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

GLI IMPIANTI DI BIOGAS IN GLI IMPIANTI DI BIOGAS IN PIEMONTE: SITUAZIONE, PIEMONTE: SITUAZIONE,

PROBLEMATICHE E PROSPETTIVEPROBLEMATICHE E PROSPETTIVE

P. Balsari, E. DinuccioP. Balsari, E. [email protected]

[email protected]

mailto:[email protected]

mailto:[email protected]

00

5050

100100

150150

200200

250250

300300

350350A

nte

20

00A

nte

20

00

2001

2001

2002

2002

2003

2003

2004

2004

2005

2005

2006

2006

2007

2007

2008

2008

2009

2009

2010

2010

2000

2000

318318

Imp

ian

ti (

n)

Imp

ian

ti (

n)

AnniAnni

Andamento del numero di impianti di biogas nel settore agro-zootecnico in Italia

(Rielaborato da Fabbri et al., 2010)

1

80

102

33

33

4

36

33

1

23

3

7

318 Impianti(101 in costruzione)


4

2

1

Gli impianti di biogas nel settore agro-zootecnico in Italia

PRINCIPALI CARATTERISTICHE DEGLI IMPIANTI DI BIOGAS IN ITALIA

Potenza elettrica installata (kWel)

21

27

8

44

0

10

20

30

40

50

< 100 kWel 100-500 kWel 501-1000 kWel > 1000 kWel


Inci

den

za s

ul t

ota

le (

%)

Inci

den

za s

ul t

ota

le (

%)

PRINCIPALI CARATTERISTICHE DEGLI IMPIANTI DI BIOGAS IN ITALIA

Tipologia di biomassa utilizzata

31

62

7

0

10

20

30

40

50

60

Solo refluizootecnici

Reflui zootecnici +colture

energetiche

Solo coltureenergetiche

70


Inci

den

za s

ul t

ota

le (

%)

Inci

den

za s

ul t

ota

le (

%)

00

1010

2020

3030

4040

5050

6060

7070

8080

Imp

ian

ti (

n)

Imp

ian

ti (

n)

AnniAnni

Andamento del numero di impianti di biogas nel settore agro-zootecnico in Piemonte

20072007 20082008 20092009 20102010

8080

4646

3131

33

(Fonte, DEIAFA 2010)(Fonte, DEIAFA 2010)

00

Ante 2007Ante 2007

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.

Dislocazione degli impianti di biogas nel settore agro-zootecnico in Piemonte

80 IMPIANTI

(Fonte, DEIAFA 2010)

PRINCIPALI CARATTERISTICHE DEGLI IMPIANTI DI BIOGAS IN PIEMONTE

Potenza elettrica installata (kWel)

0

10

20

30

40

50

< 100 kWel 100-500 kWel 501-1000 kWel > 1000 kWel

Inci

den

za s

ul t

ota

le (

%)

Inci

den

za s

ul t

ota

le (

%)

60

(Fonte, DEIAFA 2010)

2 1 0

14

2527

2

6

1

0

5

10

15

20

25

30

Operativi In costruzione In attesa diautorizzazione

Imp

ian

ti (

n)

Reflui zootecnici

Reflui zootecnici +

biomasse vegetali

Solo biomasse vegetali

GLI IMPIANTI DI BIOGAS IN PIEMONTE

Tipologia di biomassa utilizzata

COME FUNZIONANO GLI IMPIANTI DI BIOGAS REALIZZATI IN PIEMONTE

Monitoraggio DEIAFA – Facoltà di Agraria - Università di Torino

(progetto PROBIO - Regione Piemonte)

4 impianti monitorati sul territorio piemontese a partire dal 2009:

Impianti 1 e 2: Provincia di TorinoImpianto 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

Il monitoraggio degli impianti di digestione anaerobica in funzione sul territorio piemontese

(progetto PROBIO finanziato dalla Regione Piemonte)

PARAMETRI OPERATIVI DEGLI IMPIANTI MONITORATI

Alimentati in continuo e miscelati (CSTR)

Tutti in mesofilia (40-41°C)

Tutti in codigestione

a) Potenza elettrica installata

10001250

1 2 3 4

Impianti

kWel

1000

500

b) Tipo di biomassa utilizzata

41

55

37

22

0

10

20

30

40

50

60

Reflui zootecnici

35

49

Energy crops

Sottoprodotti agro-industriali

Inci

den

za s

ul c

aric

o o

rgan

ico

(%

)In

cid

enza

su

l car

ico

org

anic

o (

%)

1 2 3 4

Impianti

31

14 16

63

32

70

5

c) SAU disponibile

500700

1 2 3 4Impianti

500

1300

m2/M

Wh

el.

m2/MWhel. prodotto

Per ogni MWhel. prodotto da energy crops è necessario poter disporre per la distribuzione del

liquame digerito di 500 – 1300 m500 – 1300 m22 di terreno

RISULTATI OTTENUTI

Carichi organici medi

1,07

2,021,74

1,27

0

1

2

3

4

1 2 3 4

Impianti

Ca

ric

hi o

rgan

ici m

edi

(kg

SV

/m3 d

ige

sto

re)

Indagine DEIAFA sul funzionamento degli impianti di biogas in Piemonte

Tempo di Ritenzione Idraulica (HRT)

100 100 95

40

020406080

100120

1 2 3 4

Impianti

HR

T (

gio

rni)

RISULTATI OTTENUTI


Variazione della produzione di biogas in funzione della percentuale di reflui zootecnici sul carico organico

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

0 20 40 60 80 100

Incidenza degli effluenti zootecnici sul carico specifico (%)

Pro

du

zio

ne

spec

ific

a b

iog

as

(lN/k

gS

V)

RISULTATI OTTENUTI: DATI DI SINTESI


VARIAZIONE DELLA PRODUZIONE DI METANO IN FUNZIONE DEL CARICO ORGANICO

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4,0

Carico organico specifico (kgSV/m3 dig. giorno)

ME

TA

NO

(m

3 /m

3 dig

. g

iorn

o) Impianto 3 Impianto 4Impianto 2Impianto 1

RISULTATI OTTENUTI: DATI DI SINTESI


Produzione specifica Metano

0,310,47

0,40,49

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1 2 3 4

Impianti

Pro

du

zio

ne s

pecif

ica

Meta

no

(m

3/k

gS

V)

Rapporto tra energia elettrica prodotta e energia elettrica potenziale

0,97

0,870,82

0,89

0,7

0,8

0,9

1,0

1 2 3 4

Impianti

Rap

po

rto

tra

en

erg

ia

pro

do

tta e

po

ten

zia

le

RISULTATI OTTENUTI

Produzione reale

Energia elettrica

Produzione potenziale

Energia elettrica

∆ MWh

Perdita economica

MWh/anno MWh/anno % €/anno

Impianto 1 8611 8760 ~3 ~42.000

Impianto 2 7621 8760 ~13 ~320.000

Impianto 3 8979 10950 ~18 ~550.000

Impianto 4 3928 4380 ~8 ~130.000

La produzione di Energia Elettricanon coincide con quella di progetto

RISULTATI OTTENUTI

Sistema di alimentazione

30%

Altro35%

Sistema di agitazione

35%

(Cogeneratore,ecc.)

Principali cause del fermo impianto

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

0,000,200,400,600,801,001,201,401,601,80

mar

-09

mag

-09

lug-0

9

set-0

9

nov-

09

gen-

10

mar

-10

mag

-10

lug-1

0

Car

ico

orga

nico

spe

cific

o (

KgS

V/m

3 d

ig. g

iorn

o)

Esempio: IMPIANTO 2

Andamento del carico organico specifico nel corso del monitoraggio

Media=1,27 kgSV/m3dig. giorno

1,71

0,53

Impianto Impiego dell’energia termica

1solo una piccola percentuale (<10%)(<10%) viene utilizzata per scaldare i digestori e gli uffici. La restante parte è dissipata.

2solo il 10%10% viene impiegato (riscaldamento casa, stalla, caseificio, digestori e essiccatore). La restante parte è dissipata.

3solo una piccola percentuale (<10%)(<10%) impiegata per scaldare i digestori. La restante parte è dissipata.

4solo una piccola percentuale (<10%)(<10%) impiegata per riscaldare i digestori e le stalle in inverno. La restante parte viene dissipata.


monitoraggioRidotto impiego dell’energia termica

Perdite economiche e ambientali

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


monitoraggio

Vasche di stoccaggio del digerito sottodimensionate (50 gg di periodo utile di stoccaggio)

50 50 52

128

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

1 2 3 4

Impianto

Utili

Necessari


monitoraggio

NH3

Stoccaggio digerito

CH4 NH3CH4

Perdite economiche (il biogas emesso dalla vasca di stoccaggio potrebbe essere recuperato ed utilizzato per la produzione di energia


monitoraggioNessuna delle vasche di stoccaggio del liquame digerito risulta coperta

Elevate perdite di ammoniaca e gas serra dagli stoccaggi (~4 t CO2eq. per giorno per impianto da 1 MWhel)

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

0

MW

h el

. non

pro

dotti

Media: 228MWhel.

Media: 1218tCO2eq

Emissioni di CO2eq. Stimate dalle vasche di stoccaggio del liquame digerito

Monitoraggio degli impianti di D.A.

1) Pianificazione territoriale nel settore della D.A.1) Pianificazione territoriale nel settore della D.A.

Formazione e assistenza tecnica presso gli impianti

di D.A.

Scelta delle biomasse per l’alimentazione degli impianti

2) Miglioramento dell’efficienza 2) Miglioramento dell’efficienza energetica ed ambientale degli impiantienergetica ed ambientale degli impianti

3) Gestione del digerito 3) Gestione del digerito aspetti agronomici, ambientali e gestionali aspetti agronomici, ambientali e gestionali

Ottimizzazione dell’impiego del calore prodotto

Prospettive di sviluppo della digestione anaerobica a livello regionale

Utilizzazione agronomica digerito

NO3- P

P NO3-

1) Pianificazione territoriale nel settore della D.A.1) Pianificazione territoriale nel settore della D.A.

GHGGHG

Produzione biomasse e trasporto

GHGGHG

Impianto +

cogeneratore

GHGGHG

Stoccaggio digerito

GHGGHG

GHGGHG

LE POSSIBILI PROBLEMATICHE AMBIENTALILEGATE ALLA PRODUZIONE DI ENERGIA DA BIOGAS

L’importanza della sostenibilità ambientale

ENTRO BREVE I SUSSIDI ALLA PRODUZIONE DI ENERGIA ELETTRICA DA

FONTI RINNOVABILINON SARANNO PIU’ IN TERMINI DI

€ x MWhMA DI

€ x teq CO2 NON IMMESSA IN ATMOSFERA

2) Miglioramento dell’efficienza energetica ed 2) Miglioramento dell’efficienza energetica ed ambientale degli impiantiambientale degli impianti

Emissioni di CO2eq per diverse fonti energetiche(kg CO2eq/kWhel prodotto)


Le emissioni di CO2eq per la produzione di energia elettrica da

biogas (risultati emersi dal progetto EU-Agro biogas)


Le emissioni di COLe emissioni di CO2eq2eq per la produzione per la produzione

di energia elettrica da biogasdi energia elettrica da biogas

SOLO SOLO REFLUI ZOOTECNICIREFLUI ZOOTECNICI

REFLUI ZOOTECNICI REFLUI ZOOTECNICI + +

ENERGY CROPSENERGY CROPS

CH4

CH4

CO2CH4

N2ONH3

CO2

CH4

CH4CO2

CH4

N2ONH3

0,25 kg CO0,25 kg CO2eq2eq/kWh/kWhelel prodotto prodotto

0,60 kg CO0,60 kg CO2eq2eq/kWh/kWhelel prodotto prodotto


Risultati ottenuti nell’ambito del progetto EU Agrobiogas

Elettricità (fossile)

Risparmio emissioni

Kg CO2eq per kWelettrico prodotto non immessi in atmosfera

0,47 0,58

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

kg C

O2e

q/k

Wh

el

Utilizzo energia termica

Non utilizzo energia termica

0,340,53

Non recuperobiogas da

stoccaggio

Recuperobiogas da

stoccaggio


Costi di abbattimento delle emissioni di CO2 eq. per gli impianti inseriti nel progetto EU Agro Biogas

VALORE MASSIMO ECONOMICAMENTE SOSTENIBILE: 50€/t CO50€/t CO22eq.eq.

Dati elaborati da KTBL (Germania)

€/t

CO

2 eq

.

Impianti

381

189

683

411395

253

97 52100

300

500

700


Ottimizzazione dell’impiego del calore prodottoOttimizzazione dell’impiego del calore prodotto

75 25

Frequenza impianti (%)

Qu

ota

di

calo

re p

rod

ott

a r

iuti

lizz

ata

in a

zien

da

(%)

≥10%

<10%

La situazione piemontese


Essiccazione di:

- Granella

- Segatura, trinciato (utilizzabili come lettiera)

- Pellets

- Frazione solida digerita

Pre trattamenti termici delle biomasse:

- Letami

- Paglie

- Frazione solida digerita

Possibilità di impiego dell’energia termica prodotta

Ottimizzazione dell’impiego del calore prodottoOttimizzazione dell’impiego del calore prodotto


DA

Caso A

Caso B

DA

Limiti Direttiva Nitrati(170-340 kgN/ha)

(Art. 10)

Limiti Direttiva Nitrati(170-340 kgN/ha)

(Art. 10)

- Per quota non zootecnica limite legato al fabbisogno colturale (PUA)

- Solo per quota zootecnica

Colture energetiche

dedicate

Altri sottoprodotti

Solo reflui zootecnici

3) Gestione del digerito 3) Gestione del digerito aspetti agronomici, normativi e gestionali aspetti agronomici, normativi e gestionali

L’AZOTO DA GESTIRE

1 MWhel DA

INPUT

OUTPUT

2.5 t silomais

~11 kg di N

= ~600m2 di terreno disponibile (zona vulnerabile)

Per un impianto da un MWel. = 550 ha di terreno disponibile per lo spandimento del digerito


(Tipo di biomassa utilizzata)

N da gestire/anno(impianto da 1MW el.)

550 ha

225 ha

Su

perfi

cie

necessari

a p

er

lo

sp

an

dim

en

to d

el d

igeri

to (

ha)

Solo silomais

280 kgN/ha170 kgN/ha 340 kgN/ha

336 ha

94t

N t

ot.

Da g

esti

re (

t/an

no)


Necessaria maggiore attenzione a livello progettualeNecessaria maggiore attenzione a livello progettuale

Maggiore attenzione ambientale Maggiore attenzione ambientale

- Uso dell’energia termica- Copertura vasca di stoccaggio

- Volumi dei digestori più adeguati

- Vasche di stoccaggio idonee- HRT minori

Implementare l’assistenza tecnica nella “gestione” Implementare l’assistenza tecnica nella “gestione” degli impiantidegli impianti

Ridurre le variazioni del carico organico

CONCLUSIONI

La realizzazione di un impianto di digestione anaerobica va La realizzazione di un impianto di digestione anaerobica va considerata esaminando tutti gli aspetti della filiera e soprattutto considerata esaminando tutti gli aspetti della filiera e soprattutto quelli che possono avere un impatto negativo sull’ambientequelli che possono avere un impatto negativo sull’ambiente

pianificazione territoriale degli impianti di pianificazione territoriale degli impianti di digestione anaerobicadigestione anaerobica

CONCLUSIONI

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