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2 Centro per lo sviluppo del polo di Cremona Aspetti economici e redditività dell impiego energetico di biomasse con digestione anaerobica A. Casula*, F. Malpei** * Dipartimento di Ingegneria Gestionale ** DIIAR Sezione Ambiente

3 Agenda Prima parte: Confronto tra alcuni scenari impiantistici con LCA: rese energetiche nette, riduzione emissioni di gas serra (CO2, CH4, N2O) Quanto la DA di biomasse in Lombardia può contribuire al riequilibrio del bilancio energetico e comportare una diminuzione di gas serra? Seconda parte: Presupposti economici e finanziari alla base di una scelta di investimento razionale Confronto tra alcuni scenari impiantistici con VAN: curve rischio-rendimento e sensitività ai costi e ai parametri di funzionamento

4 LCA (Life Cycle Assesment) Definizione ISO 14040: compilazione e valutazione attraverso tutto il ciclo di vita, dei flussi in entrata ed in uscita nonché i potenziali impatti ambientali di un sistema o di un prodotto Fasi della LCA Definizione degli obiettivi Definizione del sistema, Unità funzionale, Definizione dei confini del sistema, Individuazione dei dati Inventario Allocazione Valutazione Classificazione, caratterizzazione Interpretazione dei risultati

5 LCA semplificata Scenario 0: stoccaggio aziendale di reflui suini Scenario 1: digestione anaerobica aziendale di reflui suini Scenario 2: digestione anaerobica aziendale di reflui suini ed insilato di mais Scenario 3: digestione anaerobica centralizzata di reflui suini, insilato di mais, FORSU+verde da RD Processi Stoccaggio Digestione anaerobica, Cogenerazione Coltivazione energetica, Digestione anaerobica, Cogenerazione Trasporto, Coltivazione energetica, Digestione anaerobica, Cogenerazione Biomasse Reflui suini da 6000 capi Reflui suini da 6000 capi Reflui suini da 6000 capi Insilato di mais da 20 ha di terreno Reflui suini da capi Insilato di mais da 152 ha FORSU+verde da abitanti

6 Ipotesi e caratteristiche principali Funzionamento impianto: 24 ore al giorno per 365 giorni all anno Carico volumetrico digestori (kgsv/m 3 /d): 2,4 (scenario 1); 2,9 (scenario 2); 4 (scenario 3) Produzione specifica di metano: 0,35 Nm 3 /kgsv rimosso CH 4 nel biogas: 60 % Rendimento di captazione del biogas: 100 % Efficienza termica cogeneratore: 48 % Efficienza elettrica cogeneratore: 32 % (scenario 1 e 2); 36 % (scenario 3) Sono stati trascurati: materiali e processi di costruzione, spandimento del liquame sul terreno Energia elettrica necessaria all impianto: mix energetico nazionale al 2004 Energia elettrica prodotta: sostituisce una centrale fittizia alimentata da 20% carbone, 20% olio combustibile, 20% gas naturale, 20% gas naturale in ciclo combinato) Energia termica prodotta sostituisce una caldaia a gasolio

7 Bilancio energetico per scenario Energia ottenuta/energia consumata 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 Elettrica Termica Scenario 1 Scenario 2 Scenario 3

8 Bilancio CO 2 e ruolo delle emissioni di CH 4 evitate dallo stoccaggio reflui suini per 180 giorni GWP100 totale GWP100 senza emissioni evitate (stoccaggio reflui) 0,00-100,00-200,00 kgco2eq/tss -300,00-400,00-500,00-600,00-700,00-800,00 ANPA CTN -ACE -900,00 scenario 1 scenario 2 scenario 3

9 Contributi per tipo di processo alle emissioni di gas serra nello scenario kgco2eq/tss co generat ore insilato di mais mis celazio ne dig es to re mis celazio ne vas ca e p o mp ag g i tras p orto b io mas se cald aia a g as o lio centrale co mb fo ss ile sto ccagg i o evitato (scenario TOTALE N2 O 0,8 41 0,4 51 0,756 0,0 59 0,0 53-6,9 8-2,65-7,459 2 CH4 4 0,4 8 0,0 97 2,39 0,187 0,0 73-1,9 8-12,12-519, ,173 1 CO2 4,55 70,18 5,4 7 3, , , ,8 76 9

10 Emissioni totali di gas serra con fuoriuscita del 5% del biogas: il metano vale 23 volte la CO 2 come effetto serra! kgco2eq/tss s c enario 1 s cena rio 1 perdita bio gas s ce nario 2 s cenario 2 pe rdita bio gas s ce nario 3 s cenario 3 perdita bio gas CO2e q -760,56-627,57-799,90-662,99-880,17-729,33 Una perdita di biogas del 28% annullerebbe i benefici in termini di emissioni evitate

11 Range di disponibilità di biomasse per DA in Lombardia al Media totale 4 milioni tss 2,500,000 2,000,000 tss/anno 1,500,000 1,000, , ha 0 RD FORSU + verd e Reflui s uini Reflui b ovini Reflui avico li Fang hi d a reflui urb ani Scarti vegetali da rifiuti Reflui / rifiuti ind ust riali Energ y crop s min 3 1, , , , , , , , max 3 1, ,850, ,48 7, , , , , ,136.30

12 Energia elettrica potenziale da DA in Lombardia (scenario 3) GWh/anno 344 Energia prodotta da DA nel 2004 (incluso discariche) Energia potenziale producibile con DA al Ulteriore energia producibile con insilato su ha

13 Riduzione delle emissioni di gas serra con DA kgco2eq./anno 6 5 % emissioni Lombarde Minimo Medio Massimo 0 Minimo Medio Massimo

14 Conclusioni prima parte L esito della LCA indica una maggiore efficienza energeticoambientale della digestione centralizzata L eventuale trasporto delle biomasse non incide in modo rilevante sui bilanci energetico-ambientali Le biomasse quantitativamente più significative su base regionale sono, ad oggi, i materiali di scarto e, soprattutto, i reflui zootecnici Essenziale ridurre/evitare perdite di metano in atmosfera, per non inficiare i benefici in termini di emissione evitate Punti cruciali: utilizzo del calore, gestione, non riduzione significativa dell azoto

15 e da un punto di vista economico? Impianti previsti nella provincia di Cremona 10 Mini idroelettrico 7 MWe 29 Biogas da biomassa 11 MWe 3 Biogas da FORSU e liquami 3 MWe 3 Impianti ad olio vegetale 20 MWe 1 Biomassa legnosa 5 MWe

16 e da un punto di vista economico? Un progetto d investimento è un operazione di trasferimento di risorse nel tempo, caratterizzata dal prevalere di uscite monetarie nette nella prima fase e di entrate monetarie nella seconda. Il principio d investimento sostiene che si deve investire in attività e progetti con un rendimento atteso superiore a una soglia minima di rendimento. La soglia è tanto più elevata quanto più l investimento è rischioso. L investimento in un impianto di digestione anaerobica presenta dei profili di redditività finanziari medio-bassi e di rischio medio-alti.

17 Il costo del capitale La soglia di accettabilità rischio-rendimento dipende dal costo del capitale per lo specifico investimento e investitore e dalla propensione al rischio. Il costo del capitale risulta dalla media del costo dei mezzi di terzi e dei mezzi propri, ponderati per il peso rispettivo. Tanto maggiore è l incertezza dell investimento, quanto maggiore è il costo del capitale. Infatti dovrà essere necessariamente maggiore il tasso di rendimento che gli investitori si aspettano di realizzare a fronte del maggior rischio.

18 Il costo del capitale Un investitore razionale disinveste i suoi soldi per investirli diversamente sicuramente se: a parità di rischio l investimento rende di più o a parità di rendimento l investimento ha meno rischi Oppure in base alla sua propensione al rischio se: Il nuovo investimento ha un maggior rendimento ma anche un maggior rischio

19 Simulazioni scenario 1 Dati principali utilizzati nel modello di calcolo Suini Giorni produzione Coefficiente di rendimento Resa elettrica Potenza elettrica netta Costo manodopera ,45 0,32 60 KWe 0

20 Valutazione eco-fin scenario 1 VALUTAZIONE INVESTIMENTO BIOGAS Valore attuale netto ( ) 1,00E+06 7,50E+05 5,00E+05 2,50E+05 0,00E+00-2,50E+05 VAN = Costo del capitale o costo opportunità (%)

21 Analisi sensitività scenario 1 VALUTAZIONE INVESTIMENTO BIOGAS Valore attuale netto ( ) 1,00E+06 7,50E+05 5,00E+05 2,50E+05 0,00E+00-2,50E /y Costo del capitale o costo opportunità (%)

22 Analisi sensitività scenario 1 I digestori anaerobici sono impianti che richiedo una particolare cura e attenzione nella gestione. L inesperienza può facilmente comportare una perdita di produttività (anche di poco) e un conseguente calo del rendimento economico sotto soglia. Parametro Coefficiente di rendimento Rendimento elettrico Variazione -5% -5% Perdita monetaria /y /y Giorni di produzione -30 gg /y

23 Simulazioni scenario 2 Dati principali utilizzati nel modello di calcolo Suini Insilato di mais da Giorni produzione Coefficiente di rendimento Resa elettrica Potenza elettrica netta Valore insilato 3a 3b Costo manodopera ha 365 0,45-0,50 0,32 90 KWe 0 20 /t 0

24 Valutazione eco-fin scenario 2a VALUTAZIONE INVESTIMENTO BIOGAS Valore attuale netto ( ) 1,00E+06 7,50E+05 5,00E+05 2,50E+05 0,00E+00-2,50E+05 VAN = Costo del capitale o costo opportunità (%)

25 Valutazione eco-fin scenario 2b VALUTAZIONE INVESTIMENTO BIOGAS Valore attuale netto ( ) 1,00E+06 7,50E+05 5,00E+05 2,50E+05 0,00E+00-2,50E+05 VAN = Costo del capitale e costo opportunità (%)

26 Simulazioni scenario 3 Dati principali utilizzati nel modello di calcolo Suini Insilato di mais da FORSU e verde da Giorni produzione Coefficiente di rendimento Resa elettrica Potenza elettrica netta Valore insilato Manodopera ha ab 365 0,60 0,36 1,25 MWe 20 /t 3 persone

27 Valutazione eco-fin scenario 3 VALUTAZIONE INVESTIMENTO BIOGAS 0,00E+00-5,00E+05-1,00E+06 1,00E+06 5,00E+05 2,00E+06 1,50E+06 3,00E+06 2,50E+06 VAN = Valore attuale netto ( ) Costo del capitale o costo opportunità (%)

28 E se l obiettivo è l utilizzo del mais? VALUTAZIONE INVESTIMENTO BIOGAS 0,00E+00-5,00E+05-1,00E+06 1,00E+06 5,00E+05 2,00E+06 1,50E+06 3,00E+06 2,50E Valore attuale netto ( ) suini 320 ha VAN = Costo del capitale o costo opportunità (%)

29 E con la rimozione dell azoto? VALUTAZIONE INVESTIMENTO BIOGAS 0,00E+00-5,00E+05-1,00E+06 1,00E+06 5,00E+05 2,00E+06 1,50E+06 3,00E+06 2,50E Valore attuale netto ( ) suini 320 ha Rimozione N 30 cent/kgn Costo del capitale o costo opportunità (%)

30 Conclusioni seconda parte Il singolo digestore in allevamento presenta un profilo di rendimento economico in linea di massima medio e di rischio medio-alto. Se il gestore non ha confidenza con l impianto (o non può dedicarvi tempo) scivola su profili di rendimento dell investimento sotto soglia di convenienza. Il finanziamento regionale a fondo perduto può essere visto come uno strumento di compensazione per l iniziale inesperienza del gestore. Occorre organizzare una o più strutture di servizi che supportino i gestori nel funzionamento dell impianto e nelle pratiche economiche e amministrative.

31 Conclusioni seconda parte Il digestore centralizzato ha dei profili di rendimento dell investimento medio-alti presupponendo che venga gestito da operatori del settore. L impianto centralizzato può sostenere il costo della rimozione dell azoto se indicativamente almeno 2/3 dell alimentazione è a costo zero. Un finanziamento pubblico per questi impianti vincolato alla rimozione dell azoto indirizzerebbe in modo mirato i soldi alla soluzione di una seria criticità ambientale. Andrebbero indicati i siti idonei per questa tipologia di iniziative e valutati i proponenti sulla base di una loro comprovabile esperienza nel settore.

32 GRAZIE PER L ATTENZIONE! alessandro.casula@polimi.it francesca.malpei@polimi.it

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