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3ª apresentação 5 horti serra gaúcha  22-5-2013 donatella banzato
 

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    3ª apresentação 5 horti serra gaúcha  22-5-2013 donatella banzato 3ª apresentação 5 horti serra gaúcha 22-5-2013 donatella banzato Presentation Transcript

    • Dipartimento di Scienze Agrarie (Dip.S.A.) – Università di Bologna Donatella Banzato, Alessandro Ragazzoni Produzione di energia rinnovabile in agricoltura Il caso del biogas e le esperienze italiane
    • Parte 1 PREMESSA Parte 3 IMPIANTO DI BIOGAS: DIMENSIONAMENTO AZIENDALE Parte 4 RICAVI E COSTI PER GLI IMPIANTI BIOGAS Indice della presentazione Parte 2 BIOGAS: CARATTERISTICHE E SITUAZIONE IN EUROPA E IN ITALIA Parte 5 ALCUNE RIFLESSIONI CONCLUSIVE
    • PREMESSA Parte 1
    • - EFFICIENZA:Riduzione entro il 2020 del consumo energetico del 20% - PRODUZIONE: Raggiungimento di una quota pari al 20% di energia da FER (Fonti di Energia Rinnovabile) sul consumo totale - RIDUZIONE: Contenimento delle emissioni in atmosfera ancora del 20%. E’ il cosiddetto principio “20-20-20” da raggiungere entro il 2020 Il recente “Piano d’azione Ue per l’efficienza energetica (2007-2012)” fissa alcuni obiettivi per i Paesi dell’Unione Europea EFFICIENZA + 20% PRODUZIONE + 20% RIDUZIONE - 20% Premessa
    • Negli ultimi anni, a livello mondiale, si è registrato un crescente interesse per la tutela dell’ambiente; preoccupa il destino dell’azoto contenuto negli effluenti zootecnici. Annualmente si producono circa 180 milioni di ton/a di liquami animali da una consistenza di circa 15/18 milioni di capi bovini e suini Foto: Emissioni di ammoniaca nella pianura padana Premessa Fonte: ESA ( European Space Agency) MAGGIOR FONTE EUROPEA DI EMISSIONE DI AMMONIACA NELL’ATMOSFERA
    • Patrimonio bovino e bufalino in Italia: anno 2010 Il patrimonio bovino e bufalino italiano, è concentrato principalmente in quattro regioni: Lombardia, Veneto, Piemonte ed Emilia Romagna, le cosidette regioni Padano- Venete. Nell’insieme rappresentano il 61,3% dell’intera popolazione bovina italiana, con al primo posto la Lombardia con quasi il 25% dell’intero patrimonio nazionale. REGIONE Capi (n) % SAU Capi/ha Piemonte 818.576 13,56 1.048.350,45 0,78 Valle d'Aosta 32.953 0,55 55.384,41 0,59 Lombardia 1.493.766 24,75 984.870,55 1,52 Liguria 14.192 0,24 43.033,35 0,33 Trentino Alto Adige 357.868 5,93 761.005,84 0,47 Veneto 828.960 13,73 806.319,31 1,03 Friuli Venezia Giulia 90.614 1,50 219.909,72 0,41 Emilia Romagna 559.616 9,27 1.066.773,17 0,52 Toscana 94.072 1,56 755.295,11 0,12 Umbria 60.926 1,01 327.868,41 0,19 Marche 60.270 1,00 473.063,85 0,13 Lazio 279.310 4,63 648.472,52 0,43 Abruzzo 78.669 1,30 449.988,65 0,17 Molise 48.612 0,81 196.527,69 0,25 Campania 443.372 7,35 547.464,53 0,81 Puglia 174.384 2,89 1.280.875,86 0,14 Basilicata 90.593 1,50 512.280,88 0,18 Calabria 99.250 1,64 551.404,94 0,18 Sicilia 337.115 5,58 1.384.043,04 0,24 Sardegna 252.071 4,18 1.152.756,54 0,22 TOTALE ITALIA 6.036.294 100,00 12.885.185,90 0,47 Regioni Padane 61,3% Altre Regioni 38,7% Fonte: Nostra elaborazione dati ISTAT 6 censimento generale dell’agricoltura Situazione attuale nella Pianura Padano Veneta
    • Patrimonio suino in Italia: anno 2010 Il patrimonio suino italiano, è concentrato anch’esso nelle quattro regioni padano-venete: Lombardia, Veneto, Piemonte ed Emilia Romagna. Esse rappresentano l’84,76% dell’intera popolazione suina italiana, e la sola Lombardia ben il 50%. Regioni Padane 84,76% Altre Regioni 15,24% REGIONE Capi (n) % SAU Capi/ha Piemonte 1.108.894 11,49 1.048.350,45 1,06 Valle d'Aosta 212 0,002 55.384,41 0,004 Lombardia 4.854.797 50,32 984.870,55 4,93 Liguria 972 0,01 43.033,35 0,02 Trentino Alto Adige 20.238 0,21 761.005,84 0,03 Veneto 930.728 9,65 806.319,31 1,15 Friuli Venezia Giulia 252.116 2,61 219.909,72 1,15 Emilia Romagna 1.283.280 13,30 1.066.773,17 1,20 Toscana 147.771 1,53 755.295,11 0,20 Umbria 189.681 1,97 327.868,41 0,58 Marche 201.906 2,09 473.063,85 0,43 Lazio 77.171 0,80 648.472,52 0,12 Abruzzo 94.897 0,98 449.988,65 0,21 Molise 22.733 0,24 196.527,69 0,12 Campania 94.047 0,97 547.464,53 0,17 Puglia 24.457 0,25 1.280.875,86 0,02 Basilicata 84.838 0,88 512.280,88 0,17 Calabria 51.209 0,53 551.404,94 0,09 Sicilia 49.277 0,51 1.384.043,04 0,04 Sardegna 169.278 1,75 1.152.756,54 0,15 TOTALE ITALIA 9.648.383 100,00 12.885.185,90 0,75 Fonte: Nostra elaborazione dati ISTAT 6 censimento generale dell’agricoltura Situazione attuale nella Pianura Padano Veneta
    • BIOGAS: CARATTERISTICHE E SITUAZIONE IN EUROPA E IN ITALIA Parte 2
    • Il biogas viene prodotto dalla biodegradazione della sostanza organica presente nelle biomasse, in condizioni di anaerobiosi (assenza di ossigeno). Il processo coinvolge un consorzio di batteri altamente specializzati, tra cui i batteri metanigeni, che trasformano i composti generati nelle diverse reazioni biologiche, in metano. Le reazioni biologiche avvengono all’interno di un digestore, dove sono ricreate le condizioni ottimali per la buona riuscita dell’intero processo, fondamentalmente: • assenza di ossigeno (ambiente anaerobico) • temperatura: 30-40°C (sistemi mesofili); 40-55°C (sistemi termofili) • ambiente neutro (pH compreso tra 6,7-7,4) • elevata umidità del substrato (> 50%) • rapporto carbonio/azoto compreso tra 20-40 • durata del processo digestivo: - batteri mesofili = 15-40 giorni -batteri termofili = 20-25 giorni Come si produce il biogas
    • Le biomasse per la produzione di biogas Le matrici impiegate per la produzione di biogas (substrati) sono biomasse ricche in sostanza organica. Tradizionalmente i substrati utilizzati sono stati gli effluenti zootecnici. Oggi l’impiego anche di altre biomasse (co-digestione) con una maggiore densità energetica, quali colture dedicate e residui organici, consente di aumentare la produzione energetica e l’efficienza complessiva degli impianti.
    • Origine della biomassa Colture agricole dedicate (insilato di mais, sorgo, triticale ecc.) Reflui zootecnici (liquame e letame suino o bovino, pollina) Sottoprodotti (reflui enologici, lattiero caseari, agro-alimentari ad alta concentrazione) Frazione organica da Rifiuti Solidi Urbani (FORSU) Colture agricole dedicate Reflui zootecnici Miscela di prodotti (colture dedicate e reflui) Impianti in aree rurali Le biomasse per la produzione di biogas
    • Effluenti zootecnici Le biomasse per la produzione di biogas
    • Biomasse agricole Le biomasse per la produzione di biogas
    • Sottoprodotti agro-alimentari
    • Tecnologie per la produzione di energia da biogas Digestato Colture dedicate Reflui zootecnici Cogenerazone energia elettrica e termica Biogas
    • Il processo di produzione energetica: similitudini
    • L’impiego del biogas
    • Produzione di biogas in Europa nel 2011 TOTALE EU: 10.086 ktep (118 TWh) Fonte: CRPA
    • 994 Impianti biogas Circa 750 MWe installati Impianti di biogas agro-zootecnici in Italia al 31/12/2012 Fonte: censimento CRPA Solo effluenti zootecnici (liquame suino e/o bovino) Effluenti zootecnici + sottoprodotti agroindustriali + colture dedicate Effluenti zootecnici + colture dedicate Effluenti zootecnici + sottoprodotti agroindustriali Colture dedicate e/o sottoprodotti agroindustriali
    • Impianti di biogas agro-zootecnici in Italia al 31/12/2012 Fonte: censimento CRPA Numero impianti Potenza elettrica (MW) kW/impianto Abruzzo 13 1,3% 10,7 1,5% 822 Basilicata 6 0,6% 1,9 0,3% 318 Calabria 6 0,6% 3,2 0,5% 537 Campania 7 0,7% 5,4 0,8% 767 Emilia-Romagna 143 14,4% 110,2 15,9% 771 Friuli 69 6,9% 47,9 6,9% 694 Lazio 9 0,9% 6,6 1,0% 736 Lombardia 374 37,6% 271,0 39,0% 724 Marche 14 1,4% 10,3 1,5% 739 Piemonte 106 10,7% 75,4 10,9% 711 Puglia 6 0,6% 2,6 0,4% 437 Sardegna 12 1,2% 5,4 0,8% 454 Toscana 23 2,3% 18,9 2,7% 823 Umbria 14 1,4% 8,8 1,3% 632 Val d’Aosta 1 0,1% 0,1 0,0% 50 Veneto 151 15,2% 107,8 15,5% 714 Trentino Alto Adige 38 3,8% 5,7 0,8% 151 Molise 2 0,2% 2,0 0,3% 999 Non disponibile (stima) --- --- 62,4 -- --- TOTALE COMPLESSIVO 994 100,0% 756,4 100,0% 761
    • Impianti di biogas agro-zootecnici per età d’installazione Fonte: dati CRPA Andamento del numero di impianti costruiti per annualità: nel grafico sono stati riportati i dati ripartiti per classe di potenza e totale.
    • Esempi di impianti a biogas per la produzione di energia elettrica
    • IMPIANTO DI BIOGAS: DIMENSIONAMENTO AZIENDALE Parte 3
    • Prima di intraprendere il complicato iter burocratico relativo alla realizzazione di un impianto di Biogas in Italia, è importante eseguire una prima analisi sulle caratteristiche minime che deve possedere l’azienda agro-zootecnica per poter avviare un impianto di digestione anaerobica economicamente sostenibile, analizzando nel dettaglio: - l’indice di conversione della biomassa in biogas ed energia elettrica; - stima dei fabbisogni unitari per la produzione di energia elettrica (1 kW) - stima dei capi necessari per l’installazione di 1 kW di potenza Ai fini dello studio si è ritenuto di primaria importanza fornire delle linee guida utili per inquadrare «l’azienda tipo» dove poter realizzare un impianto di biogas senza dover aggiungere costi al bilancio aziendale per il reperimento della materia prima. Scelta dell’azienda «tipo»
    • FONTI AGRICOLE E ZOOTECNICHE Sostanza secca Incidenza s.s.o. Biogas Quantità biogas Energia elettrica (%) (%) (m3/kg SSO) (m3) (KWh/t) Reflui zootecnici LIQUAME SUINO 5,00% 90,00% 0,45 20,25 36,45 LIQUAME BOVINO 7,50% 85,00% 0,40 25,50 45,90 REFLUO AVICOLO 15,00% 75,00% 0,50 56,25 101,25 Prodotto di scarto agro-industria RIFIUTI ORTOFRUTTICOLI 15,00% 76,00% 0,40 45,60 82,08 SIERO DI LATTE 5,00% 86,00% 0,70 30,10 54,18 SCARTI DI MACELLAZIONE 14,00% 90,00% 0,80 100,80 181,44 Prodotto dedicato PAGLIA 85,00% 75,00% 0,35 223,13 401,63 INSILATO D'ERBA 33,00% 95,00% 0,58 181,83 327,29 INSILATO DI SORGO 30,00% 90,00% 0,60 162,00 291,60 INSILATO DI MAIS 32,00% 95,00% 0,60 182,40 328,32 Indici di conversione delle principali fonti agro-zootecniche in biogas ed in energia elettrica Fonti: Euromatic Energia, 2006 Scheda 1
    • FONTI AGRICOLE E ZOOTECNICHE Quantità biogas Energia elettrica Produzione Fabbisogno (m3/capi/ha) (20 ore*350 giorni) (m3) (kWh/t) (unità) (unità/kW) Reflui zootecnici LIQUAME SUINO 20,25 36,45 1,00 192,04 LIQUAME BOVINO 25,50 45,90 1,00 152,51 Prodotto di scarto agro-industria RIFIUTI ORTOFRUTTICOLI 45,60 82,08 1,00 85,28 POLPA DI PATATE 66,83 120,29 1,00 58,20 SCARTI DI MACELLAZIONE 100,80 181,44 1,00 38,58 Prodotto dedicato da colture agricole PAGLIA (circa il 70% della granella) 223,13 401,63 2,10 8,30 INSILATO D'ERBA 181,83 327,29 40,00 0,53 INSILATO DI SORGO 162,00 291,60 45,00 0,53 INSILATO DI MAIS 182,40 328,32 55,00 0,39 Stima dei fabbisogni unitari per la produzione di energia elettrica (1 kW) Ton Ton Ettari Fonti: Nostra elaborazione su dati Euromatic Energia, 2006 Scheda 2
    • Il numero di capi necessario per la gestione di 1 kW di potenza è molto variabile in relazione a: - tipo di stabulazione; - caratteristiche e destinazione dell’animale; - tipo di dieta; - concentrazione refluo. Fonte: Nostra elaborazione Stima dei capi necessari per l’installazione di 1 kW di potenza Scheda 3
    • Esempio azienda A : 100 kW 1) CARATTERISTICHE DELL’AZIENDA Numero di ettari dedicati alla produzione energetica (ettari) 0,00 Numero di capi (bovini da latte) Circa 480 Produzione media liquame da bovino adulto (t/capo/anno) 10,2 Produzione totale liquame bovino (t/anno) Circa 4.896 Produzione media letame da bovino adulto (t/capo/anno) 15,7 Produzione totale letame bovino (t/anno) Circa 7.536 Impianto a biogas con potenza nominale installata 100 kW Impianto a biogas con potenza nominale installata pari a 100 kW el alimentato esclusivamente con reflui zootecnici.
    • Esempio azienda B: 300 kW 1) CARATTERISTICHE DELL’AZIENDA Numero di ettari dedicati alla produzione energetica (mais) 24,00 Numero di capi (bovini da carne) Circa 980 Produzione media liquame da bovino adulto (t/capo/anno) 22,161 Produzione totale liquame bovino (t/anno) Circa 21.718 Numero di capi (suini) Circa 6.000 Produzione media liquame da suino adulto (t/capo/anno) 3,0 Produzione totale liquame suino (t/anno) Circa 18.000 Impianto a biogas con potenza nominale installata 300 kW Impianto a biogas con potenza nominale installata pari a 300 kW el alimentato con reflui zootecnici e mais (20% DEL TOTALE).
    • Esempio azienda C: 600 kW 1) CARATTERISTICHE DELL’AZIENDA Numero di ettari dedicati alla produzione energetica (ettari) 71,00 Numero di capi (bovini da latte) Circa 2.000 Produzione media liquame da bovino adulto (t/capo/anno) 10,2 Produzione totale liquame bovino (t/anno Circa 20.400 Produzione media letame da bovino adulto (t/capo/anno) 15,7 Produzione totale letame bovino (t/anno) Circa 31.400 Impianto a biogas con potenza nominale installata 600 kW Impianto a biogas con potenza nominale installata pari a 600 kW el alimentato con reflui zootecnici e mais (30% DEL TOTALE).
    • RICAVI E COSTI PER GLI IMPIANTI BIOGAS Parte 4
    • INFORMAZIONI DI BASE TARIFFA INCENTIVANTE BASE 2013 PER 20 ANNI Tipologia di dieta utilizzata Potenza kW €/kWh Prodotti di origine biologica 1<P≤300 0,180 301<P≤600 0,160 600<P≤1.000 0,140 1.000<P≤5.000 0,104 P>5.000 0,091 Sottoprodotti di origine biologica 1<P≤300 0,236 301<P≤600 0,206 600<P≤1.000 0,178 1.000<P≤5.000 0,125 P>5.000 0,101 Fonte: Nostra elaborazione dell’allegato 1 del D.M. 06 luglio 2012 Ricavi: Tariffe incentivanti Per gli impianti entrati in esercizio fino al 31/12/2012, la tariffa incentivante prevista dallo Stato Italiano era fissata in 0,28€/kWh per 15 anni. A partire dal 01/01/2013, a seguito del nuovo DM 7 luglio 2012 , le nuove tariffe incentivanti sono state distinte in base alla potenza installata e alla tipologia di dieta utilizzata per alimentare l’impianto.
    • INFORMAZIONI DI BASE PREMI AGGIUNTIVI Tipologia di dieta utilizzata Potenza Cogeneratore ad alto rendimento (Art.8 c.8) (*) Cogeneratore ad alto rendimento abbinato al teleriscaldamento (Art.8 c.8) (*) Riduzione delle emissioni di gas a effetto serra (**) (Art. 8 c.6) Riduzione delle emissioni inquinanti (***) (Art.8 c.7) kW €/kWh €/kWh €/kWh €/kWh Prodotti di origine biologica 1<P≤300 0,040 --- --- 0,030 301<P≤600 0,040 --- --- 0,030 600<P≤1.000 0,040 --- --- 0,030 1.000<P≤5.000 0,040 --- 0,010 0,030 P>5.000 0,040 --- --- 0,030 Sottoprodotti di origine biologica 1<P≤300 0,010 0,040 --- 0,030 301<P≤600 0,010 0,040 --- 0,030 600<P≤1.000 0,010 0,040 --- 0,030 1.000<P≤5.000 0,010 0,040 0,010 0,030 P>5.000 0,010 0,040 --- 0,030 (*) Premi non cumulabili tra di loro (**) L’esercizio degli impianti dà luogo ad una riduzione delle emissioni di gas a effetto serra rispetto a valori obiettivo, tali valori, così come le modalità con cui verificarne il rispetto saranno individuate tramite un Decreto da emanare. (***) Nell’art.281, comma 5 del D.Lgs 152/2006 sono stabilite le modalità con le quali le competenti agenzie Regionali e Provinciali verificano e comunicano al Gse il rispetto delle condizioni per l’accesso al premio Fonte: Nostra elaborazione dell’allegato 1 del D.M. 06 luglio 2012 Ricavi: Premi per efficienza energetica
    • In un processo cosiddetto “umido”, la fermentazione è eseguita in presenza di una matrice con circa il 10% di solidi totali FASE SOLIDA: 20% FASE LIQUIDA: 80% ~ 15-20 ton/kW TERRENI EXTRA AZIENDALI FERTIRRIGAZIONE Foto WAMGROUP Trattamento del digestato: separazione solido-liquida delle fasi Digestato: valorizzazione del potere fertilizzante
    • Digestato: valorizzazione del potere fertilizzante VANTAGGI UTILIZZO SEPCOM PER IL DIGESTTO •Vasta gamma di materiali e portate da trattare •Alimentazione ottimizzata grazie al polmone compensatore •Diaframma di uscita solido in tecnopolimero anti-usura: risparmio nei ricambi •Pressione auto-equilibrata alla bocca di uscita del solido: funzionamento costante e sicuro •Vaglio autopulente: lunga durata e alto rendimento continuato nel tempo •Elica modulare e costruita in tecnopolimero anti-usura: semplicità e rispamio nei ricambi •Funzionamento continuo •Rapido ritorno dell’iunvestimento Foto WAMGROUP
    • Fino a 250 kW Tra 250 e 500 kW Oltre 500 kW Fonti: ns. elaborazione da un campione di impianti di digestione anaerobica. Componenti impianto Minimo Massimo Minimo Massimo Minimo Massimo (euro/kW) (euro/kW) (euro/kW) (euro/kW) (euro/kW) (euro/kW) - Opere civili 2.300 3.000 2.000 2.300 1.400 2.000 - Opere elettromecc. 2.000 2.500 1.500 2.000 1.000 1.500 - Cogeneratore 1.200 1.500 1.000 1.200 600 1.000 TOTALE: 5.500 7.000 4.500 5.500 3.000 4.500 Ipotesi assunte 0 200 400 600 800 1000 Potenza (kW) 3.000 4.000 5.000 6.000 7.000 8.000 Costounitario(euro/kW) Impianti medio-piccoli Dinamica dei costi di impianto in base alla potenza installata Fonti: - ARSIA - Blu Energy Control - Dipartimento di Ingegneria - Università di Ferrara - CRPA - IBBK - Internationales Biogas und Bioenergie Kompetenzzentrum Costi di costruzione
    • B) Costi finanziari (rqn) --------- (qn – 1) Coefficiente per la determinazione della rata del mutuo annuale dove: n = numero di anni r = saggio di interesse q = (1 + r) per cui la rata annuale risulta: x = costo impianto • coefficiente Ipotesi di costo della rata annuale del mutuo (15 anni) Capitoli di spesa Potenza elevata ( 1MW) Minimo (euro/kWh) Potenza ridotta (< 200 kW) Massimo (euro/kWh) - Gestione e manutenzione ordinaria impianto 0,015 0,020 - Full service cogeneratore 0,020 0,040 TOTALE: 0,035 0,060 A) Costi ordinari Costo (euro/kW) 5,00% 5,50% 6,00% 6,50% 7,00% 7,50% 8,00% 4.000,0 0,048 0,050 0,051 0,053 0,055 0,057 0,058 Costi di gestione La quota di ammortamento viene rapportata alle ore di funzionamento dell’impianto per ottenere un costo euro/kWh.
    • Utilizzando i valori ricavati precedentemente, è stato possibile impostare la dinamica del costo totale di gestione di un impianto, senza considerare il costo della biomassa per l’alimentazione del digestore. Fonte: ns elaborazione da indagine diretta in impianti per biogas Costi TOTALI di gestione
    • ALCUNE RIFLESSIONI FINALI
    • POTENZA IMPIANTO BIOMASSA Strategia A Strategia B COSTANTE L’imprenditore fissa una costante nel progetto: a) la potenza da installare; ovvero, b) la disponibilità reale di biomassa in azienda. BASSOALTO Reddito di impresa Reddito di impresa POTENZA IMPIANTO BIOMASSA LIVELLO DI RISCHIO VARIABILE In relazione della costante fissata (potenza o biomassa) l’imprenditore deve impostare la filiera con gradi di rischio differenti: a) reperimento della biomassa necessaria per il funzionamento della potenza installata; ovvero, b) realizzare un impianto di potenza congrua alla disponibilità reale di biomassa in azienda. Strategie d’impresa
    • In conclusione si vogliono riassumere i principali vantaggi della digestione anaerobica: produzione di energia da fonte rinnovabile; miglioramento dell'economia delle aziende zootecniche e/o agricole; minori emissioni di gas-serra; migliore gestione delle emissioni in atmosfera  in Europa negli ultimi anni, si riscontra la tendenza ad avviare impianti di piccole dimensioni (fino ai 300 kW) e ridurre la l’utilizzo di colture dedicate a favore dell’impiego di sottoprodotti agricoli, grazie ad una migliore sfruttamento del potenziale energetico offerto da questi ultimi e all’innovativo sistema incentivante che ne ripaga l’utilizzo Vantaggi della digestione anaerobica
    • Grazie per la pazienza!!!!