Bilanci di CO2eq in agricoltura e

possibilità di miglioramento offerte

dalle nuove tecnologie

Arpa Piemonte - Dipartimento Provinciale di Cuneo

Silvio Cagliero

Enrico Brizio Torino, 17 novembre 2011

Aspetti ambientali legati all’energia da fonte rinnovabile

limiti di qualità dell’aria;

limitazione/controllo delle emissioni;

uso delle M.T.D.;

bilanci emissivi positivi;

efficienza energetica (anche termica!);

origine e trasporto delle biomasse;

odori (& VOC);

temi legati al global warming;

aspetti ambientali della produzione di

biomasse (acqua, fertilizzanti, uso del

territorio, trasporti);

digestione anaerobica (letami/liquami + colture energetiche)

combustione/gassificazione di legna (steam/organic Rankine cycle)

olio vegetale (motori) da molto lontano

spinta: odori, stabilità biologica, produzione di energia e

NOx

CO2: rapporto con gli scenari regionali e nazionali

Fonte: ARPA CN + Provincia CN + FA T.Fenoglio

Inventario provinciale delle emissioni (PM10 primari+secondari)

Fonte: ARPA CN

Fattori di formazione del particolato secondario:

SO2 0.54; NOx 0.88; NH3 0.64.Fonte: EEA

NB: il dato di particolato secondario stimato si riferisce alla quota

“inorganica”, ovvero ai contributi derivanti da NOx, SOx e NH3

La Provincia di Cuneo è caratterizzata da un’attività di

allevamento intensivo:

1. 550.000 abitanti;

2. 428.000 bovini

3. 824.000 suini

4. 6.500.000 avicoli

5. che producono reflui zootecnici per più di 8 milioni di

tonnellate all’anno;

6. Nella Provincia, 50.000 ha sono destinati alla produzione

di mais (173.000 in Regione Piemonte) e 30.000 ha

(130.000 in Regione) ad altri cereali (grano, sorgo,

triticale).

Agricoltura in Provincia di CN: dati salienti

Azoto escreto:

37.000 t/y

Azoto nei concimi:

8.000 t/y

Inventario provinciale delle emissioni (NH3 agricolo)

~16.800 t/y in atmosfera

Fonte: ARPA CN + Provincia CN + FA T.Fenoglio

Inventario provinciale delle emissioni (CH4 agricolo)

~ 35.600 t/y in atmosfera

Fonte: ARPA CN + Provincia CN + FA T.Fenoglio

~ 1.380 t/y in atmosfera

Inventario provinciale delle emissioni (N2O agricolo)

Fonte: ARPA CN + Provincia CN + FA T.Fenoglio

Emissioni complessive di gas serra dall’agricoltura

Fonte: ARPA CN

428.000 bovini + 824.000 suini (8 Mton di reflui)

50.000 ha x mais, 30.000 ha per altri cereali

DGR 28/09/2009 n. 30-12221 stabilisce che il 5% dei

campi coltivati possono essere dedicati alle energy crops

per la DA: 150.000 t/a di mais + 50000 t/a di altri cereali

potenziale produttivo “sostenibile” della co-DA in

provincia di CN:

Provincia di Cuneo: le potenzialità per la digestione anaerobica

Al netto del riscaldamento

dei digestori

13,5% del consumo

provincialeFonte: ARPA CN

Impianti a biogas autorizzati in provincia di CN al 31/12/2010

Fonte: ARPA CN

28 impianti a biogas regolarmente autorizzati

alimentazione: 150.000 t/a reflui bovini + 68.000 t/a liquami

suini, 114.000 t/a mais + 43.000 t/y altri cereali (42% del tot)

energia termica dispersa per il 70-80% del disponibile

Peso delle emissioni indirette di GHG dallo stoccaggio a valle della co-DA

NB: il dato Arpa trascura il contributo di CH4 e di N2O del motore a c.i.

nonché le emissioni legate a trasporto e coltivazione della biomassa

270 g CO2eq/kWh th

496 g CO2eq/kWh el

Benefici ambientali

G.A. Blengini et al. / Resources,

Conservation and Recycling 57 (2011) 36– 47

Fonte: ARPA CN

Bilancio di gas serra nella configurazione “sostenibile”

Produzione elettrica: 496 g CO2/kWhe;

Massima cogenerazione (gas e gasolio)

10.314 t CH4/y sono evitati dalla gestione

tradizionale dei reflui;

Potenziale di post-metanazione dallo stoccaggio

digestato: 5% del biogas prodotto (192 g CO2

eq/kWhe);

Si trascura l’incremento di volatilizzazione di

NH3.

-818.000 t CO2 eq/y con recupero del biogas da stoccaggio

(>10% delle emissioni di CO2 provinciali)

Fonte: ARPA CN

Produzione elettrica: 496 g CO2/kWhe;

Cogenerazione al 25% del disponibile (gas e

gasolio)

258 t CH4/y sono evitati dalla gestione tradizionale

dei reflui;

Emissioni indirette della co-DA (600 g CO2

eq/kWhe);

Si trascura l’incremento di volatilizzazione di NH3.

Bilancio di gas serra nella configurazione autorizzata

-20.000 t CO2 eq/y con recupero del biogas da stoccaggio

vantaggi in termini di gas serra sono vanificati dalle

emissioni indirette e dallo scarso uso del termico

le emissioni indirette prese a riferimento vengono

confermate da elaborazioni Arpa (400 ± 67 g CO2eq/kWhel)

nonchè da dati LCA del PoliTO (542 g CO2eq/kWhel per

una alimentazione 50-50)

Fonte: ARPA CN

Bilanci ambientali a scala regionale e locale

Configurazione “sostenibile”

Configurazione autorizzata

+ 177 t/y di PM10

secondari!!

Aumento del contenuto di azoto del digestato ( 880 →1546 t N/a)

+ 196 t/y di PM10 secondari!!

Confronto tra fonti fossili ed energie rinnovabili

*

*cui si sommano oltre 100 t/y di NH3 aggiuntive se non diversamente contenute

Database per i bilanci emissivi delle FER

maggiori preoccupazioni:

emissioni indirette di CO2 dalle fonti rinnovabili;

emissioni di NOx e PM dalle FER (anche quando le MTD

sono applicate);

efficienza energetica e recupero dell’energia termica

disponibileFonte: ARPA CN

Conclusioni: la via alla sostenibilità è tecnologica

La produzione di energia da fonte rinnovabile può comportare pesanti

conseguenze ambientali, quali il peggioramento della qualità dell’aria, in

particolare in regioni delicate come la pianura padana. I punti chiave per la

sostenibilità di tali soluzioni energetiche sono:

perseguimento di bilanci emissivi positivi o neutri sulla scala locale

(impiego dell’energia termica cogenerabile, scelte coerenti di dimensione e

localizzazione degli impianti)

B.A.T. → tecniche di abbattimento & scelte di processo

prospettive pianificatorie: scarti agricoli, sottoprodotti o colture

energetiche (l’impatto della coltivazione di diverse colture energetiche necessita

di essere chiarito, così come il consumo di acqua e fertilizzanti)? In quali

proporzioni con i liquami?

teleriscaldamento,

utenze termiche industriali,

concentrazione/evaporazione digestato

SCR, ossidazione termica e catalitica, produzione biometano

HRT, regime termico, stoccaggio captato e combustione (!)

Abbattimento NH3, copertura degli stoccaggi, produzione

fertilizzante alto secco, spandimento BAT

Tendenza alla compatibilità e sfide tecnologiche

post-combustore termico rigenerativo: rispetto del limite di

COT, effetto SNCR sugli NOx, surplus termico, eliminare catox →

verifica dei consumi energetici e del recupero termico a valle;

combustione magra: riduzione a 250 mg NOx/Nm3, migliore

assorbimento delle oscillazioni del biogas → verifica del

rendimento elettrico;

uso di SCR: riduzione a 150 mg NOx/Nm3, combustione meno

magra → verifica della sostenibilità economica vs taglia di impianto

e del recupero termico a valle (Dp), necessità di pre-trattamento del

biogas;

riduzione delle biomasse agricole, scelta di biomasse meno

impattanti, ricorso a sottoprodotti;

recupero del biogas residuale e strippaggio dell’ammoniaca;

utilizzo dell’energia termica per essiccazione evaporazione

concentrazione del digestato e produzione di fertilizzanti ad alto

secco;

upgrading del biogas → bio-metano

Strippaggio dell’ammoniaca nella vasca di stoccaggio

98 m3/d

absorbing tower

300 Nm3/d

Efficienza di rimozione dell’ammoniaca

300 Nm3 CH4/d = 48 kWe + 50÷55 kWth

Max power requirement = 62 kW

max thermal requirement = 53 kW during the winter

1) Reduce hydrostatic head

2) Increase post-methane

production up to 5 times

3) Strong public subsidies

Fonte: ARPA CN

Tecniche per l’upgrading del Biogas: rimozione della CO2

Massimo contenuto di CO2 nel bio-metano: 3% v/v

Water scrubbing PSA

Post-combustor to

reduce CH4 losses

Recirculation to

reduce CH4 losses

Any 1% of methane loss corresponds to the ordinary CH4 slip from the engine (50 g CO2eq/kWhe)

Grazie

dell’attenzione!

Arpa Piemonte - Dipartimento Provinciale di Cuneo