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sostenibilità dei processi.
Carbon&Water Footprint, LCA, MFA, Carbon&Water Footprint, LCA, MFA, analisi multicriteriale, Social Life Cycle analisi multicriteriale, Social Life Cycle Assessment, Life Cycle Costing Assessment, Life Cycle Costing Ecomondo, Rimini • 7 Novembre 2013 Ecomondo, Rimini • 7 Novembre 2013
La digestione anaerobica riduce La digestione anaerobica riduce
l'impronta del carbonio delle l'impronta del carbonio delle
produzioni agro-zootecniche?
produzioni agro-zootecniche?
Laura Valli, Stefano Pignedoli
Claudio Fabbri, Sergio Piccinini
CRPA spa – Reggio Emilia
riduce l'impronta del carbonio delle
produzioni agrozootecniche?
Le emissioni di GHG dal settore agricolo
Il contributo del settore agricolo alle emissioni globali di gas serra (GHG) ammonta, a livello nazionale, al 6.5%, ponendo l’agricoltura al secondo posto dopo il settore
energetico (che include i processi di combustione di tutti i settori) e alla pari con
quello industriale.
riduce l'impronta del carbonio delle
produzioni agrozootecniche?
La digestione anaerobica in agricoltura
●
notevole potenzialità nella mitigazione delle emissioni di GHG dal settore agricolo (vedi rapporti FAO e IPCC)
●
tecnica win-win: riduzione diretta delle emissioni nella fase di gestione delle
deiezioni, riduzione indiretta delle emissioni per la sostituzione di energia fossile
●
notevole diffusione in Italia degli impianti
che trattano effluenti di allevamento da soli
o in miscela con altre biomasse
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produzioni agrozootecniche?
Diffusione degli impianti di DA
Censimento impianti di digestione anaerobica a fine 2012,
(CRPA 2013)
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produzioni agrozootecniche?
Obiettivo dello studio
Determinare l'impronta del carbonio, con
metodologia LCA, di alcune tipologie di impianti di digestione anaerobica applicati al settore agro-
zootecnico
Valutare l'impatto ambientale, in relazione alle emissioni di gas serra, che comporta l'introduzione di un impianto di DA in una azienda agro-zootecnica, confrontando
alcune possibili filiere, fra le più diffuse
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produzioni agrozootecniche?
Le filiere analizzate
Impianto da 600 kW el alimentato a:
sole colture energetiche (silomais)
colture energetiche (30%) + effluenti di allevamento (70%)
soli effluenti di allevamento
soli effluenti di allevamento (vasca digestato scoperta)
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produzioni agrozootecniche?
Unità funzionale e confini del sistema
L'unità funzionale, ossia l'unità di riferimento rispetto a cui sono calcolati gli impatti, è il kWh el immesso in rete (ossia al netto degli autoconsumi)
I confini del sistema considerano l'impianto di
digestione anaerobica, escludendo quelle fasi che non
subiscono variazioni rispetto a una azienda priva di
impianto, quali, ad esempio, la parte relativa alla
produzione zootecnica, che si ipotizza rimanga
invariata
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produzioni agrozootecniche?
Confini del sistema
Gli effluenti zootecnici entrano senza un carico di impatto
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produzioni agrozootecniche?
Metodologia e ipotesi considerate
metodologia IPCC per emissioni N 2 O e di CH 4 (GWP da IPCC 2007:
CH 4 = 25; N 2 O = 298)
emissioni di N 2 O dovute alle fertilizzazioni azotate e consumi
energetici per lavorazione delle colture: considerate solo per colture energetiche
credito attribuibile al contenuto fertilizzante del digestato, in sostituzione dei fertilizzanti di sintesi (per colture energetiche)
lo stoccaggio del digestato sostituisce lo stoccaggio del liquame (nel caso della azienda zootecnica)
energia termica valorizzata solo per riscaldamento digestore
diversa produttività e autoconsumi per impianto a effluenti e a
silomais
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produzioni agrozootecniche?
Emissioni CH 4 dalla vasca del digestato
Temperatura del digestato superiore di 4-5°C rispetto al liquame tal quale
È importante che la vasca di stoccaggio del digestato sia
coperta
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Filiera colture energetiche
● Copertura dello stoccaggio del digestato per metà del volume
● Emissioni CH 4 da stoccaggio scoperto del digestato
= 50% di quelle del liquame tal quale
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produzioni agrozootecniche?
Filiera colture energetiche
●
La superficie delle colture (194 ha) è quella necessaria per produrre il silomais necessario per la potenza elettrica richiesta (600 kW)
●
Digestato usato per fertilizzare il mais
●
Considerando il fabbisogno della coltura (280 kgN/ha), e della efficienza agronomica dell'azoto del digestato, è necessaria l'integrazione con urea
●
Sono conteggiati i consumi energetici delle macchine
per la lavorazione del silomais e per lo spandimento
del digestato
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produzioni agrozootecniche?
Filiera colture energetiche + effluenti di allevamento
●
Impianto alimentato per 70% a liquame e per 30% a colture energetiche (silomais)
●
Percentuale di sostanza organica fornita al digestore dall'insilato è del 64%
●
Riduzione delle emissioni CH 4 stoccaggio scoperto del digestato
rispetto a liquame tal quale = 50% (credito liquame)
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produzioni agrozootecniche?
Filiera colture energetiche + effluenti di allevamento
●
La superficie del silomais necessaria è di 148 ha
●
Digestato usato per fertilizzare mais (280 kgN/ha), va integrato con urea, ma per rispettare dosi massime di azoto zootecnico, una parte va esportata
●
Credito da digestato (sostituzione fertilizzanti) e emissioni N 2 O: conteggiate solo quelle dovute al digestato da
colture energetiche
●
Consumi energetici per spandimento ed esportazione
digestato (solo quota colture energetiche)
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Filiera effluenti di allevamento
(con e senza copertura dello stoccaggio)
●
Impianto alimentato con liquame bovino
●
2 filiere: con stoccaggio digestato totalmente scoperto, con stoccaggio digestato coperto per metà
●
Riduzione emissioni CH 4 da stoccaggio del digestato
rispetto al liquame tal quale = 50%. La riduzione agisce
su tutto il digestato, in quanto è prodotto solo dal liquame
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Filiera effluenti di allevamento
(con e senza copertura dello stoccaggio)
●
Non si considerano emissioni di N 2 O da fertilizzazioni azotate (sarebbero uguali per il liquame tal quale)
●
Il credito dovuto al valore fertilizzante del digestato non viene conteggiato perchè sarebbe stato uguale anche dal liquame
●
Non conteggiati consumi energetici per spandimento
ed esportazione digestato
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produzioni agrozootecniche?
Contributi alle emissioni
produzione delle biomasse (emissioni di N 2 O dalla
applicazione dei fertilizzanti ed emissioni di CO 2 per la produzione dei fertilizzanti);
conversione delle biomasse, include le emissioni di CO 2 per produrre i materiali dell'impianto e le perdite di CH 4 per
dispersioni dall'impianto (stimate pari a 1,5%);
emissioni dallo stoccaggio del digestato, che, negli scenari con effluenti, si traducono in un credito dovuto alle mancate emissioni di metano dallo stoccaggio degli effluenti di
allevamento;
il credito dovuto alla sostituzione dei fertilizzanti di sintesi con
il digestato (solo per la quota prodotta con le colture energetiche)
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produzioni agrozootecniche?
Risultati
Impronta del carbonio delle filiere analizzate, a confronto con quella della produzione termoelettrica nazionale
F1: solo biomasse, vasca digestato coperta 50%
F2: 70% liquame, 30% biomasse, vasca digestato coperta 50%
F3: solo liquame vasca digestato coperta 50%
F4: solo liquame
vasca digestato
scoperta
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produzioni agrozootecniche?
Risultati
Impianto a sole biomasse (0,405 kg CO 2 eq/kWh)
e impianto biomasse+effluenti (0,094 kg CO 2 eq/kWh):
emissioni di GHG positive, ma significativamente inferiori a quelle del mix termoelettrico nazionale (pari a 0,561 kg CO 2 eq/kWh fonte Ispra;
0,795 CO 2 eq/kWh fonte Enel)
Impianto a soli effluenti di allevamento: emissioni
GHG negative grazie alla riduzione delle emissioni di
CH 4 dallo stoccaggio
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Produzione elettrica nazionale
Fonte: ISPRA Rapporto 172/2012
Produzione termoelettrica nazionale per combustibile
Fattore di emissione della produzione elettrica e
termoelettrica nazionale
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Emissioni di GHG per produzione kWh
Le emissioni di gas serra evitate con la produzione di EE da biogas
stanno in un range 0,2-1,4 kg CO 2 eq/kWh el (mix termoelettrico italiano)
Se l'energia fossile sostituita è quella più inquinante (carbone) le emissioni di GHG evitate crescono a 0,5-1,8 kg CO eq/kWh
Fonte: rielaborazione CRPA su dati Ispra
riduce l'impronta del carbonio delle
produzioni agrozootecniche?
Dove intervenire per migliorare
●
Minimizzare emissioni da vasca stoccaggio digestato
●
Ridurre dispersioni (torcia)
●
Aumentare l'efficienza dell'azoto del digestato:
−
minori dispersioni di azoto reattivo nell'ambiente
−
riduzione delle emissioni di N 2 O dirette e indirette
−
riduzione uso fertilizzanti di sintesi (energia per produrli)
●
Sfruttare l'energia termica
●
Produrre con tecniche agronomiche a basso input
energetico, di fertilizzanti e fitofarmaci
riduce l'impronta del carbonio delle
produzioni agrozootecniche?
Conclusioni
●
La digestione anaerobica offre una importante opzione di mitigazione delle emissioni di gas serra del settore agricolo (emissioni evitate 0,2-1,4 kg
CO 2 eq/kWhel)
●
Per massimizzare il risparmio di GHG è importante che gli impianti di DA
−
abbiano la vasca del digestato coperta,
−
trattino preferibilmente sottoprodotti e effluenti zootecnici,
−
abbiano elevata efficienza di trasformazione energetica,
−
utilizzino il calore prodotto in cogenerazione
●
Vantaggi aggiuntivi: la digestione anaerobica riduce significativamente l'odore degli effluenti trattati e rende il digestato un materiale fluido ed
omogeneo, che infiltra rapidamente nel suolo, riducendo anche le emissioni di ammoniaca attribuibili a questa fase
●