1

Vito PignatelliENEA, Unità Tecnica Fonti Rinnovabili

Presidente

Convegno FIPER“Biomasse: il futuro dell’energia e dell’ambiente”

Roma, 1 aprile 2011

Criteri di sostenibilità ambientale nella produzione di biomassa e biogas a fini energetici

2

La Direttiva CE n. 28/2009 sulla promozione delle fonti di energia rinnovabili

Obiettivi da raggiungere per il 2020:

• Ridurre le emissioni di CO2 del 20% rispetto ai livelli del 1990

• Incrementare del 20% l’efficienza negli usi finali dell’energia rispetto ailivelli attuali (Comunicazione CE del 19.10.2006 “Piano d’azione perl’efficienza energetica: concretizzare le potenzialità)

• Promuovere le energie rinnovabili con un obiettivo vincolante del 20% sultotale dei consumi energetici della UE, con valori diversi per i diversi paesi(per l’Italia il 17%) e del 10%, per ciascun paese membro, dei consuminel settore dei trasporti terrestri

• Stabilire uno stretto collegamento tra lo sviluppo della produzione dienergia da FER e l’aumento dell’efficienza energetica

Per poter essere considerati ai fini dell’assolvimento dell’obbligodi sostituzione dei combustibili fossili nel settore dei trasporti odel raggiungimento della quota stabilita di uso di energiarinnovabilie, biocarburanti e bioliquidi devono dimostrare ilrispetto di criteri di sostenibilità

3

Domanda di energia primaria per fonte in Italia (2009)

Fonte: ENEA - Rapporto Energia e Ambiente 2009

Elettricità

importata

5%

Combustibili

solidi

7%

Gas naturale

36%

Idrocarburi

liquidi

41%

Fonti

rinnovabili

11%

Domanda interna di energiaprimaria: 180,2 Mtep (192,1Mtep nel 2008)

Bioenergia~ 3,5 %

4

Importanza della bioenergia nella crescita complessiva delle FER in Italia

• La bioenergia è un fonte rinnovabile continua e programmabile, conprevisioni di sviluppo importanti in termini assoluti e relativi:

- 2009: 5.775 ktep - 28% totale produzione energia da FER in Italia

- 2020 (previsioni PAN): 19% elettricità (18.780 GWh), 54% calore eraffrescamento (5.670 ktep), 87% trasporti (2.530 ktep) su totaleconsumi energia da FER

• La bioenergia può contare su una pluralità di materie prime(biomasse residuali e/o da colture dedicate) e sulla disponibilità ditecnologie mature e affidabili (calore da biomasse solide; elettricitàda biomasse, biogas e bioliquidi; biocarburanti da colture zuccherine,cerealicole e oleaginose)

5

Le fonti energetiche rinnovabili (FER):caratteristiche e usi finali

FonteProgram-

mabile

NonProgram-

mabileElettricità Calore Trasporti

Idroelettrica √ √

Eolica √ √

Fotovoltaico √ √

Solare termico √ √ √

Geotermia √ √ √

Rifiuti √ √ √

Biomassa √ √ √

Biocombustibili √ √ √ √

Biogas / Biometano

√ √ √ √

6

Consumi di biomasse legnose in Italia (2009)

19

1,20,38 0,41

1,8

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22 Legna da ardere per uso domestico

Pellet per uso domestico

Cippato per minireti e uso domestico

Cippato per teleriscaldamento

Cippato per produzione elettricità

Milioni di t

Consumo di combustibililegnosi: 22,8 Mt (83% per ilriscaldamento domestico)

Fonte: AIEL, 2010

7

4.499 4.6755.107 5.257

5.966

7.631

0

1.000

2.000

3.000

4.000

5.000

6.000

7.000

8.000

9.000

10.000

2004 2005 2006 2007 2008 2009

GWh

Produzione di elettricità da biomasse in Italia(2004-2009)

Fonte: GSE, 2011

Consumo lordo totale di elettricitànel 2009: 299,9 TWh

Nota: i valori si riferiscono a biomasse, rifiutisolidi urbani (50% frazione biodegradabile),biogas e bioliquidi

8

Impianti per la produzione di elettricità da biomasse in Italia (2009)

Fonte: GSE, 2011

Tipologia di biomasseutilizzate

Numerodi impianti

Potenzainstallata(MWe)

Biomasse solide 122 1.255,4

di cui RSU 69 782,0

Biocombustibili liquidi 42 385,0

di cui oli vegetali grezzi 35 303,0

Biogas 272 378,2

di cui rifiuti 194 299,3

Totale 436 2.018,6

9

Composizione parco impianti di potenza a biomasse (esclusi RSU) in Italia nel 2009

Fonte: Elaborazione ENEA su dati GSE 2011

Biomasse solide50,5%

Biogas8,4%

Bioliquidi41,1%

Biomasse solide30,6%

Biogas24,3%

Bioliquidi45,1%

Potenza installata (MWe)

Numero di impianti

10

I limiti della situazione attuale

• Valorizzazione solo parziale delle biomasse disponibilisul territorio nazionale (forestali, agricole, zootecnicheecc.)

• Incertezza normativa (standard, procedureautorizzative per gli impianti, assimilazione ai rifiuti dialcune tipologie di biomasse, regolamentazione dell’usodel digestato ecc.)

• Presenza ancora limitata di filiere agro-energetichecomplete (importazione di legna e materie prime per ibiocarburanti)

• Incertezza sull’entità e sulle modalità di accesso agliincentivi economici previsti dagli ultimi aggiornamentidella legislazione (comune all’intero settore delle fontirinnovabili)

11

Importazioni di legna da ardere e residuilegnosi in Italia. Anni 1999 - 2009

Fonte: FAO Forestry database, 2011

0

500.000

1.000.000

1.500.000

2.000.000

2.500.000

3.000.000

3.500.000

4.000.000

4.500.000

5.000.000

1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009

Metri cubi

Chips and Particles Wood Fuel Wood Residues

12

Approccio metodologico per la produzione sostenibile di energia da biomasse

• Analisi e valutazione del potenziale lordo e netto di biomasseresiduali provenienti dai settori agricolo e forestale (integrazione dellebasi statistiche con quelle cartografiche ed elaborazioni tramiteG.I.S.), dagli allevamenti zootecnici e dagli stabilimenti agroindustriali

• Analisi degli aspetti ambientali del ciclo delle biomasse, emissioni,reimpieghi, bilanci

• Individuazione delle filiere agro-energetiche più adatte perdeterminati contesti territoriali e dei siti ottimali per la realizzazionedegli impianti

• Analisi costi/benefici associati alle diverse opzioni e combinazionibiomasse/logistica/tecnologia

13

La sfida della sostenibilità

Una strategia complessiva per migliorare i bilanci energetici eridurre le emissioni di GHG:

• Minimizzare le distanze e ottimizzare l’uso dei sistemi di trasporto

• Convertire le biomasse in energia e/o biocombustibili con processi adelevata efficienza, utilizzando preferenzialmente l’intera pianta

• Controllare e ridurre le emissioni dovute alle pratiche colturali(lavorazione del suolo, consumi macchine agricole, fertilizzanti epesticidi) sia nel caso di colture dedicate che per l’uso di biomasseresiduali di origine agricola

14

Stima delle emissioni di CO2 dovute al trasportodella biomassa

120 km

280 km

CROTONE

150 km

BARI

TARANTOMiglia nautiche

Croazia - Taranto ~ 324

Ghana - Taranto ~ 4.000

Da: Valori calcolati emissioni(kg CO2 / ton. trasportata)

Crotone 22,1 – 27,7

gomma

Bari 12,4 – 15,5

gomma

Ghana via Taranto 93,6 – 161,7

nave + gomma

Croazia via Taranto 16,5 – 24,4

nave + gomma

15

Colture dedicate: il bilancio energetico

Fonte: ENEA, 1999

Bilancio energetico per la produzione di un kg di biomassa combustibile da coltivazioni di pioppo in SRF

Operazione MJ/kg

Coltivazione 0,60

(trapianto, controllo infestanti e parassiti, fertilizzazione, irrigazione, raccolta)

Trasporto 0,21

(distanza media considerata: 110 km)

Cippatura e stoccaggio 0,10

Totale input energetici 0,91

Pci del legno di pioppo: 10,4 MJ/kg

Rapporto Output /Input 11 : 1

16

Impianto di cogenerazione a biomasse diCalenzano della Biogenera s.r.l.

Ciclo termico• Bruciatore a griglia mobile di potenzialità in ingresso

di 5,9 MW• Caldaia a recupero ad olio diatermico da 4,5 MWt• Economizzatore sul circuito olio per un ulteriore

recupero di calore

Produzione di energia elettrica• Turbogeneratore ORC a ciclo Rankine con fluido organico

con una potenza di circa 790 kWe

17

L’approvvigionamento della biomassa:un esempio di filiera locale

L’impianto di cogenerazione a biomasse di Calenzano utilizza solo biomassadi provenienza locale (in media 13.000 t/anno) sotto forma di cippato:

• Potature di vigneti e uliveti (circa 2.000 t/anno)

• Materiale vegetale proveniente da interventi di manutenzione di alveifluviali (circa 1.500 t/anno)

• Materiale vegetale proveniente da cure e diradamenti forestali (circa8.000 t/anno)

• Residui della prima lavorazione, esclusivamente meccanica, di legnovergine (circa 1.500 t/anno)

Conferimento e stoccaggio della biomassa • Area stoccaggio biomassa legnosa pezzatura

media e grossa• Area stoccaggio cippato sotto copertura• Silo di cippato con rastrelli per dosatura ed

alimentazione impianto

18

La rete di teleriscaldamento: un esempioconcreto di efficienza energetica

La rete di teleriscaldamento, della lunghezza complessiva di circa 6 km, èalimentata con l’acqua calda (temperatura di mandata a 90-95 °C e ritornoa 70 °C) proveniente dal raffreddamento del modulo ORC o, in caso difermata del modulo, direttamente dal raffreddamento dell’olio diatermico

Rete principaleCostituita da due tubazioni di mandata e ritorno che dalla centrale termica a biomasseraggiungono il nodo più lontano della rete stessa, a circa 3 km di distanza

Rete secondariaCostituita da tutti i tratti di tubazione di mandata e ritorno che dalla rete primaria sidiramano per andare ad alimentare le utenze disposte lungo il percorso, per unapotenza termica installata di circa 9 MW

SottostazioniSono ubicate o all’interno degli edifici in appositi locali o in locali separatiappositamente realizzati, in funzione delle dimensioni delle centrali e dal singoloutilizzatore che intenderà allacciarsi alla rete. In alcune sottostazioni sono presentimacchine ad assorbimento per la produzione di acqua refrigerata per raffrescamento(potenza frigorifera di circa 3 MW)

19

Impianti di biogas operativi e/o in costruzione in Italia (marzo 2010)

Fanghi di depurazione civile (121)

Effluenti zootecnici + scarti organici + colture energetiche (273, di cui 74 in costruzione)

FORSU (14)

Reflui agro-industriali (32, di cui 2 in costruzione)

Biogas da discarica (Fonte APER) (232)

Fonte: CRPA, 2010

4

1

11

5

3

43

18

12

2121136

29

47

26

33

4

1

11

11

19

2

3

28

197

103

1

2

32

511

35

5 11

1

5

7

10

38

3312

7

21

102

3

5

1

1

1

1

2

1

4

1

2

1

2

3

2

1

Circa 450-500 MWe già installati

Il PAN si pone l’obiettivo al 2020 di 1.200 MWe

20

• Materie prime diffuse e abbondanti

• Opzione praticabile per aziende agricole medio-piccole

• Molteplici opzioni energetiche e disponibilità di tecnologie affidabili

Il biogas nel comparto agro-zootecnico:pregi e limiti

• Dispersione delle materie prime sul territorio

• Grandi volumi, limitato valore energetico

• Alcune materie prime stagionali, altre continue

• Destinazione del digestato

• Onerosità impiantistica per l’azienda

• Disponibilità limitata di statistiche ed informazioni

21

Distribuzione % degli impianti di biogas in Italiasecondo la tipologia di substrato utilizzato (marzo 2010)

Fonte: CRPA, 2010

Effluenti zootecnici + sottoprodotti agroindustriali +

colture energetiche

51%

sottoprodotti agroindustriali +

colture

energetiche8%

Substrati non specificati

8%

Solo effluenti

zootecnici33%

22

Impianto di cogenerazione a biogas in unaazienda agrozootecnica (Azienda Bruni, Sutri)

Impianto di cogenerazione• Potenza elettrica nominale: 500 kWe (due

cogeneratori Scania a punto fisso da 250 kWeciascuno)

• Potenza termica utilizzata: 250 kW• Ore di funzionamento annue: 8.000 h elettrica,

2.000 h termica• Produzione elettrica media annua: 4.000 MWh• Recupero termico medio annuo: 500 MWh

(autoconsumi aziendali e termoregolazionedigestore)

Impianto di digestione anaerobica• Due reattori da 1.100 m3 ciascuno, con miscelazione

del substrato tramite agitatori ad elica• Alimentazione meccanica (pala caricatrice) per le

matrici solide, idraulica con sistemi di pompaggioper quelle liquide e semiliquide

• Fermentazione mesofila (40 °C), con tempi diritenzione idraulica dell’ordine dei 50 giorni

23

Gestione del fondo e dell’allevamento• 200 ha impiegati per la produzione di mais, sorgo e loietto

destinati all’alimentazione dei bovini e in parte ad insilati perla produzione di biogas

• Allevamento di circa 700 vacche da latte di razza frisona(vendita prodotto alla Centrale del latte di Nepi)

• Riutilizzo completo del digestato in azienda per il ripristinodella sostanza organica nel suolo

• Contratti di filiera con frantoi e Cooperativa Ortofrutticola diMaccarese

L’approvvigionamento della biomassa: unesempio di “filiera corta”

L’impianto di cogenerazione a biogas dell’Azienda Bruni è alimentato da unmix di materie prime per il 70% di provenienza aziendale e per il restante30% da filiera corta (raggio inferiore a 70 km):

• Liquame bovino (16.200 t/anno)

• Letame bovino (3.600 t/anno)

• Insilati (1.500 t/anno)

• Scarti vegetali e acque di vegetazione(1.000 t/anno)

• Glicerina (700 t/anno)

24

Sviluppo previsto della bioenergia in Italia

Elettricità

Situazione al31 dicembre 2005

Previsioni per il 2020

Potenza installata

(MW)

Energia prodotta(GWh)

Potenza installata

(MW)

Energia prodotta(GWh)

Impianti alimentati con biomasse solide

653 3.477 1.640 7.900

Impianti alimentati con biogas 284 1.198 1.200 6.020

Impianti alimentati con bioliquidi - - 980 4.860

TOTALE 937 4.675 3.820 18.780

Fonte: Ministero dello Sviluppo Economico - Piano di Azione Nazionale per le EnergieRinnovabili, 30 giugno 2010

25

Sviluppo previsto della bioenergia in Italia

Riscaldamento e raffrescamento

Situazione al31 dicembre 2005

Previsioni per il 2020

Energia prodotta(Ktep)

Energia prodotta(Ktep)

Biomasse solide 1.629 5.254

Biogas 26 266

Bioliquidi - 150

TOTALE 1.655 5.670

Fonte: Ministero dello Sviluppo Economico - Piano di Azione Nazionale per le EnergieRinnovabili, 30 giugno 2010

26

Sviluppo previsto della bioenergia in Italia

Elaborazione ENEA su dati del Ministero dello Sviluppo Economico - Piano di Azione Nazionale per le Energie Rinnovabili, 30 giugno 2010

3,48

1,20

0,00

7,90

6,02

4,86

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

elettricità da biomasse solide

elettricità da biogas elettricità da bioliquidi

Situazione al 31 dicembre 2005

Previsione per il 2020

Energia prodotta (TWh)

27

Sviluppo previsto della bioenergia in Italia

Elaborazione ENEA su dati del Ministero dello Sviluppo Economico - Piano di Azione Nazionale per le Energie Rinnovabili, 30 giugno 2010

1,63

0,03 0,000,18

5,25

0,27 0,15

2,53

0

1

2

3

4

5

6

calore da biomasse

solidecalore da biogas calore da bioliquidi biocarburanti

Situazione al 31 dicembre 2005

Previsione per il 2020

Energia prodotta (Mtep)

28

Il futuro dei biocarburanti: la sfida della sostenibilità

Fonte: Direttiva 2009/28/CE

Biocarburanti - Riduzione minima emissioni GHG

All’entrata in vigore della Direttiva (*)

2017

Nuovi impianti entrati in funzione dopo il 1 gennaio

2017 (**)

35% 50% 60%

(*) dal 1 aprile 2013 per impianti in attività il 23 gennaio 2008

(**) dal 1 gennaio 2018

Biocarburanti e bioliquidi non devono essere prodotti su terreni ad alto livellodi biodiversità. Nel calcolo delle emissioni di gas ad effetto serra (GHG)saranno considerate anche le emissioni causate dal cambiamento dell’uso delsuolo

29

Consumi di biocarburanti previsti per il 2020

Consumilordi FER(Ktep)

ai fini dell’obiettivo 10% (Ktep)

% sui consumi totali previsti

(33.972 ktep) *

Bioetanolo / bio-ETBE- di cui di II generazione- di cui importati

600100200

700200200

2,06

Biodiesel- di cui di II generazione- di cui importati

1.880250800

2.130500800

6,27

Idrogeno da FER - - -

Elettricità da FER- di cui nel trasporto su strada- di cui nel trasporto non su strada

36998

271

922245677

2,71

Altri (oli vegetali puri, biometano)- di cui di II generazione

5050

100100

0,29

Totale rinnovabili nei trasporti 2.899 3.419 11,33

* Elaborazione ENEA

Fonte: Ministero dello Sviluppo Economico - Piano di Azione Nazionale per le Energie Rinnovabili, 30 giugno 2010

30

Veicoli a gas naturale nei paesi UE (2010)

Fonte: Natural Gas Vehicle Association - NGVA Europe, 2011

60.27013.307

91.890

730.000

32.000

944.920

0

150.000

300.000

450.000

600.000

750.000

900.000

Bulgaria Francia Germania Italia Svezia Totale UE (*)

N. veicoli

(*) Esclusi Cipro, Malta e Romania

31

Riduzione delle emissioni di GHG per alcune filiere di produzione di biocarburanti (valori standard)

Fonte: Direttiva 2009/28/CE, Allegato V

Filiera di produzione del biocarburante Riduzione standard delle emissioni di

GHG

Etanolo da barbabietola da zucchero 52 %

Etanolo da mais, prodotto nella UE (calore da metano in cogenerazione)

49 %

Etanolo da canna da zucchero 71 %

Biodiesel da semi di colza 38 %

Biodiesel da soia 31 %

Biodiesel da olio di palma (processo non specificato) 19 %

Biodiesel da rifiuti vegetali o animali 83 %

Biometano da FORSU 73 %

Biometano da letame umido 81 %

Biometano da letame asciutto 82 %

32

Riduzione delle emissioni di GHG per alcune filiere di produzione di biocarburanti (valori standard)

Elaborazione ENEA da Direttiva 2009/28/CE, Allegato V

5249

71

31

38

83

73

82

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

etanolo da barbabietola

da zucchero

etanolo da mais UE

etanolo da canna da

zucchero

biodiesel da soia

biodiesel da semi di colza

biodiesel da rifiuti

biogas da FORSU

biogas da letame

asciutto

%

33

Percorrenza stimata per veicoli alimentati conbiocarburanti prodotti da 1 ha di coltura

Fonte: Elaborazione ENEA su dati FNR (Fachangentur Nachwachsende Rahstoffe e. V.), 2009

67.600

23.300

22.400

0 10.000 20.000 30.000 40.000 50.000 60.000 70.000

Biometano

Biodiesel da colza

Etanolo da cereali

km / anno

34

Impegni e prospettive per il futuro: vincere la sfidadella sostenibilità

Realizzare la piena integrazione tra e nelle filiere

• Integrare la produzione, raccolta delle biomasse, gliattori, la produzione energetica per cogliere leopportunità che il territorio può esprimere e mettere afrutto le sinergie

• Costruire e sviluppare relazioni, mettere insiemetecnologie, processi, coordinare azioni, chiudere i cicliproduttivi sul territorio

Usare al meglio gli strumenti di analisi disponibili

• Utilizzare gli strumenti metodologici ed i sistemi GIS perl'analisi economica, tecnica e organizzativa sin dalle fasiiniziali della prefattibilità di un impianto

E, soprattutto . . .

• Fare tesoro delle esperienze migliori e replicarne lemodalità operative e gestionali e le scelte tecnologiche

Grazie per l’attenzione

ITABIAAssociazione Italiana per le BiomasseVia Acireale 1900184 - Roma

Tel. 0670306036Fax 0670304833e-mail: itabia@mclink.itwww.itabia.it

ENEACoordinamento Tecnologie per leBiomasse e le BioenergieC.R. Casaccia, Via Anguillarese 30100123 - S.M. di Galeria, Roma

Tel. 0630484506Fax 0630486514e-mail: vito.pignatelli@enea.it

Dr. Vito Pignatelli