Il contributo degli impianti di biogas alla riduzione delle emissioni di gas serra: la gestione degli odori e delle emissioni gassose

(1)

Migliori tecniche Migliori tecniche per la gestione per la gestione degli impianti di biogas: digestato ed degli impianti di biogas: digestato ed emissioni emissioni

Martedì 2 dicembre 2014 Martedì 2 dicembre 2014 Via Bologna 534 – FERRARA Via Bologna 534 – FERRARA

Centro Ricerche Produzioni Animali – C.R.P.A. S.p.A.

Incontro tecnico

Il contributo degli impianti Il contributo degli impianti

di biogas alla riduzione di biogas alla riduzione

delle emissioni di gas serra:

la gestione degli odori e la gestione degli odori e delle emissioni gassose delle emissioni gassose

Laura Valli

CRPA spa – Reggio Emilia

(2)

biogas alla riduzione delle emissioni di gas serra:

la gestione degli odori e delle emissioni gassose

Incontro tecnico, Martedì 2 dicembre 2014 - FERRARA

Migliori tecniche per la gestione degli impianti di biogas:digestato ed emissioni Migliori tecniche per la gestione degli impianti di biogas:digestato ed emissioni

Sommario

Gli impianti di digestione anaerobica hanno importanti ricadute per quanto riguarda:

● Emissioni di gas serra (GHG)

● Emissioni di odori

(3)

Le emissioni di GHG dal settore agricolo

Laura Valli, Stefano Pignedoli Claudio Fabbri, Sergio Piccinini CRPA spa – Reggio Emilia

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.

(4)

Le emissioni di GHG dal settore agricolo

●

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, biomasse o

miscele dei due

(5)

Diffusione degli impianti di DA

Censimento impianti di digestione anaerobica a fine 2012,

(CRPA 2013)

(6)

Quale contributo? Metodologia adottata

Determinazione dell'impronta del carbonio (g CO2/kWh), con metodologia LCA, di un impianto di digestione anaerobica del 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

●

soli effluenti di allevamento (2 casi: vasca digestato coperta e scoperta)

●

sole colture energetiche (silomais)

●

colture energetiche (30%) + effluenti di allevamento (70%)

(7)

Confini del sistema

Gli effluenti zootecnici entrano senza un carico di impatto

(8)

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).

(9)

Il contributo degli impianti di biogas alla riduzione delle emissioni di gas serra:

Metodica per valutare emissioni da stoccaggio

●

L'emissione CH ⁴ dallo stoccaggio dipende dalla temperatura e dalla reattività dell'effluente

●

La temperatura è variabile nel corso dell'anno

●

Il livello di riempimento della vasca è variabile in funzione del programma di spandimento e quindi dell'assetto agronomico aziendale

Per una corretta valutazione è stato

condotto un programma di misura

annuale in condizioni psicrometriche

(10)

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

(11)

Strumentazione

●

Minidigestori psicrofili a due profondità flottanti lasciati per 60 giorni in situ: 2 tesi (liquame/digestato), 4 sessioni annuali, 2 punti

(20/140 cm) per un totale di 32 test

●

Collettamento del gas in sacche impermeabili

●

Valutazione del volume e qualità gas in laboratorio

(12)

Correlazione emissione gas e temperatura

(13)

Emissioni dalla vasca del digestato

Bilancio emissioni GHG dipende dalla dinamica di svuotamento della vasca

Emissioni dal digestato inferiori del 25-50% rispetto al

liquame tal quale

(14)

Bilancio emissivo aziendale di metano

Le emissioni di metano da liquame rispetto al corrispondente digestato, calcolate con la regressione sulla temperatura e il programma di svuotamento, sono risultate inferiori del 50%.

Con altri piani di distribuzione il risultato può essere diverso

(15)

Filiera effluenti di allevamento

(con e senza copertura dello stoccaggio)

●

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

●

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.

(16)

Filiera colture energetiche

●

Copertura dello stoccaggio del digestato per metà del volume

●

Emissioni CH4 da stoccaggio scoperto del digestato = 50% di quelle del liquame tal quale

●

La superficie delle colture è quella che serve a produrre il silomais necessario per la potenza elettrica dell'impianto (600 kW)

●

Digestato usato per fertilizzare il mais (sostituisce fertilizzanti)

●

Emissioni di N 2 O per fertilizzazioni azotate

●

Conteggiati i consumi energetici delle macchine per la lavorazione del silomais

e per lo spandimento del digestato

(17)

Filiera colture energetiche + effluenti di allevamento

●

Impianto alimentato per 70% a liquame e per 30% a colture energetiche (silomais)

●

Riduzione delle emissioni CH 4 stoccaggio scoperto del digestato rispetto a liquame tal quale = 50% (credito liquame)

●

Digestato usato per fertilizzare mais, 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 per spandimento ed esportazione digestato (solo quota colture energetiche)

(18)

Sostenibilità delle filiere

Impronta del carbonio delle filiere analizzate, a confronto con quella della produzione termoelettrica nazionale ed europea

Fonti: ISPRA Rapporto 172/2012; EC, Commission staff working document, 2014

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

(19)

Produzione elettrica nazionale

Fonte: ISPRA Rapporto 172/2012

Produzione termoelettrica nazionale per combustibile

Fattore di emissione della produzione elettrica e

termoelettrica nazionale

(20)

Dove intervenire per migliorare

●

Minimizzare emissioni da vasca stoccaggio digestato

●

Ridurre leakage (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

(21)

Emissioni di odori

Maggiore è il contenuto di sostanza organica facilmente

decomponibile, maggiore è il rischio di odore, specie in

condizioni anaerobiche

(22)

Le sezioni emissive

Recezione, stoccaggio e

movimentazione matrici in

ingresso

Fase di

metanizzazi one

Conversio ne

energetica del biogas

Trattamen to e

stoccaggio

digestato

(23)

Materiali in ingresso

●

Matrici con maggiore potenziale odorigeno

●

Colture energetiche, effluenti zootecnici, altri sottoprodotti

●

Tenore di sostanza secca: indice della potenziale fermentescibilità. <60% contenitori chiusi

●

Importanza di un buon insilamento: non si perde sostanza organica, non si producono odori troppo offensivi (butirrico)

●

Attenzione al percolato! NO ai piazzali sporchi!

(24)

Materiali in ingresso

●

Movimentazione: evitare imbrattamenti

●

Tramogge di carico: evitare il più possibile le dispersioni dagli sfiati (coperchi, portelloni mobili)

●

Breve tempo di stoccaggio dei sottoprodotti umidi (<72h)

●

Per le matrici liquide: non formare aerosol, immissione sotto la

superficie

(25)

Fase di metanizzazione

Processo essenzialmente al chiuso, ma ci sono criticità:

●

Fase di avvio

●

Possibili malfunzionamenti, fuoriuscite occasionali di biogas

●

Perdite per leakage (H ² S): stima ottimistica = 1,5%

Minimizzare le perdite di biogas vuol dire produrre di più e ridurre al minimo i problemi di odori

Usare la torcia

(26)

Trattamento e stoccaggio digestato

● Materiale impoverito di sostanza organica, quindi meno odorigeno

Odore

0 100 200 300 400 500

Testimone (tal quale senza

crosta)

Digestato Tal quale con crosta Concentrazione odore [ouE/m3 ]

-64% rispetto al controllo

(27)

Trattamento e stoccaggio digestato

●

Se il processo di digestione non è completo (tempo di ritenzione inadeguato, problemi di processo) anche il digestato può produrre odori offensivi

●

Separazione solido/liquido: attenzione ai percolati!

●

Separatori ad alta efficienza (es. centrifughe): al chiuso e con trattamento aria

●

Area di stoccaggio della frazione palabile deve essere coperta

●

Cumulo del digestato solido: evitare compattamento

ed anaerobiosi

(28)

Stoccaggio del digestato

●

Molto importante che almeno la prima fase sia coperta

●

Si riducono le emissioni di gas serra e odori e si recupera

ancora biogas (+ 2-3%)

(29)

Misure di controllo (1)

Environment Agency - H4 Odour Management

● Recezione e gestione dei materiali odorigeni

● Trasferimento dei composti odorigeni all'aria (ridurre l'evaporazione, confinare le sezioni più odorigene)

● Contenimento dell'aria contaminata (porte chiuse, no correnti, controllo valvole)

● Trattamenti end-of-pipe

● Trasporto e dispersione

(30)

Misure di controllo (2)

Environment Agency - H4 Odour Management

● Coinvolgimento dei residenti

● Rispondere ai reclami (il processo è sotto

controllo? le misure di contenimento hanno fallito?

le misure di trattamento hanno fallito? le misure di dispersione hanno fallito?)

● Sospendere o ridurre qualche operazione

● Cosa fare quando sorge un problema: il vostro

piano di gestione degli incidenti

(31)

Monitoraggio

Linee guida Regione Emilia-Romagna

●

2 autocontrolli/anno per 2 anni sulle sorgenti più impattanti, e ai confini monte/valle

●

Misura della concentrazione di odore con olfattometria dinamica

●

Eventuale approfondimento modellistico

PROBLEMA: con esclusione delle emissioni da impianti di abbattimento, per le altre si tratta di emissioni

diffuse, difficili da quantificare

(32)

Monitoraggio

Environment Agency - H4 Odour Management

●

Problemi da considerare per il monitoraggio dell'aria ambiente

−

Incidenti episodici e di breve durata

−

Concentrazioni al di sotto dei limiti strumentali ma non della percettibilità

−

Picchi nella esposizione dovuti a cambiamenti delle condizioni di dispersione o a variazioni occasionali delle emissioni

−

Emissioni da punti elevati possono ricadere oltre il punto di monitoraggio

−

Difficile riconoscere la responsabilità delle emissioni

(33)

Monitoraggio

Environment Agency - H4 Odour Management

●

Monitoraggio delle lamentele

●

Sniffing tests

●

Agenda dell'odore e indagini con i residenti

●

Prelievo di campioni ed olfattometria, monitoraggio chimico

●

Misura di parametri surrogati e controllo di processo

●

Emissioni fuggitive e/o diffuse

●

Registrazione dei monitoraggi

(34)

Conclusioni

●

La produzione di energia da biomasse e, in particolare, la digestione

anaerobica offre una importante opzione di mitigazione delle emissioni di gas serra

●

Per massimizzare il risparmio di GHG è importante che gli impianti di DA

−

abbiano la vasca del digestato coperta,

−

trattino preferibilmente sottoprodotti e effluenti,

−

abbiano elevata efficienza di trasformazione energetica,

−

utilizzino il calore prodotto in cogenerazione;

●

La digestione anaerobica riduce significativamente l'odore degli effluenti trattati e rende il digestato un materiale fluido che infiltra rapidamente nel suolo, riducendo anche le emissioni attribuibili alla fase di utilizzazione

agronomica

●

Impianti ben progettati, realizzati e condotti non costituiscono situazioni di

forte criticità per le emissioni odorigene

(35)

Migliori tecniche Migliori tecniche per la gestione per la gestione degli impianti di biogas: digestato ed degli impianti di biogas: digestato ed emissioni emissioni

Martedì 2 dicembre 2014 Martedì 2 dicembre 2014 Via Bologna 534 – FERRARA Via Bologna 534 – FERRARA

Centro Ricerche Produzioni Animali – C.R.P.A. S.p.A.

Il contributo degli impianti di biogas alla riduzione delle emissioni di gas serra: la gestione degli odori e delle emissioni gassose

Migliori tecniche Migliori tecniche per la gestione per la gestione degli impianti di biogas: digestato ed degli impianti di biogas: digestato ed emissioni emissioni

Martedì 2 dicembre 2014 Martedì 2 dicembre 2014 Via Bologna 534 – FERRARA Via Bologna 534 – FERRARA

Incontro tecnico

Il contributo degli impianti Il contributo degli impianti

di biogas alla riduzione di biogas alla riduzione

delle emissioni di gas serra:

delle emissioni di gas serra:

la gestione degli odori e la gestione degli odori e delle emissioni gassose delle emissioni gassose

Laura Valli

CRPA spa – Reggio Emilia

Sommario

Gli impianti di digestione anaerobica hanno importanti ricadute per quanto riguarda:

● Emissioni di gas serra (GHG)

● Emissioni di odori

Le emissioni di GHG dal settore agricolo

Laura Valli, Stefano Pignedoli Claudio Fabbri, Sergio Piccinini CRPA spa – Reggio Emilia

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.

Le emissioni di GHG dal settore agricolo

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, biomasse o

miscele dei due

Diffusione degli impianti di DA

Censimento impianti di digestione anaerobica a fine 2012,

(CRPA 2013)

Quale contributo? Metodologia adottata

Determinazione dell'impronta del carbonio (g CO2/kWh), con metodologia LCA, di un impianto di digestione anaerobica del 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

soli effluenti di allevamento (2 casi: vasca digestato coperta e scoperta)

sole colture energetiche (silomais)

colture energetiche (30%) + effluenti di allevamento (70%)

Confini del sistema

Gli effluenti zootecnici entrano senza un carico di impatto

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).

Metodica per valutare emissioni da stoccaggio

L'emissione CH 4 dallo stoccaggio dipende dalla temperatura e dalla reattività dell'effluente

La temperatura è variabile nel corso dell'anno

Il livello di riempimento della vasca è variabile in funzione del programma di spandimento e quindi dell'assetto agronomico aziendale

Per una corretta valutazione è stato

condotto un programma di misura

annuale in condizioni psicrometriche

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

Strumentazione

Minidigestori psicrofili a due profondità flottanti lasciati per 60 giorni in situ: 2 tesi (liquame/digestato), 4 sessioni annuali, 2 punti

(20/140 cm) per un totale di 32 test

Collettamento del gas in sacche impermeabili

Valutazione del volume e qualità gas in laboratorio

Correlazione emissione gas e temperatura

Emissioni dalla vasca del digestato

Bilancio emissioni GHG dipende dalla dinamica di svuotamento della vasca

Emissioni dal digestato inferiori del 25-50% rispetto al

liquame tal quale

Bilancio emissivo aziendale di metano

Le emissioni di metano da liquame rispetto al corrispondente digestato, calcolate con la regressione sulla temperatura e il programma di svuotamento, sono risultate inferiori del 50%.

Con altri piani di distribuzione il risultato può essere diverso

Filiera effluenti di allevamento

(con e senza copertura dello stoccaggio)

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

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.

Filiera colture energetiche

Copertura dello stoccaggio del digestato per metà del volume

Emissioni CH4 da stoccaggio scoperto del digestato = 50% di quelle del liquame tal quale

produzione delle biomasse (emissioni di N ² O dalla applicazione dei fertilizzanti ed emissioni di CO ² per la produzione dei fertilizzanti);

L'emissione CH ⁴ dallo stoccaggio dipende dalla temperatura e dalla reattività dell'effluente

Emissioni CH ⁴ dalla vasca del digestato

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

Credito da digestato (sostituzione fertilizzanti) e emissioni N ² O: conteggiate solo quelle dovute al digestato da colture energetiche

riduzione delle emissioni di N ² O dirette e indirette

Perdite per leakage (H ² S): stima ottimistica = 1,5%