Agroenergie

ESERCIZIO

400 capi in lattazione in cuccette senza paia

100 tra manze e manzette (rimonta) in stalla con pavimento fessurato

100 vitelli allevati con lettiera

Terreni per produzione di sorgo, con resa di 45 t/ha

EFFLUENTI/LIQUAMI:

- 400 vacche da latte = liquami 600 kg/vacca * 400 vacche = 240000 = 240 t

Peso medio = 600 kg / Produzione di liquame = 33 t/t * anno

p.v.

3

Densità del liquame = 1 t/m

Liquame = 33 t * 240 t * anno = 7920 t/anno

- 100 manze + manzette (rimonta) = liquami 300 kg/vacca * 100 vacche = 30000 = 30 t

Peso medio = 300 kg / Produzione liquame = 26 t/t * anno

p.v.

Liquame = 26 t * 30 t * anno = 780 t

- 100 vitelli = liquami e letami 125 kg * 100 = 12500 kg = 12,5 t

Peso medio = 125 kg

Produzione di liquame = 4 t * 12,5 t = 50 t

Produzione letame = 22 t * 12,5 = 275 t

Si suppone l’assenza di acque di processo (mungitura e pulizia), si possono

LIQUAME LETAME aggiungere alla produzione anche le acque meteoriche. Può essere

VACCHE 7980 / considerato un’inquinante perché ha una forte carico organico (utilizzabile in

RIMONTA 780 / impianto a biogas).

VITELLI 50 275

TOTALE LIQUAME = 8750 t = 24 t/giorno

% di sostanza secca = 13 % = 1137 t/anno

% di solidi volatili = 80 % della S.S. = 910 t/anno

3 3 3 3

BIOGAS = 375 m / t = 375 * 910 = 341250 m /anno * 0,625 = 213281 m CH /contenuto energetico = 9,97 kw/h m

s.v. 4

3

% di metano 62,5 / potere calorifico inferiore = 35,7 MJ/m

ENERGIA = 213281 * 35,7 = 7614132 MJ = 7614 GJ

Contenuto energetico del metano 1 anno = 9,97 * 213281= 2126412 kW/h (energia entrante nel sistema)

.

η = = 0,25 Ee (E. USCENTE) = 531603 kW/h

.

P = = = 65 kW (sfrutta esclusivamente i liquami)

Produzione lorda vendibile = 531603 kWh * 0,21 €/kWh = 111600 €/anno

Pnominale = 260 kW

kWt = 40 % = 100 kwt

LETAME:

Letame totale = 275 t

% sostanza secca di letame = 18 % letame totale = 49,5 t/anno

% solidi volatili = 75 % della sostanza secca del letame = 37,125 t/anno

3 3

Resa Biogas = 250 m /t * 37,125 t/anno = 9281,25 m /anno 3

% Metano = 62,5 % Volume CH = 9281,25 * 0,625 = 5800,78 m

4

3

Potere calorifico = 35,7 MJ/m

ENERGIA = 35,7 * 5800,78 = 207,09 GJ

Contenuto Energetico = Volume CH * 9,97 kW/h = 57833,7766 kWh

4

η = 0,25 ENERGIA USCENTE = 14458,445 kWh

P = 14458,445/8200 = 1,76 kW (aumento della potenza elettrica dell’impianto)

Produzione Lorda Vendibile = 14458,445 * 0,21 = 3036,18 €/anno

VOLUME DELL’IMPIANTO

Numero di giorni (tempo di ritenzione, dipende dalla temperatura di processo) = 15 giorni

3 3

di liquame (d= 1 t/m )

Produzione giornaliera di liquame = 24 t/g = 24 m 3 3

Produzione giornaliera di letame = 0,75 t/g = 0,3 m di letame (d= 0,4 t/m )

3 3

Produzione totale = 24,3 m di prodotto al giorno + 10 % altro (es. acque meteoriche) = 26,7 m /giorno

Tempo di ritenzione = 20 giorni 3 3

Volume Totale = 20 giorni * 26,7 m /giorno = 534 m

2

Altezza = 3 m / Raggio = 7,5 m / A = 178 m Digestore Cilindrico

VOLUME DI STOCCAGGIO DEL DIGESTATO (sarebbe opportuna la presenza di almeno 2 vasche)

t = 180 giorni (suini) / t = 120 giorni (bovini)

3 3

V = 26.7 m /giorno * 120 giorni = 3200 m

Costi al kW minori per impianti di grandi dimensioni e alti per impianti di piccole dimensioni

- Grandi impianti 1000 kWe - costo = 3500-4500 €/kWe

- Piccoli impianti <250 kWe - costo = 6000-8000 €/kWe

Es: 200 kWe 1,2 – 1,6 Milioni di €

AGGIUNTA DI 2,5 t/giorno DI SORGO (insilato di sorgo)

Sostanza secca 27 % = 0,27 * 2,5 t/giorno = 0,675 t s.s. /giorno

Solidi volatili 90 % = 0,9 * 0,675 t sv/giorno = 0,607 t s.v./giorno

3 3

Biogas = 600 m /t s.v. * 0,607 t s.v. /giorno = 364,5 m Biogas/giorno

3 3 3

CH = 365 m Biogas/giorno * 0,63 m CH /biogas = 218,7 m CH /giorno

4 4 4

3 3

CONTENUTO ENERGETICO = 218,7 m CH /giorno * 9,97 kWh/CH m = 2180,49 kWh/giorno

4 4

CONTENUTO ENERGETICO ANNUO = 2180,49 * 365 = 795860,23 kWh/anno

Ee = 795860,7 *0,25 = 198965 kW/h

Pe = 198965/8200 = 24,26 kWe

Pe TOT = Pe stalla + Pe sorgo = 100 kWe

AZOTO 3

AZOTO % s.s. liquami = 13 % s.s.= 3,9 % azoto (d liquami = 1 t/m )

3

AZOTO % s.s. letame = 18 % s.s. = 2 % azoto (d letame = 0,4 t/m ) 3

AZOTO % s.s. insilato di sorgo = 27 % s.s. = 1,65 % azoto (d insilato = 0,7 t/m )

Normativa nitrati, limiti di azoto da

LIMTI AZOTO ha = 170 kg/ha (vulnerabile) refluo zootecnico o digestato

LIMITI AZOTO ha = 340 kg/ha

• LIQUAMI TOT = 8750 t.q.

s.s. 13 % = 1137,5 t s.s.

3

AZOTO = 44,36 t - m

• LETAME TOT = 275 t.q. Azoto TOT = 49,42 t azoto

s.s. 18 % = 49,5 t s.s. Superficie necessaria = circa 140 ha (azoto totale / limite)

3

AZOTO = 1 t - 2,5 m 10 % circa - perdite di azoto

• LETAME TOT = 275 t.q.

s.s. 18 % = 49,5 t s.s. 3

AZOTO = 4,06 t – 5,8 m

DIMENSIONAMENTO DEI VOLUMI DI STOCCAGGIO DEL DIGESTATO

Digestato = 95 % del prodotto in ingresso + 10 % apporti di acque meteoriche

3

Biomassa giornaliera = 28,75 m /giorno Digestato = 0,95 * 28,75 t = 27,3125 t/giorno

3 3

Stoccaggio = digestato (giorno) * 120 giorni = 3277,5 m + 10% raccolta acque meteoriche = 3600 m

3 3

Prudenzialmente 4000 m divisi in 2 stoccaggi da 2000 m (migliore gestione)

Lo stoccaggio è a cielo aperto, la normativa consiglia tuttavia la copertura per consentire il recupero di metano.

FILIERE OLIO-ENERGIA

Nella filiera olio-energia, l’olio può essere usato per la produzione di calore (se impiegato come combustibile

fossile), trazione meccanica, energia elettrica (all’interno di un motore endotermico il movimento meccanico è

abbinato ad un gruppo elettrogeno) oppure per la produzione di biodiesel (combustibile).

Gli oli impiegati in questa filiera possono derivare da diverse fonti, quali:

- COLTURE DEDICATE: coltivazioni arboree, erbacee o alghe

- GRASSI ANIMALI: presentano una composizione analitica identica quasi a quelli vegetali, ma si presentano

tuttavia solidi a temperatura ambiente

- PRODUZIONI RESIDUALI E ALTRO: impiego di oli e grassi vegetali esausti

Nelle colture dedicate l’estrazione dell’olio può avvenire con due diverse modalità a seconda delle caratteristiche

della biomassa e della filiera stessa:

• MATERIA GRASSA > 20 % = si esegue un’estrazione meccanica, si tratta di una filiera che in genere non è di

tipo industriale ma bensì di consorzio (quasi agricola). In questa tecnica, pur essendo efficiente, si ha la

produzione di un quantitativo maggiore di residui che sono difficilmente estraibili.

Il “pannello” contiene amidi, proteine e grassi con un contenuto variabile dal 6-8 %.

• MATERIA GRASSA < 20 % = si esegue un’estrazione chimica, si tratta solitamente di una filiera industriale

(in genere di grandi oleifici). L’olio viene estratto da un seme con una prima spremitura meccanica e il

materiale restante, che prende il nome di “pannello”, viene esaurito chimicamente ottenendo così un olio di

semi più farina d’estrazione (basso livello d’olio e di grassi, concentrato di proteine e amidi). La farina può

essere impiegata a scopo zootecnico come fonte di integrazione proteica per l’animale, il pannello invece

può essere destinato anche alla combustione in quanto dotato di un ottimo potere calorifico.

L’olio grezzo che si ottiene dall’estrazione, che deriva dai grassi animali o da produzioni residuali deve essere

depurato (es. filtrazione). Una volta che ciò è avvenuto può entrare in caldaie o in motori a combustione interna per

la produzione di energia termica, meccanica ed elettrica.

In alternativa, nei processi maggiormente industriali, l’olio depurato può andare incontro a raffinazione ed utilizzato

in caldaie o motori, oppure subire un ulteriore processo di transesterificazione che porta alla produzione di

biodiesel (viene impiegato alcol che si trasforma in glicerina che può costituire una fonte di inquinamento).

Gli oli esausti oltre a seguire il processo di depurazione possono andare in contro a rigenerazione, in cui avviene

l’eliminazione delle impurità e il prodotto di risulta può essere impiegato in diversi ambiti industriali tra cui anche la

produzione di biodiesel.

Occorre infine valutare anche l’aspetto ambientale della filiera, valutandone la sostenibilità in termini normativi e

l’impatto ambientale a livello locale, anche energetico (costo energetico delle varie operazioni).

VANTAGGI DI UN COMBUSTIBILE FLUIDO

GESTIONE PIÚ SEMPLICE – maggiore facilità nello stoccaggio e nella movimentazione (es. pompe)

 MAGGIOR EFFICIENZA DI COMBUSTIONE – genera una combustione più pulita, presenta un alto contenuto

 energetico, resa maggiore e minori residui di combustione (no ceneri)

MAGGIORE VERSATILITÀ NELL’UTILIZZO – il combustibile può essere sfruttato in caldaie o motori a

 combustione interna

FILIERA

La FILIERA indica una sequenza obbligata di operazioni

o di fasi di produzione, può essere internazionale o

nazionale, in quest’ultimo caso si può trattare di una

filiera corta (raggio di 70 km) oppure lunga.

Il biocombustibile prodotto nelle filiere

agroenergetiche può essere il bioetanolo oppure il

biodiesel (aumento delle politiche incentivanti,

maggiori consumi e produzioni).

FILIERA OLIO – ENERGIA = PRODUZIONE DI BIODIESEL

Nella filiera internazionale l’olio

viene prodotto solitamente da

nazioni estere e poi

successivamente importato in

Italia dagli impianti che lo

impiegano per la produzione di

energia (impianti grandi anche

se meno di 1 MW).

La filiera italiana si basa invece sull’agricoltura, per cui la produzione di olio e il suo utilizzo avviene interamente in

Italia (filiera più compressa).

Si assiste frequentemente ad una minore produzione rispetto alle capacità produttive degli impianti.

La quota d’obbligo di biocarburanti da immettere in consumo per l’anno 2016 è stata pari del 5,5 % ed è calcolata

sulla base del quantitativo totale di benzina e gasolio immesso in consumo nello stesso anno solare come previsto

dal Decreto del Ministero dello Sviluppo Economico nel 10 ottobre del 2014.

FILIERA OLIO – ENERGIA = PRODUZIONE DI ENERGIA ELETTRICA/TERMICA

PRODUTTORI ELETTRICI DA OLI VEGETALI PURI

Gli oli vegetali puri (OVP) sono “oli prodotti da piante oleaginose (erbacee come

colza, soia e girasole o arboree come la palma) mediante spremitura, estrazione o

procedimenti analoghi, grezzi o raffinati ma chimicamente non modificati”. In Italia

sono presenti su tutto il territorio ad eccezione della Valle d’Aosta, Liguria, Molise e

Basilicata. La potenza complessiva installata è di 145,591 MW con un valore medio di

0,63 MW (bassa)