Biogas: un opportunità di crescita per le aziende agricole Biogas: situazione attuale e prospettive Sergio Piccinini C.R.P.A. S.p.A. - Reggio Emilia Centro Ricerche Produzioni Animali Bologna 14 Novembre 2008
Schema della Digestione Anaerobica
Biomasse e scarti organici avviabili a DA e loro resa in Biogas (m3 per ton di solidi volatili)
La diffusione in Europa Oltre 400 impianti di biogas per il trattamento delle acque reflue industriali ad alto carico organico. Circa 450 impianti operativi nel recupero di biogas dalle discariche per rifiuti urbani. Circa 1600 digestori operativi nella stabilizzazione dei fanghi di depurazione. Oltre 4000 impianti operanti su effluenti zootecnici in particolare in Germania (oltre 3500), Austria, Italia, Danimarca, Svizzera e Svezia.
La Germania E il Paese europeo nel quale la digestione anaerobica ha avuto il maggior impulso Nel 2007, 3700 impianti operativi con una potenza elettrica installata di circa 1270 MW. Più di 450 SME e 10.000 addetti. Oltre l 80% degli impianti di biogas operano in codigestione (liquami zootecnici + colture energetiche + scarti organici). Nuova incentivazione del Governo tedesco (dal 2009), che ha fissato un prezzo per l energia elettrica da biogas fino a 27,67 centesimi di euro/kwh per 20 anni. Incentivato anche il biometano: obiettivo sostiture il 10% del gas naturale entro il 2030.
Biogas in Italia EurObserv ER stima per l Italia una produzione di biogas nel 2007 di 406,2 ktep (circa 4,7 TWh) GSE per il 2007 riporta una produzione lorda di EE da biogas di 1,45 TWh Oltre l 80% di questa produzione è dovuta al recupero di biogas dalle discariche per RU La richiesta di EE dell Italia nel 2007 è stata di 339,9 TWh
Impianti di Biogas su effluenti zootecnici, scarti agricoli e agroindustriali e colture energetiche (2007) Censimento impianti biogas CRPA ha identificato 154 impianti; 39 sono in costruzione o in fase autorizzativa. Il 40% opera in co-digestione di effluenti zootecnici con colture energetiche (mais, sorgo ) e residui dell agroindustria; Quasi tutti gli impianti sono localizzati nelle regioni del nord Italia
Impianti di Biogas su effluenti zootecnici, scarti agricoli e agroindustriali e colture energetiche Censimento impianti biogas (2007) 34 2 48 2 154 impianti (39 in costruzione) 17 6 30 1 2 1 1 7 2 1
Impianti di Biogas su effluenti zootecnici, scarti agricoli e agroindustriali e colture energetiche (2007) Censimento impianti biogas Tipologia di substrato trattato Solo liquame suino Solo liquame bovino Liquame suino + liquame bovino Liquame bovino e/o suino e/o pollina + scarti organici + colture energetiche Liquame bovino e/o suino e/o pollina + colture energetiche Colture energetiche e/o scarti organici Pollina + scarti organici e/o colture energetiche Totale Impianti (n.) 44 38 5 35 20 9 3 154
Impianti di Biogas su effluenti zootecnici, scarti agricoli e agroindustriali e colture energetiche (2007) Censimento impianti biogas TEMPERATURA DI PROCESSO Psicrofilia Mesofilia Termofilia Dato non disponibile Totale TEMPO DI RITENZIONE IDRAULICA < 15 giorni Tra 16 e 25 giorni Tra 26 e 35 giorni > 36 giorni Dato non disponibile Totale n impianti 8 81 8 57 154 n impianti 3 45 9 37 60 154 Potenza elettrica < 100 kwe 110-500 kwe 500 1.000 kwe >1 MWe Biogas in caldaia Dato non disponibile Totale Impianti (n.) 44 28 19 14 8 41 154 Potenza elettrica installata circa 49 MWe
esempi Impianto semplificato Impianto semplificato senza riscaldamento in allevamento suinicolo annesso a caseificio grana
esempi Allevamento suino (PR) Allevamento suino 350-400 t pv Reattori plug-flow senza miscelazione Cogeneratore da 50 kwe
esempi Parametri produttivi medi impianto biogas nel periodo Ottobre 1994 Giugno 2001 Allevamento suino (PR)
esempi Allevamento suino (PC) Peso vivo mediamente presente 1080 t Liquame: 110-140 m3/g Digestori: 2 x 1200 m3 HRT: 21 giorni Temperatura: 35-40 C CHP: 2 x 90 kw Costo investimento:1.000.000 (5.550 /kwe)
esempi Allevamento bovini da latte (BO) Liquame: 11,5 m3/g Biomasse: 37,5 t/g Digestori: 3400 m3 HRT: 70 giorni Temperatura: 37-39 C CHP: 355 kw (240+115) Costo investimento:1.200.000 (3.380 /kwe)
esempi Allevamento bovini da latte (BO) Unit Year 2007 Total animals heads (n.) 238 Number of dairy cattle (n.) 110 Cattle manure production (t VS/month) 25 Biomass load (Energy crops (t VS/month) +agro-industry residues) 238 Electrical power installed (kw) 355 Biogas production (m /month) 3 Electrical energy production (kwh/month) Methane content (%) 119,436 210,586 53 3 m /kg VS 0.454 Biogas yield 3 3 m /m day 1.155 Parametri produttivi ed operativi (valori medi mensili)
esempi Biomasse trattate: carico organico 3159 t SV/anno (% SV da ogni biomassa) Colture energetiche 23.6% Liquame bovino 9.4% Residui agroindustriali 67.0% Residui agroindustriali Colture energ. Liquame bovino
esempi Allevamento bovini da latte (BO) Produzione mensile di EE nel 2007 300.000 250.000 [kwh/mese] 200.000 150.000 100.000 50.000 0 gen-07 feb-07 mar-07 apr-07 mag-07 giu-07 lug-07 ago-07 set-07 ott-07 nov-07 dic-07
esempi Allevamento bovini da carne (RA) Liquame: 15 t/g Biomasse: 45 t/gg Digestori: 5800 m3 HRT: 90 giorni Temperatura: 37-39 C CHP: 845 kw Costo investimento:3.500.000 (4.100 /kwe)
esempi Biomasse trattate: carico organico 3810 t SV/anno (% SV da ogni biomassa) Mix Fruttaverdura 1,6% Orogel 6,5% Loietto 3,3% Silomais 19,0% Patate 3,6% Sorgo 52,9% liquame 5,5% Polpa barbabietole 7,7%
Produzione di energia elettrica e autoconsumo dell impianto 7.000 Produzione e autoconsumi totali [MWh] esempi Allevamento bovini da carne (RA) 6.000 5.000 4.000 3.000 2.000 1.000 0 1/10 31/10 30/11 31/12 30/1 Produzione 1/3 31/3 30/4 31/5 Autoconsumo 30/6 31/7 30/8 30/9 30/10 29/11
esempi Impianto centralizzato di Spilamberto (MO) 90.000 t/a liquame suino 20-30.000 t/a scarti agroindustriali 2 digestori 8000+ 4000 m3 1 cogeneratore 600 kwe
esempi Impianto centralizzato di Marsciano (PG) 155.000 t/a liquame suino 2700 t/a fanghi civili 3700 t/a pollina 2 digestori 6000+6000 m3 2 cogeneratori 475+350 kwe
esempi Impianto biogas CAVIRO - Faenza 4 digestori da 5000 m3 ciascuno 2 cogeneratori da 1 MWe ciascuno
esempi Impianto centralizzato Camposampiero (PD) 1 digestore 3300 m3-2 cogeneratori 0,5+0,5 MWe Anno 2006: FORSU 13.000 t/anno Fanghi 7.800 t/anno Effl. zoot. 3.000 t/anno Biogas 1.800.000 m3/anno
Biogas in Italia 2007 2 12 1 1 21 6 48 1 8 34 3 2 11 CATEGORIE IMPIANTI BIOGAS 3 17 3 2-154 Effluenti zootecnici + scarti organici + colture energetiche - 121 Fanghi di depurazione civile - 9 FORSU - 22 Reflui agro-industriali 1 21 30 5 7 10 1 1 1 7 2 306 IMPIANTI 1 2 1 5 1 1 11 5 7 3 1 1 2 1 1 1 1 Recupero biogas da discariche RU: 183 impianti 297 MWe installati (dati GSE al 31/12/2007)
Potenzialità biogas in Italia circa 25 TWh/anno di EE o circa 8 Miliardi m3 di CH4/anno principali substrati Deiezioni animali : 150.000.000 t/a Scarti agro- industriali: 12.000.000 t/a Scarti di macellazione(cat.3): 1.000.000 t/a Fanghi di depurazione: 3.000.000 t/a Fraz.org. dei RU: 9.000.000 t/a Residui colturali: 10.000.000 t SS/a Colture energetiche: 200.000 ha
I costi di investimento di un impianto di biogas Dipendono: dalle caratteristiche dell impianto (di tipo semplificato, completamente miscelato, coibentato e riscaldato ecc.); dai materiali avviati a digestione (solo effluenti zootecnici, effluenti zootecnici + colture energetiche e/o scarti agroindustriali ecc.); si può definire un costo di investimento variabile tra 250 e 700 per metro cubo di digestore anaerobico, oppure di 2.500-7.500 per kw elettrico installato in cogenerazione; Il tempo di ripagamento dell investimento (pbt) è in genere di circa 4-8 anni.
Costi e ricavi del biogas ADEcoTec DSS, un software del CRPA per gli studi di fattibilità ADEcoTec DSS valuta la redditività al variare di: costo/ricavo delle matrici del saggio di sconto bancario del prezzo dei certificati verdi del prezzo di vendita dell'energia elettrica della quota di incentivo in conto capitale
Analisi di sensibilità per un impianto da 500 kwe (200 vacche da latte + 2500 suini + 150 ha silomais) in rapporto al costo dell insilato di mais e del TIR ottenibile 340 Valore energia elettrica [ /MWh] 300 260 TIR=25% TIR=20% 220 TIR=15% TIR=10% 180 TIR=0% 140 20 25 30 35 40 45 50 55 Valore silomais [ /t] 60 65 70 75 80
DAL 01/01/2008 Incentivazione energia rinnovabile per il periodo 2007-2012 la quota di EE da fonte rinnovabile da immettere in rete è incrementata annualmente di 0,75% per impianti > 1MW fattore moltiplicativo di 1,8 dell EE prodotta nell anno precedente per il calcolo del numero di CV per impianti <1 MW tariffa omnicomprensiva pari a 0,3 (?) /kwh immesso nel sistema elettrico la durata del CV è di 15 anni
Biogas alla cogenerazione Con un m3 di biogas è possibile produrre: circa 1,8-2 kwh di elettricità del valore di 54-60 c (max incentivo); circa 2-3 kwh di calore che potrebbero essere disponibili per impieghi vari.
Biogas per autotrazione La Svezia, la Germania, la Svizzera e l Austria sono attualmente i paesi europei più avanzati nell utilizzo di biogas per autotrazione.
AUSTRIA Colture energetiche+scarti industria mangimistica+ grassi animali+biowaste: 6 milioni m3 biogas/anno Distributore Biometano
Resa annuale in biocarburante per ha (come gasolio/benzina equivalente) MWh/ha/a (Fonte: Biofuels FNR 2006) 14,3 14,3 15,1 49,8
Connessione biometano gas naturale L RA U T NA S GA Iniezione del biometano (400 m3/h) nella rete a bassa pressione distante circa 0,5 km : 115.000 di investimento
Conclusioni Negli ultimi anni sono stati costruti diversi impianti di biogas in Italia. Il Biogas ha una forte potenzialità di crescita in Italia e il settore agricolo, zootecnico e agroindustriale possono essere la forza motrice di questa crescita. Occorre potenziare la co-digestione anaerobica di biomasse di varia natura, di scarto e dedicate.
Conclusioni La digestione anaerobica offre interessanti prospettive per l autosostentamento energetico di impianti finalizzati alla riduzione del carico azotato di liquami zootecnici prodotti in Zone Vulnerabili da nitrati
Conclusioni La realizzazione di impianti di biogas ha buone prospettive se: diventano chiare le procedure autorizzative e di cessione alla rete elettrica si assicura l utilizzo agronomico del digestato si favorisce l utilizzo del biogas, dopo purificazione a metano
Grazie per l attenzione C.R.P.A. S.p.A. - Reggio Emilia www.crpa.it s.piccinini@crpa.it