GLI IMPIANTI DI BIOGAS IN
PIEMONTE: SITUAZIONE,
PROBLEMATICHE E PROSPETTIVE
P. Balsari, E. Dinuccio
[email protected]
[email protected]
Andamento del numero di impianti di biogas
nel settore agro-zootecnico in Italia
350
318
300
Impianti (n)
250
200
150
100
50
(Rielaborato da Fabbri et al., 2010)
Anni
2010
2009
2008
2007
2006
2005
2004
2003
2002
2001
2000
Ante
2000
0
Gli impianti di biogas nel settore agrozootecnico in Italia
33
1
102
80
4
318 Impianti
(101 in costruzione)
33
36
3
2
3
4
1
2
1
3
7
3
(Rielaborato da Fabbri et al., 2010)
PRINCIPALI CARATTERISTICHE DEGLI IMPIANTI DI
BIOGAS IN ITALIA
Potenza elettrica installata (kWel)
Incidenza sul totale (%)
50
44
40
27
30
20
21
8
10
0
< 100 kWel
100-500 kWel
(Rielaborato da Fabbri et al., 2010)
501-1000 kWel
> 1000 kWel
PRINCIPALI CARATTERISTICHE DEGLI IMPIANTI DI
BIOGAS IN ITALIA
Tipologia di biomassa utilizzata
Incidenza sul totale (%)
70
62
60
50
40
31
30
20
7
10
0
Solo reflui
zootecnici
(Rielaborato da Fabbri et al., 2010)
Reflui zootecnici +
colture
energetiche
Solo colture
energetiche
Andamento del numero di impianti di biogas
nel settore agro-zootecnico in Piemonte
80
80
70
Impianti (n)
60
46
50
40
31
30
20
10
0
0
Ante 2007
(Fonte, DEIAFA 2010)
3
2007
2008
Anni
2009
2010
Dislocazione degli impianti di biogas nel
settore agro-zootecnico in Piemonte
80 IMPIANTI
IN FUNZIONE = 18
APPROVATI = 36
IN AUTORIZZAZIONE = 26
Si prevede che entro il 2012
la potenza elettrica
installata in Piemonte
relativa ad impianti
“agricoli” raggiungerà i
30MWel.
(Fonte, DEIAFA
2010)
PRINCIPALI CARATTERISTICHE DEGLI IMPIANTI DI
BIOGAS IN PIEMONTE
Potenza elettrica installata (kWel)
Incidenza sul totale (%)
60
50
40
30
20
10
0
< 100 kWel
(Fonte, DEIAFA
2010)
100-500 kWel
501-1000 kWel
> 1000 kWel
GLI IMPIANTI DI BIOGAS IN PIEMONTE
Tipologia di biomassa utilizzata
30
Impianti (n)
25
20
Reflui zootecnici
27
Reflui zootecnici
+
biomasse vegetali
25
Solo biomasse vegetali
14
15
10
6
5
2
2
1
0
1
0
Operativi
In costruzione
In attesa di
autorizzazione
COME FUNZIONANO GLI IMPIANTI DI
BIOGAS REALIZZATI IN PIEMONTE
Monitoraggio DEIAFA – Facoltà di
Agraria - Università di Torino
(progetto PROBIO - Regione Piemonte)
Il monitoraggio degli impianti di digestione anaerobica
in funzione sul territorio piemontese
(progetto PROBIO finanziato dalla Regione Piemonte)
4 impianti monitorati sul territorio piemontese a partire dal 2009:
Impianti 1 e 2: Provincia di Torino
Impianto 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
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
1250
1000
1000
500
1
2
3
Impianti
4
b) Tipo di biomassa utilizzata
Incidenza sul carico organico (%)
Reflui zootecnici
70
Energy crops
Sottoprodotti
agro-industriali
60
63
55
49
50
41
37
40
35
32
31
30
22
20
16
14
10
5
0
1
2
3
Impianti
4
c) SAU disponibile
m2/MWhel.
m2/MWhel. prodotto
1300
700
500
1
500
2
3
Impianti
4
Per ogni MWhel. prodotto da energy crops è
necessario poter disporre per la distribuzione del
liquame digerito di 500 – 1300 m2 di terreno
Indagine DEIAFA sul funzionamento degli
impianti di biogas in Piemonte
Carichi organici medi
(kgSV/m3 digestore)
RISULTATI OTTENUTI
Carichi organici medi
4
3
2
1,27
1,07
2,02
1,74
1
0
1
2
Impianti
3
4
Indagine DEIAFA sul funzionamento degli
impianti di biogas in Piemonte
RISULTATI OTTENUTI
HRT (giorni)
Tempo di Ritenzione Idraulica (HRT)
120
100
80
60
40
20
0
100
100
95
40
1
2
3
Impianti
4
Indagine DEIAFA sul funzionamento degli
impianti di biogas in Piemonte
RISULTATI OTTENUTI: DATI DI SINTESI
Produzione specifica biogas
(lN/kgSV)
Variazione della produzione di biogas in funzione della
percentuale di reflui zootecnici sul carico organico
1,8
1,6
1,4
1,2
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
0,0
0
20
40
60
80
100
Incidenza degli effluenti zootecnici sul carico specifico (%)
Indagine DEIAFA sul funzionamento degli
impianti di biogas in Piemonte
RISULTATI OTTENUTI: DATI DI SINTESI
METANO (m3/m3dig. giorno)
VARIAZIONE DELLA PRODUZIONE DI METANO IN FUNZIONE
DEL CARICO ORGANICO
Impianto 1
Impianto 2
Impianto 3
Impianto 4
1,2
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
0,0
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
Carico organico specifico (kgSV/m3 dig. giorno)
3,5
4,0
RISULTATI OTTENUTI
1,0
0,8
0,49
0,6
0,47
0,4
0,31
0,4
0,2
0,0
1
2
3
4
Impianti
Rapporto tra energia elettrica prodotta e energia
elettrica potenziale
Rapporto tra energia
prodotta e
potenziale
Produzione specifica
Metano (m3/kgSV)
Produzione specifica Metano
1,0
0,97
0,89
0,87
0,9
0,82
0,8
0,7
1
2
3
Impianti
4
RISULTATI OTTENUTI
La produzione di Energia Elettrica
non coincide con quella di progetto
Produzione Produzione
reale
potenziale
∆
Perdita
Energia
Energia
MWh economica
elettrica
elettrica
MWh/anno
Impianto 1
8611
Impianto 2
7621
Impianto 3
Impianto 4
8979
3928
MWh/anno
8760
8760
%
~3
~13
€/anno
~42.000
~320.000
10950
4380
~18
~8
~550.000
~130.000
Principali cause del fermo impianto
Sistema di
alimentazione
30%
Sistema di
agitazione
35%
Altro (Cogeneratore,
35%
ecc.)
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
Esempio: IMPIANTO 2
Andamento del carico organico specifico nel corso
del monitoraggio
Carico organico specifico
(KgSV/m3 dig. giorno)
Media=1,27 kgSV/m3dig. giorno
1,80
1,60
1,40
1,20
1,00
0,80
0,60
0,40
0,20
0,00
1,71
0,53
Sintesi delle principali problematiche riscontrate
presso gli impianti di D.A. sottoposti a monitoraggio
Ridotto impiego dell’energia termica
 Perdite economiche e ambientali
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.
3
solo 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.
Sintesi delle principali problematiche riscontrate
presso gli impianti di D.A. sottoposti a monitoraggio
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
Sintesi delle principali problematiche riscontrate
presso gli impianti di D.A. sottoposti a monitoraggio
Vasche di stoccaggio del digerito sottodimensionate (50 gg di
periodo utile di stoccaggio)
200
180
160
140
128
120
100
80
giorni
60
Utili
50
Necessari
52
50
40
20
0
1
2
3
Impianto
4
Sintesi delle principali problematiche riscontrate
presso gli impianti di D.A. sottoposti a monitoraggio
Nessuna delle vasche di stoccaggio del liquame digerito risulta
coperta
NH3 CH4
CH4 NH3
Stoccaggio digerito
 Elevate perdite di ammoniaca e gas serra dagli stoccaggi (~4 t
CO2eq. per giorno per impianto da 1 MWhel)
 Perdite economiche (il biogas emesso dalla vasca di stoccaggio
potrebbe essere recuperato ed utilizzato per la produzione di
energia
Emissioni di CO2eq. Stimate dalle vasche di
stoccaggio del liquame digerito
Emissioni in atmosfera (tCO2eq./anno)
Mwhel. non prodotti
1400
t CO2eq. Emesse in atmosfera
1600
1400
1200
1200
1000
1000
800
800
600
600
Media: 1218tCO2eq
400
400
200
200
0
0
1
2
3
Impianto
Media: 228MWhel.
4
MWh el. non prodotti
1600
Prospettive di sviluppo della digestione
anaerobica a livello regionale
1) Pianificazione territoriale nel settore della D.A.
Scelta delle biomasse per l’alimentazione
degli impianti
2) Miglioramento dell’efficienza
energetica ed ambientale degli impianti
Formazione e assistenza
tecnica presso gli impianti
di D.A.
Monitoraggio degli impianti di D.A.
Ottimizzazione dell’impiego del
calore prodotto
3) Gestione del digerito  aspetti agronomici, ambientali e gestionali
1) Pianificazione territoriale nel settore della D.A.
LE POSSIBILI PROBLEMATICHE AMBIENTALI
LEGATE ALLA PRODUZIONE DI ENERGIA DA BIOGAS
GHG
GHG
GHG
Produzione
biomasse e
trasporto
Impianto
+
cogeneratore
Stoccaggio
digerito
GHG
GHG
Utilizzazione agronomica
digerito
NO3-
P
P
NO3-
2) Miglioramento dell’efficienza energetica ed
ambientale degli impianti
L’importanza della sostenibilità ambientale
ENTRO BREVE I SUSSIDI ALLA
PRODUZIONE DI ENERGIA ELETTRICA DA
FONTI RINNOVABILI
NON SARANNO PIU’ IN TERMINI DI
€ x MWh
MA DI
€ x teq CO2
NON IMMESSA
IN ATMOSFERA
2) Miglioramento dell’efficienza energetica ed
ambientale degli impianti
Emissioni di CO2eq per diverse fonti energetiche
(kg CO2eq/kWhel prodotto)
2) Miglioramento dell’efficienza energetica ed
ambientale degli impianti
Le emissioni di CO2eq per la produzione di energia elettrica da
biogas (risultati emersi dal progetto EU-Agro biogas)
impianto +
co-generatore
5%
stoccaggio digerito
28%
trasporto liquame
digerito +
sua distribuzione
6%
produzione biomasse
+ loro trasporto
61%
2) Miglioramento dell’efficienza energetica ed
ambientale degli impianti
Le emissioni di CO2eq per la produzione
di energia elettrica da biogas
CH4
SOLO
REFLUI ZOOTECNICI
CH4
CH4
N2O
NH3
CO2
0,25 kg CO2eq/kWhel prodotto
CO2
REFLUI ZOOTECNICI
+
ENERGY CROPS
CH4
CH4
CO2
0,60 kg CO2eq/kWhel prodotto
CH4
N2O
NH3
2) Miglioramento dell’efficienza energetica ed
ambientale degli impianti
Kg CO2eq per kWelettricoElettricità
prodotto
non immessi in
(fossile)
atmosfera
Risparmio emissioni
1,6
1,4
kg CO2eq/kWhel
1,2
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
0,47
0,58
0,53
0,34
0,0
Non utilizzo
Utilizzo energia
energia termica
termica
Non recupero
biogas da
stoccaggio
Recupero
biogas da
stoccaggio
Risultati ottenuti nell’ambito del progetto EU Agrobiogas
2) Miglioramento dell’efficienza energetica ed
ambientale degli impianti
Costi di abbattimento delle emissioni di CO2 eq. per gli impianti inseriti
nel progetto EU Agro Biogas
683
€/t CO2 eq.
700
Dati elaborati da KTBL (Germania)
500
411
395
381
253
300
189
97
100
52
Impianti
VALORE MASSIMO ECONOMICAMENTE SOSTENIBILE: 50€/t CO2eq.
2) Miglioramento dell’efficienza energetica ed
ambientale degli impianti
Ottimizzazione dell’impiego del calore prodotto
Quota di calore prodotta
riutilizzata in azienda (%)
La situazione piemontese
<10%
≥10%
75
25
Frequenza impianti (%)
2) Miglioramento dell’efficienza energetica ed
ambientale degli impianti
Ottimizzazione dell’impiego del calore prodotto
Possibilità di impiego dell’energia termica prodotta
Essiccazione di:
Pre trattamenti termici delle biomasse:
- Granella
- Letami
- Segatura, trinciato
(utilizzabili come lettiera)
- Paglie
- Frazione solida digerita
- Pellets
- Frazione solida digerita
3) Gestione del digerito  aspetti agronomici, normativi e gestionali
Caso A
Solo reflui
zootecnici
DA
Caso B
Colture
energetiche
dedicate
DA
Altri
sottoprodotti
Limiti Direttiva Nitrati
(170-340 kgN/ha)
(Art. 10)
Limiti Direttiva Nitrati
(170-340 kgN/ha)
- Solo per quota zootecnica
(Art. 10)
- Per quota non zootecnica limite
legato al fabbisogno colturale (PUA)
3) Gestione del digerito  aspetti agronomici, normativi e gestionali
L’AZOTO DA GESTIRE
INPUT
2.5 t
silomais
1 MWhel
DA
OUTPUT
~11 kg = ~600m2 di terreno disponibile
di N
(zona vulnerabile)
Per un impianto da un MWel. = 550 ha di terreno
disponibile per lo spandimento del digerito
N tot. Da gestire (t/anno)
N da gestire/anno
(impianto da 1MW el.)
170 kgN/ha
280 kgN/ha
340 kgN/ha
550 ha
336 ha
94t
225 ha
Solo silomais
(Tipo di biomassa utilizzata)
Superficie necessaria per lo
spandimento del digerito (ha)
3) Gestione del digerito  aspetti agronomici, normativi e gestionali
CONCLUSIONI
 Necessaria maggiore attenzione a livello progettuale
- Vasche di stoccaggio idonee
- HRT minori
- Volumi dei digestori più adeguati
 Implementare l’assistenza tecnica nella “gestione” degli
impianti
Ridurre le variazioni del carico organico
 Maggiore attenzione ambientale
- Uso dell’energia termica
- Copertura vasca di stoccaggio
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