Il ruolo del settore agricolo e agroalimentare italiano nella produzione del biogas-biometano Sergio Piccinini Centro Ricerche Produzioni Animali Reggio Emilia
SEBE : Sustainable and Innovative European Biogas Environment (Ambiente Sostenibile e Innovativo per il Biogas in Europa) www.sebe2013.eu - http//sebe.crpa.it OBIETTIVO aumentare la quota di energia rinnovabile prodotta a partire dal biogas Parte del Programma europeo CENTRAL EUROPE (www.central2013.eu) finanziato dall Unione Europea
Schema della Digestione Anaerobica
La digestione anaerobica e la digestione del bovino
Biomasse e scarti organici avviabili a DA e loro resa in Biogas (m 3 per ton di solidi volatili)
Produzione di biogas in Europa nel 2009: 8346 ktep (98 TWh) Italia: biogas 444,3 ktep Consumo lordo > 190 Mtep da discarica RU da fanghi dep. da altro
Censimento impianti biogas agro-zootecnici (CRPA 05/2011) CRPA ha identificato 521 impianti, di cui 130 sono in costruzione. Circa il 58% 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
Censimento impianti biogas agro-zootecnici (CRPA 05/2011) 521 impianti (130 in costruzione) Circa 350 MWe installati Lombardia: 210 impianti - 156 MWe (49 in costruzione)
Censimento impianti biogas agro-zootecnici (CRPA 05/2011) Trend numero impianti Trend potenza installata (MWe)
Censimento impianti biogas agro-zootecnici CRPA 05/2011 Substrati trattati ripartizione % del numero di impianti per tipologia di alimentazione ripartizione % della potenza installata per tipologia di alimentazione
Censimento impianti biogas agro-zootecnici CRPA 05/2011 Numero di impianti per Potenza elettrica installata Classe di potenza elettrica installata (kwe) Impianti per classi di dimensione di potenza elettrica installata (n.) Aprile 2007 Marzo 2010 Maggio 2011 Incremento 2011/2010 < 100 44 28,6% 49 17,9% 54 10,4% 10,2% 101-500 28 18,2% 61 22,3% 105 20,2% 72,1% 501 1.000 19 12,3% 100 36,6% 289 55,5% 189,0% > 1.000 14 9,1% 19 7,0% 24 4,6% 26,3% Biogas in caldaia 8 5,2% 10 3,7% 11 2,1% 10,0% Dato non disponibile 41 26,6% 34 12,5% 38 7,3% - Totale 154 100,0% 273 100,0% 521 100,0% 90,8%
BIOGAS Layout filiera
BIOGAS Impianti a confronto Ripartizione del carico organico Effluenti zootecnici Sottoprodotti agroindustria Colture dedicate Carico Organico Volumetrico (COV) [kg SV/m 3 /gg] 1,0 2,5 1,9 4,1 Tempo di ritenzione idraulica (HRT) [gg] 21 60 90 62
BIOGAS Impianti a confronto Caratteristiche degli impianti Azienda Tipo reattori Volume reattori Temperatura Potenza elettrica Fontana CSTR 2 x 1.370 m 3 36-38 C 90 + 125 kw Mengoli CSTR 2 x 1.050 + 850 m 3 36-38 C 115 + 240 kw Agrienergy PFR+CSTR 1.000 + 2 x 2.400 m 3 36-38 C 845 kw Cazzani CSTR 2 x 2.800 m 3 52-54 C 1.450 kw
BIOGAS Risultati a confronto
BIOGAS Risultati a confronto Rese metano ed energia elettrica Azienda Metano (Nm 3 /kgsv) Energia elettrica (kwh/kgsv) (kw/m 3 ) Fontana 0,28 0,99 0,042 Mengoli 0,24 0,80 0,097 Agrienergy 0,35 1,48 0,129 Cazzani 0,32 1,35 0,233 La co-digestione ottimizza il processo di digestione anaerobica (biogas per unità di volume di digestore) e permette di regolarizzare la produzione di energia maggiore tempo di residenza migliore digestione
BIOGAS Risultati a confronto Redditività degli impianti Azienda Investimento (M ) Tempo Ritorno Capitale (anni) Tasso Interno Rendimento (%) Fontana 1,0 9,2 10,9 Mengoli 1,2 6,3 17,1 Agrienergy 3,5 3,5 30,7 Cazzani 7,0 5,1 21,0
Un esempio Az. Cazzani (BO) Alimentato con insilato di mais e sorgo, e sottoprodotti agroindustriali La potenza elettrica installata è di 2,8 MW la temperatura nei digestori è 50 C
BIOGAS da soli effluenti zootecnici Az. Pedrotti (RE) 800 vacche in lattazione CHP 330 kwe 2 digestori 3800 m 3 volume utile totale Circa 35.000 t/anno di liquame e letame bovino
Impianto biogas UNIPEG - Pegognaga (MN) Biomasse: sangue bovino contenuto ruminale fango flottato 2 digestori da 2400 m 3 ciascuno CHP: 525 kwe
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 liquami zootecnici, liquami 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.
Biogas in Italia (fonte GSE al 31/12/2010, impianti IAFR) Numero impianti (n ) Potenza elettrica (MWe) Energia incentivabile (GWhe) Esercizio Progetto Totale Esercizio Progetto Totale Esercizio Progetto Totale Biogas 313 181 494 209 147 356 1.338 1.025 2.363 Gas da discarica Totale biogas Totale fonti rinnovabili 197 18 215 274 19 293 1.585 130 1.715 392 199 709 483 166 649 2.923 1.155 4.078 2.556 1.298 3.854 14.988 8.638 23.626 27.789 29.735 57.524 Il PAN si pone l obiettivo al 2020 di solo 1200 MWe installati + biometano
Potenzialità biogas in Italia (Stime CRPA, 2009) Circa 20 TWh/anno di EE (2700 MWe) o circa 6,5 Miliardi m 3 di CH 4 /anno Principali substrati Deiezioni animali : Scarti agro-industriali: 130.000.000 t/a 5.000.000 t/a (Scarti di macellazione(cat.3): 1.000.000 t/a) Fanghi di depurazione: Fraz.org. dei RU: Residui colturali: Colture energetiche: 3.500.000 t/a 10.000.000 t/a 8.500.000 t SS/a 200.000 ha
Biometano Cosa promuovere: Il Biogas dopo purificazione a Biometano può essere immesso direttamente nella rete del gas naturale
Purificazione del biogas ed immissione nella rete del gas
Oltre 110 impianti di up-grading operativi e in costruzione in Europa (di cui 77 immettono il metano nella rete circa 350 milioni m 3 di CH 4 /anno). Fonte:IEA e German Energy-Agency (DENA)
I veicoli a metano in Europa e in Italia Nel 2009 circa 10,5 milioni di veicoli a metano nel mondo, che usano 32 miliardi di m 3 metano (27,5 Mtep)
Svezia: sviluppo dell uso del biometano per autotrazione 38 impianti upgrading operativi
Impianti interaziendali 12 all. suini 1607 t pv 16 all. bovini 2688 t pv 365 t/giorno (133.000 t/anno) di effluenti zootecnici all impianto di biogas Circa 3,5 mil. m 3 biogas all anno (circa 2,1 mil. m 3 CH 4 ) Circa 900 kwe
Break even point (anni) Valore incentivo biometano Convenienza economica: impianto da ~ 500 m 3 biogas /h o 1000 kw e 15 13 11 Con valorizzazione in 9 7 EE a 28 c /kwhe Con valorizzazione in biometano 5 3 1 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 1,3 Valore metano prodotto ( /Nm 3 di CH 4 ) Valorizzazione in biometano Valorizzazione in EE
Conclusioni Negli ultimi anni sono stati costruiti 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: ampia disponibilità di biomasse di scarto ad alta fermentiscibilità; l integrazione con biomasse dedicate investe una percentuale minima della SAU totale; Il digestato è un ottimo fertilizzante organico.
Conclusioni Occorre potenziare la co-digestione anaerobica di biomasse di varia natura, di scarto e dedicate La digestione anaerobica rimane interessante anche per il trattamento di soli effluenti zootecnici La digestione anaerobica offre interessanti prospettive per l auto-sostentamento energetico di impianti finalizzati alla riduzione del carico azotato di effluenti zootecnici prodotti in Zone Vulnerabili da nitrati
Conclusioni Il BIOGAS come FER ha buone prospettive di sviluppo se: si chiariscono le procedure autorizzative per la costruzione e la gestione degli impianti; si danno certezze sul fronte dell incentivazione economica delle FER si definiscono i criteri di uso agronomico del digestato; si favorisce l utilizzo del biogas, dopo purificazione a metano; si alzano gli obiettivi ora ipotizzati dal PAN.
Conclusioni Il biogas/biometano può aiutare in tutte le componenti energetiche previste dal PAN Elettricità da FER Calore da FER FER per i trasporti Quota di energia da FER sul consumo finale lordo di energia = Consumo Finale Lordo da FER Consumo Finale Lordo totale Riduzione dei consumi = 17 % Fonte: GSE
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