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Le filiere energia da biomasse e biocombustibili in Italia: stato dellarte e prospettive di sviluppo Vito Pignatelli Unità Tecnico Scientifica Biotecnologie,

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Presentazione sul tema: "Le filiere energia da biomasse e biocombustibili in Italia: stato dellarte e prospettive di sviluppo Vito Pignatelli Unità Tecnico Scientifica Biotecnologie,"— Transcript della presentazione:

1 Le filiere energia da biomasse e biocombustibili in Italia: stato dellarte e prospettive di sviluppo Vito Pignatelli Unità Tecnico Scientifica Biotecnologie, Protezione della Salute e degli Ecosistemi ENEA, Centro Ricerche Casaccia Giugno 2005

2 Cosè la biomassa Il termine biomassa comprende tutte le sostanze di origine biologica in forma non fossile Per biomasse agro-forestali si intendono le componenti organiche ottenute dalla raccolta e dalla lavorazione delle colture agricole e forestali; non solo quindi colture energetiche ma anche potature, paglie, tagli forestali, residui e sottoprodotti lignocellulosici, scarti di lavorazione del legno e delle industrie agroalimentari Le biomasse agro-forestali possono essere considerate dei veri e propri combustibili (biocombustibili solidi) in grado di fornire, direttamente o previa trasformazione con processi di tipo termochimico o biologico, energia per usi civili e industriali

3 Possibili vie per lutilizzazione energetica delle biomasse Combustione diretta Gassificazione Trasformazione in combustibili liquidi (biocombustibili) Produzione di biogas

4 Contributo delle biomasse al bilancio energetico (2002)

5 Poteri Calorifici Inferiori (P.C.I.) dei principali combustibili adottati nel Bilancio Energetico Nazionale per la conversione in calore delle quantità fisiche delle fonti energetiche

6 Equivalenze tra fonti energetiche 1 Mtep = 1,3 Mt di carbone fossile da cokeria 4,0 Mt di lignite 1,02 Mt di olio combustibile 0,98 Mt di gasolio 0,95 Mt di benzina 4,0 Mt di biomasse o rifiuti solidi urbani

7 Il bilancio energetico italiano (2003) Mtep% Domanda lorda di energia:192,9100 Consumo interno lordo di energia primaria per fonte: da idrocarburi liquidi da gas naturale da combustibili solidi da fonti rinnovabili 90,3 63,2 15,4 12,7 46,8 32,8 8,0 6,6 Importazioni nette di energia elettrica:11,35,8

8 Il bilancio energetico italiano (2003)

9 Confronto fra il bilancio energetico di Italia e Finlandia (2000) ItaliaFinlandia Domanda lorda di energia (Mtep):184,831,2 Consumo interno lordo di energia primaria per fonte (%): da idrocarburi liquidi da gas naturale da combustibili solidi energia nucleare da fonti rinnovabili di cui bioenergia 49,4 31,4 6,9 0 7,0 3,0 26,9 10,8 15,6 18,0 25,4 20,8 Importazioni nette di energia elettrica:5,33,3

10 Confronto fra il bilancio energetico di Italia e Finlandia (2000)

11 Energia primaria equivalente prodotta da fonti rinnovabili in Italia (2003) Mtep Idroelettrica Geotermica Eolica Solare 8,07 1,39 0,32 0,02 RSU Legna e assimilati Biogas Biocombustibili Totale bioenergia 1,04 2,78 0,29 0,18 4,29 Totale fonti rinnovabili14,09

12 Energia primaria equivalente da fonti rinnovabili in Italia (2003)

13 Motivazioni per luso delle biomasse in Italia Produzione di energia rinnovabile Smaltimento residui e rifiuti Nuovi sbocchi produttivi per lagricoltura (colture energetiche) Difesa del territorio Nuove opportunità di lavoro e sviluppo rurale

14 Possibili vie per la produzione di energia da biomasse

15 Energia primaria equivalente da biomasse, reflui e rifiuti organici in Italia (2003)

16 Principali settori di utenza per la bioenergia in Italia Riscaldamento domestico Produzione di calore di processo Produzione di energia elettrica da biomasse, RSU e biogas Biocombustibili

17 Produzione e recupero di calore da legna e assimilati in Italia Anno Legna da ardere nel settore residenziale Teleriscaldamento a biomasse Legna ed assimilati utilizzati nelle industrie (stima) Totale

18 Caldaia a caricamento manuale a fiamma rovescia

19 Caldaia con focolare sottoalimentato

20 Biocombustibili da scarti e residui agro-forestali Pellets Cippato di legna

21 Caldaia a pellets

22 Industria legate alla produzione di energia da biomasse in Italia (2001) 110 costruttori di caldaie e impianti termici alimentati a biomasse 4 produttori/fornitori di macchine per la produzione di pellets 3 produttori/fornitori di macchine cippatrici 12 rivenditori di pellets t di produzione nazionale di pellets

23 Combustione delle biomasse in impianti di grande taglia La combustione diretta al fine della generazione di calore e/o elettricità da biomasse si realizza in tre tipologie di impianti: Sistemi a griglia (combustibile distribuito su una grata, attraverso cui viene insufflata laria) Sistemi in sospensione (la biomassa macinata viene insufflata nel forno e incenerita dai gas caldi) Sistemi a letto fluido (la biomassa macinata è tenuta in sospensione in una miscela di materiali inerti da aria ad alta temperatura)

24 Caldaia a griglia mobile

25 Legno CH m O n N o, ceneri (K,P) Paglia o erbaCH m O n N o, CI, S, ceneri Fumi di combustione Prodotti voluti: CO 2, H 2 O, N 2, O 2 Prodotti non desiderati: NO, CO, HCI, SO 2, polveri H 2 O + polveri + gas combustibili HC, CO, CH 2, CH 3 OH, NH 3, HCN Carbone di legna Aria secondaria Calore Aria primaria (O 2 +N 2 ) Aria primaria Cenere sotto griglia (1° stadio) essiccazione 20 ÷ 150 °C (2° stadio) gassificazione pirolisi <600 °C; Λ < 1 (3° stadio) ossidazione λ > 1; >800 °C Tempi di residenza > 1 – 1.5 secondi Calore Il processo di combustione delle biomasse solide su griglia

26 Impianto di teleriscaldamento di Tirano (Sondrio) Potenza totale installata 18 MWt 2 caldaie a biomassa da 6 MWt Fabbisogno di biomassa t/anno Consumo equiv. di gasolio t/anno Peso specifico medio della biomassa: circa kg/m 3 Capacità stoccaggio biomassa: in aree chiuse m 3, allaperto m 3 Area occupata dalla centrale: m 2 Superficie coperta complessiva: m 2 Area per lo stoccaggio della biomassa: 660 m 2 Sviluppo della rete: 14,57 km Numero di utenti allacciati: 215

27 Teleriscaldamento in azienda agrituristica (Monterosello, Umbria) Caldaia a cippato di legna da 115 kW Capacità stoccaggio biomassa 10 m 3 Sviluppo della rete 100 m Consumo 50 t/anno per 120 giorni Consumo evitato di gasolio 15,9 t

28 Impianto di teleriscaldamento di Fondo (Bolzano) - motore Spiling Potenza totale impianto: 3 MWt Produzione di calore ed elettricità con un motore alternativo a vapore (tecnologia Spiling) Potenza motore Spiling: 250 KWe

29 Problemi legati alla combustione delle biomasse I problemi principali legati alla combustione delle biomasse sono: Il grado di umidità del materiale ( % per i residui agroforestali e della lavorazione del legno, < 10% per il pellet) La quantità e la natura degli inerti presenti nella biomassa, che sono causa di incrostazioni per la fusione delle ceneri ( °C)

30 Produzione di elettricità da biomasse La produzione di elettricità da biomasse avviene mediante tre tipi di dispositivi: Sistemi a pistoni, alimentati dal vapore, per impianti di piccola taglia (50 kWe - 1 MWe; efficienza % per sistemi a singolo stadio e % per i multistadio) Turbine a vapore, per impianti da 0,5 MWe, fino a 500 MWe e oltre, con il maggior numero di casi intorno ai 50 MWe (efficienza 25% circa per taglie di MWe e > 30% per impianti da 50 MWe in cogenerazione) Sistemi a ciclo Rankine con fluido organico (ORC) per impianti da 0,5 a 2 MWe

31 Produzione di elettricità da biomasse: co- combustione in impianti di grande taglia

32 Produzione di elettricità da impianti connessi alla rete alimentati a legna e assimilati anno n° impianti Potenza efficiente lorda (MWe) Energia elettrica prodotta lorda (GWh)

33 Produzione di elettricità da impianti connessi alla rete alimentati a legna e assimilati anno Potenza media impianti (MWe) 4,56,77,98,17,98,510,1 Potenzialità max. teorica (GWh/anno) * Energia elettrica prodotta lorda (GWh) Tasso di funzionamento (%) 22,723,539,532,738,748,557,4 * ore / anno di funzionamento

34 Produzione di elettricità da impianti connessi alla rete alimentati a legna e assimilati Annon° impiantiPotenza efficiente lorda (MWe) Consumo teorico di biomassa * (kt) * ore / anno di funzionamento

35 Contributo allemissione di certificati verdi per fonte (GWh) Incremento % Biomasse e rifiuti143, Idroelettrica419,7586,640 Geotermia185,6482,9160 Eolica164,5180,710 Totale913,31.481,2

36 Limiti per le emissioni prodotte da impianti a biomasse stabiliti dal DPCM 8 marzo 2002 (mg / Nm 3 ) Potenza termica impianto (MW) 0,15 - 3> 3 - 6> > 20 Polveri totali * Carbonio organico totale (COT) * Monossido di carbonio (CO) * * Ossidi di azoto (NO 2 ) * * Ossidi di zolfo (SO 2 ) 200 * Valori medi giornalieri

37 Disponibilità di residui agro-industriali (kt/anno - elaborazione ITABIA 2003) CategorieDisponibilità potenziale Disponibilità effettiva Usi attuali Lavorazione del legno Pannelli, energia Riciclo legno Pannelli, energia Industria carta270150Energia Industria olearia450400Energia, compost Industria enologica450300Energia, compost Industria conserviera340300Energia, compost Industria risaria330280Energia, zootecnia Totale

38 Quantitativi annui di residui agricoli (kt s.s. - elaborazione ITABIA 2003) ColtureDisponibilità potenziale Disponibilità effettiva Erbacee Industriali Arboree Totale

39 Le colture energetiche Le colture energetiche possono essere classificate in: Colture alcooligene, amidacee o zuccherine, per la produzione di etanolo (cereali, barbabietola, patata, sorgo zuccherino, topinambur etc.) Colture oleaginose per la produzione di biodiesel (colza, girasole etc.) Colture erbacee ad elevata efficienza fotosintetica per la produzione di biomassa combustibile (sorgo da fibra, cardo, canna comune, miscanto, panico etc.) Colture arboree a rapida crescita (Short Rotation Forestry) per la produzione di biomassa combustibile (robinia, salice, pioppo, eucalipto, ginestra etc.)

40 Terreni potenzialmente utilizzabili per colture energetiche Terreni fertili, ma eccedentari per quel che riguarda le produzioni alimentari e destinati quindi al set-aside Terreni utilizzati in passato, ma abbandonati nellultimo ventennio per diverse ragioni ambientali, sociali, economiche, strutturali etc. (terreni marginali)

41 Ripartizione della superficie aziendale italiana secondo luso dei terreni (kha - dati ISTAT 2002) Superficie agricola utilizzata (SAU) Superficie a boschi Altra superficie Totale Nord Centro Sud Italia

42 Ripartizione della SAU secondo luso dei terreni (kha - dati ISTAT 2002) SeminativiPrati permanenti e pascoli Coltivazioni permanenti Totale Nord Centro Sud Italia

43 Domande di set-aside in Italia (kha - dati AIMA / AGEA 2004) Anno di riferimento 98/9999/0000/0101/0202/0303/04 Set-aside totale169,0235,5210,5235,0222,6219,1 di cui no-food14,326,822,421,422,322,5

44 Colture da biomassa: specie potenzialmente coltivabili in Italia SpecieCiclo di produzioneProdotto intermedio Prodotto trasformato KenafErbacea annualeFibraLegno e fibre sminuzzate Balle e fascine di residui CanapaErbacea annualeFibra MiscantoErbacea poliennaleFibra Canna comuneErbacea poliennaleFibra Sorgo da fibraErbacea annualeFibra CardoErbacea poliennaleFibra PanicoErbacea poliennaleFibra RobiniaLegnosa poliennaleLegno GinestraLegnosa poliennaleLegno EucaliptoLegnosa poliennaleLegno SaliceLegnosa poliennaleLegno PioppoLegnosa poliennaleLegno

45 Le colture da biomassa: principali risultati delle attività di ricerca e sperimentazione Risultati migliori con le colture poliennali (pioppo, salice ed eucalipto fra le specie arboree, miscanto, canna e panico fra le erbacee); cicli colturali variabili fra 3 anni (salice) e anni (pioppo) Massima produttività in pieno campo tonnellate di biomassa secca (umidità <= 10%) per anno in Europa e Nord America Propagazione per talee (specie arboree) o rizomi (miscanto); raccolta invernale con macchinario appositamente sviluppato ha di piantagione possono alimentare per un anno un impianto da 10 MW, sufficiente per fornire elettricità a abitazioni

46 Previsioni di sviluppo della filiera bioelettricità (incluso biogas) AnnoMWe installati

47 Previsioni di sviluppo della filiera bioelettricità (incluso biogas)

48 Previsioni di sviluppo delle filiere biodiesel e bioetanolo AnnoFiliera biodieselFiliera bioetanolo Superfici coltivate (10 3 ha) Biodiesel prodotto (10 3 t/anno) Superfici coltivate (10 3 ha) Bioetanolo prodotto (10 3 t/anno)

49 Consumi finali di energia per settore in Italia. Anni (ktep) Agricoltura e pesca Industria Trasporti Terziario e residenziale Altri usi Bunkeraggi Totale Fonte: ENEA - Rapporto Energia e Ambiente 2004

50 Consumi finali di energia per settore in Italia. Anni (%) Fonte: ENEA - Rapporto Energia e Ambiente 2004

51 Il settore trasporti e la Questione energetica Dipendenza energetica dellItalia nel 2003: 84,6 % Dipendenza dalle importazioni del settore trasporti italiano nel 2003: > 95 % Trasporto merci su strada: 73 % del totale Trasporto passeggeri su strada: 93 % del totale

52 Consistenza del parco autoveicoli in Italia. Anni (migliaia di veicoli) Autovetture circolanti Auto a benzina Auto a gasolio Auto a GPL o metano N° abitanti per autovettura2,111,891,781,72 Autocarri Autobus Totale Fonte: ENEA - Rapporto Energia e Ambiente 2004 (elaborazione dati ACI)

53 Consistenza del parco auto in Italia. Anni (milioni di veicoli) Fonte: ENEA - Rapporto Energia e Ambiente 2004 (elaborazione dati ACI)

54 Consumi di combustibili per autotrazione in Italia. Anni (migliaia di t) Benzina con e senza piombo Gasolio auto GPL Fonte: ENEA - Rapporto Energia e Ambiente 2004

55 Consumi di combustibili per autotrazione in Italia. Anni (milioni di t) Fonte: ENEA - Rapporto Energia e Ambiente 2004

56 Il settore trasporti e la Questione ambientale Inquinamento locale: effetti sulla salute (danni acuti e cronici) e sui manufatti Effetti su scala globale: alterazione degli ecosistemi acidificazione, eutrofizzazione, danni alla vegetazione spontanea, perdite di raccolti) e del clima (effetto serra)

57 Principali emissioni inquinanti provenienti dagli autoveicoli CO SO 2 NO x COV (o HC) NH 3 PM 10 PM 2,5 Inquinanti non regolamentati (aldeidi, Cl, metalli pesanti)

58 Stima delle morti premature causate dallinquinamento atmosferico in Europa. Anno 2000 (Fonte: CE - Programma CAFE) PaeseMilioni di abitanti (2003) Morti premature % popolazione Ungheria10, ,11 Belgio10, ,10 Germania82, ,08 Paesi Bassi16, ,08 Repubblica Ceca10, ,08 Italia57, ,07 Polonia38, ,07 Francia59, ,06 Austria8, ,05 Regno Unito59, ,05 Spagna40, ,03 Totale (23 Paesi)452, ,06

59 Linquinamento non conosce confini Percentuali di inquinamento riconducibili al trasporto transfrontaliero degli inquinanti (2000) Inquinanti prodotti in Italia e trasportati oltre frontiera Inquinanti prodotti allestero e depositati in Italia Ossidi di zolfo (SO 2 )53 %72 % Ossidi di azoto (NO x )55 %79 % Ammoniaca (NH 3 )17 %59 % Fonte: EMEP - Cooperative Programme for Monitoring and Evaluation of the Long-range Transmission of Air Pollutants in Europe

60 Principali provvedimenti per la riduzione delle emissioni inquinanti degli autoveicoli in Italia 1 gennaio 1993: obbligo catalizzatore, recepimento normativa europea per adozione standard Euro I sui veicoli di nuova immatricolazione 1 gennaio 1997: adozione standard Euro II 1 gennaio 2001: adozione standard Euro III 31 dicembre 2001: termine distribuzione benzina con piombo 1 gennaio 2006: adozione standard Euro IV

61 Emissione dei principali inquinanti atmosferici del settore trasporti. Anni (kt) Fonte: ENEA - Rapporto Energia e Ambiente 2004 (elaborazione dati APAT)

62 Variazione delle emissioni di CO 2 in Italia per settore. Anni (%) Fonte: ENEA - Rapporto Energia e Ambiente 2004 (Elaborazione su dati APAT)

63 Emissioni totali di gas ad effetto serra (milioni di t di CO 2 equivalente) Fonte: ENEA - Rapporto Energia e Ambiente 2004

64 La Direttiva 2003/30/CE (8 maggio 2003) Introduzione progressiva, negli stati membri dellUnione Europea, di una quota percentuale di biocombustibili e altri combustibili rinnovabili (idrogeno) in sostituzione di analoghi quantitativi di benzina e gasolio per autotrazione Si definiscono biocombustibili (o biocarburanti) tutte le sostanze liquide o gassose derivanti direttamente da biomasse

65 Motivazioni per la diffusione dei biocombustibili in Europa Riduzione dellinquinamento nelle aree urbane e dellemissione di gas serra Risparmio energetico e riduzione della dipendenza energetica Diversificazione e sviluppo dellagricoltura europea

66 Percentuali di aggiunta di biocombustibili e altri combustibili da fonti rinnovabili previste dalla Direttiva 2003/30/CE AnnoBiocombustibili (%) Idrogeno da gas naturale e fonti rinnovabili (%) , , , , (*) (*)85 (*) Obiettivi tendenziali da confermare

67 Biocombustibili esplicitamente citati nella Direttiva 2003/30/CE Bioetanolo Biodiesel Biogas Biodimetiletere Bio-ETBE (basato sul bioetanolo, il 47% è considerato rinnovabile) Biocombustibili di sintesi derivanti da biomasse (FT-liquids) Bioidrogeno Oli vegetali puri

68 Biocombustibili attualmente in uso Oli vegetali, ottenuti a partire da colture oleaginose e utilizzati generalmente sotto forma di derivati modificati chimicamente (esteri metilici) con il nome di biodiesel Alcool etilico (bioetanolo), ottenuto da colture zuccherine o amidacee, e suoi derivati chimici come letere etil ter- butilico (ETBE) Tecnologie di produzione da colture agricole dedicate consolidate e mercato in costante espansione

69 I biocombustibili in Europa e nel mondo (2003) Produzione Europea di biocombustibili: t, di cui: t di biodiesel (principali produttori: Germania, Francia e Italia) t di bioetanolo (destinato per la maggior parte alla trasformazione in ETBE, maggiore produttore Spagna) Produzione mondiale di bioetanolo: 18,3 milioni di t (maggiore produttore Brasile con 11,3 Mt) Produzione Italiana biodiesel: t

70 Produzione di biodiesel in Europa (UE15). Anni (kton)

71 Utilizzazione del biodiesel UsoPaeseVeicolo modificato Biodiesel puroGermania, AustriaNo Additivo fino al 5% senza etichetta Francia, ItaliaNo Additivo fino al 5% con etichetta Regno UnitoNo Miscele fino al 30% extra rete ItaliaNo Miscele al % con etichetta Repubblica CecaNo

72 Utilizzazione del biodiesel in Italia. Anni (kton) Fonte: Min. Ambiente e Territorio / ITABIA - Rapporto 2003 Le biomasse per lenergia e lambiente

73 Utilizzazione del bioetanolo UsoPaesePercentuale di aggiunta (% volume) Veicolo modificato Etanolo puroBrasile95,5Si E85Nord America, Svezia85Si Aggiunta alla benzina > 20% Brasile24No E5 - E10Nord America, Svezia5 - 10No ETBE (8-10%)Francia, Spagna3,6 - 4,4No

74 Il bioetanolo in Italia: il quadro legislativo 1985: Direttiva CEE n 536/85, che stabiliva sia il tenore massimo di ossigeno nelle benzine (2,5% in peso con facoltà dei singoli Stati membri di arrivare fino al 3,7%), sia il tenore massimo ammissibile dei singoli ossigenati permessi 1994: D.L n°280, che recepisce la direttiva europea e definisce i composti organici ossigenati miscelabili nei carburanti e le relative percentuali di aggiunta 2004: Decreto n°96 del del Ministero dellEconomia e delle Finanze (regolamento attuativo) che stabilisce lapplicazione delle aliquote ridotte già previste dalla Legge n°388/2000 nellambito di un progetto di durata triennale ( ), nel limite massimo di spesa annua pari a circa 15,5 milioni di

75 Vantaggi ambientali legati alluso del biodiesel Assenza di zolfo Assenza di idrocarburi policiclici aromatici Migliore combustione per la presenza di un maggiore quantitativo di ossigeno (riduzione delle emissioni di CO, HC e PM 10 ) Riduzione delle emissioni di CO 2 (riduzione media di 2,5 kg di CO 2 emessa per kg di gasolio sostituito) Totale biodegradabilità

76 Impatto ambientale di biodiesel vs. gasolio (parametri più significativi - LCA) ParametroUnità di misura Biodiesel 100%Gasolio Consumo di energiaMJ/km11,1626,29 Sostanze acidificantig/km6,743,75 Aldeidi e chetonimg/km0,0526,69 Alogenimg/km0, ,73 Gas serrag/km65,56258,27 Idrocarburi aromaticig/km0,010,03 PM 10 g/km0,160,42 Metallimg/km0,74216,0 Rifiuti ed effluenti varig/km1,270,02 Sostanze eutrofizzantig/km5,3811,38 Fonte: Venturi et Al., 2004

77 La filiera di produzione del biodiesel Fonte: Min. Ambiente e Territorio / ITABIA - Rapporto 2003 Le biomasse per lenergia e lambiente

78 La filiera di produzione del bioetanolo Fonte: Min. Ambiente e Territorio / ITABIA - Rapporto 2003 Le biomasse per lenergia e lambiente

79 Materie prime impiegate per la produzione italiana di bioetanolo nel 2003 ( t) Fonte: ENEA - Rapporto Energia e Ambiente 2004 (dati ASSODISTIL)

80 Produzione di etanolo da granella e stocchi di mais Etanolo da granella: - resa: 517,6 litri / tonnellata - enzima: mg / litro Etanolo da stocchi: - resa: 326,9 litri / tonnellata - enzima: ~ 22 g / litro Secondo stime NREL, per rendere il processo da stocchi competitivo con quello convenzionale, è necessario ridurre di almeno 10 volte il costo dellenzima

81 Conclusioni Le condizioni essenziali per produrre in Italia una frazione significativa dei biocombustibili necessari per lapplicazione della Direttiva 2003/30/CE sono: Certezza del quadro normativo e legislativo Disponibilità di capitali Disponibilità e certezza di approvvigionamento delle materie prime Adozione delle tecnologie più moderne (trasferimento rapido dellinnovazione dal mondo della ricerca al comparto produttivo) Collocazione sul mercato dei co-prodotti

82 e infine …… Pieno accordo fra tutti i soggetti interessati per la condivisione dei costi e dei benefici

83 Grazie per lattenzione Dr. Vito Pignatelli ENEA - UTS BIOTEC C.R. Casaccia - Via Anguillarese, S.M. di Galeria - Roma Tel Fax


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