Per alimentare un impianto a biogas che consenta di installare una potenza elettrica di circa 530 kWe, in ipotesi di codigestione di reflui zootecnici e biomassa vegetale resi- duale, ipotizzando impiegare un sistema di digestione anaerobica CSTR ed un substrato in ingresso composto, in riferimenti al peso, per circa i due terzi da residui vegetali e per il restante terzo da effluenti zootecnici bufalini o bovini, le quantità in ingresso su base annua corrispondono a circa:
– 21.500 t di biomassa vegetale residuale162 agricola o agroindustriale;
– 10.000 t di deiezioni zootecniche, prodotte da oltre 1.000 capi di bestiame.
Tali quantità consentono la produzione di biogas annua pari a circa 1.950.000 m3. Si prevede un periodo di funzionamento dell’impianto di cogenerazione pari a circa 7.800 h/anno, con una portata oraria di biogas pari a circa 250 m3/h a pieno carico163.
Dalla biomassa di partenza, dunque, saranno prodotti circa 5.340 m3 di biogas al giorno, con un tenore pari a circa il 55% in metano e con un potere calorifico inferiore pari a oltre 4,5 kJ/m3.
L’impianto di fermentazione, essendo a processo continuo CSTR, necessita di alimen- tazione continua: ogni giorno l’alimentatore caricherà nel fermentatore oltre 86 t di biomas- sa, di cui oltre 27 t/die corrispondono a reflui zootecnici e quasi 59 t/die a residui vegetali.
La tabella riporta i fattori di carico, le rese e la produttività del processo riferiti ad un giorno.
158 Infatti, prove sperimentali di campo hanno dimostrato che non ci sono differenze tra effluente di allevamento conservato in vasche di stoccaggio e effluente di allevamento digerito anaerobicamente per quanto riguarda la potenzialità a fornire azoto per la crescita delle colture. L’alta concentrazione di azoto ammoniacale presente nel digestato comporta tuttavia la necessità di distribuzione in pre-semina con immediato interramento per limitare le perdite di volatilizzazione dell’ammoniaca.
159 Spesso vengono previsti ulteriori trattamenti per la stabilizzazione dell’effluente in uscita dall’impianto. 160 Si noti che tale questione appare contraddittoria, dato che i processi di compostaggio (digestione aerobica) risul-
tano ampiamente diffusi, appunto con lo scopo di produrre fertilizzante biologico.
161 Principalmente: cabina elettrica e connessioni, strade di accesso e piazzali, allacciamento utenze (idriche, elet- triche e telefoniche), sistema di illuminazione, recinzioni, sistemazione a verde delle aree esterne.
162 Ipotizzando il ricorso a colture dedicate, a parità di produttività, è possibile ricorrere a quantitativi minori di bio- massa vegetale in ingresso all’impianto data la maggiore resa energetica che contraddistingue le colture dedicate di più largo impiego (mais, sorgo, triticale, etc). Per sostituire il contributo della biomassa vegetale residuale con colture energetiche sarebbero necessarie, ad esempio circa 15.000 t/anno di insilato di mais, corrispondenti alla produzione di 250 ha di terreno coltivati a silomais irriguo.
163 Si considera un gruppo di cogenerazione che a pieno carico presenti un rendimento elettrico del 40÷4% ed un rendimento termico del 42,9%.
Tabella 4.10 – Valori medi giornalieri in riferimento a un fattore di carico al cogeneratore dell’89% annuo.
RESE BIOMASSA Reflui bufalini/bovini Insilato di mais
portata (t/die) 27 59
Concentrazione materia secca (%) 15 25
Concentrazione materia secca organica (%) 80 86 portata materia secca organica (kg/die) 3.244 12.519
Resa in biogas (m3/t o.S.t.) 255 390
produzione biogas (m3/giorno) 830 4.510
Concentrazione di metano nel biogas (%) 55% 55% Tabella 4.11 – Produttività dell’impianto e potenze installate.
PRODUTTIVITA’
Nm3 di biogas prodotto al giorno (reflui zootecnici) 830
Nm3 di biogas prodotto al giorno (mais) 4.510
Nm3 di biogas prodotto al giorno in totale 5.340
Nm3 di biogas prodotto all’anno in totale 1.950.000
Nm3 di metano prodotto all’anno in totale 1.072.500
Energia termica prodotta all’anno (KWh) 4.400.000 Energia elettrica prodotta all’anno (KWh) 4.140.000 potenza termica installata all’anno (KW) 564 potenza elettrica installata all’anno (KW) 530
Per quanto riguarda i costi ed i ricavi dell’investimento, si considerano come flussi di cassa le voci attive e passive di seguito riportate.
Voci passive:
– realizzazione della linea di fermentazione;
– acquisto ed installazione del gruppo di cogenerazione;
– costo di beni e infrastrutture (acquisto terreno164, realizzazione trincee, acquisto pesa e trasformatore, movimento terra e varie, sistemazione a verde);
– costi accessori (progettazione, allacciamenti e utenze, imprevisti);
– costi di gestione annuali (manutenzione sistema di fermentazione e gruppo di cogene- razione, assicurazione e service impianto, carburante, approvvigionamento e lavora- zione substrati, monitoraggio del processo biologico, manodopera, conferimento/spar- gimento digestato165, imprevisti).
Voci attive:
– vendita dell’energia elettrica prodotta (tariffa omnicomprensiva per impianti a biomas- sa o biogas di potenza elettrica inferiore ad 1 MWe pari a 0,28 €/kWh per 15 anni); – vendita dell’energia termica prodotta al netto degli autoconsumi (prezzo di vendita
dell’energia termica: 0,04 €/kWh).
164 Ci si riferisce al terreno per l’ubicazione dell’impianto (1 ha). 165 Si ipotizza il possesso di terreni per lo spandimento del digestato
Per l’analisi dei costi relativi all’impianto in questione, devono essere considerati sia i costi fissi che quelli variabili. I costi fissi sono riportati in tabella 4.12 e quelli variabili in tabella 4.13.
Tabella 4.12 – Costi fissi relativi alla realizzazione dell’impianto
VOCI DI COSTO Euro
linea di fermentazione 1.100.000
Gruppo di cogenerazione 550.000
Costi accessori (costruzione) 150.000
Costi beni e infrastrutture 270.000
Costo impianto 2.060.000
Tabella 4.13 – Costi variabili annui di gestione dell’impianto
Voci di costo Euro/anno
Costi variabili annuali 430.000
Manutenzione impianto biogas 25.000
Manutenzione impianto di cogenerazione* 65.000
assicurazione e service impianto 40.000
Carburante 20.000
Costo conferimento/spargimento digestato 10.000 Costi di lavorazione ed approvvigionamento substrati 200.000
Monitoraggio processo biologico 5.000
Manodopera 30.000
Costo alimentazione linea di fermentazione 10.000
imprevisti e spese varie 25.000
* Per la manutenzione del gruppo cogenerativo è stato considerato un costo full service pari a 0,015 €/KWh.
In tabella 4.14 si riporta la quantificazione annuale dei ricavi annuali realizzati.
Tabella 4.14 – Ricavi annui
Ricavi Euro/anno
Ricavi annuali 1.182.300
Ricavo vendita calore* 102.300
tariffa omnicomprensiva energia elettrica** 1.088.000
* Per i ricavi provenienti dalla vendita dell’energia termica è stato considerato un autoconsumo in impianto pari ad oltre il 42% dell’energia termica prodotta e un prezzo di vendita per la restante energia termica pari a 0,04 €/KWh.
** Per i ricavi provenienti dall’energia elettrica prodotta è stato considerato quale sistema di incentivazione la tariffa omni- comprensiva pari a 0,28 €/KWh prevista per 15 anni dalla legge 99/09 per impianti di potenza elettrica non superiore a 1 MW alimentati a biomasse e biogas, senza distinzione per la filiera agricola (pur basandosi l’impianto in questione su filiera corta). L’autoconsumo elettrico considerato per l’impianto a biogas è pari al 6%: per tale quantità di energia elettrica non è stata, naturalmente, calcolato ricavo da meccanismo incentivante.
L’investimento presenta un Pay Back Period166 compreso tra i quattro ed i cinque anni, tale valore indice passa a sei anni se non si tiene conto dei proventi ottenibili per la
166 PBP: numero di anni necessari a ripagare il costo sostenuto, calcolato nell’ipotesi ipotizzando di stipulare un mu- tuo della durata di otto anni per il totale dell’investimento, considerando un tasso annuo di interesse pari al 6%.
vendita del calore prodotto.
Il tempo di ritorno dell’investimento risulta più lungo se si ipotizza di impiegare, piut- tosto che biomassa residuale, matrici provenienti da colture energetiche dato che, in tal caso, tra i costi variabili annuali dovrà considerarsi un maggiore prezzo di acquisto delle materie prime oppure il costo di produzione delle stesse.