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AGROENERGIE DA BIOMASSE AGRO-FORESTALI. Cosè la biomassa? Il termine biomassa comparve in Italia alla fine degli anni 70 quando, dopo la crisi energetica.

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1 AGROENERGIE DA BIOMASSE AGRO-FORESTALI

2 Cosè 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 linteresse per le fonti rinnovabili di energia. Biomassa: tutto ciò che ha matrice organica, fatta eccezione per i materiali fossili.

3 DEFINIZIONE DI BIOMASSA Rappresenta la forma più sofisticata di accumulo dellenergia solare Grazie al processo di fotosintesi, i vegetali sono in grado di convertire lenergia 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.

4 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 dellindustria alimentare e mangimistica (pule dei cereali, canna da zucchero ecc.)

5 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

6 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

7 Utilizzazione biomassa

8 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%. Lenergia termica recuperata viene utilizzata generalmente per riscaldamento o per processi produttivi industriali oppure per generare elettricità grazie a cicli a gas o a vapore.

9 PIROLISI Decomposizione termochimica di materiali organici, ottenuta mediante lapplicazione 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 questultimo 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.

10 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 lazionamento di motori. Il metanolo può essere successivamente raffinato per ottenere benzina sintetica, con potere calorifico analogo a quello delle benzine tradizionali

11 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 dellETBE (EtilTertioButilEtere), usato in miscela alle benzine come additivo ossigenato ed antidetonante in sostituzione del piombo tetraetile o degli idrocarburi aromatici.

12 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 lestrazione dellolio, sono impiegabili nellalimentazione 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 dallindustria farmaceutica).

13 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.

14 Perché linteresse per le agroenergie?

15 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 Cè una scelta dellUnione europea verso la multifunzionalità e la sostenibilità

16 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)

17 PROBLEMATICHE ENERGETICO AMBIENTALI Lo sviluppo industriale dellultimo 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 strategia europea di sicurezza dellapprovvigionamento energetico.

18 PROBLEMATICHE ENERGETICO AMBIENTALI Protocollo di Kyoto Il protocollo di Kyoto del 10 dicembre 1997 sancisce limpegno dei paesi industrializzati a fare in modo che nel 2010 le emissioni dei gas serra siano ridotte del 5,2% rispetto alle emissioni del Il Protocollo di Kyoto è entrato in vigore il 16 febbraio 2005.

19 PROBLEMATICHE ENERGETICO AMBIENTALI Protocollo di Kyoto e Italia Per lItalia, che ha ratificato il Protocollo di Kyoto con la legge n. 120 del 1 giugno 2002, lobbiettivo di riduzione è pari al 6,5% rispetto ai livelli del Nel 2000 le emissioni italiane di CO2 sono aumentate del 5% rispetto al 1990 Uno degli strumenti utilizzabili per raggiungere obbiettivi del Protocollo è lutilizzo fonti energetiche alternative (fonti rinnovabili)

20 RUOLO DEL COMPARTO AGRICOLO

21 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 dellagricoltura ben rientrano le: IMPRESE AGRO-ENERGETICHE

22 AZIENDA AGRO ENERGETICA COLTIVA FONTI ENERGETICHE RINNOVABILI PRODUCE ENERGIA RINNOVABILE VENDE ELETTRICA TERMICA FRIGORIFICA

23 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 LAUTOCONSUMO AZIENDALE. IMPRESE AGRICOLE CHE, OLTRE A PRODURRE ED UTILIZZARE E/O VENDERE BIOCOMBUSTIBILI, CON PROPRI IMPIANTI PRODUCONO ENERGIA CHE VENDONO A TERZI.

24 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)

25 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

26 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 limpiego della biomassa con misure concernenti lapprovvigionamento, 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

27 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 dellUE 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 dellefficienza energetica ricorso a biocarburanti nel settore dei trasporti in misura di almeno il 10%

28 INCENTIVAZIONI AGROENERGIE

29 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 allaiuto gli agricoltori che hanno stipulato un contratto con un trasformatore; se le materie prime sono utilizzate allinterno dellazienda agricola per il riscaldamento, produzione di energia, biocarburanti e biogas non è necessario sottoscrivere il contratto

30 CERTIFICATI VERDI Sistema di incentivazione introdotto nel 2001, basato sullobbligo – 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.

31 CERTIFICATI VERDI Nel mercato dei Certificati Verdi la domanda è costituita dallobbligo 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 nellanno precedente. Lofferta è costituita dai Certificati Verdi emessi a favore degli impianti che producono energia elettrica con fonti rinnovabili. Durata certificati verdi: 12 anni

32 Quota dobbligo di produzione di energia elettrica da fonti rinnovabili ANNO DI RIFERIMENTO QUOTA OBBLIGO QUANTITÀ SOGGETTA AD OBBLIGO [GWh] QUANTITÀ CV EMESSA DA PRIVATI [GWh] 20062,70%6.000,05.500, ,35%4.308,04.410,0 (*) 20042,00%3.893,82.999, ,00%3.461,71.481, ,00%3.254,6914,0

33 CERTIFICATI VERDI ANNO DI RIFERIMENTOVALORE CERTIFICATI VERDI [/MWh] , , , , ,18

34 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 Per assolvere lobbligo tali soggetti possono acquistare, in tutto o in parte, la quota equivalente o i relativi diritti da altri soggetti. –Biodiesel: contingente di tonnellate per un programma pluriennale dal 2007 al 2010, da essere impiegato in autotrazione, con unaccisa del 20% di quella applicata al gasolio utilizzato come carburante; tonnellate del contingente sono assegnate ai produttori di biosiesel che hanno stipulato contratto di coltivazione realizzati nellambito di contratti quadro, o intese di filiera

35 FINANZIARIA 2007 Bioetanolo: attribuzione di 73 milioni di euro fino al 2010 per lavvio di un programma di sviluppo della filiera del bioetanolo Olio vegetale: esenzione dellaccisa per lolio vegetale puro per limpiego a fini energetici nel settore agricolo, per autoconsumo nellambito dellimpresa singola o associata, entro un importo massimo di 1 milione di euro a decorrere dal 2007

36 Colture erbacee Sorgo Il sorgo è una pianta erbacea annuale C 4 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.)

37 Raccolta sorgo Raccolta (due cantieri) PRIMO CANTIERE: Falcia-trincia-caricatrice Prodotto finale: sorgo trinciato SECONDO CANTIERE: Barra falciante, ranghinatore e rotoimballatrice Prodotto finale: rotoballe

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41 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 alle piante/ha I turni di ceduazione dipendono dalla densità di impianto: piante/ha (taglio biennale), piante/ha (taglio annuale) I lavori di impianto, così come tutte le altre lavorazioni, sono completamente meccanizzabili Produttività media annua: t sostanza secca/ha

42 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 allallettamento.

43 SCHEMA DI IMPIANTI DI PIOPPO 280 cm 60 cm 280 cm 75 cm 40 cm TURNO BIENNALE – FILA SINGOLA piante/ha TURNO ANNUALE – FILE BINATE piante/ha

44 CURE COLTURALI Primo anno Primo cicloSecondo cicloTerzo cicloQuarto ciclo Aratura--- Concimazione di fondo --- Erpicatura--- Messa a dimora talee --- Diserbo pre- emergenza Concimazione in copertura Diserbo post- emergenza Lavorazioni nellinterfila Irrigazione

45 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;

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49 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 all70% circa. Composizione del biogas% Metano (CH4) Anidride carbonica (CO2) Idrogeno (H2) Azoto (N2) Ossido di carbonio (CO) Ossigeno (O2) Idrogeno solforato (H2S) ,1 Tracce tracce

50 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

51 Tecniche di digestione anaerobica La digestione anaerobica può essere condotta in condizioni: termofile (circa 55°C) mesofile (circa 35°C) psicrofile ( °C)

52 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

53 Resa fermentazione Tipo di materialeResa in biogas (m 3 /t sost. organica) Letame bovino Liquame suino Insilato di mais siero330 Scarti vegetali350

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57 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

58 Transesterificazione Combinazione di una molecola di triglicerdide con tre molecole di metanolo. 3 molecole di acidi grassi liberi (biodiesel) Prodotti della reazione: glicerolo

59 Esterificazione degli oli

60 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)

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62 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%

63 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


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