ECOMONDO - RIMINI 7-10 Novembre 2007 1° Forum Nazionale su Biogas e Ricerca in Italia IL PROCESSO DI DIGESTIONE ANAREOBICA IN ITALIA: STORIA E PROSPETTIVE.

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1 ECOMONDO - RIMINI 7-10 Novembre 2007 1° Forum Nazionale su Biogas e Ricerca in Italia IL PROCESSO DI DIGESTIONE ANAREOBICA IN ITALIA: STORIA E PROSPETTIVE ECOMONDO - RIMINI 7-10 Novembre 2007 1° Forum Nazionale su Biogas e Ricerca in Italia IL PROCESSO DI DIGESTIONE ANAREOBICA IN ITALIA: STORIA E PROSPETTIVE AGROENERGIA - 9 Novembre 2007 Lorenzo Cassitto - Pierluigi Navarotto Politecnico di Milano - VSA Università di Milano Politecnico di Milano - VSA Università di Milano

2 ECOMONDO 2007L. Cassitto - P. Navarotto2 COME SI E SVILUPPATO LUTILIZZO DELLA DIGESTIONE ANAEROBICA IN ITALIA La digestione anaerobica nelle aziende agricole italiane, già dalla fine degli anni 70, era stata proposta come soluzione del pressante problema ecologico derivante dallo sviluppo degli allevamenti intensivi, particolarmente suinicoli.

3 ECOMONDO 2007L. Cassitto - P. Navarotto3 Una importante ricerca promossa dalla Regione Emilia Romagna (e coordinata dal CRPA, con esperti dellUniversità, dellENI, dellENEA e dellENEL) ha portato, nel periodo 1982-85, alla realizzazione di cinque impianti dimostrativi e di tre impianti sperimentali. IL TRATTAMENTO DEI REFLUI ZOOTECNICI

4 ECOMONDO 2007L. Cassitto - P. Navarotto4 Dalla ricerca, rivolta sopratutto agli aspetti ambientali sono risultati, come in parte previsto, i limiti nellabbattimento del carico organico e dei nutrienti (azoto e fosforo) ed un potenziale energetico degli effluenti zootecnici piuttosto basso e scarsamente remunerativo

5 ECOMONDO 2007L. Cassitto - P. Navarotto5 Sulla base di queste risultanze è stata sviluppata una soluzione di tipo semplificato (i cosiddetti impianti a freddo che utilizzano digestori orizzontali con coperture flessibili) con contenuti costi di realizzazione e interessanti vantaggi ambientali (contenimento della diffusione di odori sia dallimpianto, sia durante la distribuzione agronomica dei liquami, grazie alla loro buona stabilizzazione).

6 ECOMONDO 2007L. Cassitto - P. Navarotto6 Si trattava comunque di impianti finalizzati al contenimento dellimpatto ambientale, particolarmente alla riduzione della diffusione di odori sgradevoli, piuttosto che alla produzione di energia. Oggi lattenzione è posta prevalentemente sugli aspetti energetici e vi è il rischio di sopravvalutare i recuperi ottenibili dalla produzione di biogas.

7 ECOMONDO 2007L. Cassitto - P. Navarotto7 Il biogas prodotto della digestione anaerobica inizialmente veniva allontanato, e poi per motivi di sicurezza bruciato nelle torce. Solo in un secondo tempo si è pensato di utilizzare il biogas per la produzione di calore in caldaie con cui riscaldare il digestato, migliorando le rese degli impianti di depurazione. LUTILIZZO DEL CALORE DI ESUBERO DEL PROCESSO

8 ECOMONDO 2007L. Cassitto - P. Navarotto8 LO SFRUTTAMENTO DEL BIOGAS Lintroduzione di tariffe incentivanti per la produzione di energia elettrica (CIP6, certificati verdi), ha reso comveniente lutilizzo del biogas per alimentare motori endotermici per la generazione elettrica. Levoluzione tecnologica dei motori ha poi consentito il recupero del calore dal raffreddamento del motore e dei prodotti della combustione.

9 ECOMONDO 2007L. Cassitto - P. Navarotto9 LUTILIZZO DEL CALORE COGENERATO PER LESALTAZIONE DEL PROCESSO DI DIGESTIONE La produzione di elettricità attraverso lutilizzo di motori endotermici e il recupero del calore di raffreddamento, utilizzato per il controllo della temperatura del processo, consente di attuare trasformazioni termofile che permettono maggiori produzioni di biogas che a sua volta, con effetto sinergico, aumenta lelettricità prodotta.

10 ECOMONDO 2007L. Cassitto - P. Navarotto10 Numerose aziende agricole tedesche, hanno notevolmente implementato il trattamento dei reflui zootecnici grazie allaggiunta di biomasse sino ad abbandonare lattività zootecnica specializzando lazienda nella produzione di energia elettrica. LAGGIUNTA DI BIOMASSA PER ELEVARE IL CONTENUTO DI SV NEL REFLUO: GLI IMPIANTI A BIOMASSA FINALIZZATI ALLA PRODUZIONE DI ENERGIA

11 ECOMONDO 2007L. Cassitto - P. Navarotto11 Numerose sono le biomasse utilizzabili quali cereali da foraggio, erbai, cereali a granella, erbasilo, silomais, residui colturali vari; prodotti che si possono tutti comprendere sotto la denominazione di maprov (acronimo di materie prime di origine vegetale).

12 ECOMONDO 2007L. Cassitto - P. Navarotto12 Questa evoluzione, che è stata possibile in Germania grazie alla normativa sullutilizzo delle energie rinnovabili, si è riproposta anche per il nostro Paese con interventi legislativi sulla valorizzazione dellenergia elettrica da fonti rinnovabili, (Dlgs 387 del 2003 e Deliberazione n° 34 del 2005 della Autorità dellEnergia Elettrica e del Gas), che lhanno resa economicamente sostenibile.

13 ECOMONDO 2007L. Cassitto - P. Navarotto13 Linteresse è destinato ad aumentare ulteriormente se saranno approvati definitivamente gli emendamenti inseriti nella legge finanziaria che prevedono di valorizzare lenergia elettrica da biomasse agricole a ben 30 cent./kWh.

14 ECOMONDO 2007L. Cassitto - P. Navarotto14 Và posta attenzione quando, agli effluenti dallevamento, si vuole aggiungere altra biomassa vegetale. In questo caso è infatti indispensabile verificare con attenzione la sostenibilità ambientale in relazione allaumento del carico azotato: allesistente carico di azoto escreto dagli animali si aggiunge infatti quello contenuto nella biomassa.

15 ECOMONDO 2007L. Cassitto - P. Navarotto15 Linterpretazione più corrente a livello europeo prevede che, essendo la Direttiva Nitrati relativa agli effluenti dallevamento, il rapporto di 170 o 340 kg/ha di SAU debba essere rispettato nei confronti di questi mentre lazoto apportato con le biomasse vegetali debba essere sommato a questo e gestito correttamente allinterno del Piano di Utilizzazione Agronomica stilato sulla base del Codice di Buona Pratica Agricola.

16 ECOMONDO 2007L. Cassitto - P. Navarotto16 GLI EFFETTI SULLECONOMIA RURALE DELLUTILIZZO DI BIOMASSA PER SCOPI SOLO ENERGETICI La destinazioneenergeticadei terreni richiede grandi superfici disponibili, un ettaro di biomassa produce circa 5 kW di potenza elettrica.

17 ECOMONDO 2007L. Cassitto - P. Navarotto17 La tensione sui prezzi dei prodotti agricoli rende insicura la disponibilità dei terreni. Un aumento del prezzo del prodotto agricolo può provocare o un cambiamento di destinazione duso (da energetico o alimentare) o una diseconomia nella produzione energetica. Inoltre le grandi superfici devono essere vicine allimpianto per ragioni di trasporto e non possono essere sostituite con altre lontane.

18 ECOMONDO 2007L. Cassitto - P. Navarotto18 I sottoprodotti dellagricoltura invece non sono soggetti a tensioni di mercato e rappresentano la vera alimentazione per gli impianti di conversione anaerobica in energia. Si chiude così il ciclo del carbonio con grande vantaggio per lambiente.

19 ECOMONDO 2007L. Cassitto - P. Navarotto19 LA TECNOLOGIA

20 ECOMONDO 2007L. Cassitto - P. Navarotto20 Biomasse e rifiuti organici suscettibili di trattamento anaerobico e loro produttività indicativa in m 3 /t di S.V. (solidi volatili)

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22 ECOMONDO 2007L. Cassitto - P. Navarotto22 Le diverse componenti organiche che confluiscono nel digestore subiscono, se necessario un pretrattamento che le rende adatte alla miscela con le altre componenti. Limpianto produce energia che può alimentare anche i consumi della sezione aerobica

23 ECOMONDO 2007L. Cassitto - P. Navarotto23 La componente umida dei rifiuti solidi urbani è una delle più importanti, se non la più importante fonte di energia rinnovabile da biomasse in particolare in Inghilterra. Come si vede dallo schema precedente la digestione anaerobica può essere seguita da una seconda fase di degradazione aerobica di finitura con alcuni significativi vantaggi (e alcuni svantaggi minori): IL CONTRIBUTO DELLA FRAZIONE ORGANICA DEI RSU

24 ECOMONDO 2007L. Cassitto - P. Navarotto24 La digestione anaerobica avviene in impianti chiusi, con controllo degli odori e assenza di emissioni gassose - il biogas prodotto viene infatti utilizzato e non disperso. La digestione anaerobica avviene in impianti chiusi, con controllo degli odori e assenza di emissioni gassose - il biogas prodotto viene infatti utilizzato e non disperso. Il digestato avviato successivamente alla degradazione aerobica (compostaggio) è un prodotto semi stabilizzato e risulta così più facile il controllo degli odori. Il digestato avviato successivamente alla degradazione aerobica (compostaggio) è un prodotto semi stabilizzato e risulta così più facile il controllo degli odori.

25 ECOMONDO 2007L. Cassitto - P. Navarotto25 PROCESSO AERANAERO (Fonte Studio Magnani Milano) Questo sistema esalta la valorizzazione della sostanza organica. IL PROCESSO CONSTA DI 3 FASI DISTINTE: FASE AEROBICA FASE AEROBICA FASE ANAEROBICA FASE ANAEROBICA SECONDA FASE AEROBICA SECONDA FASE AEROBICA

26 ECOMONDO 2007L. Cassitto - P. Navarotto26 I diversi passaggi consentono di sfruttare il calore generato nella prima fase a vantaggio della trasformazione in biogas che viene implementata dalla temperatura raggiunta dalla massa di digestato. Infine la fase finale stabilizza il digestato conferendo al prodotto ottime caratteristiche di ammendante e buone capacità fertilizzanti.

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28 ECOMONDO 2007L. Cassitto - P. Navarotto28 La produzione teorica espressa in glucosio equivalente di un ettaro di terreno è di 20 t/ha. La produzione teorica espressa in glucosio equivalente di un ettaro di terreno è di 20 t/ha. La sua combustione genera 7,5 t.e.p. Riferita alla produzione annua di biomasse dellintero globo sarebbe pari a 37 miliardi di t.e.p., pari al 12% delle riserve mondiali di petrolio e capace di sopperire alle esigenze energetiche di centinaia di miliardi di persone. Purtroppo la produzione di biomassa è prevalentemente necessaria per usi alimentari e i numeri suddetti sono del tutto astratti. ASPETTI ENERGETICI

29 ECOMONDO 2007L. Cassitto - P. Navarotto29 Inoltre per ricavare energia dalle attività agricole bisogna spendere altra energia così detta sussidiaria, di origine prevalentemente fossile, capace addirittura di superarla. Bisogna quindi fare un bilancio di disponibilità di superfici residuali per la produzione energetica e uno di energia netta ricavabile dai terreni.

30 ECOMONDO 2007L. Cassitto - P. Navarotto30 Nella società primitiva luso dellenergia sussidiaria era modesto: lavoro di aratura fatto dalluomo o dagli animali, raccolta e conservazione delle sementi; lenergia solare immagazzinata dalle piante era nettamente superiore a quella sussidiaria spesa dalluomo. Oggi la meccanizzazione dellagricoltura, i fertilizzanti chimici, gli antiparassitari, i fitofarmaci aumentano la produttività del terreno (ma anche la quantità di energia solare fissata chimicamente per unità di superficie coltivata) e richiedono grandi quantità di energia sussidiaria. Oggi la meccanizzazione dellagricoltura, i fertilizzanti chimici, gli antiparassitari, i fitofarmaci aumentano la produttività del terreno (ma anche la quantità di energia solare fissata chimicamente per unità di superficie coltivata) e richiedono grandi quantità di energia sussidiaria.

31 ECOMONDO 2007L. Cassitto - P. Navarotto31 È opportuno allora introdurre un indice R che commisuri la quantità di energia immagazzinata dalla produzione agricola rispetto allenergia sussidiaria impiegata; R = Energia Immagazzinata / Energia Sussidiaria

32 ECOMONDO 2007L. Cassitto - P. Navarotto32 Valore di R per diverse coltivazioni e produzione di alimenti

33 ECOMONDO 2007L. Cassitto - P. Navarotto33 Rapporto R tra lenergia immagazzinata e energia sussidiaria in funzione dellenergia sussidiaria utilizzata

34 ECOMONDO 2007L. Cassitto - P. Navarotto34 Lagricoltura col progresso tecnologico da accumulatrice diventa consumatrice di energia: mentre nelle società poco evolute il valore di R è superiore a 10, nelle società più evolute R tende ad avvicinarsi a 1 e talvolta ad avere valore inferiori. Questo bilancio sfavorevole viene chiuso usando le risorse energetiche (petrolio, metano, carbone) accumulate dal processo di fotosintesi nelle precedenti ere geologiche.

35 ECOMONDO 2007L. Cassitto - P. Navarotto35 CONCLUSIONI Le colture dedicate alla produzione di biomassa per usi energetici dovranno avere una estensione sempre più limitata anche tenendo conto della dinamica demografica orientata ai 9 10 miliardi di persone nel 2050. Le colture dedicate alla produzione di biomassa per usi energetici dovranno avere una estensione sempre più limitata anche tenendo conto della dinamica demografica orientata ai 9 10 miliardi di persone nel 2050. I terreni saranno sempre più necessari per usi alimentari e civili.

36 ECOMONDO 2007L. Cassitto - P. Navarotto36 Per le aree comunque destinate alla produzione energetica andrà individuata la coltura più adatta allo scopo, secondo le caratteristiche e il mercato locali: biomassa per digestione anaerobica; mais, barbabietole, canna da zucchero per produzione di bioetanolo; girasole, colza, soia, ecc. per la produzione di biodisel. Per le aree comunque destinate alla produzione energetica andrà individuata la coltura più adatta allo scopo, secondo le caratteristiche e il mercato locali: biomassa per digestione anaerobica; mais, barbabietole, canna da zucchero per produzione di bioetanolo; girasole, colza, soia, ecc. per la produzione di biodisel.

37 ECOMONDO 2007L. Cassitto - P. Navarotto37 Alla trasformazione energetica andranno destinati i sottoprodotti delle attività agricola o/e più in generale umana utilizzabili allo scopo, in particolare la produzione di biogas mediante digestione anaerobica. Alla trasformazione energetica andranno destinati i sottoprodotti delle attività agricola o/e più in generale umana utilizzabili allo scopo, in particolare la produzione di biogas mediante digestione anaerobica.

38 ECOMONDO 2007L. Cassitto - P. Navarotto38 In questo modo verranno recuperati e trasformati in energia tutti quei residui che altrimenti, per fenomeni anaerobici naturali, produrrebbero metano che si disperderebbe in atmosfera. (il metano (CH 4 ) ha un effetto serra pari a 25 volte lanidride carbonica (CO 2 )) In questo modo verranno recuperati e trasformati in energia tutti quei residui che altrimenti, per fenomeni anaerobici naturali, produrrebbero metano che si disperderebbe in atmosfera. (il metano (CH 4 ) ha un effetto serra pari a 25 volte lanidride carbonica (CO 2 ))

39 ECOMONDO 2007L. Cassitto - P. Navarotto39 La digestione aerobica/anaerobica/aerobica dei residui agricoli genera un digestato stabilizzato di buone caratteristiche ammendanti per lintegrazione e la bonifica dei terreni trattati con concimi chimici di origine fossile. La digestione aerobica/anaerobica/aerobica dei residui agricoli genera un digestato stabilizzato di buone caratteristiche ammendanti per lintegrazione e la bonifica dei terreni trattati con concimi chimici di origine fossile.

40 ECOMONDO 2007L. Cassitto - P. Navarotto40 Si chiude così il ciclo del carbonio. Si chiude così il ciclo del carbonio. Infatti il miglior modo per poter continuare a produrre energia rinnovabile da prodotti agricoli consiste nel rinnovare la fertilità del suolo, restituendogli gli elementi essenziali sottratti dalla biomassa.