Università di Pisa
Dipartimento di Ingegneria dell’Energia, dei
Sistemi, delle costruzioni, del Territorio
Corso di Laurea Specialistica in Ingegneria
Edile-Architettura
TESI DI LAUREA
UNA “CASA” HIGH-TECH PER ANTICHI SAPORI.
PROGETTO DI UN'AZIENDA ZOOTECNICA: STALLA,
FIENILE E CASEIFICIO.
Candidato: Relatori:
Franco Mariconda Prof. Fabio Fantozzi
Prof. Domenico Taddei
Arch. Caterina Calvani
Ing. Stefano Frigo
2 Indice 1 Introduzione ... 5 2 Il luogo ... 8 2.1 Il territorio irpino ... 8 2.2 Vallata ... 9 2.2.1 Prescrizioni urbanistiche ... 9 3 Informazione ... 11 3.1 Architettura e paesaggio ... 11 3.2 Architettura Organica ... 11 3.3 Bioarchitettura ... 13
3.4 Le cattedrali del vino ... 15
3.5 Stalla ... 17
3.5.2 Stalle d’autore ... 17
3.5.2 Benessere animale ... 21
4 Memoria ... 24
4.5.1 Concezione del progetto ... 24
5 Progetto ... 27 5.1 Accesso e percorsi ... 27 5.2 Stalla ... 29 5.3 Il deposito ... 30 5.4 Caseificio ... 32 6 Impianto biogas ... 33
6.1 Fonti energetiche rinnovabili e agricoltura ... 33
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6.3 Processo biologico ... 35
6.4 Sistemi di digestione anaerobica (DA) ... 37
6.4.1 Processo continuo ... 37 6.4.2 Processo discontinuo ... 37 6.4.3 Processo semi-continuo ... 37 6.5 Descrizione impianto ... 38 6.5.1 Stoccaggio ... 38 6.5.2 Digestore ... 39
6.5.3 Stoccaggio post digestione ... 39
6.5.4 Stoccaggio biogas ... 39 6.5.5 Unità di cogenerazione ... 40 6.5.6 Pompe ... 40 6.5.7 Miscelatori ... 41 6.5.8 Desolforazione ... 41 6.5.9 Strumenti di controllo ... 41
6.5.10 Collegamento alla rete elettrica ... 42
6.5.11 Attrezzature di sicurezza... 42 6.6 Fattibilità economica ... 44 6.7 Organizzazione stalla ... 45 6.8 I substrati ... 47 6.9 Co-substrati ... 48 6.10 Dimensionamento dell’impianto ... 49
6.10.1 Volume del digestore ... 49
4
6.10.3 Potenza ... 50
6.10.4 Materiali per l’isolamento termico ... 51
6.10.5 Riscaldamento digestore ... 51
6.10.6 Calore residuo ... 51
6.10.7 Dimensionamento delle tubature di distribuzione del calore 52 6.10.8 Pompa per le deiezioni e miscelatore ... 52
6.10.9 Avvio dell’impianto ... 52
6.11 Analisi economica e finanziaria... 53
6.11.1 Indici ... 54
6.11.2 Costi di realizzazione dell'impianto ... 54
6.11.3 Analisi dei ricavi ... 61
6.11.4 Ammortamenti e oneri finanziari... 61
6.11.5 Risultati analisi economica finanziaria ... 62
7 Conclusioni ... 64
8 Elaborati grafici ... 67
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1 Introduzione
L'azienda agricola Masserie Mariconda sorge nelle colline della Comunità Montana “Ufita”, all'interno del comune di Vallata (AV), ad un'altitudine di circa 600 m sul livello del mare.
Nasce come azienda zootecnica dalla centenaria tradizione familiare di allevamento e di trasformazione del latte: grazie a questa esperienza, nonostante le piccole dimensioni, l’azienda si è aggiudicata importanti riconoscimenti di qualità sulla produzione dei formaggi. La crescente richiesta suggerisce, dunque, di incrementare l'attività.
6 L’azienda comprende circa 100 ettari di proprietà destinati alla produzione di fieno, paglia e cereali come grano, orzo e avena; una stalla con capienza di circa 60 bovini; un ovile di circa 200 capi; un agriturismo e un piccolo caseificio. Le attività principali, e con più potenziale di crescita, sono la stalla e la produzione di formaggi: si è scelto, quindi, di costruire una nuova stalla con capienza di 120 vacche da latte.
Fig 1.2 foto azienda agricola Mariconda.
Si prevede, inoltre, la realizzazione di un capannone con funzione di fienile e deposito, un piccolo caseificio aziendale per la trasformazione del latte prodotto dall'azienda stessa e un impianto di digestione anaerobica delle deiezioni animali per la produzione e lo sfruttamento di biogas a fini energetici.
7 Il sito, dove sorge la sede attuale dell'azienda, è sottoposto a vincolo idrogeologico ed è, quindi, proibita la realizzazione di nuove costruzioni: per il progetto è stato scelto un altro lotto, in posizione centrale rispetto ad altri fondi di proprietà della famiglia Mariconda, distante circa 600 m dall’attuale sede e, quindi vicino alle attività già presenti che si integreranno alle nuove.
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2 Il luogo
2.1 Il territorio irpino
L’Irpinia è una regione storico-geografica dell'Italia meridionale, oggi ricompresa nella provincia di Avellino, a carattere prevalente montuoso e ricca di corsi d’acqua. Nota come ‘la verde Irpinia’ è un autentico paradiso per chi ama la natura, da scoprire passeggiando tra valli e monti o percorrendo borghi ricchi di arte e storia. Ci sono infatti importanti valenze paesaggistiche tra cui il Parco Regionale Monti Picentini, l'Oasi WWF Lago di Conza e l'Oasi naturale Valle della Caccia.
Come la maggior parte delle comunità montane, negli ultimi decenni ha subito un forte spopolamento dovuto alla scarsità di lavoro. Storicamente ha sempre avuto una forte connotazione agricola e pastorale, attività che negli ultimi anni si stanno riscoprendo grazie anche agli incentivi europei e alle politiche regionali improntante sullo sviluppo del turismo enogastronomico. La Campania infatti è caratterizzata da una straordinaria tradizione
culinaria, e l’Irpinia non fa eccezione. Ogni famiglia conosce e rispetta la grande cultura dei sapori di questa terra e ne custodisce le antiche ricette: i prodotti enogastronomici rappresentano il suo più autentico biglietto da visita.
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2.2 Vallata
Paese d’origine medievale, collocato sullo spartiacque dei fiumi Ufita e Calaggio, ad un’altitudine di 870 m s.l.m., anticamente era circondato da mura con quattro porte. Il centro storico conserva ancora oggi le caratteristiche del nucleo urbano medievale con le sue strettoie, le piazzette e i palazzi antichi.
2.2.1 Prescrizioni urbanistiche
Gli strumenti urbanistici classificano la zona come E2, ed è quindi
destinata ad uso agricolo, di seguito sono riportate le norme di attuazione del piano:
Norme di attuazione
Zona E2
Descrizione La zona è destinata all'esercizio delle attività agricole
Edificazione - Destinazione d’uso Ѐ ammessa esclusivamente
l’edificazione di opere realizzate in funzione della conduzione del fondo. Il piano si attua mediante l’intervento edilizio diretto, secondo i criteri, le modalità e gli indici appresso specificati.
Parametri Urbanistici
Indice di fabbricabilità fondiaria:
Residenziale if = 0,05 m3/m2 (per terreni seminativi
irrigui e colture pregiate)
Pertinenze if = 0,1 m3/m2 (in tutta la zona)
Altezza Hmax = 9m
10 Rapporto copertura Rc = 0,3 m2/m2 Distanza confini Dc = 5m Distacco edifici De = 10m Prescrizioni speciali
Ѐ ammessa la costruzione di ricoveri per animali, purché a distanza minima di 5m dai confini di proprietà e a 20m dalle abitazioni. La costruzione di concimaie è consentita a distanza minima di 20m dalle abitazioni esistenti o di progetto. Per gli allevamenti zootecnici vanno rispettati i seguenti indici:
Rapporto copertura Rc = 0,05 m2/m2
Distanza confini Dc = 20m
Tipologie Edilizie
Edifici rurali tipici dell’attività agricola: stalle, magazzini, silos,
essiccatoi, ricoveri automezzi, edifici per l’allevamento, tettoie ecc. Per motivi igienici e di sicurezza, le stalle ed i fienili devono essere collocati in corpi separati dalle abitazioni. 1
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3 Informazione
3.1 Architettura e paesaggio
La presenza dell'uomo nelle campagne ha plasmato il paesaggio rurale, creando uno straordinario sistema in cui l'azione della natura e l'opera dell'uomo si sono intersecate in perfetta armonia. In questo modo sono nati alcuni dei paesaggi agrari più caratteristici del nostro paese.
L'architettura rurale costituisce uno degli elementi di maggiore rilievo culturale nell'ambito del paesaggio. Nelle sue forme tradizionali si tratta di un'espressione nata da una cultura povera, i cui manufatti sono spesso realizzati con materiali locali. Le soluzioni tecniche sono essenziali e al tempo stesso di grande efficacia, funzionali a consentire lo sfruttamento il più possibile fruttuoso di tutte le risorse ambientali.
3.2 Architettura Organica
La corrente architettonica che più di tutte ha un legame con l’ambiente circostante è l’Architettura Organica.
Per Frank Lloyd Wright:
"Ambiente ed edificio sono una cosa sola; piantare gli alberi nel
terreno che circonda l’edificio, quanto arredare l’edificio stesso, acquistano un’importanza nuova, poiché divengono elementi in armonia con lo spazio interno nel quale si vive. Il luogo (la costruzione, l’arredamento) – e anche la decorazione, e anche gli alberi – tutto diviene una cosa sola nell’architettura organica".
12 Tutti gli aspetti dell’abitare devono confluire in una sintesi con l’ambiente esterno. Il trionfo di questa concezione si esprime nella Casa Kaufmann, universalmente conosciuta come la Casa sulla Cascata (Fallingwater). In questa opera Wright realizzò la perfetta sintesi armonica tra la foresta, l’acqua, le rocce e gli elementi dell’edificio. Le sue opere, oltre ad essere in armonia con il paesaggio circostante, non dovevano presentare contrasti tra parti interne ed esterne, dovevano essere funzionali e privilegiavano uno sviluppo orizzontale dei volumi; si dovevano utilizzare materiali locali e naturali, recuperando un’estetica basata sulla tradizione e non sull’eclettismo allora dominante. Le nuove tecnologie erano accolte con favore se miglioravano la qualità architettonica e dell’arredo interno.
Fig 3.1 Kaufmann Residence, Pennsylvania, Frank Lloyd Wright.
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3.3 Bioarchitettura
La bioarchitettura è l'insieme delle discipline che presuppongono un atteggiamento ecologicamente corretto nei confronti dell'ecosistema. In una visione caratterizzata dalla più ampia interdisciplinarità e da un utilizzo parsimonioso delle risorse, la bioarchitettura tende a integrare le attività dell'uomo alle preesistenze ambientali ed ai fenomeni naturali, al fine di realizzare un miglioramento della qualità della vita attuale e futura.2
Le teorie della Bioarchitettura si diffondono a partire dalla metà degli anni Settanta del XX secolo, periodo di grande fermento culturale ed ecologico, grazie all’impegno di alcuni studiosi che si opposero all'utilizzo di materiali e sostanze nocive artificiali nelle costruzioni.
Gli studi e le ricerche in materia hanno portato a definire alcune specificità della bioarchitettura. Innanzitutto l’impiego di risorse naturali e rinnovabili: in queste costruzioni si fa un uso sapiente della luce, dell’acqua, della vegetazione e delle caratteristiche sonore dell’ambiente. Grande attenzione viene posta ai materiali, preferendo quelli con un alto rendimento, un costo più basso e un minor impatto sull’ambiente. Vengono largamente impiegati quindi pietra, legno, gesso, calce. Nella scelta e nella lavorazione dei materiali, si prediligono gli elementi meno dannosi per la salute e privi di sostanze nocive: alle colle e alle vernici chimiche vengono preferiti le cere d’api e i pigmenti naturali. Il fine è quello di realizzare costruzioni ecologiche, salutari e piacevoli d’abitare. La ricerca in questo senso è tutt’ora attiva e alcuni principi vengono applicati ormai anche all’edilizia tradizionale.
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Fig 3.2 Garden by the Bay Building - Wilkinson Eyre Architects - Singapore.
I caratteri distintivi della bioarchitettura si posso così esprimere: - rapporto edificio ambiente
- preesistenze - orientamento - disposizione degli ambienti - materiali
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3.4 Le cattedrali del vino
Sono definite cattedrali del vino le cantine d’autore dal design contemporaneo: un’equazione tra vino, arte e cultura; un’interazione tra istanze creative e paesaggio rurale di grande suggestione, come conferma la sinergia che nel tempo si è stabilita tra produttori vinicoli illuminati e architetti e designer. Progetti di qualità che negli ultimi anni hanno contraddistinto l’orientamento architettonico di molte cantine europee. La compresenza di committenti all’avanguardia e designer dalla visione contemporanea, modulata sulle più recenti tendenze internazionali, ha infatti favorito la realizzazione di edifici funzionali che non tradiscono l’identità storica e paesaggistica delle regioni vinicole di appartenenza.
Fig 3.3 Cantine Rocca di Frassinello - Renzo Piano - Gavorrano (GR)
Si presta quindi grande attenzione alla godibilità di strutture non più deputate esclusivamente alla produzione, ma aperte all’interazione con i visitatori in cerca della tranquillità della dimensione rurale. È la cultura del vino che diventa attrattiva turistica, nobilitata dall’intervento artistico. La scansione degli spazi, gli arredi di design, l’illuminazione studiata degli interni contribuiscono ad amplificare l’esperienza sensoriale che si consuma in cantina.
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Fig 3.4Cascina Adelaide - Archicura - Barolo (CN).
Storia, modernità e futuro si condensano nei progetti di restyling delle cantine dove il paesaggio, le forme moderne degli edifici, i processi produttivi e il marketing, insieme alla sostenibilità ambientale, diventano le leve strategiche per la competitività delle imprese vitivinicole sul mercato.
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3.5 Stalla
3.5.2 Stalle d’autore
Di seguito si riportano alcuni esempi di "stalle d’autore". In particolare ho trovato interessanti due opere dello studio 70f Architecture realizzati ad Almere, in Olanda, per l’utilizzo del legno, per la ricerca di forme non convenzionali ma allo stesso tempo funzionali, e per l’importanza data alla luce.
Il primo ad essere stato realizzato è un ricovero per ovini interamente costruito in legno di faggio, che si distingue per una singolare forma bombata. Si tratta di un ricovero per gli ottanta ovini presenti nella città: è stato commissionato dall’amministrazione locale al fine di tutelare la tradizionale attività economica della zona e di creare un luogo in grado di accogliere i preziosi animali che ripuliscono il terreno dalle piante di acanto spinoso.
Fig 3.5Sheep stable- 70F Architecture - Almere (NL).
18 Gli architetti olandesi hanno progettato una struttura che presenta in sezione trasversale una omogenea asimmetria. La parte più bassa è quella che ospita gli ovini, la porzione più alta è invece destinata allo stoccaggio del fieno. Il piano superiore ospita una stanza destinata al custode che, in caso di necessità, può trattenersi anche durante la notte. La forma bombata facilita, insieme a due aperture situate nella parte bassa di ciascuna delle due facciate longitudinali, la ventilazione naturale all’interno. Sia la struttura che il rivestimento sono stati realizzati in legno, ad eccezione delle travi curve costitute da elementi in acciaio: una scelta finalizzata ad accentuare la forma tubolare dello spazio interno che sarebbe stata diversamente meno visibile.
Fig 3.6Sheep stable- 70F Architecture - Almere (NL).
Il "tubo" presenta tre aperture strategiche, una delle quali situata al pian terreno che permette di osservare lo spazio interno anche quando la stalla è chiusa.
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Fig 3.7Sheep stable- 70F Architecture - Almere (NL).
Dopo la "Sheep stable", i progettisti olandesi di 70F Architecture firmano, sempre per Almere, una nuova architettura per animali: la "Petting Farm".
Questa struttura è stata realizzata sulle fondamenta di una vecchia fattoria distrutta da un incendio negli anni Ottanta. Si presenta come una scatola caratterizzata da un sistema di facciata interamente composto da pannelli frangisole in legno che consentono una ventilazione costante dell’intera struttura.
Fig 3.8Petting Farm- 70F Architecture - Almere (NL).
20 Metà dell’edificio ospita la stalla, mentre l’altra metà accoglie i servizi, il deposito e un ufficio situato al secondo piano. L’area adibita a stalla occupa solo il piano terra, dove gli animali sono ospitati in recinti sistemati lungo i due lati più lunghi. Per l’accesso alla struttura non ci sono porte, bensì sei persiane apribili manualmente, dotate inoltre di un sistema di automazione che ne consente l’apertura al mattino in reazione al sorgere del sole, e la chiusura automatica al tramonto.
Di notte l’edificio diventa un segnale luminoso nel parco. "Si potrebbe
dire che la scatola si sveglia e va a dormire ogni giorno".
Fig 3.9Sheep stable- 70F Architecture - Almere (NL).
21 3.5.2 Benessere animale
La zootecnia negli ultimi anni ha conosciuto un rilevante sviluppo riguardante la modernizzazione delle tecnologie impiegate, l’aumento delle competenze professionali degli operatori, gli stimoli provenienti dal mercato e dai consumatori in materia di igiene e salubrità delle produzioni.
Si è assistito anche a un notevole cambiamento nella realizzazione delle strutture di stabulazione per bovini da latte. È fondamentale l’adeguatezza delle stalle dal punto di vista microclimatico: il ruolo delle stalle non è solo limitato a riparare gli animali delle intemperie invernali, ma soprattutto a ripararli dal caldo e dall’irraggiamento solare diretto.
Nella progettazione di una stalla ci sono quattro tematiche di particolare importanza:
- dislocazione della stalla, - struttura e copertura, - ventilazione,
- pavimenti.
Fondamentale in tal senso è l’orientamento della stalla, ovvero la direzione dell’asse maggiore del fabbricato rispetto ai punti cardinali: ha un ruolo importante nel determinare le condizioni microclimatiche presenti all’interno del ricovero e va scelto considerando il periodo dell’anno più delicato per questi animali, cioè l’estate. Come criterio generale, una stalla libera deve preferibilmente avere un orientamento di tipo Est-Ovest: in questo modo la parete esposta a Nord rimane sempre in ombra, mentre quella esposta a Sud riceve i raggi del sole con un angolo di incidenza molto basso rispetto alla verticale e può essere facilmente ombreggiata con sporti di gronda; le pareti Est e Ovest (di minore superficie) ricevono i raggi del sole soltanto per un ridotto numero di ore e possono essere facilmente ombreggiate con tamponamenti fissi o mobili e vegetazione.
22 Con la diffusione delle stalle a stabulazione libera si è assistito a una progressiva semplificazione dell’involucro edilizio, sia per limitare i costi di costruzione, sia per favorire la ventilazione naturale del ricovero.
Il pavimento delle stalle rappresenta un elemento di grande rilevanza per il benessere degli animali, in quanto costituisce il manufatto che ha il più intimo contatto con i soggetti allevati. Il pavimento pieno è sicuramente il più diffuso nelle stalle da latte. Per la sua realizzazione si devono considerare attentamente alcuni particolari tecnico-costruttivi, che spesso fanno la differenza. Innanzitutto deve essere predisposto un adeguato piano di posa, realizzato con un vespaio di ciottoli, ghiaia grossa e materiale minuto, ben livellato e compattato, dello spessore di 20÷40 cm. Il pavimento deve avere spessore di 12-20 cm e deve essere armato con doppia rete elettrosaldata di caratteristiche adeguate ai carichi previsti. È importante che la superficie del pavimento abbia elevata resistenza all’usura, per questo è bene avvalersi di calcestruzzi a prestazione garantita delle classi C32/40 o C35/45. Fondamentale è anche rigarne la superficie per evitare lo scivolamento degli animali.
Con lo sviluppo della stabulazione libera si è passati da zone di riposo a lettiera, alla stalla a cuccette. La stalla a cuccette offre numerosi vantaggi, quali: una minore superficie coperta, una maggiore tranquillità per gli animali, l'eliminazione delle lesioni da schiacciamento, una maggiore pulizia della zona di riposo, la possibilità di non utilizzare paglia con conseguente risparmio di manodopera per la cura della zona di riposo. Per un corretto funzionamento di tale tipologia le dimensioni delle cuccette devono essere rapportate alle dimensioni medie della categoria bovina allevata.
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Fig 3.10 es. zona di riposo a cuccette.
Un altro elemento rilevante è la presenza di un paddock per la ginnastica funzionale dei bovini di adeguate dimensioni. Infine, ma non meno importante, la presenza diffusa in tutta la stalla di abbeveratoi: una quantità non adeguata porterebbe a un aumento dello stress dei bovini e una diminuzione di produzione.
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4 Memoria
4.5.1 Concezione del progetto
La maggior parte delle odierne aziende zootecniche, caratterizzate da una vocazione quasi ‘industriale’ piuttosto che agricola, sono costituite da una architettura di scarsa qualità: l’obiettivo principale è quello di risparmiare sui costi.
L’obiettivo di questo progetto invece, seguendo l’esempio delle cantine d’autore, non è solo quello di ampliare l’azienda per aumentarne la produzione, ma anche quello di promuovere l’azienda stessa attraverso un'architettura di qualità e politiche di rispetto ambientale, sfruttando il crescente interesse per i prodotti di qualità a chilometro zero da parte dei cittadini.
L'azienda intende accogliere i clienti, permettendo loro di assistere a tutte le lavorazioni ma anche di partecipare alle attività agricole. Inoltre, grazie alla creazione di una fattoria didattica, verranno istituiti corsi e attività all’aperto per bambini, volti a sensibilizzare le generazioni future sull’importanza della qualità del cibo e delle tradizioni locali. L’ambizione è dunque quella di creare un’azienda moderna che guardi al futuro senza dimenticare il passato.
Il materiale dominante nel progetto è il legno, infatti sia per la struttura che per i tamponamenti di stalla e deposito si è scelto di utilizzare l'abete rosso. Tale materiale non solo ha buone caratteristiche tecniche ed ecologiche, ma dona al progetto, grazie ai suoi colori caldi e morbidi, una spiccata apertura verso i visitatori.
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Fig 4.1 petting farm.Almere.
È stata inoltre scelta la pietra di fiume locale per realizzare i gabbioni che sorreggono i piccoli terrazzamenti e parti del caseificio.
Il calcestruzzo è invece utilizzato per la sala mungitura e per il laboratorio del caseificio perché risponde meglio alle esigenze tecniche costruttive e sottolinea, essendo un materiale moderno rispetto ai tradizionali legno e pietra, l’alta tecnologizzazione di questi ambienti.
Nel fienile, dato il pericolo di autocombustione delle balle di fieno, si è scelto di realizzare una struttura aperta, impiegando tavole in legno inclinate a 45° e distanziate in modo da impedire l'ingresso di acqua piovana ma, al tempo stesso, di consentire un’adeguata areazione.
26 Fondamentale è anche l’areazione nella stalla. Il problema è stato risolto sfalsando le due falde di copertura in modo da ottenere un’apertura al livello del colmo e prevedendo tamponamenti mobili regolabili per ottenere un’areazione ottimale durante tutto l’anno.
Fig 4.3 schizzi tamponamenti e schema areazione stalla
Considerando che l’orientamento ottimale per la stalla è l’asse Est-Ovest, e che questa deve rispettare distanze minime dai confini maggiori rispetto agli altri edifici, ho ritenuto opportuno progettare la stalla al centro del lotto, ortogonalmente all’asse stradale: in questo modo diventa il cuore dell’azienda intorno al quale si sviluppano le altre opere.
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5 Progetto
5.1 Accesso e percorsi
Come già detto, la stalla è il centro del progetto. Tuttavia l’accesso al lotto è situato a Nord, quindi il primo edificio che si incontra è il caseificio, in particolare il punto vendita che rappresenta anche l'inizio del percorso didattico: da qui infatti si accede ad un camminamento orizzontale che offre la visione delle lavorazioni di caseificazione, delle celle frigo e delle cantine. Usciti dal caseificio, il percorso prosegue tra vigneti e ulivi fino ad arrivare alla zona degli orti. Infine, è possibile accedere alla stalla e concludere il percorso ritornando al punto di partenza.
Nella planimetria alla pagina successiva sono indicate le varie tipologie di percorso nonché le principali destinazioni d’uso.
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5.2 Stalla
La stalla è una struttura a pianta rettangolare, in cui gli unici elementi di contenimento verticale sono i recinti per la suddivisione della mandria. Solo la zona mungitura è nettamente separata per esigenze tecniche ed igieniche. Di seguito è riportata la pianta con la suddivisione dei percorsi orizzontali.
Fig 5.2 collegamenti orizzontali.
Altra suddivisione importante, visibile nello schema successivo, è quella della mandria. Tale ripartizione è sottolineata anche in prospetto, infatti i tamponamenti in legno sono stati differenziati in base alle funzioni interne.
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Fig 5.3 ripartizione mandria.
5.3 Il deposito
Il deposito riprende la tipologia del fienile: è caratterizzato infatti da una forma molto semplice, a pianta rettangolare con tetto a capanna. È suddiviso in due parti: un deposito-garage chiuso e un fienile vero e proprio caratterizzato da tamponamenti in legno di tipo para-sole che proteggono il fieno dalle intemperie ma permettono un’adeguata areazione, evitando il rischio dell'auto combustione.
Nella pagina seguente è rappresentato un particolare in sezione e in prospetto di tale soluzione.
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5.4 Caseificio
Come già detto, il primo edificio che si incontra all'ingresso del lotto è il caseificio. La sua edificazione è prevista nei pressi di un vigneto che verrà non solo mantenuto ma anche ampliato. Il caseificio è costituito da vari volumi, realizzati con forme e materiali differenti a seconda della funzione.
Al piano terra vi è il punto vendita, caratterizzato da un rivestimento in legno; le celle frigo, realizzate in muratura in pietra locale; il laboratorio, struttura in calcestruzzo armato con tamponamenti intonacati; gli ambienti di servizio per i dipendenti, per i quali si è scelta nuovamente la muratura in pietra; le cantine ipogee, in calcestruzzo armato. A collegare tutti gli ambienti vi è un percorso orizzontale, accessibile anche ai visitatori, realizzato in vetro per sottolinearne l’apertura e la continuità con il percorso esterno. Al piano superiore è previsto un laboratorio per le attività didattiche e i servizi igienici fruibili dai visitatori.
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6 Impianto biogas
6.1 Fonti energetiche rinnovabili e agricoltura
L'aumento dei consumi energetici, e i suoi effetti sull’inquinamento, e il cambiamento climatico hanno portato ad un crescente interesse nei confronti delle energie rinnovabili. Seguendo questa tendenza, il nostro Paese, tramite incentivi, ha promosso investimenti, innovazione tecnologica e ricerca. In questo scenario, anche l’agricoltura è chiamata a cogliere le nuove opportunità al fine di ridurre le emissioni di CO2 e di altri gas serra. Questo
può essere fatto sia mediante pratiche agricole sostenibili, sia mediante sfruttamento e valorizzazione delle biomasse per la produzione di energia. Da non sottovalutare è infatti l’effetto inquinante del settore agro-zootecnico, dovuto soprattutto alla presenza di azoto nei liquami utilizzati come fertilizzanti. Nelle zone ad alta densità di allevamenti l’utilizzo degli effluenti zootecnici esclusivamente come fertilizzanti non è più tecnicamente ed economicamente sostenibile. In questi casi lo sfruttamento degli effluenti per alimentare impianti di produzione di biogas costituisce una soluzione vantaggiosa al problema.
6.2 Il quadro normativo
Il D.M. 6 luglio 2012 (attuazione dell’articolo 24 del DLgs 3 marzo 2011, n. 28) promuove la produzione di energia elettrica da fonti rinnovabili attraverso numerosi incentivi. Il nuovo sistema, rispetto a quello precedente, favorisce gli impianti di piccola taglia e il riutilizzo dei sottoprodotti. Importanti modifiche riguardano anche: la procedura autorizzativa, le modalità di accesso agli incentivi pubblici, i limiti di potenza incentivabili, le soluzioni tecniche, la fiscalità e le imposte.
Nella tabella a pagina seguente sono riportate le tariffe incentivanti base previste dalla normativa..
34 Incentivo base
Tipologia di dieta utilizzata
Potenza (kW) Tariffa incentivante base 2013 per 20 anni
(€/kWh) Prodotti di origine biologica 1< P ≤300 0.180 300< P ≤600 0.160 600< P ≤1000 0.140 1000< P ≤5000 0.104 P >5000 0.091 Sottoprodotti di origine biologica 1< P ≤300 0.236 300< P ≤600 0.206 600< P ≤1000 0.178 1000< P ≤5000 0.125 P >5000 0.101
La tariffa base per piccoli impianti è di 0,236 euro/kWh a cui si possono aggiungere dei premi e, nel caso di un cogeneratore ad alto rendimento con recupero dell’azoto maggiore del 60%, è pari a 0,030 euro/kWh.
Con il nuovo decreto IRPEF la normativa prevede che il reddito da agroenergie sia determinato apportando ai corrispettivi delle operazioni (cessioni), effettuate ai fini IVA, il coefficiente di redditività del 25%. Quindi tutte le entrate che derivano dalla produzione di energia pulita saranno tassate al 25%, mentre finora, costituendo "reddito agricolo", potevano essere tassate tramite rivalutazione delle rendite catastali, dunque molto meno.3
3
All’articolo 1, comma 423, della legge 23 dicembre 2005, n. 266, e successive modificazioni, le parole: «e si considerano produttive di reddito agrario» sono sostituite dalle seguenti: «Il reddito è determinato applicando all’ammontare dei corrispettivi delle operazioni soggette a registrazione agli effetti dell’imposta sul valore aggiunto il coefficiente di redditività del 25%».
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6.3 Processo biologico
Durante la digestione anaerobica il metano viene prodotto dai batteri che decompongono la materia organica per produrre energia necessaria al loro metabolismo. I principali processi che avvengono sono: idrolisi, acido genesi, aceto genesi e metanizzazione.
Fig 6.1 schema processo biologico.
Affinché il processo si svolga sono necessari l’assenza di ossigeno e un contenuto di umidità di almeno il 50%. Un altro parametro fondamentale è la temperatura, a seconda della quale possono essere utilizzate differenti specie di batteri. Per temperature inferiori ai 30°C si usano batteri psicrofili, dai 30° ai 40°C i mesofili ed infine dai 40° ai 55°C i termofili. Le specie
36 termofile sono quelle più produttive ma nelle aziende agricole vengono usate quelle mesofile il cui processo risulta più stabile e di conseguenza può essere controllato facilmente.
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6.4 Sistemi di digestione anaerobica (DA)
Ci sono tre sistemi di DA e vengono classificati in base al processo: - processo continuo;
- processo discontinuo; - processo semicontinuo. 6.4.1 Processo continuo
L’impianto è dotato di un solo digestore e di un serbatoio di post digestione per lo stoccaggio. Il digestore funziona in modo continuo e la quantità di deiezioni che alimentano il digestore è pari al residuo che ne fuoriesce, mantenendo così il livello costante. Il processo di produzione del biogas potrebbe continuare nel serbatoio di stoccaggio che, se è chiuso ermeticamente, permette di recuperare il gas rimanente.
6.4.2 Processo discontinuo
In questo caso il digestore viene riempito completamente e periodicamente. Il serbatoio viene poi chiuso ermeticamente ed ha inizio il processo di digestione. Il tasso di produzione aumenta gradualmente fino a raggiungere il suo massimo. Quando il tasso di produzione di biogas scende sotto un certo livello il digestore viene svuotato e il processo viene ripetuto. Per avere una produzione di biogas costante ci sono più digestori sfalsati tra di loro. Questo tipo risulta adatto per impianti di grossa taglia. Per le aziende agricole vengono usati due digestori.
6.4.3 Processo semi-continuo
È un mix dei due sistemi precedenti: il digestore viene riempito gradualmente fino al livello massimo, dopo di che funziona in modo discontinuo. Questo processo ha lo svantaggio di non digerire parte delle deiezioni e quindi ha una resa inferiore rispetto agli altri due.
38
6.5 Descrizione impianto
Le tipologie di impianti di cogenerazione sono numerose e dipendono sia dalle differenti scelte tecnologiche dei vari costruttori di impianti, sia dalla possibilità di trattare differenti tipologie di biomassa.
In ogni caso, gli elementi principali di un impianto di digestione sono: - vasca di stoccaggio dei liquami zootecnici;
- serbatoio di digestione; - serbatoio di post-digestione; - serbatoio di stoccaggio del biogas; - unità di cogenerazione;
- pompe; - miscelatori;
- strumenti di controllo; - attrezzature di sicurezza.
Affinché il processo di digestione proceda regolarmente, oltre alle deiezioni bovine, è opportuno integrare la dieta del digestore con degli ammendanti che ne stabilizzano il processo e ne aumentano la produttività.
I substrati (le deiezioni) e i co-substrati (altre biomasse) vengono inseriti in un digestore, grosso recipiente a tenuta stagna e isolato termicamente, dove i batteri producono il biogas. Attraverso la combustione del gas può essere prodotta sia elettricità che calore, oppure entrambi (cogenerazione). L’elettricità può essere usata sia in loco che distribuita in rete. Il calore viene in parte utilizzato per riscaldare il digestore e in parte può essere utilizzato per riscaldare stalle ed abitazioni.
6.5.1 Stoccaggio
La deiezione animale viene immagazzinata in sacchi o silos per evitare la dispersione del biogas, dato che per i bovini il processo inizia già nello
39 stomaco degli animali, e deve essere trasportata nel digestore il prima possibile.
6.5.2 Digestore
Nel digestore, opportunamente scaldato, avviene il processo di digestione. Il contenuto del digestore deve essere mescolato per mantenere una temperatura costante, prevenire la sedimentazione, facilitare la penetrazione dei batteri e migliorarne il metabolismo.
Fig 6.2 Digestore anaerobico.
6.5.3 Stoccaggio post digestione
I compost (substrati digeriti) vengono immagazzinati in appositi serbatoi prima di essere utilizzati come ammendante agricolo, inoltre, sigillando il serbatoio, si ha una raccolta ulteriore di biogas dato che la produzione può continuare anche al di fuori del digestore.
6.5.4 Stoccaggio biogas
I serbatoi di stoccaggio possono essere distinti sulla base della pressione di esercizio: bassa pressione e media-alta pressione. Di solito si usa lo stoccaggio a bassa pressione, costituito da lamine flessibili: si creano cioè dei polmoni che servono a mitigare le fluttuazioni di produzione del biogas in modo da avere un flusso costante in uscita. I serbatoi a media-alta
40 pressione invece non vengono usualmente impiegati: in quanto pericolosi si richiedono dei serbatoi particolari dall’elevato costo.
6.5.5 Unità di cogenerazione
L’unità di cogenerazione produce sia calore che elettricità. Si tratta di un semplice motore a combustione interna alimentato dal biogas.
Fig 6.3 Unità di cogenerazione.
6.5.6 Pompe
Le pompe possono avere doppia funzione, infatti oltre al trasporto delle deiezioni possono fare anche da miscelatori del substrato. Ci sono due tipi:
- pompe centrifughe - pompe ad ingranaggi.
41 6.5.7 Miscelatori
I substrati vanno miscelati per favorire una corretta digestione da parte dei batteri ma anche per mantenere costante la temperatura ed evitare sedimentazioni. Tali dispositivi possono essere ad elica ed idraulici.
Fig 6.4 Miscelatori ad elica.
6.5.8 Desolforazione
Il biogas può contenere piccole quantità di solfuro di idrogeno (H2S),
che essendo molto corrosivo potrebbe danneggiare il motore e l’intero impianto. La desolforazione si fa semplicemente aggiungendo aria al biogas in modo che il solfuro di idrogeno si trasformi in zolfo.
6.5.9 Strumenti di controllo
In un impianto di biogas ci possono essere svariati strumenti di misura, collegati ad un computer per automatizzare l’impianto. I principali sono:
42 - Sensori di temperatura;
- Indicatori del livello del substrato; - Contatore del gas;
- Tester per misurare sia l’energia usata che quella prodotta; - Strumenti per analizzare la composizione del biogas. 6.5.10 Collegamento alla rete elettrica
L’energia elettrica prodotta in cogenerazione viene riversata nella rete elettrica mediante un collegamento in parallelo con l’alternatore. È necessario, per motivi di sicurezza, installare una serie di interruttori ed unità di controllo. Nel caso in cui la tensione dell’elettricità prodotta sia diversa da quella in rete, è necessaria una cabina di trasformazione.
6.5.11 Attrezzature di sicurezza
Per un corretto funzionamento dell’impianto, dato che sono utilizzati combustibili gassosi, sono previste una serie di misure di sicurezza. Nella figura a pagina seguente sono descritte le apparecchiature previste dalla normativa.
43
44
6.6 Fattibilità economica
Lo studio della fattibilità economica dipende da vari fattori, come il prezzo dell’energia, che nell'Unione Europea è variabile a seconda dei vari Governi.
Altri parametri invece dipendono dall’azienda agricola e da una accurata progettazione. I principali sono:
- quantità e composizione delle deiezioni disponibili; - disponibilità di co-substrati;
- consumo e costo di elettricità;
- consumo di calore (per stalle o altre utenze nelle vicinanze); - l’utilizzo finale del compost (i substrati migliorano le qualità
fertilizzanti);
45
6.7 Organizzazione stalla
In un'azienda bovina da latte si allevano vacche e capi da rimonta; questi ultimi sono i bovini a diverso stadio di accrescimento destinati a sostituire le lattifere a fine carriera.
"Si possono distinguere le seguenti categorie bovine: • vitello, bovino dalla nascita fino a 6 mesi di età; • manzetta, femmina dai 6 ai 12 mesi di età;
• manza, femmina di oltre 12 mesi di età e fino all'ingravidamento;
• manza gravida, femmina dall'ingravidamento fino al parto; • vacca in produzione, femmina adulta, dopo il primo parto (sono
comprese sia le vacche in lattazione che le vacche in asciutta); • vacca in lattazione, vacca che produce latte;
• vacca in asciutta, vacca in riposo produttivo, nell'intervallo fra due lattazioni.
Per il calcolo della rimonta si può usare la seguente formula:
dove Pa è il numero medio di parti all’anno per capo e Pc è il numero medio di parti per carriera.
Quindi il numero di vacche riformate è di 23,
- fabbisogno di manze = 23*1.15 = 26 - vitelli-manzette = 26*1.2 = 32
ne consegue che i capi mediamente presenti sono:
• vitelle-manzette = 32 (periodo di accrescimento 12 mesi); • manze = (26 x 8)/12 = 17 (periodo di accrescimento 8 mesi);
46 • manze gravide = (26 x 9)/12 = 20 (periodo di accrescimento 9
mesi);
• vacche in produzione = 120, pari al 55% della mandria. Di queste circa 20 sono in asciutta.
Numero totale di capi N ≈ 190
La ripartizione della mandria è molto importante per valutare le potenzialità produttive in termini di biogas."4
4
Formule e coefficienti per la ripartizione mandria da ‘Bovini da latte e biogas – CRPA spa’
47
6.8 I substrati
I substrati sono i materiali destinati al processo di digestione e in un azienda agricola sono per lo più costituiti dalle deiezioni animali.
n° capi tot liquame (t/tpv*anno) letame (t/tpv*anno) (t/anno) vacche (700kg) 20 15 120 2940 manze gravide (500kg) 16 11 20 270 manze (300kg) 4 26 17 153 manzette (200kg) 2,2 22,5 16 79 vitelli (125kg) 2,2 22,5 16 49 totale (liq.+let.)= D= 3491
produzione effluenti bovini
Resa in Biogas
La resa in biogas dipende dalle caratteristiche del substrato, in particolare da:
- Materia Secca (MS): % di materia secca nel substrato - Materia Organica (MO): % organica della MS
- Materia Organica Secca (MOS): MS*MO
- Produzione Massima specifica di biogas (PM): MOS in m3/t Indicando con B1 la resa in biogas delle deiezioni
B1 =D(t)*MS*MO*PM=
48
6.9 Co-substrati
I co-substrati presenti in azienda sono la paglia e il siero di latte. Si può stimare che l’azienda dispone di 2000 kg/giorno di siero per un totale annuo di 730 t, e di 200 t/anno di paglia pari a 1000 m3.
Resa in Biogas
La resa (Rsi) in biogas di paglia e siero dipendono dalla percentuale di solidi volatili. Tali dati sono riportati nella tabella seguente5:
Materia secca (%) Solidi volatili (% s.s) Resa in biogas (m3/t ss) siero 7 86 365 paglia 87 87 500 Bsi = Si*MS*SV*Rsi = = 730(t)*0.07(%)*0.86(%)*365(m3/t) ≈ 17400 m3 Bpa = Pa*MS*SV*Rpa = = 200(t)*0.87(%)*0.87(%)*500 (m3/t) ≈ 75690 m3 Btot = B1 + Bsi + Bpa = 164770 m3 biogas/anno
Quindi si ottiene una produzione giornaliera di: Btot/g = Btot /395 ≈ 451 m3 biogas/giorno.
5
49
6.10 Dimensionamento dell’impianto
Un corretto dimensionamento è fondamentale per valutare la fattibilità economica di un impianto di biogas. I componenti che maggiormente incidono sui costi dell’impianto sono:
- il serbatoio del digestore ed il suo isolamento; - l’unità di cogenerazione;
- i miscelatori; - le pompe; - le tubature.
Altrettanto importante e direttamente collegata al dimensionamento dell'impianto è una corretta stima dei substrati e co-substrati disponibili.
6.10.1 Volume del digestore
Il volume si ottiene moltiplicando la quantità di substrati e co-substrati per il tempo di permanenza nel digestore.
Inoltre all'interno del digestore può esservi stoccato il biogas prodotto, tramite una copertura costituita da un’opportuna lamina flessibile. Il volume del deposito deve essere tale da contenere almeno il 20% del biogas prodotto. Avendo una produzione giornaliera di circa 451 m3 il volume (Vs) del serbatoio di stoccaggio è:
50 Il volume totale del digestore quindi sarà dato dalla somma di V e Vs. Per ottenere tale capienza, il digestore, considerando un'altezza di 5 m, dovrà quindi avere un diametro pari a 12 m.
6.10.2 Deposito post-digestione
Il volume del deposito di post-digestione, considerando un tempo di permanenza di 4 mesi, è pari a:
6.10.3 Potenza
Per il calcolo della potenza dell’unità di cogenerazione si può assumere 20 MJ/Nm3 come potere calorifero del biogas (considerando una percentuale del 24% di metano), un rendimento elettrico del 30%, e, considerando un utilizzo continuo dell'unità, il numero di ore può essere assunto pari a 7500.
Nel caso di studio la potenza sarà:
51 6.10.4 Materiali per l’isolamento termico
Superfici da isolare:
- muri del digestore: S = altezza digestore * diametro * π =188.5 m2
- superficie di fondo: S = raggio2 * π = 113 m2 se si utilizza uno spessore di 8 cm si ottiene: V = (113 + 188.5) * 0.08 = 24.12 m3
6.10.5 Riscaldamento digestore
Richiesta di calore (MJ/anno) = massa del substrato (t/anno) * calore specifico (kJ/kg K) * (Tdigestore – Tsubstrato fresco) * 1.3
Dove:
Calore specifico = 4,2 MJ/t k (si può assumere pari a quello dell’acqua) Tdigestore =35°C
Tsubstrato fresco =15°C
Richiesta di calore = (3584 + 1730) * 4.2 * (35 – 15) = 446 GJ/anno 6.10.6 Calore residuo
Il calore residuo è la quantità di calore non utilizzata per riscaldare il digestore e può essere utilizza per altre utenze.
Produzione di calore in cogenerazione (GJ) = potenza termica in uscita kWth * ore di funzionamento = 61 * 7500 * 3.6 / 1000 = 1647 GJ/anno
Calore residuo = produzione di calore in cogenerazione – calore richiesto dal digestore = 1647 – 446 = 1201 GJ/anno
52 6.10.7 Dimensionamento delle tubature di distribuzione del calore
Le dimensioni delle tubature dipendono dalla potenza massima dell’unità di cogenerazione. Con l’ausilio di apposite tabelle è possibile stimarne il diametro che nel caso di studio sarà di 26.9 mm.6
6.10.8 Pompa per le deiezioni e miscelatore
La potenza della pompa e del miscelatore dipendono dalla quantità di substrati, dalla loro percentuale di materia secca e dall’altezza del ingresso nel digestore. Quindi, considerando circa il 10% di MS, per un digestore di 480 m3 alimentato tre volte al giorno con una portata di 5 m3/h sarà necessaria una pompa a palette di 3 kW e un miscelatore da 11 kW.
6.10.9 Avvio dell’impianto
All’avvio dell’impianto inizia la produzione di biogas, che per i primi 3-6 mesi aumenterà gradualmente fino a raggiungere il livello massimo. Aumenterà anche la percentuale di metano, fino al 55-60%. Una volta che la produzione raggiunge questo livello, l’impianto viene affidato al proprietario che dovrà controllare che la produzione corrisponda alle specifiche di progetto e svolgere le operazioni di routine connesse alla gestione dell’impianto. Queste sono:
- alimentazione del impianto;
- aggiornamento dei registri (quantità di deiezioni, dei co-substrati, temperatura del digestore, volume di biogas);
- controllo del corretto funzionamento dei miscelatori; - controllo del processo mediante i vari indici e parametri; - controllo delle norme di sicurezza;
- manutenzione.
6
Biomasse per l’energia. Guida per progettisti, impiantisti e utilizzatori , ISES Italia, Fondazione IDI città della scienza, 2006.
53
6.11 Analisi economica e finanziaria
L’investimento è stato analizzato attraverso un’analisi della redditività attualizzata. In particolare sono stati presi in considerazione i seguenti flussi di cassa:
Voci passive:
- realizzazione dell’impianto di digestione anaerobica; - produzione di matrici organiche;
- manodopera relativa alla gestione delle biomasse vegetali; - manodopera relativa alla gestione ordinaria dell’impianto; - manutenzione ordinaria delle attrezzature connesse al
digestore anaerobico: vengono considerate forfettariamente sulla base del costo di investimento delle opere elettromeccaniche;
- manutenzione straordinaria: viene ipotizzata una spesa straordinaria al termine della vita utile del cogeneratore (generalmente 8 anni) e delle opere elettromeccaniche (generalmente 10 anni), calcolata come percentuale dell’investimento iniziale;
- imprevisti e spese generali: sono calcolati come percentuale dei costi totali.
Voci attive:
- vendita energia elettrica al gestore della rete;
- incentivi per la produzione di energia elettrica da fonte rinnovabile;
54 6.11.1 Indici
Gli indici di analisi finanziaria impiegati per la verifica della fattibilità economica dell’investimento sono i seguenti:
- Tempo di Ritorno: numero di anni necessario a ripagare il costo sostenuto;
- Valore Attuale Netto (VAN): valore attualizzato, scontato secondo il tasso di interesse, dei flussi di cassa (ricavi meno costi) compreso l’investimento iniziale;
- Tasso Interno di Rendimento (TIR): rappresenta il rendimento offerto dal progetto, calcolato sulla spesa iniziale in base ai flussi di cassa generati nei periodi successivi.
- Indice di profitto (PI): è dato dal rapporto tra valore attuale delle entrate e valore attuale delle uscite.
6.11.2 Costi di realizzazione dell'impianto
I costi di investimento di un impianto di DA possono variare molto a seconda delle specifiche, infatti vanno dai 2500 €/kWe ai 7500 €/kWe,
diminuendo all’aumentare della potenza installata. Tra le voci di costo occorre considerare sia i costi fissi (Tab. 6) che quelli variabili (Tab. 7) la cui stima è determinata in base alle caratteristiche e alla taglia dell’impianto.
55 Costi fissi
Digestore
Il costo del digestore può variare molto a seconda delle caratteristiche tecniche, infatti può essere realizzato in calcestruzzo o in acciaio e avere differenti soluzioni per la copertura. Dal diagramma successivo con costi minimi e massimi si può estrapolare una stima del costo del digestore.
Fig 6.6 costi di investimento per un digestore. Fonte: Ecofys Mti
Serbatoio di post-digestione
Fig 6.7 costi di investimento per un serbatoio di post-digestione. Fonte: Ecofys Mti 0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 300 500 700 900 C os ti ( € )
Volume del digestore (m3)
costi minimi costi massimi 0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 80000 90000 500 1500 2500 3500 4500 C os ti ( € ) Volume stoccaggio (m3) costi minimi costi massimi
56
Stoccaggio biogas
Nel caso studio il biogas viene immagazzinato all'interno del digestore tramite la copertura realizzata con una lamina flessibile.
Fig 6.8 costi di investimento per un serbatoio di post-digestione. Fonte: Ecofys Mti
Unità di cogenerazione
Fig 6.9 costi di investimento per l’unità di cogenerazione. Fonte: Ecofys Mti 0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 10 15 20 C os ti ( € ) Volume de digestore (m3) costi minimi costi massimi 0 20000 40000 60000 80000 100000 120000 140000 160000 180000 200000 20 40 60 80 100 120 140 160 C os ti ( € ) Potenza (kWe) costi minimi costi massimi
57
Isolamento
Per le pareti del digestore di solito si usa come materiale isolante il poliuretano, che ha un costo di 500-800€/m3, mentre per il fondo si usa il poliestere, dal costo di 175-275 €/m3.
Tubi per il fluido termovettore
Il costo (esclusa la posa in opera) per tubi di diametro pari a 26,9 mm è di 75€/m.
Collegamento dell’unità di cogenerazione al sistema di riscaldamento centrale
20 kWth: 1500€
50 kWth: 3000€
>50 kWth: 5000€
Tubi per la movimentazione delle deiezioni animali
Nella tabella seguente sono riportati i costi dei tubi per la movimentazione delle deiezioni in base allo spessore e alla pressione massima:
diametro (mm) Spessore (mm) Pressione max (bar) Costo (€/m)
50 2 7.5 1.60
90 2.7 7.5 3.75
125 3.7 7.5 6.75
125 4.8 10 9.1
Tab.5 costo tubi.
58 Pompe Pompa a palette (3kW): 3000€. Miscelatori Miscelatore ad immersione (11kW): 6800€ Torcia 100-200kWth: 10000€
Scambiatori di calore interni al digestore
>50kWth: 15000€ Desolforazione: 500 € Condensatore: 6000-10000€ Altre attrezzature: 1000 € Co-digestione Premescolamento: 25000-35000€ Stoccaggio: 0-10000€ Opere civili
Il costo è molto variabile, ma per digestori fino ai 500m3 può arrivare fino a 20000€
Ingegnerizzazione e costruzione
59
Sviluppo del progetto
Per un azienda, il costo da sostenere per lo sviluppo del progetto di un digestore anaerobico va da circa 5000 € a 15000 €.
Nella tabella seguente sono riassunti i costi fissi relativi alla realizzazione dell’impianto: taglia Unità di misura Costi minimi (€) Costi massimi (€) Digestore 565 m3 20000 38000 Serbatoio post-digestione 1300 m3 35000 50000 Serbatoio stoccaggio biogas 90 m3 4000 9000 Unità di cogenerazione 36.6 kW 25000 70000 Coibentazione pareti digestore 15.1 m3 7550 12080 Coibentazione fondo digestore 9 m3 1600 2500 Connessione alla centrale termica 61 kWth 5000 5000 Pompe A palette 3kW 3000 3000 Miscelatori Ad immersione 11 kW 6800 6800 Torce 122 kWth 8000 15000 Scambiatori calore digestore 61 kWth 15000 15000 Altri elementi di sicurezza 7500 11500 Pre-mescolamento 25000 35000 Deposito co-substrati 0 10000 Opere civili 0 20000 Subtotale 163450 302880
60 Ingegnerizzazione 5-10% 14444 28888 Costi totali di installazione 175894 317768 Sviluppo del progetto 5000 15000
Costi totali del progetto
182894 346768
Tab.6 costi fissi.
Il costo dell’impianto quindi va dai 180000€ ai 350000€. Ai fini dello studio è stato preso come valore di riferimento la media dei precedenti cioè 300000€.
Costi variabili
Rientrano nei costi variabili la produzione dei co-substrati, e i costi di manutenzione e gestione dell’impianto.
Tali costi sono riassunti nella tabella seguente:
Metodo di calcolo €/anno
Biomassa 15 €/t 3000
Gestione ed esercizio del digestore
3% dei costi di installazione 8100 Gestione ed esercizio
del cogeneratore
Ore di funzionamento * 0.9 (€/h)
6750 Costo del personale 1(ore/giorno)*365*10(€/h) 3650
Costi variabili 19675
61 6.11.3 Analisi dei ricavi
Nella tabella seguente sono calcolate le voci attive, ossia la vendita di energia elettrica e lo sfruttamento dell’energia termica:
Metodo di calcolo Valore totale (€) Energia elettrica Potenza(kW)*ore di
funzionamento* tariffe elettricita (0.266)
73017
Energia termica Risparmio per il
riscaldamento delle celle del caseificio (valutato sulla
base dei consumi attuali dell’azienda)
6000
Valore della produzione 79017
Tab.8 ricavi.
6.11.4 Ammortamenti e oneri finanziari
Il capitale proprio è stato considerato pari all’equity (25% dell’investimento) che la banca richiede in genere per il finanziamento.
Ipotizzando di stipulare un mutuo per una cifra pari a 225000€ ad un tasso di interesse annuo del 5,48% per dieci anni. È stato calcolato che si dovranno pagare 29821€ per 10 anni per liquidare l’intera somma del mutuo.
Il calcolo della rata è stato effettuato applicando la formula francese di ammortamento del capitale: essa presenta il vantaggio di prevedere una rata costante (a parità di tasso) durante tutto il rientro del finanziamento.
Le imposte, in base al nuovo Decreto-Legge Irpef, sono pari a circa il 30% e vanno calcolate sul 25% del fatturato.
62 Nella tabella seguente sono riassunti tali valori:
Metodo di calcolo €/anno
Ammortamento immobilizzazioni Materiali
Costo totale/ vita utile impianto
15000
Oneri straordinari 2000
Imposte del esercizio ≈30% sul 25% del fatturato 2616
Tab.8 ammortamenti e oneri.
6.11.5 Risultati analisi economica finanziaria
Utilizzando i dati sopra calcolati, si può valutare il tempo di recupero dell'investimento e la sua redditività. Per attualizzare il cashflow è stato utilizzato un saggio di sconto pari a 5,5%.
anni investimenti flusso di cassa cumulato attualizzato (€)
0 -300000 1 -€ 248.127,01 2 -€ 198.958,31 3 -€ 152.352,90 4 -€ 108.177,15 5 -€ 66.304,41 6 -€ 26.614,61 7 € 11.006,06 8 € 46.665,46 9 € 80.465,84 10 € 112.504,11 11 € 142.872,14 12 € 171.657,01 13 € 198.941,24 14 € 224.803,07 15 € 249.316,65 16 € 272.552,28 17 € 294.576,57 18 € 315.452,67 19 € 335.240,45 20 € 353.996,63
63 Nella tabella seguente sono riassunti i risultati dell’analisi economica con i principali indici:
saggio di sconto Costi € Ricavi € VAN € TIR IP
5,50% 590.286,74 944283,37 €353.996,63 7% € 1,60
Tab.10 risultati analisi economica.
La redditività complessiva dell’investimento è di circa 354000€, pari a circa il 60% (IP=1,60).
Dal grafico precedente si vede che l’investimento si ripaga in circa 7 anni. -400000 -300000 -200000 -100000 0 100000 200000 300000 400000 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 fl u sso d i ca ssa ( € ) tempo (anni)
64
7 Conclusioni
Obiettivo della tesi è la progettazione di un’azienda zootecnica ecosostenibile nel territorio irpino: una struttura che non sia solo produttiva, ma anche ricettiva, con funzione di fattoria didattica.
I criteri, che hanno guidato la progettazione, sono stati:
- i parametri quantitativi definiti dagli strumenti urbanistici come altezza, distanze, superfici, volumi ecc, dettati dal regolamento edilizio comunale di Vallata;
- la qualità architettonica e la sostenibilità: oltre alla ricerca di una qualità puramente progettuale, comunque fondamentale, è stato necessario uno studio di ecosostenibilità che ha tenuto in considerazione il benessere animale, l’illuminamento e la qualità della luce, la temperatura e la qualità dell’aria, il controllo della ventilazione meccanica e di quella naturale, la piacevolezza degli ambienti, nonché l’importanza delle aree verdi.
In una prima fase, la progettazione si è concentrata sull’aspetto estetico, è stata prestata particolare attenzione alla tutela dell’ambiente e del paesaggio che ospita la struttura, stabilendo un dialogo continuo con i modelli architettonici e storici locali.
Seguendo la forma e la pendenza del lotto, gli edifici sono stati sviluppati lungo l’asse est-ovest, orientamento ottimale di una stalla. A nord del lotto è situato il caseificio con punto vendita e laboratorio didattico. Un corridoio ecologico, che attraversa vigneti, uliveti e orto, collega il caseificio con la stalla, di forma rettangolare e caratterizzata da un aspetto più chiuso e compatto sui lati corti che contrasta con quello più aperto e arieggiato dei
65 lati lunghi. Un deposito, infine, all’altra estremità del lotto, conclude il complesso.
In una seconda fase, la progettazione si è focalizzata sulla struttura vera e propria: in linea con il concetto di sostenibilità, si è tenuto conto dell’impatto ambientale e del risparmio energetico e sono stati utilizzati materiali come vetro, legno e pietra e prodotti “naturali” nella costruzione. Ѐ stato realizzato un impianto di biogas per permettere di generare energia elettrica e calore da biomasse di origine organica, che altrimenti verrebbero disperse inquinando l’ambiente.
Infine un’analisi accurata è stata dedicata all’impianto di digestione anaerobica. Dopo aver stimato la quantità di substrati disponibili e, quindi, progettato l’impianto, è stata effettuato uno studio economico finanziario, i cui risultati sono tuttavia incerti: la stima delle deiezioni è variabile in base alla dieta dei bovini, è necessario che venga fatta in modo diretto in quanto l’azienda agricola in esame, votata alla qualità e non alla quantità, utilizza una dieta più tradizionale rispetto alle stalle da latte moderne. Inoltre sarebbe più economicamente vantaggioso realizzare un impianto più potente, organizzando la raccolta dei substrati in cooperativa con le numerose aziende zootecniche presenti sul territorio, esempi riscontrati sono nel Nord Italia e in Germania.
Per quando riguarda gli incentivi, con la normativa attuale, sono favoriti i piccoli impianti, che però non godono più di quelle agevolazioni fiscali in seguito al nuovo decreto Irpef, che tassa la vendita di energia al 25% senza differenziare tra piccoli e grandi impianti.
66 Scopo del presente lavoro di tesi è stato quello di dimostrare che la strada dello sviluppo sostenibile è economicamente praticabile e spesso vantaggiosa.
E’ necessario attivare politiche che favoriscano la realizzazione di nuovi edifici e il riuso degli esistenti basate sull’uso di materiali di origine agroforestale, andando a sciogliere quei nodi burocratici che attualmente rendono difficili gli interventi in tal senso e incentivandoli fiscalmente. In questo modo, oltre a evitare il consumo di suolo, si favorisce la creazione di un indotto verde per milioni di piccole imprese, artigiani, aziende agricole.
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8 Elaborati grafici
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