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TIPOLOGIE BIOMASSE E

POTENZIALE PRODUTTIVO DEL

BIOMETANO NELLE REGIONI

MEDITERRANEE

LE OPPORTUNITÀ DI SVILUPPO DELLE FILIERE

AGROENERGETICHE DELLE REGIONI MEDITERRANEE

Relatore: Dott.ssa Roberta Selvaggi *

* Dipartimento di Agricoltura, Alimentazione e Ambiente, Sezione di Economia agraria e Estimo – Università degli Studi di Catania

Volume realizzato da esperti e ricercatori di ENAMA, Di3A dell’Università degli Studi di Catania e CRPA.Il volume è stato curato da Gioacchino Pappalardo – Di3A

BARI, 10 OTTOBRE 2019

Agrilevante

ITALIA: oltre 1.300 impianti abiogas, MA …

Fonte: CIB, 2017

Stato dell’arte in Italia

speaker: Roberta Selvaggi

Problema


Energia dalle biomasseArt. 2, comma 1, lettera e) – D. Lgs 28/2011

L’art. 2, comma 1, lettera e) del D. Lgs. 28/2011 definisce il concetto di Biomassa,

definendola come la frazione biodegradabile dei prodotti, rifiuti e residui di origine

biologica provenienti dall'agricoltura (comprendente sostanze vegetali e animali), dalla

silvicoltura e dalle industrie connesse, comprese la pesca e l'acquacoltura, gli sfalci e le

potature provenienti dal verde pubblico e privato, nonché la parte biodegradabile dei

rifiuti industriali e urbani.


Energia dalle biomasseLa conversione energetica delle biomasse può essere ottenuta mediante processi:

Sono basati sull’azione del calore, che trasforma la biomassa o direttamente in energiatermica, attraverso un semplice processo di combustione, o in altri prodotti (solidi, liquidi ogassosi) impiegabili attraverso la pirolosi e la gassificazione.

Biomasse di natura ligneo cellulosica con:➢ C/N > 30;➢ Contenuto di umidità < 30%.

Legna e tutti i suoi derivati (trucioli, segatura, ecc.).I più comuni sottoprodotti colturali: paglia di cereali, residui di potatura della vite e deifruttiferi, ecc…Taluni scarti di lavorazione: pula, gusci, noccioli, ecc…


La conversione energetica delle biomasse può essere ottenuta mediante processi:

Permettono di ottenere energia sfruttando reazioni chimiche prodotte da enzimi, funghi emicroorganismi, che si formano nella sostanza trattata sotto particolari condizioni.

Biomasse con:➢ C/N < 30;➢ Contenuto di umidità > 30%.

Colture acquaticheReflui zootecniciSottoprodotti agro-industrialiFORSU: Frazione Organica dei Residui Solidi Urbani


Energia dalle biomasse

Digestione anaerobica

È un processo di conversione biochimica, che avviene in assenza di ossigeno, all’interno di un

reattore, e consiste nella demolizione, ad opera di m.o., di sostanze organiche complesse (lipidi,

protidi, glucidi) contenute nei vegetali e nei sottoprodotti di origine animale (liquame), per produrre

biogas (costituito per il 50÷70% da CH4 e per la restante parte soprattutto da CO2 ) e digestato da

utilizzare come ammendante.


DigestoriDigestori molto sofisticati, che possono essere costituiti da uno o più moduli (vasche).

Collegati ad un motore, generano elettricità (e calore) e/o biometano e digestato.


Lo studio ha riguardato la stima del potenzialeproduttivo di biometano nelle regioni delMezzogiorno d’Italia: Abruzzo, Molise, Campania,Basilicata, Puglia, Calabria, Sicilia e Sardegna.

Per ogni regione, la quantità di biometano producibile è stata determinata considerando sia biomasse vegetali

ottenute da colture dedicate sia biomasse di integrazione provenienti dalla valorizzazione di scarti e

sottoprodotti ottenuti a valledelle principali filiere agro-alimentari tipiche

dell’ambiente mediterraneo.


Obiettivo

Differenza tra

RIFIUTI e

SOTTOPRODOTTI


RIFIUTOArt. 10 – D. Lgs 205/2010

L’art. 10 del D. Lgs. 205/2010 sostituisce l’art. 183 del D. Lgs. 152/2006 (TestoUnico Ambientale) e chiarisce il concetto di Rifiuto, definendolo comequalsiasi sostanza od oggetto di cui il detentore si disfi o abbia l’intenzione oabbia l’obbligo di disfarsi.


SOTTOPRODOTTOArt. 12 – D. Lgs 205/2010

L’art. 12 del D. Lgs. 205/2010 introduce l’art. 184 bis nel D. Lgs. 152/2006 (Testo UnicoAmbientale) e chiarisce il concetto di Sottoprodotto, definendolo come qualsiasi sostanzaod oggetto che soddisfa tutte le seguenti condizioni:

1. la sostanza o l’oggetto è originato da un processo di produzione, di cui costituisceparte integrante, e il cui scopo primario non è la produzione di tale sostanza odoggetto;

2. è certo che la sostanza o l’oggetto sarà utilizzato, nel corso dello stesso o di unsuccessivo processo di produzione o di utilizzazione, da parte del produttore o di terzi;

3. la sostanza o l’oggetto può essere utilizzato direttamente senza alcun ulterioretrattamento diverso dalla normale pratica industriale;

4. l’ulteriore utilizzo è legale, ossia la sostanza o l’oggetto soddisfa, per l’utilizzo specifico,tutti i requisiti pertinenti riguardanti i prodotti e la protezione della salute edell’ambiente e non porterà a impatti complessivi negativi sull’ambiente e la saluteumana.


Principali matrici impiegabili

in processi di

DIGESTIONE ANAEROBICA


Scarti e sottoprodotti da imprese di

trasformazione


Sottoprodotto del processo di estrazione dell'olio d'olivacomposto dalle buccette, dai residui della polpa edai frammenti di nocciolino.

Sansa


Stagionalità: da settembre a novembre

Destinazione attuale:▪ Sansificio per estrazione di:

▪ Nocciolino▪ Olio di sansa (estrazione con solventi chimici)

▪ Spargimento su terreni agricoli contrattualizzati

Tempi e modalità di spargimento imposti dalla normativa non

coerenti con le possibilità reali dei

frantoianiQUANTITÀ STIMATA DI SANSA

Partendo dalle superfici coltivate ad olivo nell’anno 2017, dalle resemedie di prodotto per ettaro e dalle rese medie in olio per quintaledi olive molite (dati rilevati da agri.istat.it) è stata stimata laquantità di sansa 2F prodotta e potenzialmente destinabile allaproduzione di biometano.

Vinacce e feccia

Le vinacce esauste (a valle delprocesso di distillazione) nonpossono essere impiegate nei D.A.perché vengono trattate con solventie divengono quindi RIFIUTO.

Definizione Vinacce: Residuo della pigiatura dell'uva, costituito da raspi, bucce, vinaccioli;viene utilizzato nella distillazione di grappe o come mangime.

Rappresentano circa il 18-20% della massa avviata alla pigiatura: 14-15 % bucce + vinaccioli; 4-5% raspi.


Rappresenta circa il 4% della massa vinificata, ma spesso la si deve considerare pari al 10%

perché è «idratata» con mosto.

Definizione Feccia: E' il residuo depositato dopo la fermentazione del vino, formatoprincipalmente da sali di potassio e calcio. Essa va separata dal vino attraverso la pratica deitravasi.

Obbligo: alla fine del processo di vinificazione si deveneutralizzare con dei marcatori per evitare chevenga reimpiegata per la produzione di altro vino.Quindi possono tenerla in azienda e scegliere, allafine dell’annata, se ….

Conferimento in distilleria

Spandimento sui terreni agricoli


Vinacce e feccia

Tanti piccoli produttori:• Ridotti volumi lavorati /cad• Non uniformemente distribuiti sul territorio

Difficoltà di stoccaggio soprattutto alle alte temperature

Stagionalità: da Agosto a Ottobre

Vinaccioli: si depositano sul fondo delle vasche


QUANTITÀ STIMATAPartendo dalle superfici coltivate a vite nell’anno 2017, dalle rese medie di prodotto perettaro e dalle rese medie in vino per quintale di vite trasformata (dati rilevati daagri.istat.it) è stata stimata la quantità di residuo prodotto potenzialmente destinabile allaproduzione di biometano.

Vinacce e feccia

Liquido che si separa dal latte dopo il processo di caseificazione e costituisce circa l’85% del volumetrasformato (circa il 60% se si produce la ricotta)

Siero

Vantaggi:• Continuità (da Gen. a Dic.)• Non è necessario stoccare grandi quantità• Matrice liquida che evita l’immissione di acqua pura

nell’impianto

L’industria lattiero-casearia tradizionale lo destina prevalentemente all’alimentazione dei suini.


QUANTITÀ STIMATAPartendo dalla quantità di formaggi prodotti per l’anno 2016 (ultimo anno disponibile cosìcome rilevato da agri.istat.it), è stato considerato un coefficiente di produzione del sieroresiduo pari al 500% dei formaggi prodotti, come suggerito dalla letteratura scientifica diriferimento (Chinnici et al., 2015).

Residuo di arance, limoni e altri agrumi che hanno subìto un processo di spremitura, costituitosostanzialmente da polpe e scorze.

Pastazzo

Stagionalità: da novembre a giugno


QUANTITÀ STIMATA

Partendo dalle superfici coltivate ad arancio nell’anno 2017 e dalle rese medie di prodotto perettaro (dati rilevati da agri.istat.it) è stata stimata la quantità di arance destinate all’industria ditrasformazione per la produzione di succhi. Da tale quantità è stata infine stimata lapercentuale di scarto prodotto da ogni frutto trasformato che è pari a circa il 60%.

Ampi stoccaggi

Costi di smaltimento: 30 euro/t

Altre biomasse…


Definizione: residui produzioni agricole primarie

Residui vegetali

Ma anche sfalci del verde urbano

No materiale legnoso

Già utilizzati per la zootecnia: evitare competizione Feed/Energy

Es. paglia di grano

La paglia potrebbe essere la soluzione ai nostri problemi di stoccaggiodelle biomasse troppo umide derivanti dall’industria agroalimentare.


QUANTITÀ STIMATA

Partendo dalla superficie coltivata a cereali autunno-vernini nell’anno 2017 (dato rilevato daagri.istat.it), relativamente a frumento duro e tenero, orzo e avena, considerato uncoefficiente di produzione di scarto dal processo di mietitrebbiatura rilevato dall’indaginestatistica, è stata determinata la quantità di biomassa ottenibile.

Le deiezioni sono rappresentate da feci e urine.

Reflui zootecnici

Deiez. bovini:• non stabulati (allev. estensivi)• terra e pietre nel letame

Pollina ovaiole: • calcio • piume

Pollina e Lettiera Liquame suini Deiezioni bovini


QUANTITÀ STIMATA

Partendo dalla consistenza media annua (2017) degli allevamenti di bovini e suini, suddivisi perclassi di età e dunque di peso (dato rilevato dalle statistiche zootecniche elaborate dalla BDNTeramo), considerato un indice di produzione giornaliera di deiezioni, in funzione del pesocorporeo dei capi, è stata determinata la quantità totale di deiezioni prodotte.

Biomassa da colture in rotazione con i cereali

La PAC ci obbliga a suddividere l’azienda in 3 appezzamenti e a

fare le rotazioni, inserendo negli ordinamenti colturali le

leguminose.

Opportunità: Sulla dopo Grano (Az. Asciutta)Sorgo dopo Grano (Az. Irrigua)

Più sfalci evitano competizione feed/energy




QUANTITÀ STIMATA

Sorgo in secondo raccolto: è stata supposta la possibilità di coltivare questa specie, aciclo primaverile-estivo, in aziende dotate di sistemi irrigui. Per tale motivo,partendo dai dati del VI Censimento dell’Agricoltura, sono state considerate solo lesuperfici dei seminativi irrigui.



QUANTITÀ STIMATA

Sulla in rotazione: è stata ipotizzata la possibilità di coltivare questa leguminosa, aciclo autunno-vernino, in rotazione alle specie cerealicole anche nel rispetto dellepolitiche di greening imposte dalla politica comunitaria dell’Unione Europea. A talscopo, sono state considerate potenziali superfici per la coltivazione di questaspecie, tutte le superfici a seminativo coltivate con cereali nell’anno 2017 (datorilevato da ISTAT).


Possibilità di valorizzare e sfruttare zonemarginali o abbandonate

Fico d’India: 30 ton/ha di biomassa

Feed/energy: fichi d’india foraggeri

Produzioni di qualità: potatura ecosti insostenibili

Prati→ più CO2 fissata e più S.O. nei terreni

Biomassa da colture in aree marginali

Biomassa da colture in aree marginali


QUANTITÀ STIMATA

Opuntia spp: per Sicilia, Sardegna, Basilicata e Calabria è stata supposta la possibilità dicoltivare piante di questo genere su superfici marginali, non più coltivate, che sonostate determinate per differenza tra le SAU regionali medie relative al triennio 2015-2017 e quelle medie relative al triennio 2009-2011.Per Molise, Abruzzo, Puglia e Campania, considerato che mediamente la SAU èaumentata (nel triennio 2015-2017 sono stati coltivati più ettari rispetto a quellicoltivati nel triennio 2009-2011), è stato supposto di coltivare piante del genereOpuntia sulle superfici a seminativo censite nel 2017.

Si precisa che, per tutte le colture da biomassa, è stato supposto di utilizzare

cautelativamente sempre e solo l’1% della superficie potenzialmente

utilizzabile.

Nelle regioni che hanno registrato un incremento della SAU nell’intervallo

temporale analizzato (2009/11 – 2015/17) si è, invece, considerato solo lo

0,1% delle superfici utilizzabili per l’Opuntia. In quest’ultimo caso si è

volutamente scelto di limitare al minimo l’impatto di coltivazioni a scopo

energy sugli ordinamenti tradizionali regionali, a scopo food o feed.


MINIMO IMPATTO DELLE COLTURE «ENERGY»

Tutte le biomasse elencate sono potenzialmente utilizzabili per scopi agroenergetici e peressere avviate alla produzione di biogas e di biometano, in ambiente mediterraneo, in tutte oquasi, le 8 regioni oggetto di indagine.Tuttavia, non per tutte le biomasse è stato possibile definire la quantità effettivamenteprodotta o disponibile per mancanza di banche-dati ufficiali e per l’impossibilità di ricorrere arilevazioni puntuali delle imprese presenti sui diversi territori regionali oggetto di indagine (es.pollina e lettiera avicola, liquame t.q. da allevamenti zootecnici, ed altre).

In particolare, sono state considerate come disponibili le seguenti biomasse:• pastazzo: dalla lavorazione delle arance finalizzata all’estrazione di succhi e semilavorati concentrati;• sansa: esclusivamente del tipo a 2 fasi, ovvero con utilizzo di acqua e centrifugheper migliorare l’estrazione dell’olio e assenza di acque di vegetazione;• siero di latte: considerato esclusivamente non concentrato;• letame di bovini: escluso il liquame di cui non dispongono informazioni sufficienti per stimarnevolume e qualità; escluso pollina e lettiera polli per mancanza di fonti ufficiali di consistenza degliallevamenti;• vinaccia e feccia: dalla lavorazione di uva;• colture dedicate: sorgo, sulla e Opuntia ficus indica.


Pertanto, il mix ottimale è stato formulato sulla base delle biomasse analiticamente quantificate.

Sulla base dei dati disponibili sono stati proposti diversi scenari di avvio alla digestione anaerobica,

differenziati per ogni regione e sulla base delle quantità di biomasse disponibili.

La valutazione delle miscele è stata impostata ponendo alcuni vincoli tecnologici:

✓ Massima semplicità impiantistica, per minimizzare i costi di costruzione e gestione;

✓ Carico Organico Volumetrico, COV (ovvero la quantità giornaliera di sostanza organica caricata per ogni m3

di digestore 18) massimo di 3 kg SV/m3 al giorno;

✓ Tempo di ritenzione idraulica (giorni di permanenza della biomassa all’interno dei digestori) di circa 70 gg;

✓ Tenore di sostanza secca attesa nell’ultimo stadio di processo massimo del 10%. Tale parametro permette

con qualche accorgimento di ordine gestionale nei pompaggi e nei ricircoli di mantenere una corretta

miscelabilità del digestore;

✓ Assenza di pretrattamenti delle biomasse;

✓ Assenza di diluizione;

✓ Assenza di post-trattamenti del digestato.


Diversi scenari

Per ogni regione è stato proposto un duplice approccio:- Primo MIX: ipotizzando la completa utilizzazione delle biomasse a disposizione ed è stata discussa

la sua effettiva compatibilità tecnologica;- Secondo MIX: formulato tenendo conto della degradabilità e delle caratteristiche chimico-fisiche

delle biomasse in ingresso, nel rispetto dei principi individuati per un corretto mantenimento dellecondizioni di processo.


Duplice approccio

In termini generali, si precisa che, oltre che della disponibilità delle diverse biomasse in terminiquantitativi, si è tenuto conto di:a) la distribuzione territoriale delle biomasse: il sito di realizzazione dell’impianto in funzione della

distribuzione areale di ogni biomassa è fondamentale, poiché il costo del trasporto incidenell’ordinaria gestione degli impianti;

b) il livello di meccanizzazione delle strutture aziendali: le aziende presso cui sorge l’impianto devonoesser ottimamente organizzate per il trasporto degli effluenti, con sistemi di distribuzione deldigestato, con specifici piani colturali ad elevata propensione alle doppie colture e, non perultimo, devono disporre di acqua ad uso irriguo;

c) la disponibilità di terreni per la distribuzione del digestato ad uso agronomico, rispettando i vincolinormativi regionali;

d) la profilatura dettagliata delle biomasse disponibili: attraverso analisi specifiche si determinano leprincipali caratteristiche delle singole biomasse e dei diversi mix da avviare al processo didigestione anaerobica.

La produzione potenziale annua totale dibiometano stimata nell’ambito del presentestudio è pari a circa 414 milioni di metri cubi dicui 375.072 da biomasse di integrazione(90,5%) e la rimanente quota da colturededicate (9,5%).


RISULTATI

Per ogni regione è stato definito un indice diefficienza relativa ottenuto dal rapporto trala quantità di biometano prodotto a partireda scarti e sottoprodotti rispetto allaquantità totale prodotta.

Nelle regioni del Mezzogiorno d’Italia, a differenzadi quanto accade ordinariamente nelle aree delnord Italia vocate alla produzione di energia apartire da insilato di mais, vi è un potenzialeinespresso legato a biomasse residuali

Inoltre, a partire dall’indice di efficienza relativa è stato ricavato un nuovo indice:

Utilised Agricultural Area Monocrop

Rivela quanti ettari sono necessari per produrre 1 milione di metri cubi di biometano, considerando i mix di dieta che sono stati proposti.


UAA Monocrop

RegioniUAA Monocrop

[ha / 1 Mln Nm3 CH4]Sicilia 32Sardegna 16Calabria 15Puglia 44Basilicata 58Molise 47Campania 28Abruzzo 42* Anno di riferimento: 2017

Fonte: elaborazioni Di3A su dati ISTAT

La filiera del biometano avrebbe un impatto minimo e quasi trascurabile sui sistemi agricoli tradizionali del

Mezzogiorno d’Italia.

Anzi….

Problema → OPPORTUNITA’

Circa 100 impianti in tutta l’area del Mezzogiornoconsiderando 8.500 ore di funzionamento annuo ed una produttività oraria di 250 m3 di

biometano, ovvero 500 m3 di biogas ovvero 1 MWel equivalente.speaker: Roberta Selvaggi

LE OPPORTUNITÀ DI SVILUPPO DELLE FILIERE

AGROENERGETICHE DELLE REGIONI MEDITERRANEE

Relatore: Dott.ssa Roberta Selvaggi *

* Dipartimento di Agricoltura, Alimentazione e Ambiente, Sezione di Economia agraria e Estimo – Università di Catania

[email protected]


Domande, suggerimenti ed osservazioni sono gradite!

TIPOLOGIE BIOMASSE E POTENZIALE

PRODUTTIVO DEL BIOMETANO NELLE

REGIONI MEDITERRANEE

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