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L’utilizzo di erbai in
digestione anaerobica
BIOGAS ITALY
Rimini Fiera
12 febbraio 2015
IEE/12/046/SI2.645700 2013 - 2016
Relatore: Federico Correale
Santacroce
Veneto Agricoltura
Gruppo di lavoro:
Federico Correale Santacroce (VA)
Alessandro Menegon (VA)
David Bolzonella (UNIVR)
Andrea Mattioli (UNIVR)
Erba e biogas
Le biomasse erbacee richiedono
una serie di passaggi da eseguire
prima della valorizzazione
energetica: raccolta della
biomassa in campo, trasporto,
essiccazione, taglio, stoccaggio,
omogeneizzazione,
compattazione, carico, controllo
qualità
La meccanizzazione
L’erba è un materiale relativamente
voluminoso, che richiede per raccolta
e trasporto macchine di dimensioni
relativamente grandi. Supponendo
una produzione/disponibilià di erba di
5-6 tonnellate per ettaro, e
considerando una densità media
apparente di 200-220 kg/m³, bisogna
raccogliere e movimentare un volume
medio di 20-25 m³ per ettaro
IL TRATTAMENTO DELLA MATRICE
Raccolta Controllo materiale pulito
Vagli per rimozione inerti
(sassi e plastiche)
IL TRATTAMENTO DELLA MATRICE
Due possibili vie
Uso tal quale del materiale fresco Insilamento
Conservazione del
campione,
Uso del campione come
stock,
Dieta omogenea.
Conferimento in impianto
in tempi consoni
all’insilamento,
Lieve perdita di carbonio
(<5-7%)
materiale pronto
all’uso,
Presenza di liquidi
(percolati) in platea
Dieta non omogenea,
Presenza di liquidi,
Substrato non pre-digerito.
IL TRATTAMENTO DELLA MATRICE
Esempio di trincea di
sfalci erbosi
LO STOCCAGGIO
Pretrattamento con estrusore
Rottura fibre,
Aumento superficie aggredibile,
Liberamento dei succhi
Miglior miscelazione in reattore e rese energetiche
PRETRATTAMENTI OPZIONALI
Contenuto energetico
Il potenziale in biogas di sfalci erbosi di diversa origine e tempistica
nel corso dell’anno ricade nel range 70 – 150 m3/ton
Ad esempio
1 ton insilato di mais = da 1,5 a 3 ton insilato di erba
Di Cosa stiamo parlando?
153
77
0
30
60
90
120
150
180
0 20 40 60
m3/t
TQ
Giorni (d)
Taglio estivo Biogas
Metano
146
72
0
30
60
90
120
150
180
0 20 40 60
m3/t
TQ
Giorni (d)
Taglio invernale Biogas
Metano
Contenuto energetico
Logiche di Filiera (I)
Nell’utilizzo delle matrici erbacee si può operare con logiche
di filiera diverse:
filiera con trasporto diretto: il taglio e il trasporto all'impianto di digestione
finale vengono eseguiti senza interruzioni
Punti di forza Punti di debolezza
Gestione semplificata Necessità di elevate capacità di carico e di
trasporto
Funzionamento conveniente con
macchine combinate ad elevata capacità
di carico
Sistema critico nel caso di lunghe distanze,
soprattutto in presenza di veicoli di piccola
capacità di carico utile
Diminuzione del rischio di incidenti a
causa della riduzione di operazioni
complementari
Necessario un elevato numero di veicoli
per garantire continuità, soprattutto nel
caso di trasporto a lunga distanza
Logiche di Filiera (II)
Logistica di filiera indiretta con trasporto interrotto. L'erba tagliata viene
insilata in un luogo intermedio tra la zona di raccolta e gli impianti di
digestione
Punti di forza Punti di debolezza
Efficace anche nel caso di più digestori
serviti dalla stessa filiera
La gestione del piano di alimentazione
può essere complessa
Ridotta necessità di stoccaggio presso il
sito del digestore
Maggiori costi per le operazioni di carico
e scarico
I depositi intermedi di insilamento
riducono la distanza complessiva di
trasporto effettuato da veicoli a bassa
portata dopo lo sfalcio
E’ necessario reperire o disporre di siti di
stoccaggio intermedio
La Raccolta
Attuale destinazione: filiera zootecnica/ conferimento
impianto compostaggio
Inquadramento legislativo (residui erbacei): rifiuto
• Periodo primo taglio: marzo/aprile
• Tecniche di gestione:
raccolta dei residui erbacei
raccolta solo primo taglio annuale
mulching (no raccolta)
• Consumo medio macchinari taglio: 5-10 km/l
• Consumo medio macchinari per la raccolta/rimozione dei
residui: 2-5 km/l
IEE “GR3”
Finanziato dal programma Intelligent Energy for Europe (IEE)
Il progetto si propone di esplorare a tutto campo la possibilità di utilizzo degli
scarti vegetali, con particolare riferimento agli sfalci, per integrare i mix di
alimentazione dei digestori.
Principali Output:
Effettiva disponibilità di questo tipo di biomasse
Potenzialità delle stesse per una graduale sostituzione di parte delle colture di
pregio (mais) che finiscono nei digestori
Definizione delle barriere legislative e procedurali che si rendono problematico un
utilizzo su larga scala di queste matrici di scarto.
Analisi della convenienza economica e della logistica di filiera che ottimizzi e
favorisca lo sfruttamento di sfalci e residui vegetali nella produzione di biogas.
Grass as Green Gas Resource
Dall’Erba all’Energia
Connettere i “produttori di residui
erbacei” con i produttori di biogas
Stima/inventario dei residui vegetali
erbacei disponibili
Panoramica delle migliori tecnologie
disponibili e delle best practices
Messa a punto di strumenti web
(Protocollo per la prevalutazione di
qualità della biomassa e WebTool per il
calcolo della redditività)
Strategie non-tecnologiche
PROJECT SUMMARY
Regioni Target
Sfalci/Servizi ecologici
Purificazione
Insilaggio
Digestione
Compostaggio
cogenerazione
Biogas/Biometano
Ap
pro
vv
igio
na
me
nto
V
ALO
RIZ
ZA
ZIO
NE
FIN
ALE
BACKGROUND
Attualmente circa il 70% dei residui da sfalcio
di erba vengono smaltiti o lasciati in loco, il
30% compostati
Impianti di Biogas alimentati con materie
prime più sostenibili
FIL
IER
A D
I V
ALO
RIZ
ZA
ZIO
NE M
AN
CA
NTE
A causa di :
-Carenze nella logistica Necessità di investimenti
-Aspetti e problematiche di ordine legislativo
-Scarsi o nulli contatti fra gli stakeholders
-Categorizzazione dei “rifiuti” verdi Possibilità
-Incremento di produzione di energia rinnovabile 1 t erba ~ 340 kWe and 400 kWt
-Mancata perdita di energia primaria (nel
compostaggio)
-Maggior controllo nello smaltimento dell’erba
-Nuovi posti di lavoro (economia sociale)
Una fonte importante
L’erba conferita ai soli impianti di trattamento (soprattutto
compostaggio) è pari a oltre 200.000 t/anno nella Regione Veneto;
Le quantità afferenti alle aree agricole e alla rete idrica superficiale
sono di gran lunga più consistenti, pur se di difficile stima (mancata
raccolta), e rappresentano un bacino di raccolta spesso più vicino
agli impianti di D.A.
Stima produttività aree verdi Reg. Veneto
VENETO
Tipologia Sup. (ha)
Superfici a copertura erbacea: graminacee non soggette a rotazione 104.981,56
Pascoli diversi 22.654,06
Superfici a prato permanente ad inerbimento spontaneo, comunemente non lavorate 12.129,08
Aree verdi urbane 3.351,18
Superficie complessiva (ha) 143.115,88
(con produttività pari a ~8 t/ha*) Produttività complessiva (t) 1.144.927,04
* dato CDB Acque Risorgive
Common performance
indicators
Produttività annua stimata: 1.144.927 t / anno
Situazione attuale
83% lasciato “in situ” / discarica / dest. zootecnica
950289,4 t / anno
17% compostaggio
194.638 t / anno
0% impianti a biogas
0 t / anno
C.P.I.
I Dati e il QPT
L’analisi di casi studio è propedeutica
alla realizzazione di alcuni business
plans pilota dedicati alla filiera di
raccolta e gestione degli scarti
erbacei.
Verà reso disponibile un Quality
Prediction Tool, utile a stimare la resa
potenziale dell’erba in biogas, in ogni
specifica situazione.
Lo strumento è attualmente in fase di
elaborazione, a cura dell’Università di
Gent (B).
Business plans
Schema standard adattabile alle diverse realtà della filiera biogas (manutentori di aree verdi + gestori di impianti)
Origine della biomassa (provenienza residuo erboso)
Sfalcio banchine/cigli stradali
Gestione aree naturali
Sfalcio argini canali
Operazioni di taglio e raccolta dell’erba
Tipologia di macchinari:
Capacità di raccolta della macchina
Costi di noleggio
Costi manodopera
Costi operativi
Pretrattamenti (eventuali)
Rimozione impurità (es. separatore a tamburo, economia sociale, etc.)
opere civili, materiali, elevati costi operativi (manodopera)
Triturazione biomassa
Stoccaggio
Insilamento coperto/scoperto
Costruzioni opere civili, materiali, autorizzazioni
Trasporto
Distanza sito di taglio/raccolta digestore
Business plans
Processo di digestione
Costi d’investimento, gestione e manutenzione dell’impianto
Caratteristiche tecniche
Capacità del digestore
Alimentazione/giorno
Tempo di residenza idraulica
Active volume
Capacità disponibile nel silos
Capacita disponibile nel box
Post-trattamento
Es. processi di igienizzazione, pastorizzazione, etc.
Business plans
Scenari individuati attraverso i business plans:
Filiera “raccolta biomassa”:
Gestione aree verdi in ambiente urbano e periurbano,
operata da Cooperative sociali (n°2 business plans).
Filiera “raccolta e digestione”:
Gestione aree verdi in ambiente alpino e conferimento
residuo erbaceo ad un impianto di digestione (n°1
business plan).
Gestione aree verdi in ambiente agricolo e sfalcio
sponde fluviali con potenziale conferimento ad impianti
di biogas locali (n°1 business plan).
Business plans
Gli stakeholders
Il progetto sta suscitando grande interesse, per motivi diversi
… e a volte divergenti …..
Ad oggi sono stati coinvolti nel Progetto GR3 83 stakeholders, ripartiti nel modo
seguente:
7 communities responsible for grass as waste [8%];
26 biogas plant oweners/operators [31%];
12 landscape protection management [15%)];
14 grass residue producers (Cooperatives, agricultural businesses) [17%];
24 others technicians/consultants/designers/press/research) [29%].
BAT/SOTA
Documento già disponibile
(in pubblicazione sul
web, lingua inglese)
Abstract disponibile in
lingua italiana
Raccolta di indicazioni
tecniche sullo stato dell’arte e
le migliori tecnologie
applicabili alla filiera
Settore Bioenergie e Cambiamento Climatico
Tel. +39 049 8293711
Fax +39 049 8293815
E-mail [email protected]
http://www.venetoagricoltura.org http://www.grassgreenresource.eu
Grazie per l’attenzione…
La Disponibilità
Per quanto riguarda la “disponibilità” di residui erbacei in ambito rurale, è
possibile fare riferimento ad una base dati limitata, in via di ulteriore
implementazione.
Per gli esempi pilota si è fatto riferimento alla realtà di cooperative sociali
incaricate nella gestione del verde in aree urbane e periurbane. I dati in tal
senso sono stati raccolti in collaborazione con IRECOOP Veneto.
Alcuni dati medi: • Aree studio: n°15
• Tipologia d’erba: prato polifita
• Superficie media aree studio: 1,5 ha
• Terreni: argillosi, sabbiosi/argillosi
• Numero medio tagli/anno: 5-6
• Resa media in peso umido (tq): 1,4 t
• Resa media in peso secco (ss): 0,7 t
• Resa media complessiva annuale (ss): 3,4 t