Con la collaborazione di Assocostieri

Outlook Energetico

Fonti energetiche tradizionali: impiegano risorse che si consumano definitivamente trasformando materie prime in prodotti con processi irreversibili. (combustibili fossili)Fonti energetiche rinnovabili: impiegano risorse inesauribili. Le eventuali materie prime utilizzate possono essere reintegrate con costi ambientali nulli e senza utilizzare fonti energetiche tradizionali. I processi sono ciclicamente reversibili. (solare eolico idrico)

L’ olio vegetale ad uso energetico si configura come una Fonte energetica rinnovabile.

Gli oli vegetali:• sono estratti per spremitura meccanica dai semi delle piante oleaginose (girasole, colza, soia, ecc.). Caratteristica comune di tutte le oleaginose è quella di essere ricche di materie proteiche che, dopo l’estrazione dell’olio, sono impiegabili nell’alimentazione animale sotto forma di panelli. • possono essere utilizzati come combustibili nello stato in cui vengono estratti oppure dopo aver subito un processo chimico di raffinazione chiamato esterificazione.

Jatropha

Pianta semi-sempreverde che può raggiungere un'altezza fino a 5 m e vivere per 50 anni. Ai fiori succedono i frutti, capsule legnose tondeggianti che a maturazione si rompono liberando 3-8 piccoli semi scuri.

Luoghi di Coltivazione: Madagascar, Benin, Guinea e Capo-Verde. (coltivazioni sperimentali in Sicilia)

La produzione di olio di jatropha è interessante perché la pianta cresce in zone marginali aride e semi-aride dove non entra in competizione con colture alimentari ed ha una resa elevata pari a circa 1892 l/ha anno.

L’olio di jatropha si ottiene per macinazione e spremitura del seme con procedimenti esclusivamente meccanici.

Olio di palma

Il frutto della palma è grande quanto una grossa prugna e si sviluppa in caschi che pesano fino a 20 kg. Ogni frutto contiene un seme duro circondato da una polpa molle, chiamata mesocarpo: da ogni seme contenuto nel frutto è possibile estrarre olio pari a circa il 50% del peso.

L’olio di palma utilizzato come biocombustibile è del tipo RDB raffinato (Refined, Bleached & Deodorised palm oil) e viene importato prevalentemente dalla Malesia.

Girasole

Il girasole è una pianta annuale, a ciclo primaverile-estivo, che dimostra buona adattabilità e non presenta particolari esigenze.

Il processo di produzione dell’olio di girasole consiste nella macinazione e spremitura a freddo dei semi con lavorazioni esclusivamente meccaniche; il residuo della spremitura consiste in panelli che possono essere utilizzati come mangimi animali od eventualmente per altri impieghi energetici.

Colza Come per il girasole l’olio vegetale è ricavato dai semi per lavorazione esclusivamente meccanica. La colza cresce anche in climi più freddi quali quelli del centro-nord europa.

Soia

La soia viene utilizzata per l’estrazione degli oli vegetali soprattutto negli Stati Uniti. Come per le precedenti colture l’olio vegetale è ricavato per lavorazione esclusivamente meccanica.

Il ciclo produttivo dell’olio vegetale

Colture oleaginose

Raccolta – Trasporto – Stoccaggio

Produzione olio

Oli in turbine Farine disoleate

Produzione biodiesel

Estrazione meccanicaEstrazione meccanica e chimica

Oli in motori diesel Panello grasso

Produzione biodiesel

Per ottenere qualifica IAFR:Si sottopone al GSE una apposita domanda redatta in base a:1. Decreto MICA 11/11/1999 integrato dal Decreto MAP 18/03/2002;2. Decreto legislativo n. 387 del 29 dicembre 2003;3. Decreto MAP 24/10/2005.

Il GSE esamina e valuta la domanda presentata dal produttore; ogni domanda di qualifica sarà identificata dal GSE con un numero progressivo (NIAFR) a cui si potrà far riferimento per tutta la durata dell’istruttoria di valutazione e anche per la richiesta del successivo rilascio dei certificati verdi.

Requisiti minimi attualiGli impianti entrati in esercizio successivamente al 1°aprile 1999 a seguito di nuova costruzione, potenziamento, rifacimento totale o parziale, riattivazione e gli impianti che operano in co-combustione entrati in esercizio prima del 1° aprile 1999 che rispettino le condizioni specifiche previste per la qualificazione degli impianti nel suddetto decreto MAP 24/10/2005.

Qualifica IAFR

Fin dai primi anni 90 la politica energetica italiana ha posto grande attenzione alla produzione di energia elettrica mediante l’utilizzo di fonti rinnovabili. Tale politica ha portato alla stesura di una serie di leggi atte a garantire incentivazioni economiche ai produttori da fonte rinnovabile.

La prima iniziativa in tal senso è stato il provvedimento CIP 6/92 che fissava incentivi economici per la cessione di elettricità ottenuta da impianti alimentati da fonti rinnovabili e assimilate.

Il sistema di incentivazione della produzione di energia rinnovabile, introdotto dall'art.11 del decreto 79/99, prevede il superamento del vecchio criterio di incentivazione tariffaria (CIP 6/92), per passare ad un meccanismo di mercato basato sui Certificati Verdi, titoli emessi dal GSE che attestano la produzione di energia da fonti rinnovabili.

I certificati verdi

I certificati verdi

ANNO DI RIFERIMENTO

VALORE CERTIFICATI

VERDI [€/MWh]

PERIODO DI VALIDITA’

2006 125,28 2006-2007-2008

2005 108,92 2005-2006-2007

2004 97,39 2004-2005-2006

2003 82,40 2003

2002 84,18 2002

Alla produzione di energia elettrica da fonte rinnovabile con impianti in possesso della qualifica IAFR (Impianti Alimentati da Fonte Rinnovabile), viene riconosciuto un certificato verde (CV) ogni 50 MWh di energia prodotta. I certificati maturati hanno validità annuale e vengono emessi per 12 anni (in base al d.lgs. 152/06).

Il Decreto Bersani e le successive modifiche hanno imposto l'obbligo agli operatori che immettono in rete più di 100 GWh/anno di produrre almeno il 2% dell'elettricità da impianti da fonti rinnovabili. Tale obbligo viene incrementato dello 0,35% dal 2004 al 2006; la quota può essere perseguita mediante la messa in esercizio di impianti a fonte rinnovabile che producono tale quota di energia o l’acquisto nel mercato di corrispondenti quote di Certificati Verdi.

Vendita Energia elettrica (€/MWh)

Vendita Energia elettrica (€/MWh)GESTORE

MERCATO ELETTRICO

ImpiantiIAFR

ImpiantiFonte

tradizionale

Contrattazione bilaterale fra operatori

Certificati Verdi

Certificati Verdi

Vantaggi energetici degli impianti ad olio vegetale:

1. Sono IAFR e possono accedere ai certificati verdi;

2. Idonei alla cogenerazione (La cogenerazione consiste nell’utilizzare convenientemente l’ energia termica prodotta dal motore) per i seguenti motivi:

• Elevati rendimenti;• Possibilità di modulare la quota di energia elettrica e termica;• Taglia, dimensione ed impatti tali da permettere l’istallazione in siti vicini ad

utenze termiche.

L’utilizzo di impianti di cogenerazione di piccola taglia è auspicabile nell’ottica di decentralizzare la produzione energetica sfruttando anche la possibilità di realizzare reti di riscaldamento per uso residenziale.

Impianto di cogenerazione

Energia di alimentazione

Energia termica (40%)

Perdite (20%)

Energia elettrica (40%)

Valutazioni economiche

Gli impianti ad olio vegetale possono rappresentare una reale opportunità di investimento per gli operatori finanziari in quanto:

• possono contribuire al raggiungimento della quota pari al 22% dell’elettricità prodotta, su base comunitaria, da fonti energetiche rinnovabili entro il 2010; • possono contribuire alla crescita della filiera dell’agricoltura «no food» che rappresenta senz’altro una grande opportunità per la riconversione produttiva del settore agricolo.

Scelta della tipologia dell’ impianto:

• impianto di cogenerazione alimentato ad olio vegetale; • impianto di cogenerazione equipaggiato con impianto di spremitura e relativa filiera produttiva;

Valutazioni economiche

Per valutare i vantaggi derivanti da un eventuale investimento è necessario:

• individuare la tipologia di impianto con le opzioni per le diverse colture energetiche e le relative filiere di raccolta, spremiture e stivaggio;

• determinare i flussi massa energia in termini di materia prima, combustibile, energia termica ed elettrica;

• effettuare un’analisi tecnico economica con individuazione dei costi di progettazione autorizzazione, costruzione, valutazione impatto ambientale, esercizio, approvvigionamento.

ESEMPIO 1 : Impianto di cogenerazione ad olio vegetale

Potenza elettrica :1,4 MWeOre di funzionamento annue: 7.000 con olio vegetale e 52 ore annue a gasolio (per i cicli di accensione/spegnimento e per la manutenzione ordinaria).Costo complessivo dell’impianto = 987.000,00 €

In figura 1 è riportato l’andamento dell’indice di redditività del capitale investito (ROI) in funzione del costo dell’olio vegetale espresso in euro su tonnellata di prodotto.

In figura 2 è riportato, invece, l’andamento dell’indice di redditività del capitale investito (ROI) in funzione della variazione del valore dei certificati verdi a parità di costo dell’olio vegetale fissato in 500 €/t.

Fig. 1 - IMPIANTO 1,4 MW

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10

12

14

16

500 520 540 560 580 600 620 640 660 680 700 720 740

Costo olio vegetale (€/t)

RO

I (%

)

Fig. 2 - IMPIANTO 1,4 MW - Costo olio veg. 500 €/t

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

14,00

16,00

18,00

20,00

22,00

0,09 0,095 0,100 0,110 0,115 0,120 0,125 0,130 0,135 0,140 0,145 0,15

Valore Certificato Verde (€/KWh)

RO

I (%

)

Dati energetici

Eth annua tot (MWh/anno) 22.787

Energia Elettrica prodotta G/E (MWh/anno) 8.820

Energia Elettrica autoconsumata alimentazione olio (MWh/anno) 441

Energia Elettrica autoconsumata spremitrice (MWh/anno) 600

Consumo annuale Biomassa (t/anno) 2.260

EE valorizzata a Certificati Verdi (MWh/anno) 8.747

Energia Elettrica venduta (MWh/anno) 7.778

Energia termica scaricata impianto (MWhth/anno) 12.581

Energia termica acqua raffreddamento motore (MWhth/anno) 1.386

Consumo annuale gasolio (t/anno) 16

ESEMPIO 2: Impianto di filiera

Potenza elettrica :1,4 MWeOre di funzionamento annue: 7.000 con olio vegetale. L’impianto termoelettrico è corredato da:• impianto ausiliario di spremitura dell’olio vegetale • terreno agricolo di circa 2.500 ha per la produzione autonoma dell’olio vegetale. Costo complessivo dell’impianto integrato: 4.000.000,00 €.

In figura 3 è rappresentato l’andamento dell’indice di redditività del capitale investito (ROI) in funzione del costo di gestione del campo agricolo espresso in euro su ettaro per anno di coltivazione.

In figura 4 è riportato, invece, l’andamento dell’indice di redditività del capitale investito (ROI) in funzione della variazione del costo dei certificati verdi a parità di costo di gestione del campo coltivato fissato in 350 €/ha per anno.

Fig. 3 - Impianto di filiera da 1,4 Mwe

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

350 360 370 380 390 400 410 420 430 440 450 460 470 480 490 500

PREZZO GESTIONE CAM PO (€/HA ANNO)

RO

I (%

)

Fig. 4 - Impianto di filiera da 1,4 Mwe

-2%

-1%

0%

1%

2%

3%

4%

5%

6%

0,100 0,108 0,110 0,115 0,120 0,125 0,130 0,135 0,140 0,145 0,15

Valore Certificato Verde (€/KWh)R

OI

(%)

Studio di una filiera

La filiera dell’olio vegetale puro è costituita da:• fase di campo,che consiste nella coltivazione della coltura; • fase di estrazione e pulitura dell’olio; • fase di utilizzo.

Il processo di produzione dell’olio vegetale (soia, girasole, olio di palma etc.) consiste nella macinazione e spremitura a freddo per lavorazione esclusivamente meccanica del materiale raccolto; il residuo della spremitura è costituito da panelli che possono essere utilizzati come mangimi animali.

Le principali fasi dell'estrazione possono essere così sintetizzate:

Pulizia;Decorticazione;Macinazione;Riscaldamento e condizionamento;Spremitura;Depurazione;Miscelazione emulsione.

Pulizia

I semi, prima della lavorazione, devono essere separati dalle eventuali impurità (ferro, pietrisco, terra ecc.) provenienti dalle operazioni di raccolta in campo e trasporto nei sili. L'operazione si rende necessaria per ottenere una buona qualità del prodotto e per preservare l'integrità dell'impianto. I materiali metallici vengono facilmente eliminati con elettromagneti; per quelli non metallici, invece, si ricorre a vibrovagli.

Decorticazione

La decorticazione elimina lo strato protettivo ligno-cellulosico che caratterizza alcuni semi come quello del girasole. Questo non contiene olio e il relativo contenuto proteico è generalmente modesto. Conseguentemente, la decorticazione consente di diminuire la dimensione delle presse ed il consumo delle fasi di spremitura.Tipologia di decorticatori : a cilindro e a dischi. Principio su cui operano: leggera pressione sul seme per l'apertura del pericarpo e relativa separazione dalla mandorla mediante corrente d'aria. La decorticazione non è mai totale; tende, infatti, a raggiungere un compromesso fra eliminazione del pericarpo e perdita di sostanza grassa durante il processo.

Macinazione

L'olio è contenuto nelle cellule oleifere, all'interno di organuli citoplasmatici, detti vacuoli. La rottura di queste strutture, mediante schiacciamento (per lacerazione o laminazione), determina un incremento della velocità di estrazione che è inversamente proporzionale allo spessore delle lamine di seme. Lamelle troppo sottili, tuttavia, portano alla formazione di polveri che ostacolano il drenaggio del solvente nella relativa fase di estrazione.

Riscaldamento e condizionamento

Il riscaldamento aumenta la velocità di estrazione dell'olio e rende più efficiente il drenaggio della matrice proteica. Il condizionamento forma un film d'acqua sulla superficie del seme, in modo da favorire la diffusione dell'olio dall'interno verso l'esterno e determinare la rottura dei vacuoli residui.

Riscaldamento e condizionamento sono ottenuti con specifici dispositivi (cookers) che vengono sovrapposti alle presse.

Spremitura

Metodologia di estrazione che interessa solo i semi ad elevato contenuto in olio.

Spremitura totale: la maggior parte dell'olio presente viene estratto in un solo passaggio; Viene ottenuta impiegando presse continue, comporta un assorbimento di circa 45 kWh/t di seme e fornisce un panello con residuo oleoso minimo del 5-12%.

Spremitura parziale: si estrae una quantità minore e il residuo viene trattato chimicamente (estrazione con solvente) ottenendo alla fine del processo una farina disoleata. Tale tipo di spremitura lascia un contenuto in olio del 20-24%.

DepurazioneIn questa fase tutte le impurità più grossolane (frammenti di seme, farinette ecc.) sono rimosse con decantatori, vibrovagli o centrifughe.Le particelle più minute vengono invece eliminate con filtropresse.

Miscelazione emulsione

L’olio vegetale così prodotto viene emulsionato con acqua che svolge la funzione di volano termico nelle varie fasi del motore.Negli impianti di generazione dell’energia al motore si richiede di erogare per lunghi periodi di tempo una potenza prossima ai 3/4 o 4/4 della potenza massima, di conseguenza si ha un innalzamento dei valori medi di temperatura del motore e dei gas di scarico, con conseguente riduzione della vita dell’olio di lubrificazione e stress eccessivo delle parti meccaniche (cilindri e pistoni). La presenza dell’acqua in queste fasi permette l’assorbimento di parte del calore per il processo di evaporazione dell’acqua stessa e, in particolari situazioni di pressione e temperatura, per il processo di dissociazione dell’ossigeno e dell’idrogeno.

L’evaporazione dell’acqua avviene istantaneamente all’atto dell’iniezione provocando una ulteriore polverizzazione delle goccioline di combustibile. Tutto ciò migliora la combustione ed aumenta il rendimento del motore con immediato risparmio di combustibile.