AZIENDA SPERIMENTALE VITTORIO TADINI Il biogas: aspetti tecnico impiantistici, gestionali e normativi 09 dicembre 2008 Prof. Pierluigi Navarotto Università degli Studi di Milano Dipartimento VSA pierluigi.navarotto@unimi.it
Lo sviluppo della tecnologia in Italia inizia alla fine degli anni 70 per esigenze ambientali (L. 10/05/1976 (L. Merli), L. 650/ 79, etc ). Lo scopo principale che ci si riprometteva era risolvere l impatto ambientale indotto dagli allevamenti intensivi (suinicoli soprattutto). 1980 progetto di ricerca Biogas dell E.R. (CRPA, ENEA, ENI, ENEL,Università). Costruzione di 5 impianti dimostrativi e 3 impianti sperimentali.
La ricerca evidenzia: La insufficiente efficienza depurativa della digestione anaerobica (tab. A, C - L. Merli). L inadeguatezza delle tecnologie utilizzate nell industria (costose e complesse) per il settore zootecnico. La necessità di incentivi che rendano conveniente gestire l impianto (non solo contributi per la costruzione): > valorizzazione della energia prodotta L insufficiente contenuto energetico dei soli reflui zootecnici per giustificare il costo di impianti sofisticati.
nel frattempo: - l Utilizzazione Agronomica viene individuata come la soluzione da privilegiare per lo smaltimento degli effluenti zootecnici. - ciò rende nuovamente interessante la D.A. grazie alla sua valenza ambientale (stabilizzazione - riduzione odori - emissioni) a patto che i costi dell impianto siano contenuti. - da qui lo sviluppo di tecnologie semplificate (a basso costo).
Schema di impianto di biogas semplificato, senza riscaldamento rotovaglio serbatoio di stoccaggio biogas agli utilizzi sistema galleggiante di raccolta gas frazione solida vasca di raccolta e sollevamento lagone o vasca di accumulo La produzione di metano ottenibile è di circa 15 m3/anno per 100 kg di peso vivo suino (circa 25 m3/anno di biogas)
nel frattempo: - la CIP6/92: CIP6/92 premia la produzione di E.E. da fonti rinnovabili e favorisce l utilizzazione del biogas in cogenerazione - La disponibilità di calore risveglia l interesse verso la mesofilia
Schema di impianto di biogas semplificato con riscaldamento sistema di copertura e raccolta biogas a singola o a doppia membrana rotovaglio biogas agli utilizzi frazione solida vasca di raccolta e sollevamento acqua calda energia elettrica biogas sistema di riscaldamento cogeneratore La produzione di metano ottenibile è di circa 21 m3/anno per 100 kg di peso vivo suino (circa 35 m3/anno di biogas)
2002 - I certificati verdi (nel 2007 il 3,05% + 0,75/anno sino al 2012) Hanno consolidato l interesse per la produzione di E.E. da F.R.
e sviluppato interesse per le esperienze tedesche ove si era notevolmente implementata la produzione di energia mediante l aggiunta di biomassa agricola sino ad abbandonare l attività zootecnica specializzando l azienda nella produzione di Energia Elettrica
varie sono le biomasse utilizzabili: utilizzabili - cereali da foraggio - erbai - cereali a granella - erbasilo - silomais - residui colturali, etc si possono definire come maprov (acronimo di materie prime di origine vegetale)
Biomasse e scarti organici avviabili a D.A. e loro resa in Biogas (m3 per ton di solidi volatili) Materiali m3 biogas/t SV Deiezioni animali (suini, bovini, avi-cunicoli) 200-500 Residui colturali (paglia, colletti barbabietole..) 350-400 Scarti organici agroindustria (siero, scarti vegetali, lieviti, fanghi e reflui di distillerie, birrerie e cantine..) Scarti organici macellazione (grassi, contenuto stomacale ed intestinale, sangue, fanghi di flottazione ) 400-800 550-1000 Fanghi di depurazione 250-350 Frazione organica rifiuti urbani 400-600 Colture energetiche (mais, sorgo zuccherino ) 550-750
e l aiuto della normativa - normativa fiscale (finanziaria 2006 e 2007) Produzione di E.el. = attività agricola connessa - promozione dell E.el. da fonti rinnovabili D.Lgs. 387 del 2003 Del. AEEG n. 34 del 2005 e n. 280 del 2007 Leggi n. 222 art. 26 e n. 244 art. 2 del 2007 -normativa ambientale D.Lgs. 152/06, art.269/14.e), art.271/1 (emissioni in atmosfera) D.Lgs. 4/2008, art.2 (sottoprodotti)
e l aiuto della normativa - semplificazione procedure autorizzative: ubicazione in zona Agricola PRG procedimento unico DIA per produzioni 250 kw el - incentivazioni (filiera corta): periodo 15 anni C.V. x 1,8 tariffa fissa omnicomprensiva 0,28 /kwh..?! sino al 40% del costo dell impianto finanziabile può rendere economicamente sostenibile l attività
Le tecniche di digestione Le tecniche di digestione anaerobica possono essere suddivise in due gruppi principali: Digestione a secco (dry digestion), quando il substrato avviato a digestione ha un contenuto di solidi totali (ST) 30%; Digestione a umido (wet digestion), quando il substrato ha un contenuto di ST 10%. Processi con valori di secco intermedi (10 14% ST) vengono definiti processi a semisecco.
I requisiti di buona realizzazione Sufficiente coibentazione del digestore Sistema di riscaldamento idoneo a fornire il calore di termostatazione (35 40 C); Oblò di controllo; Mixer interno efficace; Alimentazione dei maprov direttamente nel digestore; Disponibilità di sufficiente stoccaggio del biogas; Sono comunque solo un prerequisito...
Essenziale garantire condizioni di efficienza Realizzare un impianto biogas: aggiungere un allevamento di microrganismi con tutte le loro esigenze in termini ambientali ed alimentari La formulazione della razione, le modalità di somministrazione, il controllo di eventuali prodotti nocivi e delle condizioni ambientali sono essenziali. La gestione deve essere professionale e non casuale!
La digestione anaerobica e la digestione del bovino
LA > O < PRODUZIONE DI BIOGAS E FUNZIONE DELLA CORRETTA ALIMENTAZIONE DEI MICRORGANISMI... come per le bovine... - un passaggio rapido a dieta ricca in carboidrati e povera in fibra, si ha > quantità di acidi grassi con riduzione ph. (variare la dieta con fibra,diluire con acqua tiepida). - eccesso proteico, si ha > produzione di NH3 con aumento del ph (e dell H2S ) (variare la dieta con una riduzione del tenore proteico, ricircolare il digestato). - formazione di schiume: sembrano dovute ad alimentazione discontinua e ad una inadatta formulazione della razione. (variare la dieta, utilizzare prodotti antischiuma, )
I problemi legati ai più comuni errori alimentari possono comportare: - peggioramento della composizione del biogas, con diminuzione del Potere Calorifico ed aumento dell azione corrosiva per la maggiore presenza di H2S - incompleta combustione della miscela gassosa nel motore del cogeneratore con riduzione del rendimento sino al suo fermo nei casi di maggiore gravità -formazione e diffusione di odori nauseabondi dalla borlanda a causa della eccessiva formazione di acidi grassi volatili, quali prodotti intermedi della fermentazione - possibile formazione di schiuma nel digestore - possibile collasso del processo con blocco della produzione di biogas
E INOLTRE IMPORTANTE: - evitare la presenza di sostanze inibitrici (esterne o endogene): ammoniaca, acido propionico, ioni nitrito e nitrato, sulfuri, solventi derivati del petrolio, cianuri, gli azotoidrati, i tensioattivi in genere, salinità eccessiva (> 30 g/l), metalli pesanti, ecc... - controllare i parametri analitici - nel digestore: ph, NH3, determinazione degli ac. grassi. - del gas: CH4, CO2, H2S
Il trattamento del biogas - essiccazione: nella condensa si concentrano pure NH3, H2S, polveri ed altre impurità. - desolforazione: biologica (sulfobacter oxidans): - interna al digestore - esterna al digestore chimica (+ FeCl3 o FeCl2): - interna al digestore - esterna al digestore - filtrazione finale su carboni attivi... e finalmente
alla cogenerazione - motori a gas rendimenti in Energia Elettrica 35 40 % circa - motori a diesel-gas (iniezione pilota) rendimenti in Energia Elettrica 39 44 % circa - turbine a gas rendimenti in Energia Elettrica 30 % circa utilizzo Energia Termica!
ma conviene passare da. agricoltore - allevatore a. agricoltore allevatore - energicoltore?
Impianto per 200 vacche da latte, relativa rimonta + biomassa (kw 100) 1000 m3
Impianto per 200 vacche da latte, relativa rimonta + biomassa (kw 100) Liquami 14,00 t/d Biomassa 1,00 t/d Biogas prodotto 1100 m3/d Investimento 700.000,00 Ammortamento (n=12; i= 6%) E. Elettrica prodotta Costi gestione Lavoro 1,5 h/d (20,00 /h) + manutenzione cogeneratore + consumi vari (0,04 /kwh) biomassa 365 x 45,00 /t Totale costi a= 83.500,00 = MWh 722 41.500,00 16.425,00 57.925,00
Ricavi Vendita E. Elettrica alla tariffa unica omnicomprensiva di 280 /MWh 202.160,00 Margine Operativo Lordo 144.235,00 Risultato ante imposte 60.735,00 Valorizzazione della biomassa: 202.160 (83.500 + 41.500) = /t biomassa vegetale 210 365 ma se l efficienza del processo si riduce anche solo del 15% Risultato ante imposte = 30.400 (-50%!) Valorizzazione della biomassa = /t 128,00 (-40%!)
Impianto per 200 vacche da latte, relativa rimonta + biomassa (kw 249) 2000 m3
Impianto per 200 vacche da latte, relativa rimonta + biomassa (kw 249) Liquami Biomassa vegetale Biogas prodotto 23,00 t/d 9,00 t/d 2800 m3/d Investimento 1.300.000,00 Ammortamento (n=12; i= 6%) E. Elettrica prodotta Costi gestione Lavoro 3,0 h/d (20,00 /h) + manutenzione cogeneratore + consumo energia e varie (0,045 /kwh) biomassa 9 x 365 x 45,00 /t Totale costi a= 155.000,00 = MWh 1.805 107.400,00 147.825,00 255.225,00
Ricavi Vendita E. Elettrica alla tariffa unica omnicomprensiva di 280 /MWh 505.400,00 Margine Operativo Lordo 250.175,00 Risultato ante imposte 95.175,00 Valorizzazione della biomassa: 505.400 (155.000 + 107.400) = /t biomassa vegetale 74 3285 ma se l efficienza del processo si riduce anche solo del 15% Risultato ante imposte = 19.000 (-80%!) Valorizzazione della biomassa = /t 50,00 (-32%!)
ma attenzione: Nei conteggi si è considerata la tariffa unica omnicomprensiva di 280 /MWh Alle condizioni attuali: -Vendita C.V. + vendita e.e. Del. 34/05 I risultati sono ben diversi! Caso 100 KW: Ricavi (C.V. + e.e.) Costi vari Biomassa (45 /t) 116.645,00 33.750,00 16.425,00 MOL Ammortamento 66.470,00 83.500,00 RAI - 17.030,00
Caso 249 KW: Ricavi (C.V. + e.e.) Costi vari Biomassa (45 /t) 282.225,00 78.900,00 147.825,00 MOL Ammortamento 55.500,00 155.000,00 RAI - 99.500,00 Valorizzazione della biomassa /t 15,00
Vanno inoltre comunque considerati: - il miglioramento dell impatto ambientale: - controllo degli odori; - fluidificazione del liquame con miglioramento della distribuzione; - riduzione delle emissioni di gas serra ( ~ 13 kg di CO2 / m3 biogas utilizzato); - energia disponibile a costo ridotto per eseguire, se necessario, i trattamenti di riduzione del carico azotato dei liquami zootecnici.
Conclusioni La loro corretta applicazione ed una attenta gestione sono comunque elementi essenziali perché tale potenzialità diventi reale opportunità. Le nuove tecniche, incentivazione, unite hanno la alle attuali potenzialità normative per di rendere conveniente la produzione di e.e. da biogas. Per una concreta e rapida diffusione di tali impianti è indispensabile che, in tempi rapidi, sia resa operativa la nuova normativa di incentivazione tramite la pubblicazione dei relativi decreti attuativi
Conclusioni Si tratterebbe di accogliere positivamente la Risoluzione del Parlamento europeo del 12 marzo 2008 sull agricoltura sostenibile ed il biogas ove, con 53 raccomandazioni, si invitano gli Stati membri ad operare per una rapida diffusione di tali impianti. Interessanti, tra queste, la: - n 7. ove ricorda come il biogas proveniente dall effluente di allevamento presenta numerosi vantaggi ambientali; - n 12. ove chiede vengano utilizzati prodotti delle prima fase di trasformazione (bucce patate, polpa di frutta);; - n 20. ove afferma che la produzione di biogas basata sull effluente di allevamento animale, I fanghi e i rifiuti animali e organici, dovrebbe essere prioritaria dal momento che I vantaggi ambientali sono evidenti;
Conclusioni - n 34. ove chiede alla Commissione ed agli Stati membri di garantire che la realizzazione di impianti per la produzione di biogas nonchè l autorizzazione ad utilizzare I rifiuti organici e I fanghi non siano ostacolate da procedure e regolamentazioni amministrative indebitamente farraginose; - n 36. ove chiede che si introduca una procedura semplificata per le licenze di costruzione degli impianti per la produzione di biogas; -
Grazie per l attenzione! e-mail: pierluigi.navarotto@unimi.it