Confronto mediante LCA della produzione di biometano con altre opzioni per il recupero di energia e materia dai rifiuti organici

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1 Francesco Di Maria LAR 5 Laboratory Università di Perugia Confronto mediante LCA della produzione di biometano con altre opzioni per il recupero di energia e materia dai rifiuti organici 1

2 Inquadramento dello studio D.M. 5/12/2013 «Decreto biometano»; Deliberazione AEEGSI 46/2015/R/Gas del 12/02/2015 per la connessione degli impianti di biometano alle reti; Possibilità di utilizzare il biogas prodotto dalla digestione anaerobica dei rifiuti raccolti in maniera differenziate per la produzione di biometano. 2

3 Principali attività Processi trattamento/gestione frazione organica da RD con recupero di materia e/o energia; Le tecnologie di purificazione del biogas per la produzione di biometano; Lo studio di LCA; Analisi di sensitività; Risultati e conclusioni. 3

4 Processi: Scenario 1 - Il compostaggio Emissioni dirette (CH 4, N 2 O, NH 3 ) ed ind. Vantaggi: - Fertilizzanti minerali evitati; - Csink; -. Energia, materiali, combustibili Ammendante 4

5 Processi: Scenario 2 - La Digestione Anaerobica convenzionale Emissioni dirette (CH 4, N 2 O, NH 3 ) ed ind. Biogas 60%CH 4 40 %CO 2 Elettricità Ammendante Energia, materiali, combustibili Calore Vantaggi: - Fertilizzanti minerali evitati; - Csink; - Energia rinnovabile; - 5

6 Processi: Senari 3,4,5 - Il Biometano Emissioni dirette (CH 4, N 2 O, NH 3 ) ed ind. Biogas 60%CH 4 40 %CO 2 Purificazione Biometano 95%CH 4 Ammendante Energia, materiali, combustibili CO 2 - Fertilizzanti minerali Vantaggi: evitati; - Csink; - Energia rinnovabile; - 6

7 Le tecnologie di purificazione: Utilizzo del biometano CAR Scenario 3 Biometano 95%CH 4 Trasporti Scenario 4 Rete GN Utilizzo climatizzazione civile - Scenario 5 7

8 Le tecnologie per la purificazione (Upgrading) (1) Lavaggio con acqua pressurizzata (Assorbimento) Lavaggio con ammine pressurizzato (Assorbimento) 8

9 Le tecnologie per la purificazione (Upgrading) (2) Membrane semipermeabili (Staccio molecolare) Pressure Swing Adsorption (Adsorbimento) 9

10 Studio di LCA: Unità Funzionale, flusso di riferimento, confini del sistema Scenario 1) UF: Trattamento della FO da RD Flusso di riferimento 1 t di FO Composizione FO Component % on wet basis Glass 0.05 Plastics 1.66 Metals 0.16 Organics 96.7 Paper and carboard 1.44 Texiles 0.03 Glass 0.05 Scenario 2) Scenario 3) Scenario 4) Scenario 5) 10

11 Energia marginale sistema Italia NG Banca dati Ecoinvent 3.0 modificata Studio di LCA Stralcio Inventario (1) Process Emission u.m. Composting air emission per kg of compost CH 4, biogenic kg CO, fossil kg CO 2, biogenic 0.52 kg CO 2, fossil kg NOx kg NH kg N 2 O kg H 2 S kg Anaerobic Digestion air emission per kg of bio-waste CH 4, biogenic kg N 2 O 9.98E-05 kg H 2 S kg CO 2, biogenic kg NH kg Biogas upgrading process air emissions for m 3 of biomethane CO 2, biogenic kg CH 4, biogenic kg H 2 S 3.9E-06 kg SO kg 11

12 Studio di LCA Stralcio Inventario (2) Composting Electrical energy 40,0 kwh/t Fuel 0,35 kg/t N 23 kg/t comp K 2 O 9,0 kg/t comp P 2 O 5 9,5 kg/t comp Anaerobic Digestion Fuel 0,028 MJ/kg Biogas 120,0 Nm 3 /t Electrical energy produced 210,0 kwh/t Electrical energy conumed for self-consumption 27,70 kwh/t N 5,29 kg/t comp K 2 O 2,07 kg/t comp P 2 O 5 2,19 kg/t comp Biomethane Biomethane production 71,8 Nm 3 /t Electrical energy, veichle 1,13 kwh/nm 3 Electrical energy, heat civil use 0,50 kwh/nm 3 Electrical energy, high efficiency co-generation 0,50 kwh/nm 3 12

13 Studio di LCA - Metodo di valutazione dell impatto JRC EC Midpoint (ILCD Handbook, 2012) Impact category Unit Normalization factor EU 27 (2010) Unit GWP kgco 2 eq. 9.10E+ 03 kgco 2 eq./a. ODP kgcfc-11 eq. 2.16E - 02 kgcfc-11 eq./a. PM kgpm2.5 eq. 4.82E +00 kgpm2.5 eq./a. POF kgnmvoc eq. 3.18E+ 01 kgnmvoc eq./a. A molc H + eq. 4.27E+ 01 molc H + eq./a. ET molc N eq. 1.74E+ 02 molc N eq./a. FWE kg P eq. 7.41E+ 08 kg P eq./a. RD kg Sb eq. 1.00E - 01 kg Sb eq./a. 13

14 Risultati - Valutazione dell impatto Normalized impact 0,028 0,024 0,020 0,016 0,012 0,008 0,004 0,000-0, GWP ODP PM POF A ET FWE RD Impact category 14

15 Risultati - Contributi singole attività (1) kgco 2eq /t biowaste GWP kgpm 2.5 eq /t biowaste 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 0,00-0,01-0,02 PM kgcfc-11 eq /t biowaste 1,0x10-5 5,0x10-6 0,0-5,0x ,0x ,5x ,0x ,5x10-5 ODP

16 Risultati - Contributi singole attività (2) kgnmvoc eq /t biowaste 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0-0,1-0,2-0,3-0,4-0,5 POF molcn eq /t biowaste ET molch+ eq /t biowaste 1,50 1,25 1,00 0,75 0,50 0,25 0,00-0,25-0,50 A

17 Risultati - Contributi singole attività (3) 0,010 0,00100 kgp eq /t biowaste 0,008 0,006 0,004 0,002 0,000-0,002 FWE kgsb eq /t biowaste 0, , , , , ,00050 RD

18 Risultati - Analisi sensitività, CH 4, N 2 O processi biologici e purificazione Normalized impact 0,032 0,028 0,024 0,020 0,016 0,012 0,008 0,004 0,000-0,004-0, GWP ODP PM POF A ET FWE RD Impact category Normalized impact 0,032 0,028 0,024 0,020 0,016 0,012 0,008 0,004 0,000-0,004-0, GWP ODP PM POF A ET FWE RD Impact category -50% 0 +50% Normalized impact 0,032 0,028 0,024 0,020 0,016 0,012 0,008 0,004 0,000-0,004-0, GWP ODP PM POF A ET FWE RD Impact category 18

19 Risultati - Confronto con alternative convezionali Scenario Norm. GWP ODP PM POF A ET FWE RD factor I 6,358E-06-3,790E-06 1,721E-05-2,201E-05 7,849E-05 9,498E-05 7,947E-06-1,265E-07 kwh C e 7,238E-05 3,922E-06 9,792E-06 3,571E-05 2,171E-05 2,029E-05 2,492E-06 2,091E-06 I 1,021E-05-1,306E-06 8,390E-06 1,083E-06 3,097E-05 3,878E-05 8,515E-06 1,008E-05 kwh C tot 3,438E-05 1,783E-06 3,604E-06 1,822E-05 1,038E-05 9,864E-06 1,894E-06 1,463E-06 I 1,002E-05-8,763E-07 6,895E-06 1,344E-06 2,515E-05 3,113E-05 6,702E-06 7,997E-06 km C 2,597E-05 1,406E-06 4,178E-06 7,579E-06 7,205E-06 5,649E-06 8,350E-07 7,482E-07 I 8,930E-06-1,080E-06 7,070E-06 9,693E-07 2,601E-05 3,253E-05 7,147E-06 8,459E-06 kwh C th 2,859E-05 1,552E-06 2,737E-06 9,112E-06 6,186E-06 4,178E-06 1,638E-06 2,272E-06 Legenda: I = questo studio C= conventionale -50% 19

20 Conclusioni Tutte le opzioni dimostrano impatti sostanzialmente comparabili; Incertezza emissioni dirette dai processi biologici; Emissioni dirette ed indirette dai processi di purificazione; Emissioni evitate e/o ridotte rispetto a scenari convenzionali GWP, ODP, POF 20

21 Grazie per l attenzione! Progetto LIFE+12 E.Ma.R.E.S. Riduciamo l Entropia