AGROENERGIE DA BIOMASSE
AGRO-FORESTALI
Cos’è la biomassa?
Il termine biomassa comparve in Italia alla fine
degli anni ‘70 quando, dopo la crisi energetica e
sotto la spinta di esigenze ambientali, si risvegliò
l’interesse per le fonti rinnovabili di energia.
Biomassa: tutto ciò che ha matrice organica, fatta
eccezione per i materiali fossili.
DEFINIZIONE DI BIOMASSA
• Rappresenta la forma più sofisticata di accumulo
dell’energia solare
• Grazie al processo di fotosintesi, i vegetali sono in grado
di convertire l’energia radiante in energia chimica e
stoccarla sottoforma di molecole complesse, ad elevato
contenuto energetico.
• La biomassa si può considerare una risorsa
rinnovabile ed inesauribile nel tempo, purché venga
impiegata ad un ritmo non superiore alle capacità di
rinnovamento biologico.
Biomassa
Le biomasse possono essere costituite da:
 colture arboree ed erbacee destinate alla
produzione di biocarburanti e biocombustibili
 sottoprodotti delle produzioni erbacee, arboree e
delle lavorazioni agro-industriali
 sottoprodotti delle lavorazioni forestali e dei
legnami da opera
 reflui zootecnici per la produzione di biogas
 residui dell’industria alimentare e mangimistica
(pule dei cereali, canna da zucchero ecc.)
BIOMASSE: NATURA E PROVENIENZA
•
1. Forestale
•
2. Agroforestale
•
3. Agricolo
- colture erbacee
- colture arboree
•
4. Comparto zootecnico
–
–
•
•
Colture dedicate
Residui colturali
5. Industriale
Residui delle attività industriali
–
–
–
Industria del legno
Industria della cellulosa e della carta
Industria agroalimentare
Le colture energetiche
Erbacee annuali
– oleaginose: colza,girasole, soia, ricino
– zuccherine-amidacee: barbabietola, sorgo zuccherino,
topinambur, mais, frumento, patata
– da fibra: sorgo, canapa, kenaf
Erbacee poliennali: canna, miscanto, panico, cardo
Legnose a breve rotazione (S.R.F.):
pioppo, salice, robinia, eucalipto
Utilizzazione biomassa
COMBUSTIONE
• La combustione di prodotti e residui agricoli si attua con
buoni rendimenti, se si utilizzano come combustibili
sostanze ricche di glucidi strutturati (cellulosa e lignina) e
con contenuti di acqua inferiori al 35%.
• L’energia termica recuperata viene utilizzata
generalmente per riscaldamento o per processi produttivi
industriali oppure per generare elettricità grazie a cicli a
gas o a vapore.
PIROLISI
• Decomposizione termochimica di materiali organici,
ottenuta mediante l’applicazione di calore, a temperature
comprese tra 400 e 800°C, in completa assenza di un
agente ossidante, oppure con una ridottissima quantità
di ossigeno (in quest’ultimo caso il processo può essere
descritto come una parziale gassificazione). I prodotti
della pirolisi sono:
• gassosi,
• liquidi,
• solidi,
• in proporzioni che dipendono dai metodi di pirolisi e dai
parametri di reazione.
GASSIFICAZIONE
• Ossidazione incompleta di una sostanza in ambiente ad
elevata temperatura (900÷1.000°C) per la produzione di
un gas combustibile (detto gas di gasogeno). Esistono
problemi connessi con il suo immagazzinamento e
trasporto, causa il basso contenuto energetico per unità
di volume.
• Ciò fa sÌ che risulti eccessivamente costoso il trasporto
su lunghe distanze. Tali inconvenienti possono essere
superati trasformando il gas in alcool metilico (CH³OH),
che può essere agevolmente utilizzato per l’azionamento
di motori. Il metanolo può essere successivamente
raffinato per ottenere benzina sintetica, con potere
calorifico analogo a quello delle benzine tradizionali
FERMENTAZIONE ALCOLICA
• E’ un processo, di tipo micro-aerofilo, di
trasformazione dei glucidi contenuti nelle
produzioni vegetali in bioetanolo (alcool etilico).
• La destinazione più considerata è il suo utilizzo
nella sintesi dell’ETBE (EtilTertioButilEtere),
usato in miscela alle benzine come additivo
ossigenato ed antidetonante in sostituzione del
piombo tetraetile o degli idrocarburi aromatici.
Spremitura/Esterificazione
Gli oli vegetali sono estratti dalle piante oleaginose (soia,
colza, girasole, 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. Gli oli
possono essere utilizzati come combustibili nello stato in
cui vengono estratti oppure dopo esterificazione, ed il
loro utilizzo ha destato ormai da tempo un notevole
interesse, sia per la disponibilità di tecnologie semplici di
trasformazione ed utilizzazione, sia perché consentono
bilanci energetici accettabili, sia, infine, per la
riutilizzazione dei sottoprodotti di processo (es. la
glicerina, utilizzata dall’industria farmaceutica).
DIGESTIONE ANAEROBICA
• Conversione biochimica in assenza di ossigeno,
ad opera di microrganismi, di sostanze
organiche complesse in gas (biogas) costituito
da CH4 e CO2.
• Il biogas così prodotto viene raccolto, essiccato,
compresso ed immagazzinato e può essere
utilizzato come combustibile per alimentare lo
stesso processo di bioconversione, ovvero
veicoli a gas o caldaie a gas per produrre calore
e/o energia elettrica.
• Gli impianti possono essere alimentati mediante
residui ad alto grado di umidità.
Perché l’interesse per le agroenergie?
Perché l’interesse per le
agroenergie?
•
Aumento del prezzo del petrolio
•
Problemi ambientali e cambiamento globale clima
•
La dipendenza energetica UE elevatissima: tentativo di ridurla
•
Impegni U.E. per energie da fonti rinnovabili (Protocollo di Kyoto)
•
Possibilità di reddito per gli agricoltori dopo il disaccoppiamento
•
C’è una scelta dell’Unione europea verso la multifunzionalità e la
sostenibilità
SCENARIO ENERGETICO
• LO SCENARIO ENERGETICO E’ CARATTERIZZATO DA:
•
aumento della domanda energetica da parte dei paesi
industrializzati e di nuova industrializzazione, in gran parte da
fonti non rinnovabili: petrolio, gas naturale, carbone)
PROBLEMATICHE ENERGETICO AMBIENTALI
• Lo sviluppo industriale dell’ultimo secolo ha portato ad
un aumento del carbonio immesso in atmosfera
• VARIAZIONI CLIMATICHE A LIVELLO GLOBALE
• (aumento della temperatura sulla superficie e dei mari)
Dal
Libro
Verde
“Verso
una
dell’approvvigionamento energetico”.
strategia
europea
di
sicurezza
PROBLEMATICHE ENERGETICO AMBIENTALI
• Protocollo di Kyoto
• Il protocollo di Kyoto del 10 dicembre 1997
sancisce l’impegno dei paesi industrializzati a
fare in modo che nel 2010 le emissioni dei gas
serra siano ridotte del 5,2% rispetto alle
emissioni del 1990.
• Il Protocollo di Kyoto è entrato in vigore il 16
febbraio 2005.
PROBLEMATICHE ENERGETICO AMBIENTALI
• Protocollo di Kyoto e Italia
• Per l’Italia, che ha ratificato il Protocollo di Kyoto con la
legge n. 120 del 1 giugno 2002, l’obbiettivo di riduzione è
pari al 6,5% rispetto ai livelli del 1990.
• Nel 2000 le emissioni italiane di CO2 sono aumentate
del 5% rispetto al 1990
• Uno degli strumenti utilizzabili per raggiungere obbiettivi
del Protocollo è l’utilizzo fonti energetiche alternative
(fonti rinnovabili)
RUOLO DEL COMPARTO
AGRICOLO
COMPARTO AGRICOLO
Il comparto agricolo svolge, e svolgerà, un
ruolo sempre più preponderante nella
produzione di combustibili da biomassa
Nel panorama delle imprese che esprimono
al meglio la multifunzionalità
dell’agricoltura ben rientrano le:
IMPRESE AGRO-ENERGETICHE
IMPRESE AGRO-ENERGETICHE
AZIENDA AGRO
ENERGETICA
COLTIVA
FONTI ENERGETICHE
RINNOVABILI
PRODUCE
ELETTRICA
TERMICA
FRIGORIFICA
ENERGIA
RINNOVABILE
VENDE
IMPRESE AGRO-ENERGETICHE
MODELLI DI IMPRESE AGRI-ENERGETICHE
•
AZIENDE AGRICOLE CHE COLTIVANO LE “MATERIE PRIME”
DESTINATE A PRODURRE ENERGIA.
•
AZIENDE AGRICOLE CHE COLTIVANO BIOMASSE
ENERGETICHE DALLE QUALI PRODUCONO ENERGIA DA
FONTI RINNOVABILI PER L’AUTOCONSUMO AZIENDALE.
•
IMPRESE AGRICOLE CHE, OLTRE A PRODURRE ED
UTILIZZARE E/O VENDERE BIOCOMBUSTIBILI, CON PROPRI
IMPIANTI PRODUCONO ENERGIA CHE VENDONO A TERZI.
Obiettivi UE energie rinnovabili
Riduzione emissioni di CO2
Diversificazione degli approvvigionamenti e riduzione della dipendenza
energetica
Riduzione delle emissioni di gas serra (Protocollo di Kyoto)
Sostenibilità ambientale
Sviluppo delle aree rurali (multifunzionalità agricoltura, nuove opportunità di
lavoro)
Normativa comunitaria agroenergie
Direttive:
•
Direttiva 2001/77/CE: “energia elettrica da fonti rinnovabili”
 incentivare la produzione di energia da fonti rinnovabili
 contributo delle fonti rinnovabili pari al 12% del consumo interno lordo di energia
nel 2010
•
Direttiva 2003/30/CE: “direttiva biocarburanti”
 biocarburanti: sostanze liqude o gassose derivanti direttamente dalla biomassa
 immissione sul mercato di una quota di biocarburanti del 2% nel 2005 e del
5,75% nel 2010
•
Direttiva 2003/96/CE: “tassazione prodotti energetici”
 gli Stati membri possono applicare esenzioni del livello di tassazione dei prodotti
energetici
Comunicazioni Commissione
Europea
• Libro bianco UE sulle fonti energetiche rinnovabili
Prevede di raggiungere entro il 2012 la quota del 12% di
energia rinnovabile nei consumi interni
• Piano di azione sulla biomassa (2005):
 promuove l’impiego della biomassa con misure concernenti
l’approvvigionamento, il finanziamento e la ricerca del settore biomasse
 settori coinvolti: riscaldamento, trasporti, produzione di elettricità
 vantaggi delle biomasse nel 2010:




riduzione 6% importazioni energia
possibile riduzione del prezzo del petrolio
abbattimento emissioni carboniose di 209 milioni ton/anno
aumento occupazione nelle zone rurali di 300.000
Comunicazioni Commissione
Europea
•
Strategia UE biocarburanti (2006)
 il settore dei trasporti produce il 21% delle emissioni di gas serra in Europa
 vantaggi biocarburanti:
 riduzione emissioni gas serra
 decarbonizzazione dei combustibili per il trasporto
 sviluppo di sostituti a lungo termine per il petrolio
•
Libro Verde dell’UE 2006
obiettivi: riduzione domanda di energia, maggiore ricorso a fonti energetiche
alternative, diversificazione delle fonti energetiche, intensificazione della
cooperazione internazionale.
•
Conclusioni del Consiglio Europeo, Marzo 2007
Strategia energetica Europa fino al 2020:




20% di energia prodotta da fonti rinnovabili
20% di riduzione delle emissioni
20% di aumento dell’efficienza energetica
ricorso a biocarburanti nel settore dei trasporti in misura di almeno il 10%
INCENTIVAZIONI
AGROENERGIE
PAC e AGROENERGIE
•
Premio accoppiato per le colture energetiche: 45 euro/ha
(limitato a 2 milioni di ettari);
•
Coltivazione del no-food sui terreni abbinati ai titoli di ritiro
(set aside):

Sono ammessi all’aiuto gli agricoltori che hanno stipulato un
contratto con un trasformatore; se le materie prime sono
utilizzate all’interno dell’azienda agricola per il
riscaldamento, produzione di energia, biocarburanti e biogas
non è necessario sottoscrivere il contratto
CERTIFICATI VERDI
Sistema di incentivazione introdotto nel 2001, basato sull’obbligo – per
produttori ed importatori da fonte convenzionale non rinnovabile di immettere in rete energia rinnovabile, pari ad una quota di quella
da loro prodotta/importata
Il produttore o importatore di energia può scegliere di adempiere
all'obbligo o producendo energia da fonti rinnovabili oppure
acquistando una quantità equivalente di Certificati Verdi, assegnati
ai produttori di energia da fonte rinnovabile in funzione della loro
produzione.
I CV sono titoli emessi che certificano la produzione di energia da fonti
rinnovabili per impianti entrati in funzione dopo il 1° aprile 1999.
CERTIFICATI VERDI
Nel mercato dei Certificati Verdi la domanda è costituita
dall’obbligo per i produttori e gli importatori di energia di
immettere annualmente una quota, inizialmente pari al
2%, di energia prodotta da fonti rinnovabili di quanto
prodotto e/o importato da fonti convenzionali nell’anno
precedente.
L’offerta è costituita dai Certificati Verdi emessi a favore
degli impianti che producono energia elettrica con fonti
rinnovabili.
Durata certificati verdi: 12 anni
Quota d’obbligo di produzione di energia
elettrica da fonti rinnovabili
QUOTA OBBLIGO
QUANTITÀ
SOGGETTA AD
OBBLIGO [GWh]
QUANTITÀ CV
EMESSA DA
PRIVATI [GWh]
2006
2,70%
6.000,0
5.500,0
2005
2,35%
4.308,0
4.410,0 (*)
2004
2,00%
3.893,8
2.999,0
2003
2,00%
3.461,7
1.481,4
2002
2,00%
3.254,6
914,0
ANNO DI
RIFERIMENTO
CERTIFICATI VERDI
ANNO DI RIFERIMENTO
VALORE CERTIFICATI VERDI [€/MWh]
2006
125,28
2005
108,92
2004
97,39
2003
82,40
2002
84,18
FINANZIARIA 2007 (incentivazioni
biocarburanti)
– Fissa gli obiettivi nazionali di immissione al consumo di
biocarburanti pari al 2,5% entro il 2008 e del 5,75% entro il 2010;
– Obbliga i soggetti che immettono in consumo benzina e gasolio
per autotrazione, ad immettere una quota di bocarburanti e di
altri carburanti rinnovabili pari al 2% nel 2008. Per assolvere
l’obbligo tali soggetti possono acquistare, in tutto o in parte, la
quota equivalente o i relativi diritti da altri soggetti.
– Biodiesel: contingente di 250.000 tonnellate per un programma
pluriennale dal 2007 al 2010, da essere impiegato in
autotrazione, con un’accisa del 20% di quella applicata al
gasolio utilizzato come carburante; 70.000 tonnellate del
contingente sono assegnate ai produttori di biosiesel che hanno
stipulato contratto di coltivazione realizzati nell’ambito di contratti
quadro, o intese di filiera
FINANZIARIA 2007
• Bioetanolo: attribuzione di 73 milioni di euro
fino al 2010 per l’avvio di un programma di
sviluppo della filiera del bioetanolo
• Olio vegetale: esenzione dell’accisa per
l’olio vegetale puro per l’impiego a fini
energetici nel settore agricolo, per
autoconsumo nell’ambito dell’impresa singola
o associata, entro un importo massimo di 1
milione di euro a decorrere dal 2007
Colture erbacee
Sorgo
Il sorgo è una pianta erbacea annuale C4
Il ciclo colturale è lo stesso del mais
Il culmo è molto sviluppato (4 m di altezza)
E’ una pianta rustica che si adatta ad elevate condizioni
di stress idrico
Le produzioni sono elevate anche in coltura asciutta (>20
t/ha s.s.)
Raccolta sorgo
Raccolta (due cantieri)
PRIMO CANTIERE: Falcia-trincia-caricatrice
Prodotto finale: sorgo trinciato
SECONDO CANTIERE: Barra falciante, ranghinatore e
rotoimballatrice
Prodotto finale: rotoballe
Pioppo SRF
Short Rotation Forestry (SRF) di pioppo
 La SRF di pioppo è la coltivazione di cloni selezionati specificatamente per
impianti molto fitti destinati alla produzione di cippato di legno, impiegato come
combustibile
 SRF significa forestazione a breve rotazione o ceduo a breve rotazione
 Le piantagioni hanno una densità che varia dalle 6.000 alle 14.000 piante/ha
 I turni di ceduazione dipendono dalla densità di impianto: 6.000-7.000 piante/ha
(taglio biennale), 10.000-14.000 piante/ha (taglio annuale)
 I lavori di impianto, così come tutte le altre lavorazioni, sono completamente
meccanizzabili
 Produttività media annua: 18 - 22 t sostanza secca/ha
CARATTERISTICHE DEI CLONI DI
PIOPPO
• rapidità di accrescimento;
• elevata produttività;
• spiccata capacità pollonifera;
• competitività con malerbe;
• resistenza a protratti periodi siccitosi;
• resistenza alle principali avversità biotiche;
• rusticità per fattori climatici e pedologici;
• sopravvivenza nel tempo delle ceppaie;
• resistenza all’allettamento.
SCHEMA DI IMPIANTI DI PIOPPO
TURNO BIENNALE – FILA SINGOLA
5.900 piante/ha
TURNO ANNUALE – FILE BINATE
14.000 piante/ha
75 cm
280 cm
60 cm
280 cm
40 cm
CURE COLTURALI
Primo
anno
Primo ciclo
Secondo ciclo
Terzo ciclo
Quarto ciclo
Aratura
-
-
-
Concimazione di
fondo
-
-
-
Erpicatura
-
-
-
Messa a dimora
talee
-
-
-
Diserbo preemergenza
Diserbo preemergenza
Diserbo preemergenza
Diserbo preemergenza
Concimazione in
copertura
Concimazione in
copertura
Concimazione in
copertura
Concimazione in
copertura
Diserbo postemergenza
Diserbo postemergenza
Diserbo postemergenza
Diserbo postemergenza
Lavorazioni
nell’interfila
Lavorazioni
nell’interfila
Lavorazioni
nell’interfila
Lavorazioni
nell’interfila
Irrigazione
Irrigazione
Irrigazione
Irrigazione
Raccolta PIOPPO S.R.F
la raccolta è eseguita con la falcia-trincia-caricatrice.
prodotto finale: cippato
IL CIPPATO
• Legname in scaglie ottenuto da apposite macchine. Per produrre
chips viene utilizzato legno di qualità inferiore, come i residui delle
potature boschive , agricole o urbane, le ramaglie e i cimali, oppure
ancora i sottoprodotti delle segherie e il legno proveniente da impianti
a breve rotazione (SRF).
Il cippato può essere di tre tipologie:
• verde, quando sono presenti anche le foglie (è il caso della
sminuzzatura della pianta intera, o delle ramaglie);
• marrone, se sono cippati rami e tronchetti con corteccia;
• bianco, se il materiale da cippare è stato preventivamente
scortecciato;
Biocombustibili gassosi
Il biogas è una miscela gassosa
ottenuta dalla digestione
anaerobica di biomassa di
origine vegetale e/o di residui
di origine animale
La percentuale di metano nel
biogas varia a seconda del
tipo di sostanza organica
digerita e delle condizioni di
processo, da un minimo del
50% fino all’70% circa.
Composizione del biogas
Metano (CH4)
Anidride carbonica (CO2)
Idrogeno (H2)
Azoto (N2)
Ossido di carbonio (CO)
Ossigeno (O2)
Idrogeno solforato (H2S)
%
50-70
25-45
1-10
0.5-3
0,1
Tracce
tracce
Digestione anaerobica
Processo biologico che consiste nella
demolizione della sostanza organica:
lipidi, proteine, glucidi
a carico di particolari microrganismi
anaerobi
prodotto ultimo del “processo digestivo” è
Biogas
Tecniche di digestione anaerobica
La digestione anaerobica può essere
condotta in condizioni:
termofile (circa 55°C)
mesofile (circa 35°C)
psicrofile (10 - 25 °C)
Tecniche di digestione anaerobica
Processo Monostadico:
 la digestione avviene in un reattore
Processo Bistadico
• Due digestori distinti, posti in serie tra loro, ciascuno
dedicato ad una serie di reazioni:
• nel primo hanno luogo i fenomeni di
idrolisi/acidogenesi ed acetogenesi,
• nel secondo si sviluppa la fase metanigena
Resa fermentazione
Tipo di materiale
Resa in biogas (m3/t sost.
organica)
Letame bovino
200-300
Liquame suino
260-450
Insilato di mais
350-390
siero
330
Scarti vegetali
350
Biocombustibili: Biodiesel
Il biodiesel è un biocombustibile liquido
utilizzato come carburante in autotrazione
e come combustibile nel riscaldamento
Il biodiesel si ottiene a partire dalla
spremitura di semi oleosi di girasole,
colza, soia e da una successiva
trasformazione detta transesterificazione
Transesterificazione
Combinazione di una molecola di triglicerdide con tre molecole di
metanolo.
3 molecole di acidi grassi liberi (biodiesel)
Prodotti della reazione:
glicerolo
Esterificazione degli oli
Utilizzazioni del biodiesel
La normativa italiana prevede che il
biodiesel possa essere utilizzato in
miscela con il gasolio fino ad un massimo
del 5% in autotrazione e del 30% nelle
flotte (per esempio autobus urbani)
Biocombustibili: Bioetanolo
• Il bioetanolo è un alcool (etanolo o alcool etilico)
ottenuto mediante un processo di fermentazione
di diversi prodotti vegetali ad alto contenuto di
amido o prodotti agricoli ad alto contenuto di
zucchero.
• In campo energetico, il bioetanolo può essere
utilizzato direttamente come componente per
benzine o per la preparazione dell'ETBE
(EtilTerButilEtere)
• Il Bioetanolo può essere aggiunto nelle benzine
fino al 30%
Materie prime bioetanolo
•
Materiali zuccherini: sostanze ricche di saccarosio come la canna da
zucchero, la bietola, il sorgo zuccherino, taluni frutti, ecc.
•
Materiali amidacei: sostanze ricche di amido come il grano, il mais, l'orzo,
il sorgo da granella, la patata
•
Materiali lignocellulosici: sostanze ricche di cellulosa come la paglia, lo
stocco del mais, gli scarti legnosi, ecc
Il rendimento dei prodotti vegetali in bioetanolo è di circa il 30%
Utilizzazioni: miscela con la benzina