BIOGAS: UN OPPORTUNITÀ PER LA GESTIONE SOSTENIBILE IN AGRICOLTURA Merigo Giambattista Dipartimento agricoltura, sviluppo sostenibile ed energie rinnovabili CONAF Giorgio Provolo Dipartimento di Scienze Agrarie e ambientali Università degli Studi Di Milano

Sostenibilità sostenibile

Sostenibilità ambientale della produzione di biogas in agricoltura Bisogna considerare l intero sistema e non limitarsi all impianto. E necessario valutare le diverse fonti di emissione e impatto ambientale nel sistema di produzione di biogas includendo la fase di utilizzazione dell energia prodotta e l utilizzazione del digestato. I benefici (crediti) ambientali devono essere quelli effettivi

Emissioni verso l aria Gas ad effetto serra Biossido di carbonio (CO 2 ) Metano (CH 4 ) [1 t di CH 4 = 21 t di CO 2 ] protossido di azoto (N 2 O) [1 t di N 2 O= 310 t di CO 2 ] Idrofluorocarburi (HFC) Perfluorocarburi (PFC) Esafluoro di zolfo (SF6)

metano CH4 Altre sorgenti e assorbimenti Agricoltura Trattamento e smaltimento rifiuti Altre sorgenti mobili e macchinari Trasporto su strada Uso di solventi Estrazione e distribuzione combustibili Processi produttivi Combustione nell'industria Combustione non industriale Produzione energia e trasform. combustibili 0 % 5 % 10 % 15 % 20 % 25 % 30 % 35 % 40 % 45 % 50 %

Emissioni di metano dal settore agricolo gestione effluenti 21% risaie 7% zone umide 2% fermentazioni enteriche 70%

Protossido di azoto N2O Altre sorgenti e assorbimenti Agricoltura Trattamento e smaltimento rifiuti Altre sorgenti mobili e macchinari Trasporto su strada Uso di solventi Estrazione e distribuzione combustibili Processi produttivi Combustione nell'industria Combustione non industriale Produzione energia e trasform. combustibili 0 % 10 % 20 % 30 % 40 % 50 % 60 % 70 % 80 % DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA AGRARIA

Emissioni di protossido di azoto dal settore agricolo coltivazioni con effluenti di allevamento 20% coltivazioni con fertilizzanti minerali 30% coltivazioni senza fertilizzanti 50%

Emissioni di gas a effetto serra per Trattamento e smaltimento rifiuti, 3 % Altre sorgenti mobili e macchinari, 3 % comparto CO2eq Agricoltura, 8 % Altre sorgenti e assorbimenti, 0 % Produzione energia e trasform. combustibili, 22 % Trasporto su strada, 20 % Combustione non industriale, 22 % Uso di solventi, 1 % Estrazione e distribuzione combustibili, 2 % Processi produttivi, 5 % Combustione nell'industria, 12 % Il 2% dei CO2 eq è attribuibile alla gestione degli effluenti

ACIDIFICAZIONE Con il termine acidificazione si intende il processo attraverso il quale sostanze gassose di prevalente origine antropica emesse in atmosfera, una volta subita la trasformazione in acidi, alterano le caratteristiche chimiche degli ecosistemi (acquatici e terrestri) e compromettono la funzionalità di acque, foreste, suoli oltre a danneggiare i manufatti artistici. Le deposizioni acide sono dovute a tre principali inquinanti: biossido di zolfo (SO 2 ) ossidi di azoto (NO X ) ammoniaca (NH 3 ).

Acidificanti: ammoniaca NH3 Altre sorgenti e assorbimenti Agricoltura Trattamento e smaltimento rifiuti Altre sorgenti mobili e macchinari Trasporto su strada Uso di solventi Estrazione e distribuzione combustibili Processi produttivi Combustione nell'industria Combustione non industriale Produzione energia e trasform. combustibili 0 % 10 % 20 % 30 % 40 % 50 % 60 % 70 % 80 % 90 % 100 % Per gli altri acidificanti (SO 2 e NO x ) il comparto agricolo ha produzione considerata irrilevante

Emissioni di ammoniaca dal settore agricolo coltivazioni senza fertilizzanti 23% coltivazioni con effluenti di allevamento 59% coltivazioni con fertilizzanti minerali 18%

Emissioni di acidificanti (H+ equivalenti) Produzione energia e trasform. combustibili, 7 % Combustione non industriale, 5 % Combustione nell'industria, 8 % Processi produttivi, 2 % Agricoltura, 52 % Trasporto su strada, 20 % Trattamento e smaltimento rifiuti, 1 % Altre sorgenti mobili e macchinari, 5 % DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA AGRARIA

Altre emissioni in aria I precursori dell ozono troposferico (NO x, COV, CH 4 e CO) derivano per l 1% dal settore agricolo Sono attive ricerche per la più attenta determinazione del contributo del settore agricolo ai COV Polveri sottili: possono essere di origine agricola (sia primarie che secondarie). DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA AGRARIA

Emissioni verso le acque Rilascio di azoto e fosforo nelle acque superficiali e sotterranee qualità delle acque sotterranee (nitrati) qualità delle acque superficiali (stato) eutrofizzazione delle acque I fenomeni di trasporto sono legati al movimento dell acqua in superficie (ruscellamento) e nel terreno (percolazione, flusso sotto superficiale) DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA AGRARIA

Rilascio di azoto verso le acque

Obiettivi di un impianto di biogas Risparmio energetico aziendale Riduzione odori Riduzioni delle emissioni di gas a effetto serra (CH 4, CO 2 ) Mineralizzazione sostanza organica Riduzione carica patogena Integrazione del reddito aziendale Disporre di energia per la rimozione dell N Sostenibilità ambientale?

Come valutare la sostenibilità ambientale della produzione di biogas? Aspetti da considerare (logica LCA): Potenziale eutrofizzazione Potenziale acidificazione Potenziale riscaldamento globale PM; VOC; odori

Da Reichhalter et al. 2011

Non tutti gli impianti sono uguali Bachmaier et al, 2010

Aspetti chiave per la sostenibilità ambientale Utilizzo del biogas Solo energia elettrica Energia elettrica e calore Perdite di biogas Utilizzazione del digestato Stoccaggio Applicazione al terreno

Caso di studio Gruppo di aziende con gestione: individuale dell effluente cooperativa con produzione di biogas (AD) Cooperativa con produzione di biogas e rimozione dell azoto con impianto biologico (AD+SBR)

La realtà oggetto di studio: aziende (*) aziende che producono refluo solido senza conferirlo all impianto

Applicazione del metodo a un caso di studio

Impianto AD con ridotto uso di biomasse (<10% della massa) potenza elettrica (716 kw el )

Separazione dei solidi a valle della AD con vendita separato solido

Rimozione N del chiarificato rimozione biologica dell azoto SBR e utilizzo agronomico

monitoraggio registrazione volumi e tempistiche entrata/uscita effluenti campionamento e analisi chimico fisiche effluenti tracciati GPS per trasporto effluenti

La scelta della tipologia impiantistica Dipende dalla situazione aziendale e dall obiettivo prevalente obiettivo Riduzione odori Risparmio energetico Aumento reddito Semplificato Tipologia di impianto Ottimizzato per liquami Codigestione Energia per rimozione N

Criteri per la scelta dell impianto Aspetti da considerare: Approvvigionamento biomasse Deposito delle biomasse Stoccaggi necessari Carichi d azoto Gestione del digestato DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA AGRARIA

Carico N elevato? Schema di scelta SÌ Disponibilità di biomasse a basso costo? SÌ Superfici per la distribuzione adeguate? SÌ Manodopera aziendale disponibile? NO NO NO SÌ NO Biogas biomassa rimozion e N Biogas liquami

conclusioni E necessario valutare la sostenibilità ambientale nel contesto specifico E opportuno utilizzare approcci integrati e estendendo i confini della valutazione al di fuori dell impianto di produzione di energia Servono strumenti di supporto ai calcoli che utilizzino metodologie condivise e trasparenti Non è sufficiente valutare la sostenibilità energetica e la riduzione del GWP, ma è fondamentale includere acidificazione e eutrofizzazione

Grazie per l attenzione Prof. Giorgio Provolo Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali Università degli Studi di Milano Via Celoria 2 20133 Milano giorgio.provolo@unimi.it