Francesco Di Maria LAR 5 Laboratory Università di Perugia Confronto mediante LCA della produzione di biometano con altre opzioni per il recupero di energia e materia dai rifiuti organici 1
Inquadramento dello studio D.M. 5/12/2013 «Decreto biometano»; Deliberazione AEEGSI 46/2015/R/Gas del 12/02/2015 per la connessione degli impianti di biometano alle reti; Possibilità di utilizzare il biogas prodotto dalla digestione anaerobica dei rifiuti raccolti in maniera differenziate per la produzione di biometano. 2
Principali attività Processi trattamento/gestione frazione organica da RD con recupero di materia e/o energia; Le tecnologie di purificazione del biogas per la produzione di biometano; Lo studio di LCA; Analisi di sensitività; Risultati e conclusioni. 3
Processi: Scenario 1 - Il compostaggio Emissioni dirette (CH 4, N 2 O, NH 3 ) ed ind. Vantaggi: - Fertilizzanti minerali evitati; - Csink; -. Energia, materiali, combustibili Ammendante 4
Processi: Scenario 2 - La Digestione Anaerobica convenzionale Emissioni dirette (CH 4, N 2 O, NH 3 ) ed ind. Biogas 60%CH 4 40 %CO 2 Elettricità Ammendante Energia, materiali, combustibili Calore Vantaggi: - Fertilizzanti minerali evitati; - Csink; - Energia rinnovabile; - 5
Processi: Senari 3,4,5 - Il Biometano Emissioni dirette (CH 4, N 2 O, NH 3 ) ed ind. Biogas 60%CH 4 40 %CO 2 Purificazione Biometano 95%CH 4 Ammendante Energia, materiali, combustibili CO 2 - Fertilizzanti minerali Vantaggi: evitati; - Csink; - Energia rinnovabile; - 6
Le tecnologie di purificazione: Utilizzo del biometano CAR Scenario 3 Biometano 95%CH 4 Trasporti Scenario 4 Rete GN Utilizzo climatizzazione civile - Scenario 5 7
Le tecnologie per la purificazione (Upgrading) (1) Lavaggio con acqua pressurizzata (Assorbimento) Lavaggio con ammine pressurizzato (Assorbimento) 8
Le tecnologie per la purificazione (Upgrading) (2) Membrane semipermeabili (Staccio molecolare) Pressure Swing Adsorption (Adsorbimento) 9
Studio di LCA: Unità Funzionale, flusso di riferimento, confini del sistema Scenario 1) UF: Trattamento della FO da RD Flusso di riferimento 1 t di FO Composizione FO Component % on wet basis Glass 0.05 Plastics 1.66 Metals 0.16 Organics 96.7 Paper and carboard 1.44 Texiles 0.03 Glass 0.05 Scenario 2) Scenario 3) Scenario 4) Scenario 5) 10
Energia marginale sistema Italia NG Banca dati Ecoinvent 3.0 modificata Studio di LCA Stralcio Inventario (1) Process Emission u.m. Composting air emission per kg of compost CH 4, biogenic 0.0101 kg CO, fossil 0.000128 kg CO 2, biogenic 0.52 kg CO 2, fossil 0.00843 kg NOx 0.000453 kg NH 3 0.000978 kg N 2 O 0.000281 kg H 2 S 0.000528 kg Anaerobic Digestion air emission per kg of bio-waste CH 4, biogenic 0.005897 kg N 2 O 9.98E-05 kg H 2 S 0.000245 kg CO 2, biogenic 0.705 kg NH 3 0.000319 kg Biogas upgrading process air emissions for m 3 of biomethane CO 2, biogenic 0.86586 kg CH 4, biogenic 0.022257 kg H 2 S 3.9E-06 kg SO 2 0.000552 kg 11
Studio di LCA Stralcio Inventario (2) Composting Electrical energy 40,0 kwh/t Fuel 0,35 kg/t N 23 kg/t comp K 2 O 9,0 kg/t comp P 2 O 5 9,5 kg/t comp Anaerobic Digestion Fuel 0,028 MJ/kg Biogas 120,0 Nm 3 /t Electrical energy produced 210,0 kwh/t Electrical energy conumed for self-consumption 27,70 kwh/t N 5,29 kg/t comp K 2 O 2,07 kg/t comp P 2 O 5 2,19 kg/t comp Biomethane Biomethane production 71,8 Nm 3 /t Electrical energy, veichle 1,13 kwh/nm 3 Electrical energy, heat civil use 0,50 kwh/nm 3 Electrical energy, high efficiency co-generation 0,50 kwh/nm 3 12
Studio di LCA - Metodo di valutazione dell impatto JRC EC Midpoint (ILCD Handbook, 2012) Impact category Unit Normalization factor EU 27 (2010) Unit GWP kgco 2 eq. 9.10E+ 03 kgco 2 eq./a. ODP kgcfc-11 eq. 2.16E - 02 kgcfc-11 eq./a. PM kgpm2.5 eq. 4.82E +00 kgpm2.5 eq./a. POF kgnmvoc eq. 3.18E+ 01 kgnmvoc eq./a. A molc H + eq. 4.27E+ 01 molc H + eq./a. ET molc N eq. 1.74E+ 02 molc N eq./a. FWE kg P eq. 7.41E+ 08 kg P eq./a. RD kg Sb eq. 1.00E - 01 kg Sb eq./a. 13
Risultati - Valutazione dell impatto Normalized impact 0,028 0,024 0,020 0,016 0,012 0,008 0,004 0,000-0,004 1 2 3 4 5 GWP ODP PM POF A ET FWE RD Impact category 14
Risultati - Contributi singole attività (1) kgco 2eq /t biowaste 350 300 250 200 150 100 50 0-50 -100-150 -200-250 GWP 1 2 3 4 5 kgpm 2.5 eq /t biowaste 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 0,00-0,01-0,02 PM 1 2 3 4 5 kgcfc-11 eq /t biowaste 1,0x10-5 5,0x10-6 0,0-5,0x10-6 -1,0x10-5 -1,5x10-5 -2,0x10-5 -2,5x10-5 ODP 1 2 3 4 5 15
Risultati - Contributi singole attività (2) kgnmvoc eq /t biowaste 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0-0,1-0,2-0,3-0,4-0,5 POF 1 2 3 4 5 molcn eq /t biowaste 7 6 5 4 3 2 1 0-1 -2 ET 1 2 3 4 5 molch+ eq /t biowaste 1,50 1,25 1,00 0,75 0,50 0,25 0,00-0,25-0,50 A 1 2 3 4 5 16
Risultati - Contributi singole attività (3) 0,010 0,00100 kgp eq /t biowaste 0,008 0,006 0,004 0,002 0,000-0,002 FWE 1 2 3 4 5 kgsb eq /t biowaste 0,00075 0,00050 0,00025 0,00000-0,00025-0,00050 RD 1 2 3 4 5 17
Risultati - Analisi sensitività, CH 4, N 2 O processi biologici e purificazione Normalized impact 0,032 0,028 0,024 0,020 0,016 0,012 0,008 0,004 0,000-0,004-0,008 1 2 3 4 5 GWP ODP PM POF A ET FWE RD Impact category Normalized impact 0,032 0,028 0,024 0,020 0,016 0,012 0,008 0,004 0,000-0,004-0,008 1 2 3 4 5 GWP ODP PM POF A ET FWE RD Impact category -50% 0 +50% Normalized impact 0,032 0,028 0,024 0,020 0,016 0,012 0,008 0,004 0,000-0,004-0,008 1 2 3 4 5 GWP ODP PM POF A ET FWE RD Impact category 18
Risultati - Confronto con alternative convezionali 2 3 4 5 Scenario Norm. GWP ODP PM POF A ET FWE RD factor I 6,358E-06-3,790E-06 1,721E-05-2,201E-05 7,849E-05 9,498E-05 7,947E-06-1,265E-07 kwh C e 7,238E-05 3,922E-06 9,792E-06 3,571E-05 2,171E-05 2,029E-05 2,492E-06 2,091E-06 I 1,021E-05-1,306E-06 8,390E-06 1,083E-06 3,097E-05 3,878E-05 8,515E-06 1,008E-05 kwh C tot 3,438E-05 1,783E-06 3,604E-06 1,822E-05 1,038E-05 9,864E-06 1,894E-06 1,463E-06 I 1,002E-05-8,763E-07 6,895E-06 1,344E-06 2,515E-05 3,113E-05 6,702E-06 7,997E-06 km C 2,597E-05 1,406E-06 4,178E-06 7,579E-06 7,205E-06 5,649E-06 8,350E-07 7,482E-07 I 8,930E-06-1,080E-06 7,070E-06 9,693E-07 2,601E-05 3,253E-05 7,147E-06 8,459E-06 kwh C th 2,859E-05 1,552E-06 2,737E-06 9,112E-06 6,186E-06 4,178E-06 1,638E-06 2,272E-06 Legenda: I = questo studio C= conventionale -50% 19
Conclusioni Tutte le opzioni dimostrano impatti sostanzialmente comparabili; Incertezza emissioni dirette dai processi biologici; Emissioni dirette ed indirette dai processi di purificazione; Emissioni evitate e/o ridotte rispetto a scenari convenzionali GWP, ODP, POF 20
Grazie per l attenzione! Progetto LIFE+12 E.Ma.R.E.S. Riduciamo l Entropia www.emares.it www.facebook.com/progettoemares 21