Sostenibilità Agricola e Ambientale della filiera biogas

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1 Sostenibilità Agricola e Ambientale della filiera biogas Mostra Convegno Agroenergia Tortona 13 febbraio, 2014 F. Adani, G. D Imporzano, L. Terruzzi, GRUPPO RICICLA DiSAA - Università degli Studi di Milano Lab. Suolo e Ambiente, via Celoria 2, Milano Lab. Biomasse e Agroenergia, Parco Tecnologico Padano, Via Einstein, Loc. C.na Codazza, Lodi. Tel Fax gruppo.ricicla@unimi.it

2 Tipologia di impianti usiamo il caso Lombardia

3 PROVINCIE Cremona Brescia N impianti Marzo Lodi 49 Milano 8 Mantova 41 Pavia 47 Bergamo 11 Tot. 361 (282 MW)

4 CR Ripartizione degli impianti sulla base dell alimentazione

5 CR Alimentazione media del megadigestore (100 MW)

6 BS Ripartizione degli impianti sulla base dell alimentazione

7 BS Alimentazione media del megadigestore (48.5 MW)

8 Consistenza del patrimonio zootecnico nelle sette provincie studiate.

9 LOMBARDIA: 282 MW Alimentazione media megadigestore

10 Trend della superficie totale investita a mais in Lombardia nell ultima decade. Legenda: Retta rossa: Indica la media della superficie coltivata a mais negli anni Freccia nera: Indica l anno in cui inizia a diffondersi in maniera consistente il biogas.

11 Da tutto ciò cosa ne deriva? - il rapporto Ha di mais per biogas/ SAU totale CREMONA è pari al 11%; - il rapporto Ha di mais per biogas/sau totale LODI è pari al 9 %; - il rapporto Ha di mais per biogas/sau totale BRESCIA è pari al 4%; - il rapporto Ha di mais per biogas/sau totale MILANO è pari al 2%; - il rapporto Ha di mais per biogas/sau totale MANTOVA è pari al 1%; - il rapporto Ha di mais per biogas/sau totale PAVIA è pari al 4%; - il rapporto Ha di mais per biogas/sau totale BERGAMO è pari al 1%; - il rapporto Ha di mais per biogas/sau totale REGIONE LOMBARDIA è pari al 4%.

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13 VINCOLO FILERA IPOTESI Green field POLITICHE INCENTIVANTI Scenario A UBA BOVINE (100%) SI "0,28" Scenario B Scenario C Scenario D UBA BOVINE (100%) + UBA SUINE (50%) UBA BOVINE (100%) + UBA SUINE (50%) UBA BOVINE (100%) + UBA SUINE (50%) SI "0,28" NO "0,28" NO "2013" Da: Bartoli et al., DEMM

14 Scenario B: potenza installabile in Lombardia (MWe) e confronto con la situazione attuale BG 8 24 MW max MW installati BS CR LO MN PV Da: Bartoli et al., DEMM Gli impianti C4 (999 kwe) sono quelli più profittevoli

15 Cremona: Regioni Agrarie Da: Bartoli et al., DEMM

16 Scenario C: nuova potenza installabile nella Provincia di Cremona (MWe) PC Da: Bartoli et al., DEMM PdC PSA PS PCR POP PP Tot MWe: 36; Tipologia impianti: C4 (999 MWe); Mais necessario: t (al netto di quello già utilizzato)

17 Scenario D: nuova potenza installabile nella Provincia di Cremona (MWe) PC PdC PSA PS PCR POP PP Tot MWe: 26; Tipologia impianti: C1 (130 kwe); Mais necessario: t (al netto di quello già utilizzato)

18 Aspetti ambientali ed etici

19 Foley et al., 2011, Nature Colture 100% consumo umano = + 28 % produzione + 49% food kilocalories

20 62% crop production is for food 35 % animal feed 3% bioenergy Foley et al., 2011, Nature

21 PERCHE

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24 NH 3 concentrations derived from IASI observations above the Po Valley Lieven Clarisse et al., Nature Geoscience 2, (2009)

25 Perché..

26 Da: Ferrara, 2009

27 USO AGRONOMICO DEGLI EFFLUENTI DI ALLEVAMENTO NH 3 NO 3 - Cortesia: Sommariva ARAL- SATA, 2010

28 Figure 2. Contributo dell agricoltura alle emissioni (Erisman et al., 2008).

29 NH 3 : come contribuisce alla formazione di PM 2.5 Concentrazioni medie di NH 3 in troposfera sono comprese tra 1 e 25 PPB (parti per miliardo) (Renard et al. 2004) 2 NH 3 reagisce velocemente in atmosfera con acido solforico e acido nitrico dando origine ai corrispondenti sali: ammonio solfato ammonio bisolfato ammonio nitrato 1 Il processo di formazione e volatilizzazione dell NH 3 da letame animale avviene in modo istantaneo 4 Sono PM 2.5

30 La composizione del PM10 Secondario organico da COV 25% 45% Primario 30% Secondario inorganico da NOx, NH 3 (SO 2 ) da Boccasile, 2010, dati ARPA

31 PM10 secondario inorganico Principali sorgenti di NO x e NH 3 Traffico -Diesel Sorgenti NOx 41% 30% Industria Off road Riscaldamento Produzione energia e raffinerie Altro 17% 13% 10% 8% 11% 0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 40% 45% Secondario Inorganico da NOx NH 3 (SO 2 ) Sorgenti NH3 Agricoltura - reflui 81% Boccasile, 2010, dati ARPA Agricoltura - fertilizzanti Traffico -Auto Benzina Altro 3% 1% 15% 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90%

32 Misura degli impatti derivanti dalle attività agricole: Approccio LCA: abbiamo confrontato l impatto della produzione di energia da mix energetico con l impatto della attività agricola e poi abbiamo inserito il biogas.

33 CARATTERIZZAZIONE (UNITA FZ: prod.1 kwh elettrico - metodo: ReCiPe Midpoint (H) V1.06/Europe ReCiPe H) azoto Elettrico mix coltivazioni Agricoltura

34 Alimentazione media megadigestore LOMBARDIA: 282 MW Adani et al. (2013) LA DIGESTIONE ANAEROBICA NEL CONTESTO AGRICOLO LOMBARDOISBN , pp.188.

35 % ENERGIA DA FONTE FOSSILE BIOGAS CREMONA AGRICOLTURA

36 % ENERGIA DA FONTE FOSSILE AGRICOLTURA BIOGAS CREMONA VIRTUOSO

37 I18 indicatori specifici (midpoint) Climate change Ozone depletion Human toxicity Ionising radiation Photochemical oxidant formation Particulate matter formation Climate change Terrestrial ecotoxicity Terrestrial acidification Agricultural land occupation Urban land occupation Natural land transformation Marine ecotoxicity Marine eutrophication Freshwater eutrophication Freshwater ecotoxicity Water depletion Metal depletion Fossil depletion vengono aggregati, attraverso un set di pesatura, in 3 indicatori endpoint human health ecosystems resources

38 Latte e/o carne Figura Valutazione dell impatto provincia di Cremona: nello scenario attuale viene esplicitata la quota parte del agricoltura e quella del processo di digestione anaerobica e valorizzazione del biogas UNITÀ FZ: 1kWh elettrico; metodo: ReCiPe Endpoint (H) V1.06/Europe ReCiPe H/A; mpt: millipoints;

39 No copertura No interramento No copertura interramento Copertura Interramento = biogas

40 La DIGESTIONE ANAEROBICA è un processo che, in ambiente controllato, trasforma i reflui zootecnici in BIOCOMBUSTIBILE FERTILIZZANTI RINNOVABILI

41 Forecast for world crop production and fertilizer consumption (FAO, 2000) Lammel, 2000

42 Prezzo fertilizzanti vs. prezzo petrolio Terruzzi, 2012, by Gruppo Ricicla X 3-4

43 Digestato = risorsa

44 GESTIONE DEL DIGESTATO : DISTRIBUZIONE IN COPERTURA Progetto PILOTA SATA Regione Lombardia Progetto - NERØ Regione Lombardia

45 AZZERAMENTO DELLA FERTILIZZAZIONE 50 MINERALE Az. 1 Az. 2 minerale Resa digestato Progetto - NERØ Regione Lombardia minerale digestato 30 Resa (t tq ha -1 ) 20 Resa (t ha -1 ) T 1 T 2 T 3 T 4 Grafico 1-a: resa trinciato di mais tq nelle diverse tesi T1 = bianco - bianco T2 = digestato tq superficiale - digestato tq iniettato T3 = urea - urea T4= digestato tq iniettato - separato liquido iniettato 0 T 1 T 2 T 3 T 4 Grafico 1-b: resa trinciato di mais tq nelle diverse tesi T1 = bianco - concimazione localizzata T2 = digestato tq superficiale - concimazione localizzata T3 = urea - concimazione localizzata T4= digestato tq interrato - concimazione localizzata

46 GESTIONE DEL DIGESTATO : INIEZIONE EMISSIONI DI AMMONIACA Digestato distribuzione superficiale Carozzi, Riva, Acutis, Tambone, Adani, 2012 Progetto - NERØ Regione Lombardia Digestato distribuzione per iniezione BKG - media μg 0 13/5 14/5 15/5 16/5 17/5 18/5 19/5 20/5 21/5 22/5 23/5 24/5

47 Misure odorimetriche Milzano (BS) Copertura Progetto - NERØ regione Lombardia Prove odorimetriche Laboratorio (UO m -2 h -1 ) Prove odorimetriche pieno campo (UO m -2 suolo h -1 ) Urea Digestato Separato liquido Liquame bovino 0 T 1 T 2 T 3 T 4 Liq. Sup. Grafico 5: prove odorimetriche in campo T1 = bianco T2 = Digestato tq iniettato T3 = urea T4= separato DA liquido iniettato

48 Sistema integrato di gestione dei reflui zootecnici per la produzione di energia rinnovabile (digestione anaerobica con produzione di biogas, da cui elettricità e calore in cogenerazione) e produzione di fertilizzanti rinnovabili. AZIENDA AGRICOLA BIZZONI F.lli S.s. SOCIETA AGRICOLA GRUPPO RICICLA DISAA dell Università degli Studi di Milano

49 SOSTITUIRE L AZOTO DI SINTESI: PERCORSI. il Gruppo Ricicla dell Università degli Studi di Milano e Regione Lombardia hanno proposto dei criteri tecnici per sostituire completamente l azoto di sintesi con l azoto contenuto nel digestato. La proposta tecnica si basa sul fatto che il digestato con un alto tenore di azoto ammoniacale (N-NH 4 /Ntot > 0.7) è assimilabile (medesima efficienza) ad un fertilizzante azotato tipo urea o solfato ammonico. Se gestito correttamente: i.e. vasche di stoccaggio coperte ed utilizzo per iniezione o interramento immediato.

50 DECRETO SVILUPPO (DL 83, 22 GIUGNO 2012) Decreto Sviluppo (dl 83, 22 giugno 2012) cita testualmente: è considerato sottoprodotto il digestato ottenuto in impianti aziendali o interaziendali dalla digestione anaerobica, Decreto Sviluppo (dl 83, 22 giugno 2012).sono definite le caratteristiche e le modalità di impiego del digestato equiparabile, per quanto attiene agli effetti fertilizzanti e all'efficienza di uso, ai concimi di origine chimica.

51 Proposta Gruppo Ricicla e Regione Lombardia: Frazione liquida = fertilizzante se: Digestione efficiente + separazioni efficienti Efficienza di utilizzo alla coltura N-NH 4 > 70-80% 90% Digestione efficiente secondo parametri: Stabilità biologica Aspetti igienico-sanitari Titolo N tot Titolo N- NH 4 Efficienza di utilizzo dose N a bilancio coltura copertura vasche di stoccaggio distribuzione con iniezione, interramento immediato o fertirrigazione localizzata

52 Il futuro????? bioraffineria

53 Regione Lombatrdia CARILPLO BIOREFILL - project ID Picture II Integrated bio-refinery chart (green) with the products obtainable (light blue)

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57 Fabrizio Adani Full Professor Fulvia Tambone Researcher Barbara Scaglia Biologist Andrea Schievano Environmental Engineer Silvia Salati Environmental Scientist Giuliana D Imporzano Agronomist Claudio Ledda Biotechnologist Valentina Orzi Agronomist Ester Manzini Agronomist Tommy Pepè Sciarria Biologist Arjana Doda Pharmacist Samuele Lonati Agronomist Laura Terruzzi Natural scientist Carlo Riva Agronomist Michele Pognani Agronomist Luca Corno Agronomist