Con la collaborazione di Assocostieri
Outlook Energetico
Fonti energetiche tradizionali: impiegano risorse che si consumano
definitivamente trasformando materie prime in prodotti con processi
irreversibili. (combustibili fossili)
Fonti energetiche rinnovabili: impiegano risorse inesauribili. Le eventuali
materie prime utilizzate possono essere reintegrate con costi ambientali nulli
e senza utilizzare fonti energetiche tradizionali. I processi sono ciclicamente
reversibili. (solare eolico idrico)
L’ olio vegetale ad uso energetico si configura come una Fonte energetica
rinnovabile.
Gli oli vegetali:
• sono estratti per spremitura meccanica dai semi delle piante oleaginose
(girasole, colza, soia, ecc.). Caratteristica comune di tutte le oleaginose è
quella di essere ricche di materie proteiche che, dopo l’estrazione dell’olio,
sono impiegabili nell’alimentazione animale sotto forma di panelli.
• possono essere utilizzati come combustibili nello stato in cui vengono
estratti oppure dopo aver subito un processo chimico di raffinazione chiamato
esterificazione.
Jatropha
Pianta semi-sempreverde che può raggiungere
un'altezza fino a 5 m e vivere per 50 anni.
Ai fiori succedono i frutti, capsule legnose
tondeggianti che a maturazione si rompono
liberando 3-8 piccoli semi scuri.
Luoghi di Coltivazione: Madagascar, Benin,
Guinea e Capo-Verde. (coltivazioni sperimentali in
Sicilia)
La produzione di olio di jatropha è interessante
perché la pianta cresce in zone marginali aride e
semi-aride dove non entra in competizione con
colture alimentari ed ha una resa elevata pari a
circa 1892 l/ha anno.
L’olio di jatropha si ottiene per macinazione e
spremitura del seme con procedimenti
esclusivamente meccanici.
Olio di palma
Il frutto della palma è grande quanto
una grossa prugna e si sviluppa in
caschi che pesano fino a 20 kg. Ogni
frutto contiene un seme duro
circondato da una polpa molle,
chiamata mesocarpo: da ogni seme
contenuto nel frutto è possibile
estrarre olio pari a circa il 50% del
peso.
L’olio di palma utilizzato come
biocombustibile è del tipo RDB
raffinato (Refined, Bleached &
Deodorised palm oil) e viene importato
prevalentemente dalla Malesia.
Girasole
Il girasole è una pianta annuale, a
ciclo primaverile-estivo, che
dimostra buona adattabilità e non
presenta particolari esigenze.
Il processo di produzione dell’olio
di girasole consiste nella
macinazione e spremitura a freddo
dei semi con lavorazioni
esclusivamente meccaniche; il
residuo della spremitura consiste
in panelli che possono essere
utilizzati come mangimi animali od
eventualmente per altri impieghi
energetici.
Colza
Come per il girasole l’olio vegetale è
ricavato dai semi per lavorazione
esclusivamente meccanica. La colza
cresce anche in climi più freddi quali
quelli del centro-nord europa.
Soia
La soia viene utilizzata per l’estrazione
degli oli vegetali soprattutto negli Stati
Uniti. Come per le precedenti colture
l’olio vegetale è ricavato per
lavorazione esclusivamente meccanica.
Il ciclo produttivo dell’olio vegetale
Colture oleaginose
Raccolta – Trasporto – Stoccaggio
Produzione olio
Estrazione meccanica e chimica
Oli in turbine
Farine
disoleate
Produzione
biodiesel
Estrazione meccanica
Oli in motori diesel
Panello
grasso
Produzione
biodiesel
Qualifica IAFR
Per ottenere qualifica IAFR:
Si sottopone al GSE una apposita domanda redatta in base a:
1. Decreto MICA 11/11/1999 integrato dal Decreto MAP 18/03/2002;
2. Decreto legislativo n. 387 del 29 dicembre 2003;
3. Decreto MAP 24/10/2005.
Il GSE esamina e valuta la domanda presentata dal produttore; ogni
domanda di qualifica sarà identificata dal GSE con un numero progressivo
(NIAFR) a cui si potrà far riferimento per tutta la durata dell’istruttoria di
valutazione e anche per la richiesta del successivo rilascio dei certificati verdi.
Requisiti minimi attuali
Gli impianti entrati in esercizio successivamente al 1°aprile 1999 a seguito di
nuova costruzione, potenziamento, rifacimento totale o parziale, riattivazione
e gli impianti che operano in co-combustione entrati in esercizio prima del 1°
aprile 1999 che rispettino le condizioni specifiche previste per la
qualificazione degli impianti nel suddetto decreto MAP 24/10/2005.
I certificati verdi
Fin dai primi anni 90 la politica energetica italiana ha posto grande
attenzione alla produzione di energia elettrica mediante l’utilizzo di fonti
rinnovabili. Tale politica ha portato alla stesura di una serie di leggi atte a
garantire incentivazioni economiche ai produttori da fonte rinnovabile.
La prima iniziativa in tal senso è stato il provvedimento CIP 6/92 che
fissava incentivi economici per la cessione di elettricità ottenuta da impianti
alimentati da fonti rinnovabili e assimilate.
Il sistema di incentivazione della produzione di energia rinnovabile,
introdotto dall'art.11 del decreto 79/99, prevede il superamento del vecchio
criterio di incentivazione tariffaria (CIP 6/92), per passare ad un
meccanismo di mercato basato sui Certificati Verdi, titoli emessi dal GSE
che attestano la produzione di energia da fonti rinnovabili.
I certificati verdi
Vendita Energia
Vendita Energia
Il Decreto Bersani e le successive
elettrica (€/MWh)
elettrica (€/MWh) GESTORE
MERCATO
modifiche hanno imposto l'obbligo
ELETTRICO
agli operatori che immettono in
rete più di 100 GWh/anno di
Certificati
Certificati
Verdi
produrre almeno il 2%
Verdi
dell'elettricità da impianti da fonti
rinnovabili. Tale obbligo viene
incrementato dello 0,35% dal 2004
al 2006; la quota può essere
perseguita mediante la messa in
Contrattazione
Impianti
Impianti
Fonte
bilaterale fra operatori
IAFR
esercizio di impianti a fonte
tradizionale
rinnovabile che producono tale
quota di energia o l’acquisto nel
VALORE
mercato di corrispondenti quote di
ANNO DI
PERIODO DI
CERTIFICATI
RIFERIMENTO
VALIDITA’
VERDI [€/MWh]
Certificati Verdi.
2006
125,28
2006-2007-2008
Alla produzione di energia elettrica da fonte rinnovabile
2005
108,92
2005-2006-2007
con impianti in possesso della qualifica IAFR (Impianti
2004
97,39
2004-2005-2006
Alimentati da Fonte Rinnovabile), viene riconosciuto un
2003
82,40
2003
certificato verde (CV) ogni 50 MWh di energia prodotta.
2002
84,18
2002
I certificati maturati hanno validità annuale e vengono
emessi per 12 anni (in base al d.lgs. 152/06).
Vantaggi energetici degli impianti ad olio vegetale:
1. Sono IAFR e possono accedere ai certificati verdi;
2. Idonei alla cogenerazione (La cogenerazione consiste nell’utilizzare
convenientemente l’ energia termica prodotta dal motore) per i seguenti motivi:
• Elevati rendimenti;
• Possibilità di modulare la quota di energia elettrica e termica;
• Taglia, dimensione ed impatti tali da permettere l’istallazione in siti vicini ad
utenze termiche.
Energia di alimentazione
Impianto di cogenerazione
Energia
elettrica (40%)
Energia
termica (40%)
Perdite (20%)
L’utilizzo di impianti di
cogenerazione di piccola taglia è
auspicabile nell’ottica di
decentralizzare la produzione
energetica sfruttando anche la
possibilità di realizzare reti di
riscaldamento per uso residenziale.
Valutazioni economiche
Gli impianti ad olio vegetale possono rappresentare una reale opportunità di
investimento per gli operatori finanziari in quanto:
• possono contribuire al raggiungimento della quota pari al 22%
dell’elettricità prodotta, su base comunitaria, da fonti energetiche rinnovabili
entro il 2010;
• possono contribuire alla crescita della filiera dell’agricoltura «no food»
che rappresenta senz’altro una grande opportunità per la riconversione
produttiva del settore agricolo.
Scelta della tipologia dell’ impianto:
• impianto di cogenerazione alimentato ad olio vegetale;
• impianto di cogenerazione equipaggiato con impianto di spremitura e
relativa filiera produttiva;
Valutazioni economiche
Per valutare i vantaggi derivanti da un eventuale investimento è
necessario:
• individuare la tipologia di impianto con le opzioni per le diverse colture
energetiche e le relative filiere di raccolta, spremiture e stivaggio;
• determinare i flussi massa energia in termini di materia prima,
combustibile, energia termica ed elettrica;
• effettuare un’analisi tecnico economica con individuazione dei costi di
progettazione autorizzazione, costruzione, valutazione impatto
ambientale, esercizio, approvvigionamento.
ESEMPIO 1 : Impianto di cogenerazione
ad olio vegetale
Dati energetici
Eth annua tot (MWh/anno)
22.787
Energia Elettrica prodotta G/E (MWh/anno)
Potenza elettrica :1,4 MWe
Ore di funzionamento annue: 7.000 con olio
vegetale e 52 ore annue a gasolio (per i cicli di
accensione/spegnimento e per la manutenzione
ordinaria).
Costo complessivo dell’impianto = 987.000,00 €
8.820
Energia Elettrica autoconsumata alimentazione olio (MWh/anno)
441
Energia Elettrica autoconsumata spremitrice (MWh/anno)
600
Consumo annuale Biomassa (t/anno)
2.260
EE valorizzata a Certificati Verdi (MWh/anno)
8.747
Energia Elettrica venduta (MWh/anno)
7.778
Energia termica scaricata impianto (MWhth/anno)
12.581
Energia termica acqua raffreddamento motore (MWhth/anno)
1.386
Consumo annuale gasolio (t/anno)
16
Fig. 2 - IMPIANTO 1,4 MW - Costo olio veg. 500 €/t
Fig. 1 - IMPIANTO 1,4 MW
16
22,00
14
20,00
12
18,00
10
16,00
ROI (%)
ROI (%)
8
6
4
2
14,00
12,00
10,00
0
8,00
500
520
540
560
580
600
620
640
660
680
700
720
-2
740
6,00
-4
4,00
-6
0,09
Costo olio vegetale (€/t)
In figura 1 è riportato l’andamento dell’indice
di redditività del capitale investito (ROI) in
funzione del costo dell’olio vegetale
espresso in euro su tonnellata di prodotto.
0,095
0,100
0,110
0,115
0,120
0,125
0,130
0,135
0,140
0,145
Valore Certificato Verde (€/KWh)
In figura 2 è riportato, invece, l’andamento
dell’indice di redditività del capitale investito
(ROI) in funzione della variazione del valore
dei certificati verdi a parità di costo dell’olio
vegetale fissato in 500 €/t.
0,15
ESEMPIO 2: Impianto di filiera
Potenza elettrica :1,4 MWe
Ore di funzionamento annue: 7.000 con olio vegetale.
L’impianto termoelettrico è corredato da:
• impianto ausiliario di spremitura dell’olio vegetale
• terreno agricolo di circa 2.500 ha per la produzione autonoma dell’olio vegetale.
Costo complessivo dell’impianto integrato: 4.000.000,00 €.
Fig. 4 - Impianto di filiera da 1,4 Mwe
Fig. 3 - Impianto di filiera da 1,4 Mwe
3
6%
2
5%
1
4%
0
360
370
380
390
400
410
420
430
440
450
460
470
480
490
3%
500
ROI (%)
ROI (%)
350
-1
-2
2%
1%
-3
0%
-4
0,100
0,108
0,110
0,115
0,120
0,125
0,130
0,135
0,140
0,145
-1%
-5
-2%
-6
PREZZO GESTIONE CAMPO (€/HA ANNO)
In figura 3 è rappresentato l’andamento
dell’indice di redditività del capitale investito
(ROI) in funzione del costo di gestione del
campo agricolo espresso in euro su ettaro
per anno di coltivazione.
Valore Certificato Verde (€/KWh)
In figura 4 è riportato, invece, l’andamento
dell’indice di redditività del capitale investito
(ROI) in funzione della variazione del costo
dei certificati verdi a parità di costo di
gestione del campo coltivato fissato in 350
€/ha per anno.
0,15
Studio di una filiera
La filiera dell’olio vegetale puro è costituita da:
• fase di campo,che consiste nella coltivazione della coltura;
• fase di estrazione e pulitura dell’olio;
• fase di utilizzo.
Il processo di produzione dell’olio vegetale (soia, girasole, olio di palma etc.)
consiste nella macinazione e spremitura a freddo per lavorazione esclusivamente
meccanica del materiale raccolto; il residuo della spremitura è costituito da panelli
che possono essere utilizzati come mangimi animali.
Le principali fasi dell'estrazione possono essere così sintetizzate:
Pulizia;
Decorticazione;
Macinazione;
Riscaldamento e condizionamento;
Spremitura;
Depurazione;
Miscelazione emulsione.
Pulizia
I semi, prima della lavorazione, devono essere separati dalle eventuali impurità (ferro,
pietrisco, terra ecc.) provenienti dalle operazioni di raccolta in campo e trasporto nei
sili. L'operazione si rende necessaria per ottenere una buona qualità del prodotto e
per preservare l'integrità dell'impianto.
I materiali metallici vengono facilmente eliminati con elettromagneti; per quelli non
metallici, invece, si ricorre a vibrovagli.
Decorticazione
La decorticazione elimina lo strato protettivo ligno-cellulosico che caratterizza alcuni
semi come quello del girasole. Questo non contiene olio e il relativo contenuto
proteico è generalmente modesto. Conseguentemente, la decorticazione consente di
diminuire la dimensione delle presse ed il consumo delle fasi di spremitura.
Tipologia di decorticatori : a cilindro e a dischi.
Principio su cui operano: leggera pressione sul seme per l'apertura del pericarpo e
relativa separazione dalla mandorla mediante corrente d'aria.
La decorticazione non è mai totale; tende, infatti, a raggiungere un compromesso fra
eliminazione del pericarpo e perdita di sostanza grassa durante il processo.
Macinazione
L'olio è contenuto nelle cellule oleifere, all'interno di organuli citoplasmatici, detti
vacuoli. La rottura di queste strutture, mediante schiacciamento (per lacerazione o
laminazione), determina un incremento della velocità di estrazione che è
inversamente proporzionale allo spessore delle lamine di seme. Lamelle troppo
sottili, tuttavia, portano alla formazione di polveri che ostacolano il drenaggio del
solvente nella relativa fase di estrazione.
Riscaldamento e condizionamento
Il riscaldamento aumenta la velocità di estrazione dell'olio e rende più efficiente il
drenaggio della matrice proteica. Il condizionamento forma un film d'acqua sulla
superficie del seme, in modo da favorire la diffusione dell'olio dall'interno verso
l'esterno e determinare la rottura dei vacuoli residui.
Riscaldamento e condizionamento sono ottenuti con specifici dispositivi (cookers)
che vengono sovrapposti alle presse.
Spremitura
Metodologia di estrazione che interessa solo i
semi ad elevato contenuto in olio.
Spremitura totale: la maggior parte dell'olio
presente viene estratto in un solo passaggio;
Viene ottenuta impiegando presse continue,
comporta un assorbimento di circa 45 kWh/t di
seme e fornisce un panello con residuo oleoso
minimo del 5-12%.
Spremitura parziale: si estrae una quantità
minore e il residuo viene trattato chimicamente
(estrazione con solvente) ottenendo alla fine del
processo una farina disoleata.
Tale tipo di spremitura lascia un contenuto in olio
del 20-24%.
Depurazione
In questa fase tutte le impurità più grossolane (frammenti di seme, farinette ecc.)
sono rimosse con decantatori, vibrovagli o centrifughe.
Le particelle più minute vengono invece eliminate con filtropresse.
Miscelazione emulsione
L’olio vegetale così prodotto viene emulsionato con acqua che svolge la funzione di
volano termico nelle varie fasi del motore.
Negli impianti di generazione dell’energia al motore si richiede di erogare per lunghi
periodi di tempo una potenza prossima ai 3/4 o 4/4 della potenza massima, di
conseguenza si ha un innalzamento dei valori medi di temperatura del motore e dei
gas di scarico, con conseguente riduzione della vita dell’olio di lubrificazione e stress
eccessivo delle parti meccaniche (cilindri e pistoni).
La presenza dell’acqua in queste fasi permette l’assorbimento di parte del calore per
il processo di evaporazione dell’acqua stessa e, in particolari situazioni di pressione
e temperatura, per il processo di dissociazione dell’ossigeno e dell’idrogeno.
L’evaporazione dell’acqua avviene istantaneamente all’atto dell’iniezione provocando
una ulteriore polverizzazione delle goccioline di combustibile. Tutto ciò migliora la
combustione ed aumenta il rendimento del motore con immediato risparmio di
combustibile.