Produzione efficiente di biogas da digestione anaerobica ... · Perdite economiche (il biogas...

Produzione efficiente di biogas da

digestione anaerobica di matrici agro-

alimentari: quadro

attuale in Piemonte e indicazioni di

sviluppo razionale

P. Balsari, F. GioelliFacoltà di Agraria, Università degli Studi di Torino

0

50

100

150

200

250

300

350

An

te

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008

2009

2010

2000

Imp

ian

ti (

n)

Anni

Andamento del numero di impianti di biogas

nel settore agro-zootecnico in Italia

(R

iela

bo

rato

da C

RP

A,

20

11

)

2011

400

450

500

550

1

80

210

33

78

17

63

88

2

33

3

7

529 Impianti(136 in costruzione)

(Dati DEIAFA-CRPA, 2011)

4

6

2

Gli impianti di biogas nel settore agro-

zootecnico in Italia

1

GLI IMPIANTI DI BIOGAS IN PIEMONTE

In funzione 10

Autorizzati 28

In autorizzazione

17

(Fonte, DEIAFA – Regione Piemonte - 2011)

TOTALE: 80 impianti

IN FUNZIONE = 18

AUTORIZZATI = 34

IN

AUTORIZZAZIONE = 28

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

(Fonte, DEIAFA 2010)

Molti impianti sono ubicati in zone vulnerabili

ai nitrati

Potenza elettrica complessiva: ~ 27MWPotenza elettrica media per impianto: ~ 0,5MW (min. 0,1MW ÷ max. 1,25MW)

21

0

14

27 27

2

6

1

0

5

10

15

20

25

30

Operativi In costruzione In attesa di

autorizzazione

Imp

ian

ti (

n)

Reflui zootecnici

Reflui zootecnici

+biomasse vegetali

Solo biomasse vegetali

GLI IMPIANTI DI BIOGAS IN PIEMONTE

Tipologia di biomassa utilizzata

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

Inc

ide

nza s

ul

tota

le (

%)

60

(Fonte, DEIAFA 2010)

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

F Alimentati in continuo e miscelati (CSTR)

F Tutti in mesofilia (40-41°C)

F Tutti in codigestione

a) Potenza elettrica installata

1000

1250

1 2 3 4

Impianti

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

Inc

ide

nza s

ul

ca

rico

org

an

ico

(%

)

1 2 3 4

Impianti

31

14 16

63

32

70

5

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

rga

nic

i m

ed

i

(kg

SV

/m3

dig

es

tore

)

Indagine DEIAFA sul funzionamento degli impianti di biogas in Piemonte

Tempo di Ritenzione Idraulica (HRT)

100 100 95

40

0

20

40

60

80

100

120

1 2 3 4

Impianti

HR

T (

gio

rni)

RISULTATI OTTENUTI

Indagine DEIAFA sul funzionamento degli impianti di biogas in Piemonte

Produzione specifica Metano

0,31

0,470,4

0,49

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1 2 3 4

Impianti

Pro

du

zio

ne

spec

ific

a

Met

ano

(m

3/kg

SV

)

Rapporto tra energia elettrica prodotta e energia

elettrica potenziale

0,97

0,87

0,82

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

zial

e

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%

Altro

35%

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

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

1,40

1,60

1,80

Carico

org

anic

o s

pecific

o

(KgS

V/m

3dig

. gio

rno)

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

1

solo una piccola percentuale (<10%) viene utilizzata

per scaldare i digestori e gli uffici. La restante parte è

dissipata.

2

solo il 10% viene impiegato (riscaldamento casa,

stalla, caseificio, digestori e essiccatore). La restante

parte è dissipata.

3solo una piccola percentuale (<10%) impiegata per

scaldare i digestori. La restante parte è dissipata.

4

solo una piccola percentuale (<10%) impiegata per

riscaldare i digestori e le stalle in inverno. La restante

parte viene dissipata.


Ridotto 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


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

giorni

Impianto

Utili

Necessari


NH3

Stoccaggio digerito

CH4NH3CH4

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


Nessuna 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)

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1 2 3 4

t C

O2

eq

. Em

ess

e in

atm

osf

era

Impianto

Emissioni in atmosfera (tCO2eq./anno)

Mwhel. non prodotti

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

0

MW

he

l. n

on

pro

do

tti

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.

Formazione e assistenza tecnica presso gli impianti

di D.A.

Scelta delle biomasse per l’alimentazione degli impianti

2) Miglioramento dell’efficienza energetica ed ambientale degli impianti

3) Gestione del digerito aspetti agronomici, ambientali e gestionali

Ottimizzazione dell’impiego del calore prodotto

Prospettive di sviluppo della digestione anaerobica a livello regionale

Utilizzazione agronomica

digeritoNO3

- P

P NO3-

1) Pianificazione territoriale nel settore della D.A.

GHG

Produzione biomasse e trasporto

GHG

Impianto +

cogeneratore

GHG

Stoccaggio

digerito

GHG

GHG

LE POSSIBILI PROBLEMATICHE AMBIENTALI

LEGATE 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 MWh

MA DI

€ x teq

CO2

NON IMMESSA

IN ATMOSFERA


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)

trasporto liquame

digerito +

sua distribuzione

6%

impianto +

co-generatore

5%

stoccaggio digerito

28%

produzione biomasse

+ loro trasporto

61%


Le emissioni di CO2eq per la produzione

di energia elettrica da biogas

SOLO

REFLUI ZOOTECNICI

REFLUI ZOOTECNICI

+

ENERGY CROPS

CH4

CH4

CO2CH4

N2ONH3

CO2

CH4

CH4CO2

CH4

N2ONH3

0,25 kg CO2eq/kWhel prodotto

0,60 kg CO2eq/kWhel prodotto


Risultati ottenuti nell’ambito del progetto EU Agrobiogas

Elettricità (fossile)

Risparmio emissioni

Kg CO2eq per kWelettrico prodotto non immessi in

atmosfera

0,470,58

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

kg

CO

2eq

/kW

hel

Utilizzo energia

termica

Non utilizzo

energia termica

0,34

0,53

Non recupero

biogas da

stoccaggio

Recupero

biogas da

stoccaggio



75 25

Frequenza impianti (%)

Qu

ota

di calo

re p

rod

ott

a

riu

tili

zzata

in

azie

nd

a (

%)

≥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



DA

Caso A Caso B

DA

Limiti Direttiva Nitrati(170-340 kgN/ha)

Limiti Direttiva Nitrati(170-340 kgN/ha)

- 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 aspetti agronomici, normativi e gestionali

L’AZOTO DA GESTIRE

1 MWhel

DA

INPUT

OUTPUT

2.5 t silomais

~11 kgdi N

= ~600m2 di terreno disponibile

(zona vulnerabile)

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

3) Gestione del digerito aspetti agronomici, normativi e gestionali

(Tipo di biomassa utilizzata)

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

550 ha

225 ha

Su

perfi

cie

necessaria

per lo

sp

an

dim

en

to d

el d

igerit

o (

ha)

Solo silomais

280 kgN/ha170 kgN/ha 340 kgN/ha

336 ha

94t

N t

ot.

Da g

esti

re (

t/an

no

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

Necessaria maggiore attenzione a livello progettuale

Maggiore attenzione ambientale

- Ridurre quota di energy crops nella miscela di input- 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” degli impianti

Ridurre le variazioni del carico organico

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

CONCLUSIONI

Per informazioni: [email protected]. 011-6708844

Grazie per l’attenzione

mailto:[email protected]

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