia o ghiaia del gas uscente dall impianto per la purificazione da solidi in sospensione sistema di deumidificazione e desolforazione del biogas vasca di stoccaggio finale del digestato cogeneratore per la produzione contemporanea di energia elettrica e calore (motore endotermico alternativo o turbina) aggancio alla rete di distribuzione Figura: Impianto tipo super-flow per biomasse super dense Tratto da: Quaderno della ricerca n.93 Settembre Regione Lombardia Tipologie impiantistiche Nello specifico gli impianti di Biogas di uso più frequenti sono assimilabili a 3 distinte tipologie, aventi ciascuna peculiarità e per questo adattabili differenti realtà aziendali: Impianto a canale tipo plug-flow o flusso a pistone: è il classico impianto, la sua peculiarità è costituita dalla presenza di un separatore per i solidi grossolani posizionato anteriormente al digestore per evitare la possibile formazione di croste superficiali all interno del digestore. Infatti in questa tipologia di impianti all interno del reattore non è prevista la presenza di miscelatori. Il solido palabile prodotto dal separatore potrà inoltre essere inviato al compostaggio. Questa tipologia di impianto si addice ad aziende che intendono produrre energia con lo scopo di utilizzarla quasi totalmente per soddisfare i fabbisogni aziendali, utilizzando solamente effluenti d allevamento per l alimentazione del proprio digestore. Attività di informazione misura 111/B che è stata oggetto di richiesta di finanziamento sulla misura 111 del Programma di Sviluppo Rurale della Regione Lombardia; cofinanziato dell Unione Europea attraverso il FEASR
3 Impianto cilindrico tipo up-flow miscelato: questa tipologia d impianto utilizza le deiezioni tal quali (frazione liquida + frazione solida), pertanto il digestore sarà dotato di miscelatore ad elica, di pompa di ricircolo esterna e sistema di bocchette di fondo per ottenere la movimentazione del liquame (effetto up-flow). Il digestore sarà alimentato costantemente con liquame fresco, mentre il liquame digerito uscirà dopo un tempo medio di permanenza nella vasca di circa giorni. Al fine di mantenere stabile la carica microbica all interno del digestore e quindi non far diminuire la produttività, questo sistema d impianto prevede la presenza di una pompa di ricircolo al fine di miscelare il liquame fresco in ingresso con del prodotto digestato. Con questo passaggio i microrganismi presenti e produttivi nel prodotto digestato fungono da inoculo per la massa di liquame non trattato in entrata nel digestore, in questo modo l impianto non subisce drastiche diminuzioni di gas dovute al tempo che ci impiegherebbero i microrganismi a moltiplicarsi e a rendersi produttivi. Questa tipologia di impianto è consigliata ad aziende che desiderano aumentare il rendimento in termini energetici ed economici; esso si addice ad aziende che presentino anche superficie agricola da destinare alla produzione di biomassa per l alimentazione del reattore. Impianto tipo super-flow per biomasse super dense: adatto ad aziende con elevata superficie aziendale e disponibilità di terreni da destinare alla produzione di biomassa. L impianto permette di massimizzare l efficienza di trasformazione; esso di basa sulla presenza di 2 reattori nei quali il materiale da digerire subisce due differenti degradazioni da parte di popolazioni microbiche differenti. Peculiarità dell impianto è l impiego di quantità di biomassa vegetale oltre il limite di pompabilità. Infatti la biomassa viene immessa nel primo dei due digestori tramite un apposita tramoggia munita di coclee, secondo un apposito programma garantire un buon funzionamento del processo fermentativo della popolazione microbica e conseguentemente della produzione metanogena. Il liquame digerito uscirà dopo un tempo medio di permanenza nella prima vasca di circa giorni per essere trasferito nel digestore secondario, a sua volta miscelato ed in grado di recuperare la residua quantità di biogas. Il tempo di permanenza nel secondo digestore risulta pari a circa giorni per una permanenza media complessiva pari a circa 60 giorni. Questa impiantistica è consigliabile ad aziende o consorzio di più aziende, con notevole disponibilità di biomassa costante nell arco dell anno, grazie alla quale si incrementa notevolmente la produzione di biogas e quindi di energia elettrica prodotta, massimizzando in tal modo il rendimento del processo. Resa La quantità di biogas potenzialmente producibile viene espressa come volume per tonnellata di solidi volatili (Nm3/ ton. SV). Come si può osservare dalla tabella sottostante la produttività cambia notevolmente tra i singoli substrati. Tratto da: Piccinini S., Schiff M. (2006). Produrre biogas: investimenti e attrezzature aziendali. Agricoltura, suppl. 30, 2006 Fondo Europeo Agricolo per lo Sviluppo Rurale: l Europa investe nelle zone rurali PSR Direzione Generale Agricoltura
4 Da 1 Nm3 (normal metro cubo) di biogas è possibile produrre circa 1,5-2,0 kwh di energia elettrica e 2,0-3,0 kwh di energia termica (CRPA Biogas: l analisi di fattibilità tecnico economica. Opuscolo CRPA n. 4/2008) Costi e ricavi La voce di costo che maggiormente incide sull investimento è costituita dalle opere edili necessarie per le strutture di ricezione e trattamento delle biomasse, per le strutture di produzione e stoccaggio del biogas e per le strutture di stoccaggio del digestato; ad esse si aggiungono i costi delle opere elettromagnetiche, costituite da: cogeneratore, attrezzature per il carico delle matrici e allacciamenti elettrici. La soglia di redditività di un impianto si aggira sui kwe di potenza elettrica installata. Oltre all investimento è da considerare il costo di approvvigionamento della biomassa, che per impianti di grossa taglia, data l alta resa in biogas, può richiedere anche il 100% dei prodotti impiegati. Una stima dei costi di impianto è possibile osservarla tramite la tabella: Tratto da: Quaderno della ricerca n.93 Settembre Regione Lombardia Ricavi dalla vendita dell energia: il GSE ha stabilito che per impianti fino a 1 MW una tariffa omnicomprensiva di 0,28 per kwh immesso in rete per una durata di 15 anni (legge 23 luglio 2009, n. 99 Disposizioni per lo sviluppo e l internazionalizzazione delle imprese, nonché in materia di energia. Stime di ricavi per m3 di refluo avviamo al trattamento pari a 0-2,5. Nelle tabelle sottostanti è possibile osservare una tabella costi- ricavi per un ipotetico impianto da 1 MWe per un azienda che intenda produrre biogas sia da effluenti d allevamento, sia da biomassa vegetale CRPA (Opuscolo CRPA N.4/2008; Biogas: l analisi di fattibilità tecnico-economica): Attività di informazione misura 111/B che è stata oggetto di richiesta di finanziamento sulla misura 111 del Programma di Sviluppo Rurale della Regione Lombardia; cofinanziato dell Unione Europea attraverso il FEASR
5 Fondo Europeo Agricolo per lo Sviluppo Rurale: l Europa investe nelle zone rurali PSR Direzione Generale Agricoltura
6 Vantaggi del biogas Il processo degradativo porterà i seguenti vantaggi: Il biogas prodotto dalle fermentazioni viene impiegato per la produzione di energia elettrica portando l azienda all autosufficienza energetica e vendita della produzione eccedentaria. Oltre all energia elettrica il motore endotermico produrrà del calore. Il suo recupero potrà essere adoperato sia per il riscaldamento del reattore, in modo da avere una temperatura ottimale per lo sviluppo microbico, sia per poter scaldare le strutture aziendali e poter creare su piccola-media scala un impianto di teleriscaldamento. Diminuzione delle emissioni maleodoranti, quali acidi grassi volatili, alcoli e fenoli Abbattimento carica microbica dei reflui Abbattimento del potere inquinante dei reflui variabile tra un 25% per i reflui bovini e 40-50% per i reflui suini Il digestato (sottoprodotto della digestione anaerobica) può rappresentare un fertilizzante stabilizzato, agronomicamente eccellente e ricco di nutrienti. Ciò in quanto si attua una trasformazione della forma di azoto, dalla forma organica (a lento rilascio) presente nelle materie prime iniziali viene trasformato in azoto ammoniacale prontamente assimilabile dalle piante. Svantaggi L impiego di biomasse vegetali all interno del digestore dovrà essere ben gestito e regolato per evitare la fuoriuscita dai parametri stabiliti dalla legge 676/91 direttiva nitrati in quanto questi prodotti andranno ad aumentare la presenza di azoto da utilizzare agronomicamente. Si stima infatti un aumento del contenuto di azoto del 10-40% rispetto al contenuto nei soli reflui zootecnici. Conclusioni Nel complesso il sistema permette di diversificare le entrate aziendali. È necessario tener conto della gestione dell impianto di produzione e utilizzazione del biogas che deve essere effettuata da personale qualificato. Queste tecniche di per se non consentono la riduzione del carico d azoto ma possono permetterne una migliore gestione a livello aziendale tramite una stabilizzazione. Una riduzione dell azoto può essere effettuata tramite una separazione dei solidi iniziale oppure operando tramite tecnologie differenti impiegando alcuni ricavi derivanti dalla vendita dell energia prodotta col biogas. Attività di informazione misura 111/B che è stata oggetto di richiesta di finanziamento sulla misura 111 del Programma di Sviluppo Rurale della Regione Lombardia; cofinanziato dell Unione Europea attraverso il FEASR
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