bilanci di co2eq in agricoltura e possibilità di ... · temi legati al global warming; ......
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Bilanci di CO2eq in agricoltura e
possibilità di miglioramento offerte
dalle nuove tecnologie
Arpa Piemonte - Dipartimento Provinciale di Cuneo
Silvio Cagliero
Enrico Brizio Torino, 17 novembre 2011
Aspetti ambientali legati all’energia da fonte rinnovabile
limiti di qualità dell’aria;
limitazione/controllo delle emissioni;
uso delle M.T.D.;
bilanci emissivi positivi;
efficienza energetica (anche termica!);
origine e trasporto delle biomasse;
odori (& VOC);
temi legati al global warming;
aspetti ambientali della produzione di
biomasse (acqua, fertilizzanti, uso del
territorio, trasporti);
digestione anaerobica (letami/liquami + colture energetiche)
combustione/gassificazione di legna (steam/organic Rankine cycle)
olio vegetale (motori) da molto lontano
spinta: odori, stabilità biologica, produzione di energia e
NOx
Inventario provinciale delle emissioni (PM10 primari+secondari)
Fonte: ARPA CN
Fattori di formazione del particolato secondario:
SO2 0.54; NOx 0.88; NH3 0.64.Fonte: EEA
NB: il dato di particolato secondario stimato si riferisce alla quota
“inorganica”, ovvero ai contributi derivanti da NOx, SOx e NH3
La Provincia di Cuneo è caratterizzata da un’attività di
allevamento intensivo:
1. 550.000 abitanti;
2. 428.000 bovini
3. 824.000 suini
4. 6.500.000 avicoli
5. che producono reflui zootecnici per più di 8 milioni di
tonnellate all’anno;
6. Nella Provincia, 50.000 ha sono destinati alla produzione
di mais (173.000 in Regione Piemonte) e 30.000 ha
(130.000 in Regione) ad altri cereali (grano, sorgo,
triticale).
Agricoltura in Provincia di CN: dati salienti
Azoto escreto:
37.000 t/y
Azoto nei concimi:
8.000 t/y
Inventario provinciale delle emissioni (NH3 agricolo)
~16.800 t/y in atmosfera
Fonte: ARPA CN + Provincia CN + FA T.Fenoglio
Inventario provinciale delle emissioni (CH4 agricolo)
~ 35.600 t/y in atmosfera
Fonte: ARPA CN + Provincia CN + FA T.Fenoglio
~ 1.380 t/y in atmosfera
Inventario provinciale delle emissioni (N2O agricolo)
Fonte: ARPA CN + Provincia CN + FA T.Fenoglio
428.000 bovini + 824.000 suini (8 Mton di reflui)
50.000 ha x mais, 30.000 ha per altri cereali
DGR 28/09/2009 n. 30-12221 stabilisce che il 5% dei
campi coltivati possono essere dedicati alle energy crops
per la DA: 150.000 t/a di mais + 50000 t/a di altri cereali
potenziale produttivo “sostenibile” della co-DA in
provincia di CN:
Provincia di Cuneo: le potenzialità per la digestione anaerobica
Al netto del riscaldamento
dei digestori
13,5% del consumo
provincialeFonte: ARPA CN
Impianti a biogas autorizzati in provincia di CN al 31/12/2010
Fonte: ARPA CN
28 impianti a biogas regolarmente autorizzati
alimentazione: 150.000 t/a reflui bovini + 68.000 t/a liquami
suini, 114.000 t/a mais + 43.000 t/y altri cereali (42% del tot)
energia termica dispersa per il 70-80% del disponibile
Peso delle emissioni indirette di GHG dallo stoccaggio a valle della co-DA
NB: il dato Arpa trascura il contributo di CH4 e di N2O del motore a c.i.
nonché le emissioni legate a trasporto e coltivazione della biomassa
270 g CO2eq/kWh th
496 g CO2eq/kWh el
Benefici ambientali
G.A. Blengini et al. / Resources,
Conservation and Recycling 57 (2011) 36– 47
Fonte: ARPA CN
Bilancio di gas serra nella configurazione “sostenibile”
Produzione elettrica: 496 g CO2/kWhe;
Massima cogenerazione (gas e gasolio)
10.314 t CH4/y sono evitati dalla gestione
tradizionale dei reflui;
Potenziale di post-metanazione dallo stoccaggio
digestato: 5% del biogas prodotto (192 g CO2
eq/kWhe);
Si trascura l’incremento di volatilizzazione di
NH3.
-818.000 t CO2 eq/y con recupero del biogas da stoccaggio
(>10% delle emissioni di CO2 provinciali)
Fonte: ARPA CN
Produzione elettrica: 496 g CO2/kWhe;
Cogenerazione al 25% del disponibile (gas e
gasolio)
258 t CH4/y sono evitati dalla gestione tradizionale
dei reflui;
Emissioni indirette della co-DA (600 g CO2
eq/kWhe);
Si trascura l’incremento di volatilizzazione di NH3.
Bilancio di gas serra nella configurazione autorizzata
-20.000 t CO2 eq/y con recupero del biogas da stoccaggio
vantaggi in termini di gas serra sono vanificati dalle
emissioni indirette e dallo scarso uso del termico
le emissioni indirette prese a riferimento vengono
confermate da elaborazioni Arpa (400 ± 67 g CO2eq/kWhel)
nonchè da dati LCA del PoliTO (542 g CO2eq/kWhel per
una alimentazione 50-50)
Fonte: ARPA CN
Bilanci ambientali a scala regionale e locale
Configurazione “sostenibile”
Configurazione autorizzata
+ 177 t/y di PM10
secondari!!
Aumento del contenuto di azoto del digestato ( 880 →1546 t N/a)
+ 196 t/y di PM10 secondari!!
Confronto tra fonti fossili ed energie rinnovabili
*
*cui si sommano oltre 100 t/y di NH3 aggiuntive se non diversamente contenute
Database per i bilanci emissivi delle FER
maggiori preoccupazioni:
emissioni indirette di CO2 dalle fonti rinnovabili;
emissioni di NOx e PM dalle FER (anche quando le MTD
sono applicate);
efficienza energetica e recupero dell’energia termica
disponibileFonte: ARPA CN
Conclusioni: la via alla sostenibilità è tecnologica
La produzione di energia da fonte rinnovabile può comportare pesanti
conseguenze ambientali, quali il peggioramento della qualità dell’aria, in
particolare in regioni delicate come la pianura padana. I punti chiave per la
sostenibilità di tali soluzioni energetiche sono:
perseguimento di bilanci emissivi positivi o neutri sulla scala locale
(impiego dell’energia termica cogenerabile, scelte coerenti di dimensione e
localizzazione degli impianti)
B.A.T. → tecniche di abbattimento & scelte di processo
prospettive pianificatorie: scarti agricoli, sottoprodotti o colture
energetiche (l’impatto della coltivazione di diverse colture energetiche necessita
di essere chiarito, così come il consumo di acqua e fertilizzanti)? In quali
proporzioni con i liquami?
teleriscaldamento,
utenze termiche industriali,
concentrazione/evaporazione digestato
SCR, ossidazione termica e catalitica, produzione biometano
HRT, regime termico, stoccaggio captato e combustione (!)
Abbattimento NH3, copertura degli stoccaggi, produzione
fertilizzante alto secco, spandimento BAT
Tendenza alla compatibilità e sfide tecnologiche
post-combustore termico rigenerativo: rispetto del limite di
COT, effetto SNCR sugli NOx, surplus termico, eliminare catox →
verifica dei consumi energetici e del recupero termico a valle;
combustione magra: riduzione a 250 mg NOx/Nm3, migliore
assorbimento delle oscillazioni del biogas → verifica del
rendimento elettrico;
uso di SCR: riduzione a 150 mg NOx/Nm3, combustione meno
magra → verifica della sostenibilità economica vs taglia di impianto
e del recupero termico a valle (Dp), necessità di pre-trattamento del
biogas;
riduzione delle biomasse agricole, scelta di biomasse meno
impattanti, ricorso a sottoprodotti;
recupero del biogas residuale e strippaggio dell’ammoniaca;
utilizzo dell’energia termica per essiccazione evaporazione
concentrazione del digestato e produzione di fertilizzanti ad alto
secco;
upgrading del biogas → bio-metano
Efficienza di rimozione dell’ammoniaca
300 Nm3 CH4/d = 48 kWe + 50÷55 kWth
Max power requirement = 62 kW
max thermal requirement = 53 kW during the winter
1) Reduce hydrostatic head
2) Increase post-methane
production up to 5 times
3) Strong public subsidies
Fonte: ARPA CN
Tecniche per l’upgrading del Biogas: rimozione della CO2
Massimo contenuto di CO2 nel bio-metano: 3% v/v
Water scrubbing PSA
Post-combustor to
reduce CH4 losses
Recirculation to
reduce CH4 losses
Any 1% of methane loss corresponds to the ordinary CH4 slip from the engine (50 g CO2eq/kWhe)