biogas e biometano: una filiera italiana per lo sviluppo ... biogas e biometano.pdf · biogas e...

Biogas e biometano: una filiera italiana per lo sviluppo delle agroenergie

Vito Pignatelli ENEA, Unità Tecnica Fonti Rinnovabili Presidente

Convegno Accademia Nazionale di Agricoltura

Agrobioenergie: produzione e utilizzazioni Bologna, Giovedì 4 dicembre 2014

2

Consumo interno lordo di energia per fonte in Italia: confronto 2005 - 2013

Elaborazione su dati Ministero dello Sviluppo Economico - Bilancio di Sintesi dell’Energia in Italia, dati preliminari, maggio 2014 / ENEA - Rapporto Energia e Ambiente 2006

Consumo interno lordo di energia primaria: 197,8 Mtep

Combustibili solidi

8,60%

Idrocarburi liquidi

43,10% Gas naturale

36,01%

Fonti rinnovabili

6,83%

Elettricità importata

5,46% Combustibili

solidi

8,55%

Idrocarburi liquidi

34,48%

Gas naturale

33,55%

Fonti rinnovabili

18,00%

Elettricità importata

5,42%

Consumo interno lordo di energia primaria: 171 Mtep

2005 2013

3

Contributo % delle diverse fonti rinnovabili alla produzione e consumi di energia in Italia nel 2012 (%)

Mtep % sui consumi finali di energia

% sui consumi del

settore

Produzione di energia da FER nel settore elettrico

8,0 6,5 27,4

Consumi di energia da RES per riscaldamento e raffrescamento

7,4 6,0 12,8

Consumi di biocarburanti nel settore dei trasporti

1,4 1,1

Consumi finali totali di energia da FER 16,8 13,5

Consumi finali totali di energia 124,1 100

Consumi di energia da FER nel settore dei trasporti ai fini dell’obiettivo 10% del PAN

1,9 5,8

Fonte: GSE, 2014

Pompe di calore 35,4%

Geotermia 1,8%

Solare

termico 2,1%

Bioenergia 60,7%

4

Contributo % delle diverse fonti rinnovabili alla produzione e consumi di energia in Italia nel 2012 (%)

Elaborazione su dati GSE, 2014

Idroelettrica

47,3%

Geotermica 6,0%

Eolica 13,3%

Solare 20,2%

Bioenergia 13,2%

Consumi di energia termica per riscaldamento e raffrescamento

Produzione di elettricità

5

Contributo % delle diverse fonti rinnovabili ai consumi di energia elettrica in Italia nel 2012 e al 2020


Idroelettrica

47,3%

Geotermica 6,0%

Eolica 13,3%

Solare 20,2%

Bioenergia 13,2%

Produzione / consumi di elettricità nel 2012

Idro-elettrica

43%

Geotermica 7%

Eolica 20%

Solare 11%

Bioenergia 19%

Produzione / consumi di elettricità previsti dal PAN per il 2020

6

Pompe di calore

35,4%

Geotermia 1,8%

Solare termico 2,1%

Bioenergia

60,7%


Consumi di energia termica per riscaldamento e raffrescamento nel 2012

Contributo % delle diverse fonti rinnovabili ai consumi di energia termica in Italia nel 2012 e al 2020

Pompe di calore

28%

Geotermia 3%

Solare 15%

Bioenergia 54%

Consumi di energia termica per riscaldamento e raffrescamento previsti dal PAN per il 2020

7

Produzione di elettricità da bioenergie in Italia (2000-2012)

1.505 1.958

2.709

3.587

4.499 4.675 5.107 5.257

5.966

7.557

9.440

10.832

12.487

0

1.000

2.000

3.000

4.000

5.000

6.000

7.000

8.000

9.000

10.000

11.000

12.000

13.000

14.000

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012

GWh

Nota: i valori si riferiscono a biomasse, rifiuti solidi urbani (50% frazione biodegradabile), biogas e bioliquidi

Elaborazione su dati GSE, Rapporto Statistico 2012 - Impianti a fonti rinnovabili, 2013

8

Impianti per la produzione di elettricità da bioenergie in Italia al 31 dicembre 2013 (*)

Tipologia di biomasse utilizzate

Impianti in funzione

Numero di impianti

Potenza installata (MWe)

Biomasse solide 217 1.246

Bioliquidi 472 1.053

Biogas 1.227 940

Totale 1.916 3.239

Elaborazione su dati GSE - Bollettino incentivi FER al 31.12.2013, 2014

(*) esclusi gas da discarica e rifiuti

Nota: Non sono stati considerati fra gli impianti a biomasse quattro grandi impianti di co-combustione con carbone, di potenza compresa fra 240 e 340 MWe, nella Regione Sardegna

9

Composizione parco impianti di potenza a bioenergie (esclusi gas di discarica e rifiuti) in Italia nel 2013

Biomasse solide

11,33%

Bioliquidi 24,63%

Biogas 64,04%

Potenza installata (MWe)

Numero di impianti

Biomasse solide

38,47%

Bioliquidi 32,51%

Biogas 29,02%


Impianti a biogas in Italia al 31 dicembre 2013

10

13 9 9 11

173

56

28 2

423

22 2

150

9 19 2

37 44 36

2 0

50

100

150

200

250

300

350

400

450


Numero di impianti

11

La filiera biogas nel comparto agro-zootecnico

Reflui zootecnici

Raccolta e trasporto

Digestione anaerobica

Biogas

Cogenerazione

Colture dedicate

Raccolta, trinciatura e

trasporto

Elettricità

Calore

Allevamenti zootecnici

Fanghi stabilizzati

Recupero, trasporto e

spandimento

Terreno agricolo

Upgrading

Biometano

Scarti agroalimentari

Trasporto e stoccaggio Aspetti rilevanti

• Temporali • Spaziali • Tecnologici • Normativi

12

Possibili impieghi del biogas

• Produzione di energia elettrica mediante combustione in motori di gruppi elettrogeni o cogeneratori (tecnica più utilizzata)

• Combustione diretta in caldaia per riscaldamento (tipicamente caseifici con annesso allevamento suinicolo)

• Utilizzazione, dopo rimozione della CO2 e purificazione, per immissione nella rete di distribuzione del gas, come combustibile per usi domestici, produzione di elettricità in centrali turbogas o biocarburante per autotrazione (biometano)

13

• Materie prime diffuse e abbondanti

• Opzione praticabile per aziende agricole medio-piccole

• Molteplici opzioni energetiche e disponibilità di tecnologie affidabili

Il biogas nel comparto agro-zootecnico: pregi e limiti

• Dispersione delle materie prime sul territorio

• Grandi volumi, limitato valore energetico

• Alcune materie prime stagionali, altre continue

• Destinazione del digestato

• Onerosità impiantistica per l’azienda

• Disponibilità limitata di statistiche ed informazioni

14

Impianti a biogas nel comparto agro-zootecnico in Italia (dicembre 2012)

Fonte: CRPA, 2013

• 994 impianti a fine 2012, con una potenza elettrica installata complessiva pari a 756 MWe

• L’82,3% degli impianti per i quali è disponibile il dato (593 su 994) funziona mediante codigestione di diverse tipologie di biomasse (liquami, letame, residui agroindustriali e colture energetiche)

• Il 90% degli impianti si trova in Regioni dell’Italia Settentrionale

• Nel corso del biennio 2011-2012 il numero degli impianti censiti è aumentato del 95%, mentre la potenza elettrica è aumentata del 116%

13

14

2

7 6

6

6

12

9

14

23

143

69

151

38

374

106

1

Impianti di biogas nel settore agro-zootecnico in Italia dal 2007 al 2012

15

154

273

510

994

49

140

350

756

318

513

686

760

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1.000

1.100

1.200

Aprile 2007 Marzo 2010 Maggio 2011 Dicembre 2012

Numero di impianti

Potenza elettrica installata (MWh)

Potenza media impianti (kWe)

Fonte: CRPA, 2013

16

Distribuzione % degli impianti di biogas del settore agro-zootecnico per tipo di alimentazione (2012)

Fonte: CRPA, 2013

Effluenti zootecnici + sottoprodotti

agroindustriali + colture energetiche

51%

Effluenti zootecnici + colture energetiche

45%

Effluenti zootecnici + sottoprodotti

agroindustriali + colture energetiche

12%

sottoprodotti agroindustriali +

colture energetiche 20%

Solo effluenti zootecnici

18%

Dati relativi al 59,6% degli impianti censiti a fine 2012 (593 su 994)

Esempi di "Best practices" di impianti di biogas nel settore agro-zootecnico

Caso studio Tecnologia Start –up

Potenza elettrica

Potenza termica

Alimentazione Origine della

biomassa

Pieve Ecoenergia s.c.a. (CR) - Lombardia

Cogenerazione – Teleriscaldamento

2009 999 kWe 1.000 kWt

Insilato di mais (70%)

Reflui zootecnici (30%)

Terreni aziendali(99%) Allevamento

aziendale(100%)

Soc. Agricola Agri Floor (VI) –

Veneto

Mini rete di teleriscaldamento

(210 m) 2010 50 kWe -

Insilato di sorgo zuccherino

(60%) Reflui zootecnici

(40%)

Terreni aziendali (100%)

Allevamento aziendale(100%)

Azienda Agricola Mengoli Rino,

Mauro e Gianni S.S. (BO) - Emilia

Romagna

Cogenerazione 2005 350 kWe 50 kWt

Reflui zootecnici (1/3)

Insilati di mais, sorgo e triticale

(1/3) Residui agricoli

(1/3)

Terreni aziendali (75%) Raggio di 15 km (15%)

Azienda Agricola Pascotto Rina S.S.

(VE) – Veneto Cogenerazione 2008 990 kWe

1.104 kWt

Pollina Insilato di mais

Allevamento aziendale (100%)

Terreni aziendali (100%)

Alcuni impianti a biogas nel settore agro-zootecnico sono stati selezionati come esempi di "best practices" nell’ambito del progetto biomasse ENAMA - MiPAAF

17

18

Impianto di cogenerazione a biogas in una azienda agrozootecnica (Azienda Bruni, Sutri)

Impianto di cogenerazione • Potenza elettrica nominale: 500 kWe (due

cogeneratori Scania a punto fisso da 250 kWe ciascuno)

• Potenza termica utilizzata: 250 kW • Ore di funzionamento annue: 8.000 h elettrica,

2.000 h termica • Produzione elettrica media annua: 4.000 MWh • Recupero termico medio annuo: 500 MWh

(autoconsumi aziendali e termoregolazione digestore)

Impianto di digestione anaerobica • Due reattori da 1.100 m3 ciascuno, con

miscelazione del substrato tramite agitatori ad elica

• Alimentazione meccanica (pala caricatrice) per le matrici solide, idraulica con sistemi di pompaggio per quelle liquide e semiliquide

• Fermentazione mesofila (40 °C), con tempi di ritenzione idraulica dell’ordine dei 50 giorni

19

Gestione del fondo e dell’allevamento • 200 ha impiegati per la produzione di mais, sorgo e loietto

destinati all’alimentazione dei bovini e in parte ad insilati per la produzione di biogas

• Allevamento di circa 700 vacche da latte di razza frisona (vendita prodotto alla Centrale del latte di Nepi)

• Riutilizzo completo del digestato in azienda per il ripristino della sostanza organica nel suolo

L’approvvigionamento della biomassa: un esempio di “filiera corta”

L’impianto di cogenerazione a biogas dell’Azienda Bruni è alimentato da un mix di materie prime per il 70% di provenienza aziendale e per il restante 30% da filiera corta (raggio inferiore a 70 km):

• Liquame bovino (16.200 t/anno)

• Letame bovino (3.600 t/anno)

• Insilati (1.500 t/anno)

• Scarti vegetali e acque di vegetazione (1.000 t/anno)

• Residui agroindustriali (700 t/anno)

20

Produzione di biogas da colture dedicate

• Nel Centro-Nord si prestano alla produzione di biogas le colture da insilato quali mais ceroso, sorgo, triticale, segale, loiessa

• Nell’Italia meridionale e insulare, dove la disponibilità di acqua è più limitata, si può far ricorso a cereali autunno-vernini (grano, orzo, triticale) o a colture a ciclo primaverile-estivo con ridotte esigenze idriche quali sorgo o girasole

La convenienza nell’utilizzazione di colture dedicate deve essere valutata in funzione di:

• Costo di approvvigionamento

• Possibilità di stoccaggio

• Disponibilità di superfici per la distribuzione del digestato

21

Rese in biogas di diverse tipologie di substrato

Substrato Resa biogas

Nm3/t sostanza organica (SV)

Resa biogas Nm3/t tal quale

Fanghi di depurazione 250 – 350 70 – 135

Liquame bovino 250 – 400 20 – 30

Letame bovino 350 – 450 60 – 75

Liquame suino 400 – 450 15 – 20

Siero di latte 670 30

Polpa di patate 580 100

FORSU 400 – 600 80 – 125

Insilato di mais 600 – 680 190 – 210

Insilato di sorgo 500 – 560 140 – 160

Insilato di triticale 550 – 650 170 – 200

Elaborazione ENEA di dati da diverse fonti

Tra il 1971 e il 2010 la SAU si è ridotta di 5 milioni di ettari (da quasi 18 milioni di ettari a poco meno di 13), una superficie equivalente a Lombardia, Liguria ed Emilia Romagna messe insieme

Fonte: MiPAAF - Costruire il futuro: difendere l’agricoltura dalla cementificazione, 2012

La Superficie Agricola Utilizzata in Italia

12.000

13.000

14.000

15.000

16.000

17.000

18.000

19.000

20.000

1971 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010

Totale ha SAU

22

20.000

19.000

18.000

17.000

16.000

15.000

14.000

13.000

12.000

x 1.000

23

Il reddito netto dell’agricoltore, su 100 € di spesa per ottenere prodotti agricoli freschi, è circa 1,8 € !

35%

25%

9%

8%

21%

2%

Remunerazione trade

Operatori indiretti (servizi)

Imposte

Import prodotti

Costi agricoltore

Reddito netto agricoltore

Fonte: “Agrosserva” (Osservatorio ISMEA - Unioncamere), 2013

Le cause dell’abbandono

24

Le colture energetiche in Italia

Stima delle superfici agricole utilizzate in Italia per la produzione di colture energetiche (2011)

Coltura Superfici a colture energetiche (ha)

Superficie totale

Pioppo 5.000 70.000

Colture oleaginose di cui: Girasole Soia Colza

30.000 14.100 9.900 6.000

280.000

Colture per biogas (mais, sorgo, triticale, barbabietola)

40.000-60.000

Canna comune per bioetanolo 5.000

Fonte: Progetto Biomasse ENAMA - MiPAAF, 2012

Rispetto alla cementificazione e all’abbandono del territorio, le colture dedicate per la produzione di bioenergia incidono in modo estremamente limitato sul ʺconsumoʺ di suolo agricolo, in quanto non superano ad

oggi l’1% della SAU

25

Le colture energetiche nella legislazione italiana

Biomasse da filiera che danno diritto ad una premialità aggiuntiva se utilizzate per la produzione di energia rinnovabile in impianti di potenza compresa fra 1 e 5 MWe

Fonte: Decreto ministeriale MSE del 6 luglio 2012: Incentivi per l’energia elettrica da fonti rinnovabili - Tabella 1-B

Specie erbacee annuali Specie erbacee poliennali Specie arboree

Canapa da fibra Canapa del Bengala Chenopodio Erba medica Facelia Kenaf Loiessa Rapa invernale Ricino Senape abissina Sorgo Tabacco Trifoglio

Cactus Canna comune Canna d’Egitto Cannuccia di palude Cardo Cardo mariano Disa o saracchio Ginestra Igniscum Miscanto Panìco Penniseto Saggina spagnola Sulla Topinambur Vetiver

Acacia Eucalipto Olmo siberiano Ontano Paulonia Pioppo Platano Robinia Salice

26

Una filiera innovativa per la produzione di biogas

Coltivazione sperimentale di topinambur presso la discarica di Cupinoro (Bracciano, Roma), agosto 2009

Coltivazione sperimentale di topinambur alla fioritura a

Cicerale (Salerno), settembre 2011

Impianto pilota di digestione anaerobica da 2 m3 per la produzione di biogas da topinambur presso la discarica di Cupinoro, maggio 2013

27

Il topinambur come "energy crop"

• Il topinambur (Helianthus tuberosus L.), specie perenne tradizionalmente coltivata per uso alimentare e zootecnico, è in grado di accumulare nelle radici e negli steli significative quantità di zuccheri (fino al 45-50%)

• Le attività di ricerca si sono indirizzate all’uso dei fusti piuttosto che dei tuberi con l’obiettivo di ridurre i costi colturali passando da una coltura annuale ad una poliennale, adatta anche a terreni poveri e/o degradati

• La raccolta sia della parte aerea che dei tuberi può essere effettuata con i macchinari normalmente disponibili

• Sono disponibili varietà adatte a diversi ambienti e condizioni pedoclimatiche

• In condizioni irrigue le rese in biogas sono comparabili con quelle degli insilati di mais

Coltivazione sperimentale di topinambur a Vejano (Roma), giugno 2010

28

Tipologie di prodotti per l’alimentazione degli impianti a biogas

Per la determinazione della tariffa incentivante, è necessario individuare la tipologia di alimentazione dell’impianto: • Prodotti di origine biologica (Tipo A)

• Sottoprodotti di origine biologica di cui alla Tabella 1-A dell’Allegato 1

(Tipo B) - Per gli impianti a biogas si possono utilizzare anche prodotti del Tipo A (colture) in misura non superiore al 30% in peso

• Rifiuti, per i quali la frazione biodegradabile è riconosciuta forfettariamente ai sensi dell’Allegato 2 (Tipo C)

• Rifiuti non provenienti da raccolta differenziata diversi dal Tipo C e FORSU (Tipo D)

Fonte: DM MSE 6 luglio 2012 - incentivi per l’energia elettrica da fonti rinnovabili

29

Principali categorie di sottoprodotti utilizzabili per gli impianti a biogas (Allegato 1-A)

• Sottoprodotti di origine animale non destinabili al consumo

umano (scarti di macellazione e lavorazione, rifiuti di cucina, farine di carne e ossa ecc.)

• Sottoprodotti provenienti da attività agricole, di allevamento, della gestione del verde e forestali (letame, reflui zootecnici, paglia, residui di campo, scarti di lavorazione di prodotti agricoli e manutenzione boschi ecc.)

• Sottoprodotti provenienti da attività alimentari e agroindustriali (sanse, vinacce, buccette di pomodoro ecc.)

• Sottoprodotti provenienti da attività industriali (industria del legno, della carta ecc.)


30

Incentivi per la produzione di elettricità da biogas

DM 6 luglio 2012, Allegato I, Tabella 1.1 Art.8,

comma 8

Art.26,commi 1,2 e 3

Tipologia di biomassa

Potenza Tariffa

incentivante base

CAR

CAR + Recupero

azoto (fertilizz.)

60 %

CAR + Recupero

azoto (fertilizz.)

60 %

Rimozione azoto 40 %

kW €/MWh €/MWh €/MWh €/MWh €/MWh

Tipo a)

1 < P ≤ 300

180 10 30 20 15

300 < P ≤ 600

160 10 30 20 15

600 < P ≤ 1.000

140 10 30

1.000 < P ≤ 5.000

104 10 30

P > 5.000 91 10 30


31



comma 8



Potenza Tariffa

incentivante base

CAR

CAR + Recupero

azoto (fertilizz.)

60 %

CAR + Recupero

azoto (fertilizz.)

60 %



Tipo b)

1 < P ≤ 300

236 10 30 20 15

300 < P ≤ 600

206 10 30 20 15

600 < P ≤ 1.000

178 10 30

1.000 < P ≤ 5.000

125 10 30

P > 5.000 101 10 30


32



comma 8



Potenza Tariffa

incentivante base

CAR

CAR + Recupero

azoto (fertilizz.)

60 %

CAR + Recupero

azoto (fertilizz.)

60 %



Tipo c)

1 < P ≤ 1.000

216 10 30 20 (*) 15 (*)

1.000 < P ≤ 5.000

109 10 30

P > 5.000 85 10 30

(*) Fino a 600 kW


33



comma 8



Potenza Tariffa

incentivante base

CAR

CAR + Recupero

azoto (fertilizz.)

60 %

CAR + Recupero

azoto (fertilizz.)

60 %



Tipo d)

1 < P ≤ 300

236 10 30 20 15

300 < P ≤ 600

206 10 30 20 15

600 < P ≤ 1.000

178 10 30

1.000 < P ≤ 5.000

125 10 30

P > 5.000 101 10 30


34


140

178

216

178

0

40

80

120

160

200

240

Prodotti agricoli Sottoprodotti Rifiuti FORSU

Tariffa incentivante base (€/MWh) per un impianto a biogas di potenza compresa fra 600 kW e 1 MW a seconda della biomassa utilizzata


35

Produzione di elettricità da biogas di discarica

Fonte: GSE, Rapporto Statistico 2011 – Impianti a fonti rinnovabili, 2012

Impianto per la produzione di elettricità da biogas captato presso la discarica di Cupinoro, Bracciano (Roma)

Potenziale GHG:

1 molecola CH4 = 23 molecole CO2

36

Uso della FORSU per la produzione di biogas

• Obiettivo Legge 27 dicembre 2006, n. 296: incremento della raccolta differenziata (RD) dei rifiuti al 60% nel 2011, con la contestuale riduzione del conferimento in discarica dei rifiuti biodegradabili (FORSU)

• Gestione della FORSU attualmente orientata al recupero di materia tramite compostaggio e produzione di ammendanti

• Impianti insufficienti, localizzati prevalentemente nelle regioni dell’Italia Settentrionale, con frequente saturazione della capacità di trattamento e conseguente freno all’ulteriore sviluppo della raccolta differenziata

• Produzione di biogas soluzione economicamente interessante per la gestione sostenibile di questi rifiuti

• La FORSU è un substrato ideale per la digestione anaerobica, la cui resa può essere sensibilmente incrementata mediante la co-digestione di differenti tipologie di biomasse, che stabilizza il processo e aumenta la produzione di biogas

37

87 281

1.400

3.475

6.000

0

1.000

2.000

3.000

4.000

5.000

6.000

7.000

1990 1995 2000 2005 2010

FORSU trattata annualmente (kton)

Produzione di biogas da FORSU in Europa

Elaborazione da Baxter et al., IEA Bioenergy, 2012

2 12

58

112

197

0

40

80

120

160

200

240

1990 1995 2000 2005 2010

Numero di impianti

Capacità media di trattamento: 30.000 t FORSU/anno

38

Sistema integrato per la produzione di biogas e compost da FORSU di Pinerolo (TO)

Presso il polo di Pinerolo si realizza un sistema integrato per il trattamento della frazione organica proveniente dalla raccolta differenziata dei rifiuti che consiste in un processo anaerobico seguito da un fase aerobica di compostaggio Il polo consiste di 4 impianti fisicamente interconnessi (Polo Ecologico Integrato): • Digestore anaerobico (50.000 t/a) • Impianto di trattamento acque reflue (75.000 abitanti equivalenti) • Impianto di compostaggio (20.000 t/a) • Discarica

Sezione biogas • FORSU + fanghi di depurazione • Digestione anaerobica (semi-dry, batch, termofilia) • CHP 3,1 MWe, 3,3 MWt (3 motori a c.i. ) • Produzione di biogas (complessiva) 39,3 GWh (2010) • Produzione di energia elettrica 14,6 GWh (2010)

Sezione compostaggio • Frazione solida del digestato (ispessimento) • 90 giorni (fase attiva e di maturazione) • Marchio Compost di Qualità (C.I.C)

39

FORSU trattata: 30.000 t/anno

Biomassa verde: 6.000 t/anno

Potenza installata: 1 MW

Compost prodotto: ≈ 3.500 t/anno

Impianto per la produzione di biogas e compost da FORSU di Tessello (Cesena)

40

Sviluppo previsto della produzione elettrica da biogas (incluso gas di discarica) in Italia

1.198

284

1.415

508

4.620

1.343

6.020

1.200

0

1.000

2.000

3.000

4.000

5.000

6.000

7.000

Energia prodotta (GWh) Potenza installata (MW)

GWh / MW Situazione al 31 dicembre 2005

Situazione al 31 dicembre 2010

Situazione al 31 dicembre 2012

Previsione al 2020

Elaborazione su dati del Ministero dello Sviluppo Economico - Piano di Azione Nazionale per le Energie Rinnovabili, 30.06.2010 e GSE, 2013

41

Possibili impieghi del biogas

• Produzione di energia elettrica mediante combustione in motori di gruppi elettrogeni o cogeneratori (tecnica più utilizzata)

• Combustione diretta in caldaia per riscaldamento (tipicamente caseifici con annesso allevamento suinicolo)

• Utilizzazione, dopo rimozione della CO2 e purificazione, per immissione nella rete di distribuzione del gas, come combustibile per usi domestici, produzione di elettricità in centrali turbogas o biocarburante per autotrazione (biometano)

42

Produzione di energia dal biogas

1 m3 di CH4 da biogas (9,88 kWh)

COGENERAZIONE PURIFICAZIONE

Elettricità: 2,0 - 4,1 kWh

Biometano: 8,5 - 9,7 kWh

Energia termica: 4 - 6 kWh (generalmente valorizzata solo in parte)

+

Fonte: Co.Agr.Energy, 2012

43

Principali caratteristiche di un biocarburante "ideale"

• Proprietà e caratteristiche chimico-fisiche il più possibile simili a quelle dei combustibili fossili sostituiti (fungibilità)

• Produzione da materie prime a basso costo, ampiamente disponibili e facilmente reperibili (competitività)

• Processi e tecnologie di produzione semplici, affidabili e scalabili, con basso impatto ambientale e consumi energetici contenuti (sostenibilità)

44

Principali caratteristiche di un biocarburante "ideale"

• Proprietà e caratteristiche chimico-fisiche il più possibile simili a quelle dei combustibili fossili sostituiti (fungibilità)

• Produzione da materie prime a basso costo, ampiamente disponibili e facilmente reperibili (competitività)

• Processi e tecnologie di produzione semplici, affidabili e scalabili, con basso impatto ambientale e consumi energetici contenuti (sostenibilità)

Il biometano risponde pienamente a tutti questi requisiti

Mezzi di trasporto pubblico alimentati a biometano nella città svedese di Kristianstad, 2008

45

Upgrading del biogas a biometano

• Raffinazione del biogas (55-65% in metano) o gas da discarica (45% in metano) per ottenere biometano (≥95% in metano, zolfo totale < 150 mg/m3)

• Generalmente il processo avviene in due stadi successivi:

Rimozione della CO2

Rimozione tracce di altri gas e

contaminanti (*)

Biogas Biometano

(*) silossani, vapore acqueo, idrogeno solforato, azoto, agenti patogeni

I punti critici del processo sono i consumi energetici e la presenza di componenti che possono dare origine a fenomeni di corrosione

46

Distribuzione degli impianti di biometano nel mondo (fine 2012)

Cina 1

Italia 1

Danimarca 1

Ungheria 1

Spagna 1 Canada 2

Francia 3 Lussemburgo 3

Regno Unito 3

Norvegia 5

Finlandia 5

Sud Corea 5

Giappone 6

Austria 10

Svizzera 16

Paesi Bassi 16

USA 25

Svezia 53

Germania 120

Totale impianti: 277

Fonte: IEA Bioenergy, 2014

47

Comparazione tra le principali tecnologie commerciali di upgrading

Lavaggio ad acqua sotto pressione

(PWS)

Adsorbimento a pressione oscillante

(PSA)

Separazione tramite

membrane (2-4 stadi)

Lavaggio chimico (MEA, DMEA)

Lavaggio fisico con solventi organici

Contenuto di CH4 nel biometano

96 - 98% 95 - 98% 95 - 98% 95 - 99% 95 - 98%

CH4 recuperato 95 - 98% 95 - 98% 95 - 98% 95 - 98% 95 - 98%

Costo annuo di esercizio (% dei costi di investimento)

2 - 3% 2 - 3% 3 - 4% 2 - 3% 2 - 3%

Rimozione H2S Si Esterna Esterna Esterna/Si Esterna

Rimozione H2O Esterna Si Si Esterna Esterna

Separazione N2 e O2 No No/parziale Parziale (O2) No No

Consumo di energia elettrica (kWh/Nm3 biogas)

0,2 - 0,3 0,2 - 0,3 0,2 - 0,3 0,10 - 0,15

0,2 - 0,3

Richiesta di calore (kWh/Nm3 biogas)

No No No 0,5 - 0,6 No

Recupero di CO2 pura No Si Si Si No

Fonte: Bauer et al., 2013

48

Distribuzione % degli impianti di biometano nel mondo per tecnologia di upgrading (fine 2012)

Separazione criogenica 0,4%

Lavaggio con solvente organico

6% Membrane 10%

PSA 21%

Lavaggio chimico (ammine) 22%

Lavaggio con acqua 41%

Impianto di upgrading del biogas a biometano di Straubing (Germania) da 16,5 milioni di m3/anno, 2010


49

Elaborazione su dati EurObserv’ER - Biofuels Barometer 2014

Consumi percentuali dei diversi biocarburanti nei Paesi dell’Unione Europea. Anno 2013

1.110 1.421 1.927

3.019

5.385

7.685

9.826

11.704

13.089 13.635

14.608

13.615

0

1.500

3.000

4.500

6.000

7.500

9.000

10.500

12.000

13.500

15.000

16.500

2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013

ktep

50

Elaborazione su dati EurObserv’ER - Biofuels Barometer 2014

Consumi percentuali dei diversi biocarburanti nei Paesi dell’Unione Europea. Anno 2013

1.110 1.421 1.927

3.019

5.385

7.685

9.826

11.704

13.089 13.635

14.608

13.615

0

1.500

3.000

4.500

6.000

7.500

9.000

10.500

12.000

13.500

15.000

16.500

2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013

ktep

Bioetanolo 19,95%

Biodiesel 78,96%

Olio vegetale 0,20%

Biometano 0,89%

51

Il futuro dei biocarburanti: la sfida della sostenibilità

Fonte: Direttiva 2009/28/CE

Biocarburanti - Riduzione minima emissioni GHG

All’entrata in vigore della Direttiva (*)

2017

Nuovi impianti entrati in funzione dopo il 1 gennaio

2017 (**)

35% 50% 60%

(*) dal 1 aprile 2013 per impianti in attività il 23 gennaio 2008

(**) dal 1 gennaio 2018

Biocarburanti e bioliquidi non devono essere prodotti su terreni ad alto livello di biodiversità. Nel calcolo delle emissioni di gas ad effetto serra (GHG) saranno considerate anche le emissioni causate dal cambiamento dell’uso del suolo

52

Riduzione delle emissioni di GHG per alcune filiere di produzione di biocarburanti (valori standard)

Elaborazione da Direttiva 2009/28/CE, Allegato V

52 49

71

31 38

83

73

82

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Etanolo da

barbabietolada zucchero

Etanolo da

mais UE

Etanolo da

canna dazucchero

Biodiesel da

soia

Biodiesel da

colza

Biodiesel da

rifiuti

Biometano

da FORSU

Biometano

da letameasciutto

%

53

Riduzione delle emissioni di GHG per alcune filiere di produzione di biocarburanti (valori standard)

Elaborazione da Direttiva 2009/28/CE, Allegato V

52 49

71

31 38

83

73

82

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Etanolo da

barbabietolada zucchero

Etanolo da

mais UE

Etanolo da

canna dazucchero

Biodiesel da

soia

Biodiesel da

colza

Biodiesel da

rifiuti

Biometano

da FORSU

Biometano

da letameasciutto

%

54

Sviluppo del biometano e uso del gas naturale nel 2012 in alcuni Paesi membri dell’IEA Bioenergy Agreement


Paese

Impianti di biogas

(escluse discariche)

Impianti di upgrading del biogas

Capacità totale di produzione

biometano (Nm3/ora)

Stazioni di rifornimento

metano

Veicoli a gas

naturale

Austria 421 10 2.000 203 7.065

Finlandia 34 5 959 18 1.300

Francia 256 3 540 149 13.300

Germania 9.066 120 72.000 904 95.162

Italia 1.264 1 540 903 746.470

Sud Corea 57 5 1.200 184 39.000

Svezia 187 53 16.800 190 44.000

Svizzera 600 16 n.d. 136 11.500

Paesi Bassi 211 16 6.540 150 5.201

Regno Unito 265 3 1.260 40 520

USA ≈440 25 n.d. 1.035 112.000

La Svezia è il solo Paese in cui l’uso del biometano nei trasporti è maggiore di quello del gas naturale (869 contro 624 GWh/anno nel 2013

61.623 13.538

96.349

823.000

44.322 28.218

0

100.000

200.000

300.000

400.000

500.000

600.000

700.000

800.000

900.000

1.000.000

Bulgaria Francia Germania(*)

Italia Svezia (**) Altri (***)

N. veicoli

55

Veicoli a gas naturale in alcuni paesi UE (giugno/luglio 2013)

Elaborazione su dati Natural Gas Vehicle Association - NGVA Europe, 2014

(*) dati aggiornati a maggio 2013 (**) dati aggiornati a dicembre 2012 (***) Paesi con più di 1.000 veicoli, nell’ordine: Austria, Paesi Bassi, Ungheria, Spagna,

Polonia, Finlandia (maggio 2013), Slovacchia

56

Produzione potenziale di biometano in Italia

• Il potenziale di produzione di metano da digestione anaerobica di biomasse di scarto e deiezioni zootecniche, con l’aggiunta di 400.000 ha di colture dedicate potrebbe raggiungere nel 2030 un valore pari a 8 miliardi di Nm3/anno (Fonte: Il biometano fatto bene, maggio 2012)

• Questa quantità equivale all’attuale produzione nazionale annua di gas naturale o a quella del rigassificatore di Rovigo

• Il raggiungimento dell’obiettivo previsto nella Strategia Energetica Nazionale di 1 miliardo di Nm3 di biometano/anno comporterebbe un risparmio di circa 1,6 miliardi di euro/anno sull’acquisto di prodotti energetici dall’estero

Impianto di upgrading del biogas a biometano da 9.600 m3/giorno presso la discarica di Malagrotta (Roma), 2009

http://www.33ff.com/flags/bandieremondo/bandiera_Italia.html

57

Il futuro del biometano in Italia

La reale fattibilità di una filiera produttiva del biometano in Italia è legata all’emanazione di specifiche direttive da parte dell’AEEG relativamente a:

• Le caratteristiche chimico-fisiche del biometano per l’immissione nella rete

di distribuzione del gas

• Le modalità per l’allacciamento alla rete degli impianti di produzione del biometano e i relativi standard tecnici

• Le procedure, tempi e criteri per la determinazione dei costi per gli allacciamenti

• La pubblicazione, da parte dei gestori della rete del gas naturale, delle condizioni tecniche ed economiche per l’allacciamento alla rete dei nuovi impianti, che dovranno essere tali da non penalizzare il loro sviluppo

Fonte: Decreto Ministeriale MSE del 5 dicembre 2013


58

Il futuro del biometano in Italia

La reale fattibilità di una filiera produttiva del biometano in Italia è legata all’emanazione di specifiche direttive da parte dell’AEEG relativamente a:

• Le caratteristiche chimico-fisiche del biometano per l’immissione nella rete

di distribuzione del gas

• Le modalità per l’allacciamento alla rete degli impianti di produzione del biometano e i relativi standard tecnici

• Le procedure, tempi e criteri per la determinazione dei costi per gli allacciamenti

• La pubblicazione, da parte dei gestori della rete del gas naturale, delle condizioni tecniche ed economiche per l’allacciamento alla rete dei nuovi impianti, che dovranno essere tali da non penalizzare il loro sviluppo

L’esistenza di una normativa chiara e di facile attuazione, insieme alla disponibilità di incentivi adeguati, costituisce il presupposto indispensabile per il successo del biometano nel nostro Paese


59

Il Piano di Settore per le bioenergie

• Necessità di guidare il processo in atto di crescita complessiva della bioenergia in Italia, evitando il rischio di possibili distorsioni che potrebbero influire negativamente su un comparto vitale e dalle grandi potenzialità per la salvaguardia del territorio e la decarbonizzazione dell’economia del futuro

• Dal mese di agosto di quest’anno, grazie alla volontà e all’impegno del Ministero delle Politiche Agricole, Alimentari e Forestali, l’Italia dispone finalmente di uno specifico Piano di Settore per le filiere della bioenergia

• Il Piano, approvato dalla Conferenza Stato Regioni, è un documento volutamente sintetico (circa quaranta pagine più altre trenta in sei appendici), che definisce una strategia complessiva e individua priorità di intervento e strumenti operativi per orientare il futuro sviluppo delle fonti rinnovabili in considerazione del ruolo che l’agricoltura deve giocare nel settore consolidato e al contempo innovativo delle cosiddette “agroenergie”

Il Piano di Settore per le bioenergie e la SEN

• La Strategia Energetica Nazionale (approvata nell’aprile 2013) costituisce oggi il principale riferimento per le politiche nazionali nel medio-lungo periodo, contemplando anche, ma in modo riduttivo, l’adozione di misure che valorizzino il ricorso alle fonti di origine agricola e forestale

• Per questo motivo, il Piano di Settore per bioenergie, facendo

riferimento ad un’approfondita analisi SWOT delle diverse filiere produttive (biomasse solide, biogas-biometano, biocarburanti-bioliquidi e chimica verde), è stato sviluppato anche nell’ottica di integrare le priorità d’azione e gli interventi previsti dalla SEN

• Anche la Chimica Verde - uno degli asset principali della bioeconomia - è stata inserita nel Piano, per costruire finalmente una strategia adeguata ad un settore che vede l’Italia tra i Paesi leader a livello mondiale. A tal fine è stato deciso di istituire (si attende il decreto), un Tavolo interministeriale specifico, con capofila il MiPAAF, che ne definisca le linee guida

60

Le azioni prioritarie del Piano di Settore per le Bioenergie

Le azioni individuate dal Piano come prioritarie sono: • Ricerca e innovazione nel comparto delle bioenergie per l’intera filiera

• Piano di formazione/informazione a livello nazionale in collaborazione con le Regioni

• Efficienza energetica

• Sviluppo sostenibile delle energie rinnovabili

• Le altre FER oltre la bioenergia

• Sviluppo delle infrastrutture locali

• Sviluppo del biometano

• Produzione sostenibile di biocarburanti da filiere nazionali

• Le Bioraffinerie

• Modernizzazione del sistema di governance

Per ciascuna delle azioni indicate, il Piano individua alcuni interventi prioritari attraverso i quali costruire un sistema efficiente, articolato e integrato di attività che si traducano in azioni concrete ed efficaci

61

62 62

Considerazioni conclusive

Il Piano di settore costituisce un primo, importante passo per uno sviluppo equilibrato delle bioenergie in Italia in quanto:

• Si è iniziato a parlare di bioenergie in un’ottica di opportunità per l’agricoltura e per il Paese e non solo di un’occupazione nefasta di suolo agricolo obbligatoriamente destinato alla produzione di alimenti

• Si sottolinea l’importanza di intraprendere un percorso di informazione e formazione sia per gli operatori che per i funzionari pubblici impegnati nella difficile gestione della governance sui territori

• Si osserva la volontà politica di sviluppare e promuovere le bioraffinerie, favorendo la collaborazione tra tutte le Amministrazioni competenti per la definizione di una normativa idonea allo sviluppo del settore, che favorisca la produzione e il consumo di bioprodotti sostenibili anche attraverso la ricerca scientifica e l’innovazione tecnologica

Il Piano di Settore per le Bioenergie e i relativi allegati sono consultabili sul sito del MiPAAF alla pagina:

http://www.politicheagricole.it/flex/cm/pages/ServeBLOB.php/L/IT/IDPagina/7891

63

Grazie per l’attenzione

Dr. Vito Pignatelli ENEA - Unità Tecnica Fonti Rinnovabili Coordinatore Tecnologie Biomasse e Bioenergie C.R. Casaccia Via Anguillarese, 301 00123 S.M. di Galeria, Roma Tel. 0630484506 Fax 0630486779

e-mail: [email protected]

biogas e biometano: una filiera italiana per lo sviluppo ... biogas e biometano.pdf · biogas e...

Documents