Rigenenergia, workshop 09/06/2007, Aosta Combustibili rinnovabili di origine agricola e forestale Prof. Remigio Berruto Dipartimento di Economia e Ingegneria Agraria Forestale e Ambientale Università degli Studi di Torino
Conversione tra unità di misura energia 1 Wh = 0,86 kcal = 3600 J 1 kj = 0,278 Wh = 0,239 kcal 1 cal = 4,186 J = 0,00162 Wh 1 kwh = 860 kcal = 3,6 MJ 1 MJ = 278 Wh = 239 kcal 1 kcal = 1,162 Wh = 4,186 kj 1 Mcal = 1,162 kwh = 4,186 MJ 1 Tep = 11800 kwh = 10200 Mcal
Vantaggi e Problematiche della Biomassa
CONSUMO DI PETROLIO PER AREA
PREZZI DEI PETROLIFERI A ROTTERDAM
CONSIDERAZIONI ECONOMICHE produzione max mondiale di petrolio: 84 M barili/giorno consumo attuale: 82 M barili/giorno riserve conosciute: 1030 Mld barili autonomia: 40 anni consumo della Cina: 6 M barili/giorno crescita consumo cinese: + 8%/anno (l'anno scorso +16%) stime danno la Cina a 20 M barili/giorno nel 2025, come gli USA adesso
Andamento prezzi gasolio e mais dm-3; kg 1,20 1,00 0,80 0,60 0,40 0,20 GPL +20% Gasolio autotrazione Gasolio agricolo Mais granella +60% +67% -33% 0,00 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005
2004 2005 1998 1999 2000 2001 2002 2003 1997 140.00 120.00 100.00 80.00 60.00 40.00 20.00 0.00 Costo energia ( /GJ) metano gpl gasolio gasolio agricolo olio btz mais 1996 Costo energetico ( /Gcal)
Definizione di Biomassa
Impiego delle biomasse a fini energetici Vantaggi: Neutre rispetto alla CO 2 Costi contenuti Assenza di accise Sviluppo economia locale (?) Impiego prodotti di scarto Problematiche: Caratt. non uniformi Stoccaggio Tecnologia di combustione Reperibilità Mercato? Incidenza dei costi di trasporto (biomassa-energia) Investimenti in macchine Formazione per la coltivazione Sostenibile dal terreno?
Impiego della granella di mais come combustibile Vantaggi: Neutra rispetto alla CO 2 Costi contenuti Assenza di accise Sviluppo economia locale Assenza di esborso Valorizzazione del prodotto Impiego mais di scarto (micotossine) Alte produz. basse superfici Problematiche: Caratt. non uniformi Reperibilità Stoccaggio Tecnologia di combustione Incidenza dei costi di trasporto Investimenti in macchine Formazione Sostenibile dal terreno?
Potere calorifico delle biomasse
Contenuto energetico (CE) gas naturale (metano 80-99%) gpl (liquido) gpl (gassoso) gasolio biodiesel mais (umidità 12,5%) pellet (umidita 10%) cippato (umidità 35%) 8136 6006 20570 8517 7357 3800 3870 2870 kcal/m3 kcal/dm3 kcal/m3 kcal/dm3 kcal/dm3 kcal/kg kcal/kg kcal/kg
Il mais come combustibile potere calorifico PCI=3800 kcal/kg (15,89 MJ/kg) 1 l di gasolio=2,22 kg di mais
4500 C.E. e umidità 4000 C.E. kcal/kg 3500 3000 2500 2000 1500 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Umidità % su t.q.
Potere calorifico della legna
Conversione da metro cubo stero a m 3
CALORE OTTENIBILE DALLA COMBUSTIONE DI 1 kg DI LEGNA IN CALDAIE DIVERSE impianto a pellet caldaia a cippato stufa economica camino chiuso camino aperto 0 1000 2000 3000 4000 kcal
Le emissioni
1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 590 EMISSIONI DI SO2 1400 0 42 42 186 mais legno n.t. gas naturale coke legno v.t. mg/mcal olio comb. Da Bechis, 4/11/2005
EMISSIONI DI NOx 350 300 290 mg/mcal 250 200 150 170 170 210 180 100 50 0 olio comb. gas naturale coke legno v.t. legno n.t. Da Bechis, 4/11/2005
Emissioni mais in caldaia con braciere Parametro Unità misura Mais guasto Mais spezzato Mais sano Limite ammesso Polveri totali > 1,2 µm mg/nm 3 162 86 140 100 Ossido di carbonio mg/nm 3 43 19 12 350 Biossido di azoto mg/nm 3 885 867 830 500 Biossido di zolfo mg/nm 3 47 46 16 200 HCO mg/nm 3 2 3 1 50
EMISSIONI DI IDROCARBURI INCOMBUSTI 4500 4000 4200 3500 3000 mg/mcal 2500 2000 1500 1000 500 0 42 20 42 8 9 olio comb. gas naturale coke legno v.t. legno n.t. mais Da Bechis, 4/11/2005
EMISSIONI DI CO 30000 25000 25000 20000 19000 mg/mcal 15000 10000 5000 0 210 210 olio comb. gas naturale 67 81 coke legno v.t. legno n.t. mais Da Bechis, 4/11/2005
EMISSIONI DI POLVERE 350 300 250 250 290 280 mg/mcal 200 150 100 50 0 20 0 17 olio comb. gas naturale coke legno v.t. legno n.t. mais Da Bechis, 4/11/2005
Risparmio CO 2 non emessa da fonti fossili nel processo di essiccazione di riso e mais Italia Sup. (ha) Prod. (t) Gasolio (t) riso 226.000 1.356.000 20.750 mais 1.200.000 11.000.000 168.300 519.800 t CO 2 189.050
La biomassa In Italia e In Piemonte
BIOCOMBUSTIBILI: DOMANDA 31 IMPIANTI DEDICATI (EE) 330 MWe 4,2 Mt tq/anno PRODUZIONE PELLET 0,3 Mt tq/anno 10-11 Mt tq /anno SETTORE ENERGETICO 42 TELERISCALD. (ET; ET+EE) 220 MWt 0,2 Mt tq/anno 13 CO-COMBUSTIONE 5% (EE) 450 MWe 4,8 Mt tq/anno 7 EX-ZUCCHER. (EE; EE+ET) 70 MWe 1.0 Mt tq/anno Ma i costi di produzione coprono il valore di mercato del prodotto? IMPORTAZIONE? AUMENTO DOMANDA AGRO-FORESTE BIOMASSE LEGNOSE Fiala, 18/01/2007
Stima biomassa utilizzabile - Italia (CTI, 2004)
Potenziale di produzione biomasse coltivate
BIOMASSE AGRICOLE LEGNOSE RESIDUI DI POTATURA da CA Olivo, Vite (vino e tavola), Agrumi, Pesco e Nettarine, Mandorlo, Nocciolo, Melo, Pero, Ciliegio, Actinidia, Albicocco, Susino LEGNO CIPPATO da CLRA Pioppo, Robinia, (Eucalipto) PIANTAGIONI LINEARI Fiala, 18/01/2007 FORMAZIONI RIPARIALI ARGINI E ALVEI FIUMI
La SRF aspetti agronomici, tecnici ed economici
Da Coaloa, 19/1/2007
SRF: QUALE? IL TURNO DI CEDUAZIONE ANNUALE Densità: 10-14000 pte/ha Trapianto: file binate Cippato: molta corteccia e H fusti: raccolta Meccanizzazione: apposita Resa: 25-30 t tq /anno BIENNALE Densità: 7-10000 pte/ha Trapianto: file singole Cippato: buon legno/cort. e H fusti: raccolta Meccanizzazione: apposita Resa: 15-20 t tq /anno QUINQUENNALE Densità: 1100-1500 pte/ha Trapianto: file singole Cippato: molto legno e H fusti: raccolta Meccanizzazione: forestale Resa: 18-22 t tq /anno Fiala, 18/01/2007
Da Facciotto, 19/01/2007
Da Facciotto, 19/01/2007
BIOCOMBUSTIBILI e REDDITIVITA? RESA PREZZO COSTO RICAVO t tq /ha /t tq /ha /ha Short Rotation Forestry 15-30 30 600-1300 750-1700 Residui di potatura 4-6 25 400-600 150 Fasce tampone (siepi) 1-2 25 60-150 60 Biomassa alvei fluviali 60-90 25 1200-1800 1800
La granella di mais come biomassa
Combustore polivalente gasolio/mais a fiamma diretta Tramoggia mais Mulino Ventilatori
Combustore polivalente gasolio/mais a fiamma diretta Camera di combustione Bruciatore a gasolio/gpl
1. partenza a gasolio per portare in temperatura il combustore Funzionamento bruciatore polivalente gasolio/mais 2. iniezione del mais, combustione senza uso di gasolio
Conclusioni: aspetti tecnologici Tecnologia valida L essiccatoio ha la stessa capacità di lavoro sia a mais che a gasolio Gestione completamente automatizzata Sostituzione del solo combustore va investigata caso per caso Dati e parametri essiccatoio esistente Canalizzazione aria PLC per gestione automatica combustore ed essiccatoio
Punti persi di umidità Essiccatoio tradizionale Consumo impianto a gasolio (l/h) Costo gasolio ( /t verde) Essiccatoio a mais Consumo mais (kg/h) Costo mais autoprod. ( /t verde) Risparmio con mais coltivato in azienda ( /t, %) Risparmio con mais acquistato 21,6 13,8 59 6,9 121 2,4 4,5 (65%) (49%) 28,4 14,1 64 12,0 137 4,4 7,6 (64%) (48%)
Variazione prezzo mais/gasolio e % risparmio Prezzo gasolio 52% 0,45 0,5 0,55 0,6 0,65 0,7 Prezzo mais granella 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14 0,16 0,18 70% 61% 52% 43% 34% 24% 15% 73% 65% 57% 49% 40% 32% 24% 76% 68% 61% 53% 46% 38% 31% 78% 71% 64% 57% 50% 43% 36% 79% 73% 67% 60% 54% 48% 41% 81% 75% 69% 63% 57% 51% 46% 0-33% 33-67% >67%
Sostenibilità del mais come fonte energetica Sostenibile per l ambiente (riduzione emissioni di CO 2 ) Sostenibile per l agricoltore riduzione dei costi di essiccazione di circa 50 /ha piccole superfici destinate al mais come combustibile Sostenibile per la politica regionale Basso livello di contribuzione per lo sviluppo della filiera
Granella come combustibile: punti di forza Non sono richiesti investimenti per produzione Economicamente vantaggioso per agricoltore Molto produttivo e costante Facilità di stoccaggio della biomassa Reperibilità e disponibilità del prodotto Logistica semplificata, buona distribuzione sul territorio, filiera corta Combustibile con caratteristiche standard Conversione energetica diretta elevata rispetto al bioetanolo
Quanto costano gli impianti a biomassa? Legno, etc. 200-400 / kw termico Mais (per essiccatoio) 40-60 /kw termico Mais per riscaldamento? (150-200 /kw termico) Biogas 2500-3000 /kw elettrico Fotovoltaico: 6.000 8.000 /kw elettrico
Stima dei fabbisogni di granella di mais a scopo energetico Per essiccazione: 30-60 kg/t di mais umido 3-5% della superficie (3-5 ha ogni 100) set-aside Per riscaldamento: ogni MW termico 140 kl di gasolio 300 t di mais 24-30 ha Per energia elettrica: ogni MW elettrico 3500 t di mais 300-350 ha
Coltivare energia con il mais: opportunità Aumento del costo dei combustibili fossili Sviluppo locale e reddito all agricoltura Utilizzo plurimo del prodotto Produzione di energia da agricoltura è attività connessa La produzione di energia non è tassata Reimpiego mais micotossinato (CE 856/2005) o cereali di scarto coltivazione senza trattamenti contro piralide Aumento possibile del prezzo del cereale Contributo per agricoltura ad emissioni zero rispetto alla CO 2 (Energy in Minds!)
Fonti di Informazione e strumenti per fattibilità tecnico-economica delle filiere
Fonti di informazione Tecnici OO.PP.AA. Enti pubblici Internet Venditori di tecnologie Acquirenti di biomassa
Uso energetico della biomassa e sostenibilità per la filiera Quando costa produrla? Quanta ne potrei avere a disposizione? Dove la trovo? Quali tecnologie impiegare? Quali emissioni? Quanto devo investire? (produzione/consumo) Quali e quanti contributi sono disponibili? Quanta energia posso produrre? Quanto costa produrla? Quanta energia posso vendere e a quale prezzo?
Riepilogo analisi tecnico-economica www.energyfarm.unito.it
Analisi tecnico economica energetica
Inserimentodatiimpianto
Combustibili impiegati mais a 0,10 /kg
Analisi costi-ricavi
Combustibili impiegati mais a 0,16 /kg
16 14 Payback Time (Years) 12 10 8 6 4 2 Actual Value 0 0,05 0,07 0,09 0,11 0,13 0,15 Green Certificate (Electricity) Value ( /kwh) Fig. 2 Tempo di ritorno dell investimento di impianto a Biogas, come funzione del valore del Certificato Verde
Produrre energia con le biomasse: un opportunità per l agricoltura? Vendita biomassa Autoproduzione energia termica (riscaldamento, essiccazione) Vendita energia (elettrica)
5. Conclusioni Le scelte agricole saranno dipendenti Da motivazioni tecniche e da valutazioni di merito sulle tecnologie agroenergetiche Dai contributi pubblici Dalle imprese industriali Dagli altri operatori del settore In definitiva dalla filiera Radice Fossati, 18/01/2007
Grazie per l attenzione Per informazioni: www.energyfarm.unito.it Tel. 011-670.8596 Cell. 335-454164 remigio.berruto@unito.it