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GLI IMPIANTI DI BIOGAS IN PIEMONTE: SITUAZIONE, PROBLEMATICHE E PROSPETTIVE

GLI IMPIANTI DI BIOGAS IN PIEMONTE: SITUAZIONE, PROBLEMATICHE E PROSPETTIVE. P. Balsari, E. Dinuccio paolo.balsari@unito.it elio.dinuccio@unito.it. Andamento del numero di impianti di biogas nel settore agro-zootecnico in Italia. 350. 318. 300. 250. 200. Impianti (n). 150. 100. 50.

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GLI IMPIANTI DI BIOGAS IN PIEMONTE: SITUAZIONE, PROBLEMATICHE E PROSPETTIVE

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Presentation Transcript

  1. GLI IMPIANTI DI BIOGAS IN PIEMONTE: SITUAZIONE, PROBLEMATICHE E PROSPETTIVE P. Balsari, E. Dinuccio paolo.balsari@unito.it elio.dinuccio@unito.it

  2. Andamento del numero di impianti di biogas nel settore agro-zootecnico in Italia 350 318 300 250 200 Impianti (n) 150 100 50 0 Ante 2000 2003 2004 2006 2002 2005 2007 2008 2001 2010 2009 2000 Anni (Rielaborato da Fabbri et al., 2010)

  3. Gli impianti di biogas nel settore agro-zootecnico in Italia 33 4 318 Impianti (101 in costruzione) 33 1 102 80 36 2 3 3 1 4 1 2 3 7 3 (Rielaborato da Fabbri et al., 2010)

  4. PRINCIPALI CARATTERISTICHE DEGLI IMPIANTI DI BIOGAS IN ITALIA Potenza elettrica installata (kWel) 50 44 40 27 30 Incidenza sul totale (%) 21 20 8 10 0 < 100 kWel 100-500 kWel 501-1000 kWel > 1000 kWel (Rielaborato da Fabbri et al., 2010)

  5. PRINCIPALI CARATTERISTICHE DEGLI IMPIANTI DI BIOGAS IN ITALIA Tipologia di biomassa utilizzata 70 62 60 50 40 Incidenza sul totale (%) 31 30 20 7 10 0 Solo reflui Reflui zootecnici + Solo colture zootecnici colture energetiche energetiche (Rielaborato da Fabbri et al., 2010)

  6. Andamento del numero di impianti di biogas nel settore agro-zootecnico in Piemonte 80 80 70 60 50 46 40 Impianti (n) 31 30 20 10 3 0 0 Ante 2007 2007 2008 2009 2010 Anni (Fonte, DEIAFA 2010)

  7. Dislocazione degli impianti di biogas nel settore agro-zootecnico in Piemonte 80 IMPIANTI IN FUNZIONE = 18 APPROVATI = 36 IN AUTORIZZAZIONE = 26 Si prevede che entro il 2012 la potenza elettrica installata in Piemonte relativa ad impianti “agricoli” raggiungerà i 30MWel. (Fonte, DEIAFA 2010)

  8. PRINCIPALI CARATTERISTICHE DEGLI IMPIANTI DI BIOGAS IN PIEMONTE Potenza elettrica installata (kWel) 60 50 40 Incidenza sul totale (%) 30 20 10 0 < 100 kWel 100-500 kWel 501-1000 kWel > 1000 kWel (Fonte, DEIAFA 2010)

  9. GLI IMPIANTI DI BIOGAS IN PIEMONTE Tipologia di biomassa utilizzata Reflui zootecnici 30 27 Reflui zootecnici + 25 25 biomasse vegetali Solo biomasse vegetali 20 14 15 Impianti (n) 10 6 5 2 2 1 1 0 0 Operativi In costruzione In attesa di autorizzazione

  10. COME FUNZIONANO GLI IMPIANTI DI BIOGAS REALIZZATI IN PIEMONTE Monitoraggio DEIAFA – Facoltà di Agraria - Università di Torino (progetto PROBIO - Regione Piemonte)

  11. Il monitoraggio degli impianti di digestione anaerobica in funzione sul territorio piemontese (progetto PROBIO finanziato dalla Regione Piemonte) • 4 impianti monitorati sul territorio piemontese a partire dal 2009: • Impianti 1 e 2: Provincia di Torino • Impianto 3: Provincia di Alessandria • Impianto 4: Provincia di Cuneo • Principali parametri rilevati: • Tipologia di alimentazione degli impianti di D.A. (caratteristiche e quantità delle biomasse di input) • Produzioni di biogas e metano • Ore di funzionamento dei cogeneratori • Produzione di energia elettrica • Eventuali inconvenienti funzionali

  12. PARAMETRI OPERATIVI DEGLI IMPIANTI MONITORATI F Alimentati in continuo e miscelati (CSTR) • Tutti in mesofilia (40-41°C) • Tutti in codigestione

  13. a) Potenza elettrica installata kWel 1250 1000 1000 500 1 2 3 4 Impianti

  14. b) Tipo di biomassa utilizzata Reflui zootecnici Energy crops 70 Sottoprodotti agro-industriali 63 60 55 49 50 41 37 40 35 32 Incidenza sul carico organico (%) 31 30 22 20 16 14 10 5 0 1 2 3 4 Impianti

  15. c) SAU disponibile m2/MWhel. prodotto 1300 700 m2/MWhel. 500 500 1 2 3 4 Impianti Per ogni MWhel. prodotto da energy crops è necessario poter disporre per la distribuzione del liquame digerito di 500 – 1300 m2 di terreno

  16. Indagine DEIAFA sul funzionamento degli impianti di biogas in Piemonte RISULTATI OTTENUTI Carichi organici medi 4 3 2,02 Carichi organici medi (kgSV/m3 digestore) 1,74 2 1,27 1,07 1 0 1 2 3 4 Impianti

  17. Indagine DEIAFA sul funzionamento degli impianti di biogas in Piemonte RISULTATI OTTENUTI Tempo di Ritenzione Idraulica (HRT) 120 100 100 95 100 80 HRT (giorni) 60 40 40 20 0 1 2 3 4 Impianti

  18. Indagine DEIAFA sul funzionamento degli impianti di biogas in Piemonte RISULTATI OTTENUTI: DATI DI SINTESI Variazione della produzione di biogas in funzione della percentuale di reflui zootecnici sul carico organico 1,8 1,6 1,4 1,2 1,0 /kgSV) Produzione specifica biogas 0,8 N (l 0,6 0,4 0,2 0,0 0 20 40 60 80 100 Incidenza degli effluenti zootecnici sul carico specifico (%)

  19. Indagine DEIAFA sul funzionamento degli impianti di biogas in Piemonte RISULTATI OTTENUTI: DATI DI SINTESI VARIAZIONE DELLA PRODUZIONE DI METANO IN FUNZIONE DEL CARICO ORGANICO Impianto 1 Impianto 2 Impianto 3 Impianto 4 1,2 1,0 0,8 0,6 METANO (m3/m3dig. giorno) 0,4 0,2 0,0 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4,0 Carico organico specifico (kgSV/m3 dig. giorno)

  20. RISULTATI OTTENUTI

  21. RISULTATI OTTENUTI La produzione di Energia Elettrica non coincide con quella di progetto

  22. Principali cause del fermo impianto (Cogeneratore, ecc.)

  23. Sintesi delle principali problematiche riscontrate presso gli impianti di D.A. sottoposti a monitoraggio Carichi organici non ottimali e molto variabili nel tempo • Impianti spesso sovradimensionati TEMPO RITENZIONE IDRAULICO: ~ 100 GIORNI CARICO ORGANICO SPECIFICO: < 2,5 kgSV/m3 digestore

  24. Esempio: IMPIANTO 2 Andamento del carico organico specifico nel corso del monitoraggio Media=1,27 kgSV/m3dig. giorno 1,71 1,80 1,60 1,40 1,20 1,00 (KgSV/m3 dig. giorno) Carico organico specifico 0,80 0,60 0,53 0,40 0,20 0,00 lug-09 set-09 lug-10 nov-09 mar-09 mar-10 gen-10 mag-09 mag-10

  25. Sintesi delle principali problematiche riscontrate presso gli impianti di D.A. sottoposti a monitoraggio Ridotto impiego dell’energia termica  Perdite economiche e ambientali

  26. Sintesi delle principali problematiche riscontrate presso gli impianti di D.A. sottoposti a monitoraggio Malfunzionamenti dei sistemi di separazione del liquame digerito • Caratteristiche fisiche del liquame digerito differenti da quelle di un liquame tal quale  difficile scelta del dispositivo più idoneo • I separatori meccanici sono progettati per essere impiegati in modo discontinuo, mentre negli impianti di digestione anaerobica è richiesto il funzionamento in continuo  maggiore necessità di interventi di manutenzione e frequenti rotture

  27. Sintesi delle principali problematiche riscontrate presso gli impianti di D.A. sottoposti a monitoraggio Vasche di stoccaggio del digerito sottodimensionate (50 gg di periodo utile di stoccaggio) 200 180 160 140 128 120 100 Utili 80 giorni Necessari 52 50 50 60 40 20 0 1 2 3 4 Impianto

  28. Sintesi delle principali problematiche riscontrate presso gli impianti di D.A. sottoposti a monitoraggio Nessuna delle vasche di stoccaggio del liquame digerito risulta coperta NH3 CH4 NH3 CH4 Stoccaggio digerito  Elevate perdite di ammoniacae gas serra dagli stoccaggi (~4 t CO2eq. per giorno per impianto da 1 MWhel)  Perdite economiche (il biogas emesso dalla vasca di stoccaggio potrebbe essere recuperato ed utilizzato per la produzione di energia

  29. Emissioni di CO2eq. Stimate dalle vasche di stoccaggio del liquame digerito 1600 1400 1200 1000 800 MWhel. non prodotti 600 Media: 1218tCO2eq 400 200 0 Media: 228MWhel.

  30. Prospettive di sviluppo della digestione anaerobica a livello regionale 1) Pianificazione territoriale nel settore della D.A. Scelta delle biomasse per l’alimentazione degli impianti 2) Miglioramento dell’efficienza energetica ed ambientale degli impianti Formazione e assistenza tecnica presso gli impianti di D.A. Monitoraggio degli impianti di D.A. Ottimizzazione dell’impiego del calore prodotto 3) Gestione del digerito  aspetti agronomici, ambientali e gestionali

  31. 1) Pianificazione territoriale nel settore della D.A. LE POSSIBILI PROBLEMATICHE AMBIENTALI LEGATE ALLA PRODUZIONE DI ENERGIA DA BIOGAS GHG GHG GHG Produzione biomasse e trasporto Impianto + cogeneratore Stoccaggio digerito GHG GHG Utilizzazione agronomica digerito NO3- P P NO3-

  32. 2) Miglioramento dell’efficienza energetica ed ambientale degli impianti L’importanza della sostenibilità ambientale ENTRO BREVE I SUSSIDI ALLA PRODUZIONE DI ENERGIA ELETTRICA DA FONTI RINNOVABILI NON SARANNO PIU’ IN TERMINI DI € x MWh MA DI € x teq CO2 NON IMMESSA IN ATMOSFERA

  33. 2) Miglioramento dell’efficienza energetica ed ambientale degli impianti Emissioni di CO2eq per diverse fonti energetiche (kg CO2eq/kWhel prodotto)

  34. 2) Miglioramento dell’efficienza energetica ed ambientale degli impianti Le emissioni di CO2eq per la produzione di energia elettrica da biogas (risultati emersi dal progetto EU-Agro biogas)

  35. 2) Miglioramento dell’efficienza energetica ed ambientale degli impianti Le emissioni di CO2eq per la produzione di energia elettrica da biogas CH4 SOLO REFLUI ZOOTECNICI CH4 CH4 N2O NH3 CO2 0,25 kg CO2eq/kWhel prodotto CO2 REFLUI ZOOTECNICI + ENERGY CROPS CH4 CH4 CH4 N2O NH3 CO2 0,60 kg CO2eq/kWhel prodotto

  36. 2) Miglioramento dell’efficienza energetica ed ambientale degli impianti Kg CO2eq per kWelettrico prodotto non immessi in atmosfera Elettricità (fossile) Risparmio emissioni 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 kg CO2eq/kWhel 0,4 0,58 0,53 0,47 0,2 0,34 0,0 Non utilizzo energia termica Utilizzo energia termica Non recupero biogas da stoccaggio Recupero biogas da stoccaggio Risultati ottenuti nell’ambito del progetto EU Agrobiogas

  37. 683 700 500 €/t CO2 eq. 411 395 381 253 300 189 97 52 100 Impianti 2) Miglioramento dell’efficienza energetica ed ambientale degli impianti Costi di abbattimento delle emissioni di CO2 eq. per gli impianti inseriti nel progetto EU Agro Biogas Dati elaborati da KTBL (Germania) VALORE MASSIMO ECONOMICAMENTE SOSTENIBILE: 50€/t CO2eq.

  38. 2) Miglioramento dell’efficienza energetica ed ambientale degli impianti Ottimizzazione dell’impiego del calore prodotto La situazione piemontese <10% Quota di calore prodotta riutilizzata in azienda (%) ≥10% 75 25 Frequenza impianti (%)

  39. 2) Miglioramento dell’efficienza energetica ed ambientale degli impianti Ottimizzazione dell’impiego del calore prodotto Possibilità di impiego dell’energia termica prodotta • Pre trattamenti termici delle biomasse: • Letami • Paglie • Frazione solida digerita • Essiccazione di: • Granella • Segatura, trinciato • (utilizzabili come lettiera) • Pellets • Frazione solida digerita

  40. 3) Gestione del digerito  aspetti agronomici, normativi e gestionali Colture energetiche dedicate Caso A Caso B Solo reflui zootecnici Altri sottoprodotti DA DA Limiti Direttiva Nitrati (170-340 kgN/ha) (Art. 10) Limiti Direttiva Nitrati (170-340 kgN/ha) (Art. 10) - Solo per quota zootecnica - Per quota non zootecnica limite legato al fabbisogno colturale (PUA)

  41. 3) Gestione del digerito  aspetti agronomici, normativi e gestionali L’AZOTO DA GESTIRE 2.5 t silomais INPUT 1 MWhel DA OUTPUT ~11kg di N = ~600m2 di terreno disponibile (zona vulnerabile) Per un impianto da un MWel. = 550 ha di terreno disponibile per lo spandimento del digerito

  42. 3) Gestione del digerito  aspetti agronomici, normativi e gestionali N da gestire/anno (impianto da 1MW el.) 170 kgN/ha 280 kgN/ha 340 kgN/ha Superficie necessaria per lo spandimento del digerito (ha) N tot. Da gestire (t/anno) 550 ha 336 ha 94t 225 ha Solo silomais (Tipo di biomassa utilizzata)

  43. CONCLUSIONI • Necessaria maggiore attenzione a livello progettuale - Vasche di stoccaggio idonee - HRT minori • Volumi dei digestori più adeguati • Implementare l’assistenza tecnica nella “gestione” degli impianti Ridurre le variazioni del carico organico • Maggiore attenzione ambientale • Uso dell’energia termica • Copertura vasca di stoccaggio

  44. CONCLUSIONI • La realizzazione di un impianto di digestione anaerobica va considerata esaminando tutti gli aspetti della filiera e soprattutto quelli che possono avere un impatto negativo sull’ambiente pianificazione territoriale degli impianti di digestione anaerobica

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