La digestione anaerobica riduce l'impronta del carbonio ... · efnt trcon crto tencte s di metano...
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Assessment, Life Cycle CostingAssessment, Life Cycle Costing
Ecomondo, Rimini • 7 Novembre 2013Ecomondo, Rimini • 7 Novembre 2013
Centro Ricerche Produzioni Animali – C.R.P.A. S.p.A.
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Laura Valli, Stefano PignedoliClaudio Fabbri, Sergio Piccinini
CRPA spa – Reggio Emilia
La digestione anaerobicariduce l'improntadel carbonio delle produzioni agrozootecniche?
Convegno Ecomondo, Rimini 7 novembre 2013Convegno Ecomondo, Rimini 7 novembre 2013Strumenti per la valutazione della sostenibilità dei processi. Strumenti per la valutazione della sostenibilità dei processi. Carbon&Water Footprint, LCA, MFA, analisi multicriteriale, Carbon&Water Footprint, LCA, MFA, analisi multicriteriale, Social Life Cycle Assessment, Life Cycle CostingSocial Life Cycle Assessment, Life Cycle Costing
Le emissioni di GHG dal settore agricolo
Il contributo del settore agricolo alle emissioni globali di gas serra (GHG) ammonta, a livello nazionale, al 6.5%, ponendo l’agricoltura al secondo posto dopo il settore energetico (che include i processi di combustione di tutti i settori) e alla pari con quello industriale.
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Convegno Ecomondo, Rimini 7 novembre 2013Convegno Ecomondo, Rimini 7 novembre 2013Strumenti per la valutazione della sostenibilità dei processi. Strumenti per la valutazione della sostenibilità dei processi. Carbon&Water Footprint, LCA, MFA, analisi multicriteriale, Carbon&Water Footprint, LCA, MFA, analisi multicriteriale, Social Life Cycle Assessment, Life Cycle CostingSocial Life Cycle Assessment, Life Cycle Costing
La digestione anaerobica in agricoltura
● notevole potenzialità nella mitigazione delle emissioni di GHG dal settore agricolo (vedi rapporti FAO e IPCC)
● tecnica win-win: riduzione diretta delle emissioni nella fase di gestione delle deiezioni, riduzione indiretta delle emissioni per la sostituzione di energia fossile
● notevole diffusione in Italia degli impianti che trattano effluenti di allevamento da soli o in miscela con altre biomasse
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Diffusione degli impianti di DA
Censimento impianti di digestione anaerobica a fine 2012, (CRPA 2013)
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Obiettivo dello studio
Determinare l'impronta del carbonio, con metodologia LCA, di alcune tipologie di impianti di digestione anaerobica applicati al settore agro-zootecnico
Valutare l'impatto ambientale, in relazione alle emissioni di gas serra, che comporta l'introduzione di un impianto di DA in una azienda agro-zootecnica, confrontando alcune possibili filiere, fra le più diffuse
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Le filiere analizzate
Impianto da 600 kWel alimentato a:
sole colture energetiche (silomais)
colture energetiche (30%) + effluenti di allevamento (70%)
soli effluenti di allevamento
soli effluenti di allevamento (vasca digestato scoperta)
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Unità funzionale e confini del sistema
L'unità funzionale, ossia l'unità di riferimento rispetto a cui sono calcolati gli impatti, è il kWhel immesso in rete (ossia al netto degli autoconsumi)
I confini del sistema considerano l'impianto di digestione anaerobica, escludendo quelle fasi che non subiscono variazioni rispetto a una azienda priva di impianto, quali, ad esempio, la parte relativa alla produzione zootecnica, che si ipotizza rimanga invariata
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Confini del sistema
Gli effluenti zootecnici entrano senza un carico di impatto
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Metodologia e ipotesi considerate
metodologia IPCC per emissioni N2O e di CH4 (GWP da IPCC 2007: CH4 = 25; N2O = 298)
emissioni di N2O dovute alle fertilizzazioni azotate e consumi energetici per lavorazione delle colture: considerate solo per colture energetiche
credito attribuibile al contenuto fertilizzante del digestato, in sostituzione dei fertilizzanti di sintesi (per colture energetiche)
lo stoccaggio del digestato sostituisce lo stoccaggio del liquame (nel caso della azienda zootecnica)
energia termica valorizzata solo per riscaldamento digestore
diversa produttività e autoconsumi per impianto a effluenti e a silomais
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Emissioni CH4 dalla vasca del digestato
Temperatura del digestato superiore di 4-5°C rispetto al liquame tal quale
È importante che la vasca di stoccaggio del digestato sia coperta
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Filiera colture energetiche
● Copertura dello stoccaggio del digestato per metà del volume
● Emissioni CH4 da stoccaggio scoperto del digestato = 50% di quelle del liquame tal quale
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Filiera colture energetiche
● La superficie delle colture (194 ha) è quella necessaria per produrre il silomais necessario per la potenza elettrica richiesta (600 kW)
● Digestato usato per fertilizzare il mais
● Considerando il fabbisogno della coltura (280 kgN/ha), e della efficienza agronomica dell'azoto del digestato, è necessaria l'integrazione con urea
● Sono conteggiati i consumi energetici delle macchine per la lavorazione del silomais e per lo spandimento del digestato
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Filiera colture energetiche + effluenti di allevamento
● Impianto alimentato per 70% a liquame e per 30% a colture energetiche (silomais)
● Percentuale di sostanza organica fornita al digestore dall'insilato è del 64%
● Riduzione delle emissioni CH4 stoccaggio scoperto del digestato rispetto a liquame tal quale = 50% (credito liquame)
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Filiera colture energetiche + effluenti di allevamento
● La superficie del silomais necessaria è di 148 ha
● Digestato usato per fertilizzare mais (280 kgN/ha), va integrato con urea, ma per rispettare dosi massime di azoto zootecnico, una parte va esportata
● Credito da digestato (sostituzione fertilizzanti) e emissioni N2O: conteggiate solo quelle dovute al digestato da colture energetiche
● Consumi energetici per spandimento ed esportazione digestato (solo quota colture energetiche)
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Filiera effluenti di allevamento (con e senza copertura dello stoccaggio)
● Impianto alimentato con liquame bovino
● 2 filiere: con stoccaggio digestato totalmente scoperto, con stoccaggio digestato coperto per metà
● Riduzione emissioni CH4 da stoccaggio del digestato rispetto al liquame tal quale = 50%. La riduzione agisce su tutto il digestato, in quanto è prodotto solo dal liquame
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Filiera effluenti di allevamento (con e senza copertura dello stoccaggio)
● Non si considerano emissioni di N2O da fertilizzazioni azotate (sarebbero uguali per il liquame tal quale)
● Il credito dovuto al valore fertilizzante del digestato non viene conteggiato perchè sarebbe stato uguale anche dal liquame
● Non conteggiati consumi energetici per spandimento ed esportazione digestato
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Contributi alle emissioni
produzione delle biomasse (emissioni di N2O dalla applicazione dei fertilizzanti ed emissioni di CO2 per la produzione dei fertilizzanti);
conversione delle biomasse, include le emissioni di CO2 per produrre i materiali dell'impianto e le perdite di CH4 per dispersioni dall'impianto (stimate pari a 1,5%);
emissioni dallo stoccaggio del digestato, che, negli scenari con effluenti, si traducono in un credito dovuto alle mancate emissioni di metano dallo stoccaggio degli effluenti di allevamento;
il credito dovuto alla sostituzione dei fertilizzanti di sintesi con il digestato (solo per la quota prodotta con le colture energetiche)
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Risultati
Impronta del carbonio delle filiere analizzate, a confronto con quella della produzione termoelettrica nazionale
Fonti: ISPRA Rapporto 172/2012; ENEL Rapporto ambientale 2012
F1: solo biomasse,vasca digestatocoperta 50%
F2: 70% liquame,30% biomasse,vasca digestatocoperta 50%
F3: solo liquamevasca digestatocoperta 50%
F4: solo liquamevasca digestatoscoperta
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Risultati
Impianto a sole biomasse (0,405 kg CO2eq/kWh)e impianto biomasse+effluenti (0,094 kg CO2eq/kWh): emissioni di GHG positive, ma significativamente inferiori a quelle del mix termoelettrico nazionale (pari a 0,561 kg CO2eq/kWh fonte Ispra; 0,795 CO2eq/kWh fonte Enel)
Impianto a soli effluenti di allevamento: emissioni GHG negative grazie alla riduzione delle emissioni di CH4 dallo stoccaggio
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Produzione elettrica nazionale
Fonte: ISPRA Rapporto 172/2012
Produzione termoelettrica nazionale per combustibile
Fattore di emissione della produzione elettrica e termoelettrica nazionale
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Emissioni di GHG per produzione kWh
Le emissioni di gas serra evitate con la produzione di EE da biogas stanno in un range 0,2-1,4 kg CO
2eq/kWh
el (mix termoelettrico italiano)
Se l'energia fossile sostituita è quella più inquinante (carbone) le emissioni di GHG evitate crescono a 0,5-1,8 kg CO
2eq/kWh
el
Fonte: rielaborazione CRPA su dati Ispra
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Dove intervenire per migliorare
● Minimizzare emissioni da vasca stoccaggio digestato
● Ridurre dispersioni (torcia)
● Aumentare l'efficienza dell'azoto del digestato:− minori dispersioni di azoto reattivo nell'ambiente− riduzione delle emissioni di N2O dirette e indirette− riduzione uso fertilizzanti di sintesi (energia per produrli)
● Sfruttare l'energia termica
● Produrre con tecniche agronomiche a basso input energetico, di fertilizzanti e fitofarmaci
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Conclusioni
● La digestione anaerobica offre una importante opzione di mitigazione delle emissioni di gas serra del settore agricolo (emissioni evitate 0,2-1,4 kg CO2eq/kWhel)
● Per massimizzare il risparmio di GHG è importante che gli impianti di DA− abbiano la vasca del digestato coperta,− trattino preferibilmente sottoprodotti e effluenti zootecnici,− abbiano elevata efficienza di trasformazione energetica,− utilizzino il calore prodotto in cogenerazione
● Vantaggi aggiuntivi: la digestione anaerobica riduce significativamente l'odore degli effluenti trattati e rende il digestato un materiale fluido ed omogeneo, che infiltra rapidamente nel suolo, riducendo anche le emissioni di ammoniaca attribuibili a questa fase
● Il digestato costituisce un utile prodotto fertilizzante a pronta azione, sostitutivo dei fertilizzanti di sintesi
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Ecomondo, Rimini • 7 Novembre 2013Ecomondo, Rimini • 7 Novembre 2013
Centro Ricerche Produzioni Animali – C.R.P.A. S.p.A.
www.crpa.it
Grazie per l'attenzione