Convegno Sviluppo ed evoluzione della filiera del biogas/biometano La valorizzazione energetica di sottoprodotti agroindustriali Sostenibilità energetica e ambientale della bietola metanigena Nicola Colonna, ENEA Unità UTAGRI Centro Ricerche Casaccia, Roma Cesena, 1 Aprile 2011 1
I temi Una coltura dimezzata Una rinnovata opportunità per la barbabietola? Nuove fonti di biomassa per il prossimo futuro Sostenibilità? Cosa, Come, Quanto? Stimare e calcolare: i bilanci di sostenibilità Elaborazioni e analisi di prove in emilia romagna Considerazioni specifiche Considerazioni generali 2
Fattori concomitanti La riforma dell'ocm succhero, la chiusura degli zuccherifici e la riduzione conseguente delle superfici investite a bietola, La ricerca di alternative colturali valide, Gli incentivi alle produzioni agroenergetiche Tra le opzioni possibili, la bietola sostituisce la bietola! Ma è una soluzione valida e sostenibilie? 3
La bietola in Emilia Romagna ٦ ٠٠٠ ٠٠٠ ٩٠ ٠٠٠ Produzione (ton) ٥ ٠٠٠ ٠٠٠ ٤ ٠٠٠ ٠٠٠ ٣ ٠٠٠ ٠٠٠ ٢ ٠٠٠ ٠٠٠ (ha) ton ٨٠ ٠٠٠ ٧٠ ٠٠٠ ٦٠ ٠٠٠ ٥٠ ٠٠٠ ٤٠ ٠٠٠ ٣٠ ٠٠٠ Superficie (ha) ١ ٠٠٠ ٠٠٠ ٢٠ ٠٠٠ ١٠ ٠٠٠ ٠ ١٩٩٩ ٢٠٠٠ ٢٠٠١ ٢٠٠٢ ٢٠٠٣ ٢٠٠٤ ٢٠٠٥ ٢٠٠٦ ٢٠٠٧ ٢٠٠٨ ٢٠٠٩ ٠ Anno Riduzione significativa delle superfici a bietola Media 1999-2005 73.780 ha Media 2006-2009 30.100 ha - 60% 4
La bietola in Emilia Romagna 24 000 20 000 media 2002-2005 16 000 media 2006-2009 Ettari 12 000 8 000 4 000 0 Piacenza Parma Reggio nell'emilia Modena Bologna Ferrara Ravenna Forlì-Cesena Rimini Provincie In alcune provincie è quasi scomparsa con riduzioni superiori all 80% 5
Nuove matrici per il biogas? Tema rilevante, e lo sarà ancora più in futuro, è la ricerca di matrici idonee per la digestione anaerobica. Le modifiche legislative e regolamentari in corso cambieranno lo scenario, si modificheranno gli incentivi, si prospettano regole circa le quantità in uso di determinati substrati. Oggi le colture utilizzate sono essenzialmente: Mais, Sorgo Triticale e poche altre colture minori. E' necessario pensare in una prospettiva di medio lungo periodo e poter disporre di matrici (colture) alternative a costi competitivi e che si integrno negli ordinamenti colturali prevalenti. Il potenziale di sviluppo del biogas 6
Quale sostenibilità? Come misurarla? Nell'attuale (contingente) dibattito sulla sostenibilità gli elementi di riferimento attraverso i quali misurare la sostenibilità delle filiere agroenergetiche sono l'energia (NER) e le emissioni (CO 2equiv ) mentre sono in parte trascurati altri elementi, sicuramente rilevanti in una ottica più ampia Quale indicatore? I I I I I I I I I Il potenziale di sviluppo del biogas 7
Quale sostenibilità? Come misurarla? Condizioni generali per ritenere valido l uso di una determinata biomassa per la produzione di una fonte energetica sono: Energia fossile consumata per la produzione della biomassa < Energia disponibile dalla fonte energetica ottenuta dalla biomassa. Emissioni di GHG associate alla produzione > di energia da fonti fossile Emissioni di GHG associate alla produzione di energia dalla biomassa Sono dei principi generali il cui rispetto è necessario ma probabilmente non sufficiente. Il potenziale di sviluppo del biogas 8
Risorse, biomasse, usi finali RISORSE Suolo, Acqua, Manodopera, Semi (talee, rizomi), Nutrienti, Energia (meccanica, elettrica), Mezzi tecnici (difesa, diserbo) PRODUZIONE BIOMASSE Mais, Triticale, Sorgo, Miscanto, Panico, Colza, Girasole, Soia, Pioppo, Robinia, Kenaf.. PROCESSI C. F. B. BIOCOMBUSTIBILI Olio, Biodiesel, Etanolo, ETBE, Cippato, Pellet, Biogas, Syngas.. DISTRIBUZIONE CONSUMO USI FINALI Calore (riscaldamento/raffreddamento), Elettricità, Cogenerazione, Trasporti 9
Analisi del Ciclo di Vita tra mito e realtà Strumento di indagine analitico per fare emergere con chiarezza trasparenza e affidabilità gli impatti legati ad ogni fase di un processo produttivo. Per quanto sia lo strumento più indicato e potente presenta molte criticità operative che al momento attuale ne rendono ancora difficile l'impiego nel settore agricolo. E' necessario che siano soddisfatte le condizioni di: Trasparenza, affidabilità e modificabilità delle Banche-Dati Rappresentatività da parte delle Banche-Dati della realtà che si vuole studiare Trasparenza e modificabilità dei Metodi per la valutazione del danno Stretta correlazione tra Metodi e Banche-Dati Trasparenza del risultato numerico dello studio (da Paolo Neri ENEA) 10
Progetti di Ricerca Emilia Romagna LR 2/98 progetti di ricerca ed sperimentazione per la ricerca di colture alternative alla barbabietola da zucchero in un contesto di sostenibilità economica, agronomica e di sviluppo del sistema rurale. BANDO CONVERSIONE BIETICOLO FILIERE Agroalimentari Biomasse per Energia Biogas Sorgo Polifunzionale Valutare attraverso un confronto dei bilanci energetici ed ambientali alcune filiere sperimentali agroenergetiche (CRPV) 11
Progetto CRPV Filiera Biogas: Bilancio energetico ambientale della produzione di barbabietola metanigena. Prove in due siti in regione: Concordia (MO) e Casemurate (FC) Tesi a confronto : Varietà x Irrigazione x Concimazione Valutazioni: puntuale di tutti i mezzi tecnici impiegati, dei relativi consumi energetici e delle emissioni associate 12
Metodologia Gross Energy Requirements Impiego Mezzi Meccanici Impiego Mezzi Tecnici Lavorazioni Concimi Operazioni colturali Diserbanti Distribuzione concimi Insetticidi/fungicidi Pompaggi Acqua Macchine raccolta Materiale propagazione Somma Input MJ/ha Contabilità analitica di tutti i flussi di energia fossile diretta connessi a ciascuna operazione colturale per la coltivazione di un ettaro. 13
Bilancio Contabilità analitica dell energia contenuta nel prodotto utile e negli eventuali sottoprodotti tal quali e rapporto con gli input complessivi Somma Output MJ/ha Somma Input MJ/ha Output/Input Rappresenta la sintesi dell efficienza d uso delle risorse impiegate sia quelle naturali che quelle date in input dall uomo. Risultati: Analisi comparata degli input, Resa energetica (Mj/ton), Spesa energetica ad ha, Emissioni associate. 14
Mezzi, Macchine agricole Sintesi degli input energetici per l impiego di macchine/motori per tipo di operazione, Prova Irrigua -Alto N, Concordia Macchine Interventi Gasolio e lubrificanti Percentuale Operazioni C.E. MJ/ha % Lavorazioni Terreno 4 2390,56 19,7 Distribuzione concimi 2 96,48 0,8 Operazioni colturali 1 282,71 2,3 Trattamenti e diserbo 7 510,76 4,2 Irrigazione 2 4373,41 36,0 Raccolta 3 4510,07 37,1 Totale consumo energetico 12163,98 100,0 La spesa energetica è elevata per le macchine per la raccolta, le pompe di irrigazione e le lavorazioni 15
Concimazione Difesa e Diserbo Sintesi input energetici per Concimazione Difesa e Diserbo Consumi energetici MJ/ha Tipo di input Input N Alto Input N Basso Azoto ureico Fosforo 6946,0 2664,1 3473,0 2664,1 Totale concimazione Diserbo Difesa Totale trattamenti Totale Complessivo 9610,1 1328,0 823,6 2151,6 11761,7 6137,1 1328,0 823,6 2151,6 8288,7 16
Sintesi input per prove diverse Input energetici complessivi per le prove (CONCORDIA) Alto Input N _ Irrigazione Si MJ/ha Alto Input N _ Irrigazione No MJ/ha Meccanizzazione 8288,7 Meccanizzazione 8288,7 Concimazione 9610,1 Concimazione 9610,1 Difesa e Diserbo 2151,6 Difesa e Diserbo 2151,6 Irrigazione 4373,4 Irrigazione 0,0 TOTALE 24423,9 TOTALE 20050,5 Basso input N Irrigazione SI MJ/ha Basso input N_Irrigazione No MJ/ha Meccanizzazione 8288,7 Meccanizzazione 8288,7 Concimazione 6137,1 Concimazione 6137,1 Difesa e Diserbo 2151,6 Difesa e Diserbo 2151,6 Irrigazione 4373,4 Irrigazione 0,0 TOTALE 20950,9 TOTALE 16577,5 Massimo 24400 MJ Minimo 16600 MJ Delta 7800 MJ/ha + 67 % 17
Sintesi input Prove Irrigue Concordia (MO) e Casemurrate (FC), Valori assoluto CE 30000 25000 20000 MJ/ha 15000 10000 Difesa/Diserbo Concimazione Irrigazione Meccanizzazione 5000 0 MO Alto N MO Basso N FC Alto N FC Basso N Significativa differenza tra i due siti sperimentali La meccanizzazione e la concimazione sono gli elementi di rilievo della spesa energetica 18
SIntesi input Prove Irrigue Concordia (MO) e Casemurrate (FC), Valori % CE 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% Dif esa/diserbo Concimazione Irrigazione Meccanizzazione 20% 10% 0% MO Alto N MO Basso N FC Alto N FC Basso N Il confronto fa emergere nei diversi siti il peso relativo delle diverse voci Difesa e Diserbo sono sostanzialmente stabili. 19
La spesa energetica per unità di prodotto (Mj/t s.s.) RESA ENERGETICA CONCORDIA - BIOMASSA SECCA 1.200,00 1.000,00 1.025,78 800,00 MJ/t 600,00 540,69 400,00 200,00 - Foragg. NO-A Foragg. SI-A Foragg. NO-B Foragg. SI-B Leila SI-B Leila NO-A Leila NO-B Leila SI-A Liana NO-B Liana SI-B Liana NO-A Liana SI-A VARIETA' Differenze significative in relazione alle varietà ed ai siti Valori migliori per prove senza irrigazione e con azoto minimo (low input) 20
Dati di input : emissioni associate Peso indicizzato delle diverse operazioni CO2eq/MJ Biomassa Prove in asciutta 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 MO_ Irr No _Alto N MO_ Irr No_ Basso N FC_ Irr No_Alto N FC_ Irr No_Basso N Gasolio Concimazione azotata Altra Concimazione Pesticidi Sementi Emisisoni N2O Emissioni molto diverse nelle due prove per unità prodotta Necessità di rivalutare le tecniche e gli input alla luce di questi risultati 21
Dati di input emissioni associate Peso percentuale delle diverse operazioni 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% MO_ Irr No _Alto N MO_ Irr No_ Basso N FC_ Irr No_Alto N FC_ Irr No_Basso N Gasolio Concimazione azotata Altra Concimazione Pesticidi Sementi Emisisoni N2O Emissioni molto diverse per le diverse operazioni Necessità di rivalutare le tecniche alla luce di questi risultati 22
Alcune considerazioni L'analisi energetica nelle prove comparative evidenzia le operazioni più energivore e dove sia necessario porre particolare attenzione al fine di diminuire i costi energetici ottimizzando l'impiego delle risorse. I risultati ambientali sono strettamente associati a quelli energetici ma particolare attenzione va posta nella concimazione azotata per le elevate emissioni di N20 associate che modifica significativamente i risultati. L'interazione clima suolo varietà rimane l'elemento fondamentale nell'elevare o abbassare la resa energetica per tonnellata di prodotto. Vi è uno spazio aperto di ricerca per studiare e confrontare tecniche colturali meno energivore e rivalutare le varietà disponibili di bietola in una nuova ottica dove la certificazione del bilancio energetico e delle emissioni diverrà domani elemento operativo necessario per realizzare le iniziative in tale settore 23
Bilanci Energetici? Attenzione! USDA (2004) Argonne (1999) ORNL (1990) UCBerkeley A (2006) UCBerkeley B (2006) Amoco (1989) Iowa State (1992) Pimentel (2005) NER = EtOH + Coproducts Inputs 0.5 0.75 1 1.25 1.5 1.75 Fonte:J. Johnson Ph.D. Thesis, MIT, 2006 Perchè queste differenze? Differenti confini dei sistemi analizzati Discrepanze nel calcolo e attribuzione dei co-prodotti, Incapacità di risolvere le incertezze e la variabilità del sistema 24
Argonne (1999) USDA (2004) ORNL (1990) UCBerkeley A (2006) UCBerkeley B (2006) Amoco (1989) Scostamenti successivi all'armonizzazione dei confini del sistema in analisi Iowa State (1992) Pimentel (2005) MIT (2006) 0.5 0.75 1 1.25 1.5 1.75 Fonte: J. Johnson Ph.D. Thesis, MIT, 2006 Net Energy Ratio 25 25 MIT
Conclusioni Per quanto il calcolo dei biilanci energetici ed ambientali sia necessario ed utili i valori ottenuti non sono universali ne immediatamente comparabili con i risultati ottenuti da altri gruppi in altri luoghi. Vi è la necessità di standardizzare almeno alcuni degli elementi dell'analisi tenendo conto delle recenti Direttive europee in merito che in questo momento hanno posto in essere dei riferimenti normativi. In analogia con quanto diverse realtà, anche private, stanno realizzando per le filiere agroalimentari è necessario avere un metodo di riferimento ben codificato adatto alla realtà nazionale. Auspico che possano essere allargati gli orizzonti della sostenibilità ambientale impiegando anche altre tipologie di indicatori. 26
Grazie per l'attenzione. Contatti Nicola Colonna Centro Ricerche Casaccia sp 101 via Anguillarese 301, 00123 Roma tel 0039-06.3048.6381 mail nicola.colonna@enea.it 27