Embed Size (px)
Citation preview
Impianti a Biogas alimentati a biomasse : valutazioni ambientali
Giovanna BiagiMariaAdelaide Corvaglia
ARPA -Sezione Provinciale di Bologna
1
Presentazione al CONSIGLIO COMUNALE STRAORDINARIO SULLE BIOMASSE - San Giovani in Persiceto (BO) – 22/06/2011
RIFERIMENTI NORMATIVIRIFERIMENTI NORMATIVI
DLgs 387/03DLgs 387/03 ""Attuazione della direttiva Attuazione della direttiva 2001/77/CE relativa alla promozione 2001/77/CE relativa alla promozione dell'energia elettrica prodotta da fonti dell'energia elettrica prodotta da fonti energetiche rinnovabili nel mercato interno energetiche rinnovabili nel mercato interno dell'elettricitdell'elettricitàà““
Dlgs 152/06Dlgs 152/06 ““ Norme in materia ambientale Norme in materia ambientale ““e suoi correttivi tra cui il e suoi correttivi tra cui il D.Lgs. 128/2010
2
BIOMASSE : riferimenti normativiBIOMASSE : riferimenti normativi
Il Il DLgsDLgs 387/03 (art. 2, comma 1, lettera a) riporta la 387/03 (art. 2, comma 1, lettera a) riporta la seguente definizione di seguente definizione di ““BIOMASSEBIOMASSE”” ::
““ LA PARTE BIODEGRADABILE DEI PRODOTTI,LA PARTE BIODEGRADABILE DEI PRODOTTI,RIFIUTI E RESIDUI PROVENIENTI RIFIUTI E RESIDUI PROVENIENTI DALLDALL’’AGRICOLTURA (comprendente sostanzeAGRICOLTURA (comprendente sostanzevegetali e animali), dalla SILVICOLTURA, dallevegetali e animali), dalla SILVICOLTURA, dalleINDUSTRIE CONNESSE NONCHINDUSTRIE CONNESSE NONCHÉÉ LA PARTELA PARTEBIODEGRADABILE DEI RIFIUTI INDUSTRIALI EBIODEGRADABILE DEI RIFIUTI INDUSTRIALI EURBANI URBANI ””
3
Biomasse utilizzabili a fini energetici
La Biomassa utilizzabile ai fini energetici consiste in tutti quei materiali organici che possono essere utilizzati direttamente come combustibili o trasformati in altre sostanze (solide, liquide o gassose) di più facile e conveniente utilizzazione negli impianti di conversione.
Le principali tipologie di biomassa utilizzabili per la produzione di energia sono:Legna derivante dalle operazioni di cura e manutenzione dei boschiResidui dell’attività agricola (paglia , potature) Residui delle attività agroindustriali (frutta,cipolle, noccioli …..)Colture energetiche dedicate (ligneocellulosiche, oleaginose,
amidaceee zuccherine)Reflui industriali, reflui civili, deiezioni animali, frazione organica
dei rifiuti solidi organici (FORSU) 4
CONVERSIONE BIOMASSE Le modalità di conversione della biomassa
per l’impiego a fini energetici possono essere di tipo
BIOCHIMICO TERMOCHIMICO L’energia si genera dalla
trasforma zione della biomassaattraverso reazioni chimiche
al calore.
L’energia si genera dalla degradazione della sostanza organica da parte di
enzimi, funghi e microorganismiche si formano nella biomassa
in particolari condizioni
5
CONVERSIONE BIOMASSE
Le modalità di conversione della biomassaper l’impiego a fini energetici possono essere di tipo
BIOCHIMICO TERMOCHIMICO
COMBUSTIONE GASSIFICAZIONE
PIROLISI DIGESTIONE ANAEROBICADIGESTIONE AEROBICA
6
DIGESTIONE ANAEROBICALa digestione anaerobica è un processo biologico che in assenza di ossigeno, trasforma la sostanza organica in BIOGAS costituito principalmente da metano e anidride carbonica.Il processo coinvolge un consorzio di BATTERI altamente specializzati che trasformano i composti generati nelle diverse reazioni biologiche in metano; l’azione di decomposizione avviene in due fasi:
la prima ad opera di diversi gruppi di microrganismi in grado ditrasformare la sostanza organica essenzialmente in acido acetico, anidride carbonica ed idrogeno; successivamente microrganismi metanigeni trasformano i composti organici intermedi in metano e anidride carbonica
La percentuale di metano nel biogas varia da un minimo del 50% fino al’75% circa, a secondo del tipo di sostanza organica digerita e delle condizioni di processo 7
Il processo di digestione anaerobica può essere effettuato
A SECCO(dry digestion)
si riferisce a miscele di materiale con contenuto in solidi minimo del 30%
A UMIDO(wet digestion)
si riferisce a miscele di materiale con un contenuto in solidi del 10-15%
Processi con valori intermedi di sostanza secca sono meno comuni e vengono in genere definiti PROCESSI A SEMISECCO
8
Classificazione del processo secondo il contenuto di solido nel reattore
La digestione anaerobica avviene in reattori (DIGESTORI ) concepiti per evitare il contatto dell’ossigeno atmosferico con la biomassa e mantenere una temperatura costante. Il processo può essere condotto all’interno del digestore in condizioni:
MESOFILEtemperatura: ~35-37°C
TERMOFILEtemperatura: ~55°C
Il processo secondo il regime termico
9
Schema di decomposizione anaerobica delle sostanze organiche durante ladigestione.
Composti polimerici ad alto peso molecolare, carboidrati, grassi e proteine vengono frammentati in sostanze più semplici, quali zuccheri, glicerolo, acidi grassi e amminoacidi
Fonte : Regione Piemonte/ CRPA Reggio Emilia 10
BIOMASSE IN INGRESSO BIOMASSE IN INGRESSO BIOGAS BIOGAS con potere calorifico medio di 23 MJ/Nm3 costituito da:
MetanoMetano (CH4) 6565÷÷70%70%Anidride carbonicaAnidride carbonica (CO2)la restante parte in funzione del tipo di sostanza organica digerita e delle condizioni di processo
DIGESTATO più o meno solidosolido, a seconda del processo adottato (a umidoa umido o a seccoa secco).
I PRODOTTI DELLA DIGESTIONE I PRODOTTI DELLA DIGESTIONE ANAEROBICAANAEROBICA
11
12
LE BIOMASSE
BIOMASSE utilizzate in Digestione Anaerobica e loro classificazione
Colture energetiche dedicate (INSILATI)
Effluenti Zootecnici Residui da industria
agro-alimentare
FANGHI, FORSU
Possono essere gestiti come“SOTTOPRODOTTI” se rispettano le condizioni previste nell’articolo 183 del D.Lgs. 152/06
Sono “RIFIUTI” ai sensi della Parte IV del DLgs 152/06
13
Sottoprodotti: Riferimenti NormativiSottoprodotti: Riferimenti Normativi
Gli scarti agroindustriali destinati alla produzione di energia possono essere considerati “sottoprodotti”,purchè sia verificata e dimostrata per ogni caso specifico la sussistenza delle condizioni elencate nell’articolo 183 del D.Lgs. 152/06.
articolo 185, comma 2articolo 185, comma 2: possono essere sottoprodotti nel rispetto delle condizioni della lettera p), comma 1 art.183:materiali fecali e vegetali provenienti da sfalci e potature di manutenzione del verde pubblico e privato, oppure da attivitàagricole, utilizzati nelle attività agricole, anche al di fuori del luogo di produzione, ovvero ceduti a terzi, o utilizzati in impianti aziendali o interaziendali per produrre energia o calore, o biogas.
14
BIOMASSE autorizzate negli impianti a biogas della Provincia di Bologna
Ad oggi in Provincia di Bologna è stato autorizzato l’utilizzo delle biomasse costituite da :
CULTURE DEDICATECULTURE DEDICATE (insilato di mais , triticale, sorgo, segale,)
EFFLUENTI ZOOTECNICIEFFLUENTI ZOOTECNICI così come definiti nel DM 7 aprile 2006 ; effluenti di bovini (liquame/letame) e liquami suini.
RESIDUI AGROINDUSTRIALIRESIDUI AGROINDUSTRIALI costituiti da 2 tipologie: Residui vegetali : residui Residui vegetali : residui trasformazioni o valorizzazioni delle produzioni vegetali (es pomodori, patate cipolle,fagiolini, barbabietola e parte di essi, melasse, farine ecc.)
Sottoprodotti dSottoprodotti d’’origine animaleorigine animale non destinati al consumo umano , rientranti nella categoria 3 ai sensi del Regolamento CE n. 1774/2002, derivanti dalle operazioni di trasformazione o valorizzazione effettuate dall’industria agroalimentare, o dalle imprese agricole che trasformano o valorizzano le proprie produzioni animali ( esclusivamente in 1 impianto) ( esclusivamente in 1 impianto) 15
Biomasse : Composizione elementare ( % peso biomassa )
CarbonioC
idrogenoH
AzotoN
ZolfoS
CloroCl
OssigenoO
Segatura 46.9 5.2 0.1 0.04 0.2 41.7Grano 49.4 5.6 0.6 0.1 0.3 42.5Pioppo 48.4 5.9 0.4 0.01 nd 39.6Paglia frumento
42.8 5.5 .07 - 1.5 35.5
Erba medica
45.4 5.8 2.1 0.09 nd 36.5
Scarti canna zucchero
44.8 5.4 0.4 0.001 nd 39.6
Girasole 47.4 5.8 1.4 0.05 0.1 41.3
Corteccia 53.9 5.8 0.4 0.03 0.15 38.3Fonte: “Fenomenologia della combustione di biomasse (T.Faravelli et al). Politecnico di Milano.
16
Contenuto di metalli in alcune biomasse (mg/kg su sostanza secca)
Potassio Cadmio Piombo Zinco Cromo rame
Paglia 8680 0.11 0.71 10 2.3 2.8
Corteccia 2410 1.16 10.14 170 10.8 7.1
Limiti DLgs 99/92 (all IB)
- 20 750 2500 - 1000
Dlgs 99/92 : Attuazione della direttiva 86/278/CEE concernente la protezione dell'ambiente, in particolare del suolo, nell'utilizzazione dei fanghi di depurazione in agricoltura
Fonte: “Fenomenologia della combustione di biomasse (T.Faravelli et al). Politecnico di Milano
17
IL BIOGAS
18
Composizione del biogas
Il biogas prodotto negli impianti di digestione anaerobica o nelle discariche, è principalmente composto da METANO (CH4) ed anidride carbonica (CO2) e da piccole quantità di idrogeno solforato (H2S) ed ammoniaca (NH3).
Sono occasionalmente presenti tracce di idrogeno (H2), azoto (N2), carboidrati saturi o alogenati ed ossigeno (O2), nonchè particelle di polveri
Il biogas può contenere altre sostanze in funzione del tipo di sostanza organica digerita e delle condizioni di processo ( differenza tra biogas di discarica e biogas da biomasse di origine vegetali) 19
Biogas da discariche Il biogas proveniente dalle discariche o dalla digestione dei fanghi di depurazione contiene altri contaminanti quali:Composti alogenati (tetracloruro di carbonio,
clorobenzene, cloroformio e trifluorometano) composti possono favorire la formazione di PCDD e PCDF (diossine e furani) se le condizioni di combustione (temperatura e tempo) sono favorevoli.contaminanti fluorurati clorofluorocarburi (CFC),
largamente utilizzati come refrigeranti, propellenti e schiume isolanti Siloxani siliconi legati da radicali organici originati da
diversi prodotti di consumo (shampoo, detergenti e cosmetici) Polveri e particolato
20
Composizione e parametri del biogas proveniente da diverse fontiParametri unità Biogas da
discaricaBiogas da Digestione Anaerobica
Gas naturale Mare del nord
Potere calorifico Mj/Nm3 16 23 40Metano vol % 45 63 87Idrocarburi sup. vol % 0 0 12Idrogeno % vol 0-3 0 0Monossido di carbonio
% vol 0 0 0
CO2 % vol 40 47 1,2Azoto % vol 15 0,2 0,3Ossigeno % vol 1 0 0H2S ppm ≤100 ≤10000 1-2Ammoniaca Ppm 5 ≤100 0Cloro totale mg/Nm3 20-200 0-5 0
(fonte : International Energy Agency IEA Bioenergy) 21
Trattamenti del BiogasInquinante Problema TrattamentoAcqua (H2O) Formazione di condensa
che provoca malfunzionamenti;azione corrosiva potenziale
Separatori di condensaApparati frigoriferi di condensazione
Idrogeno solforato (H2S)
Corrosione dei motorie degli elementi elettrici
Insufflazione di ossigeno O2 (rimozione biologica)Filtri di ossidi di ferroFiltri di carbone attivoBiofiltriLavaggio con idrossido di sodio (NaOH)Lavaggio con soluzione di sali di ferro
Anidride carbonica (CO2)
La rimozione della CO2è necessaria per aumentareil tenore di metano del biogas
Assorbimento in acqua con strippaggioed emissione in atmosfera o compressioneMembrane semipermeabili che trattengono selettivamente il metano (CH4) 22
Ciclo produttivo Il ciclo produttivo si articola in 5 fasi:PRODUZIONE E STOCCAGGIO DELLE BIOMASSE; lo stoccaggio degli insilati avviene in platea PROCESSO DI DIGESTIONE ANAEROBICA; le biomasse attraverso un sistema di alimentazione vengono inviate ad un digestore costituito da una vasca chiusa , riscaldata in cui la biomassa da sola o diluita con liquame o altro liquido viene continuamente miscelata producendobiogas;STOCCAGGIO E TRATTAMENTO DEL BIOGAS; il biogas prodotto viene trattato per eliminare le impurezze presenti ( deumidificazione, desolforazione, filtrazione, ecc.);PRODUZIONE DELL’ENERGIA ELETTRICA;TRATTAMENTO E STOCCAGGIO IN VASCA DELLA BIOMASSA DIGERITA (DIGESTATO)
23
24
Progetti di impianti a biogas: le valutazioni di Arpa
La valutazione eseguita da Arpa a supporto dell’Amministrazione Provinciale nel percorso tecnico amministrativo di rilascio dell’autorizzazione unica è volta essenzialmente a:
-Valutare gli effetti che la progettazione, realizzazione, realizzazionee le l’’esercizio di tale opera determineranno sullesercizio di tale opera determineranno sull’’ambienteambiente
-Valutare che l’opera proposta rispetti per ciascuna matrice proposta rispetti per ciascuna matrice ambientale interessata ambientale interessata le norme vigenti
- Individuare le eventuali le eventuali misure compensative che dovrannoche dovrannoessere adottate per ridurre al minimo le potenziali criticitessere adottate per ridurre al minimo le potenziali criticitàà ..
25
Fasi produttive a impatto ambientale
La maggior parte degli impatti negativi di un impianto a DA è originata nelle fasi di : ricezione, stoccaggio delle biomasse organiche in attesa del loro caricamento nell’impianto, conversione energetica del biogastrattamento e stoccaggio del digestato prodotto
26
Cosa valuta Arpa nei progettiIn fase di valutazione di un progetto di costruzione di un impianto energetico a DA , l’analisi dell’impatto ambientale generato dall’impianto riguarda le seguenti matrici/aspetti ambientali :
BIOMASSE IN INGRESSOEMISSIONI in atmosferaEMISSIONI ODORIGENE
SCARICHI RUMORE
27
Una delle fasi più importanti, per la possibile emissione di odori, ècostituita dalla GESTIONE degli Stoccaggi delle biomasse in ingresso.
I sistemi di stoccaggio variano notevolmente a seconda della tipologia di biomassa e del grado di fermentescibilità di questa, in particolare si possono distingue due categorie:
GESTIONE delle biomasse in ingresso
INSILATI: stoccaggio su platea come da pratica agricola consolidata per questo tipo di processo.
SOTTOPRODOTTI AGROALIMENTARI: devono essere previsti ACCORGIMENTI DI TIPO GESTIONALE E IMPIANTISTICOatti a ridurre il potenziale impatto odorigeno.
28
Stoccaggi sottoprodotti : prescrizioni impiantistiche e gestionali
IMPIANTISTICHE
GESTIONALI
Stoccaggio in vasche/contenitori CHIUSI E A TENUTA con trattamento dell’aria esausta; nei silos impianti di trattamento sugli sfiati Aree di stoccaggio pavimentata e sagomate per rapido sgrondo di eventuali percolati,
limitare al massimo tempi di stoccaggio in attesa del loro caricamento al digestore (max 72 ore)Evitare imbrattamenti dei piazzali pompe e tubazioni a prova di tenuta assoluta
29
Emissioni in atmosfera convogliate ai camini
In genere sono presenti i seguenti punti di emissione:Emissioni dal COGENERATORE Emissioni dalla TORCIA di Emergenza in caso di fermo/guasto tecnico Emissioni dai presidi di sicurezza dell’impianto quali i sistemi di sicurezza (SOVRAPRESSIONE)Eventuali emissioni da BIOFILTRO a servizio di aree confinate ( zona di stoccaggio del digestato solido o vasca digestato) Emissioni dagli impianti di abbattimento dei silos di stoccaggio biomasse palabili
30
Emissioni del COGENERATORE PARTE QUINTA del DLgs 152/06 (Emissioni in atmosfera)
Impianti e attività in deroga (All. IV, Parte I – art. 272,comma 1:
Allevamenti zootecnici con meno di….capi (suiniingrasso: 1000. Polli da carne: 30000,..)
Impianti di combustione di Pterm. nom. <= 1 MW alimentati a BIOMASSE (di cui alla Sez. 4- All. X Parte Quinta)
impianti di combustione di Pterm. nom. <= 3 MW alimentati a BIOGAS NON proveniente da “RIFIUTI” (biogas di cui alla sez. 6 dell’All. X alla Parte Quinta)
Tali impianti devono comunque rispettare le prescrizioni di cui alla parte III dell’All. 1 e controllo annuale emissioni
31
Emissioni del COGENERATORE : impianto e attività in deroga (Art 272 Dlgs 152/06)
Un impianto alimentato a biomasse/biogas/ biocombustibile non èsubordinato al rilascio dell’autorizzazione alle emissioni in atmosfera, ai sensi dell’art. 269, comma 14, parte V del D.Lgs. 152/2006; Tali impianti devono comunque rispettare i valori limite di emissione previsti dal Dlgs 152/2006 (Allegato X alla Parte V) espressi come concentrazioni massime ammissibili per ciascun inquinante presente nei fumi di combustione, a seconda del tipo di motore e combustibile impiegato;nel caso degli impianti a biomasse per digestione anaerobica gli inquinanti fissati dalla normativa vigente sono :
Monossido di carbonio (CO) : 800 (mg/m3) Ossidi di Azoto (NO2) : 500 (mg/m3) Carbonio Organico Totale (COT) : 150 (mg/m3) Composti inorganici del cloro: 10 (mg/m3) 32
Emissioni in atmosfera: prescrizioni
in fase di avvio dell’impianto start-up
con impianto a regime
Prescrizioni
33
Emissioni in atmosfera: prescrizioni in fase di start-up
Comunicazione alla Provincia di Bologna ed ad Arpa della data di avviamento dell’impianto e, al termine del periodo definito di “start–up”, della data di messa a regime degli impianti.
Il biogas prodotto nella fase di start-up, e non avente ancora sufficiente contenuto di metano per essere combusto, non dovrà essere immesso in atmosfera senza subire idoneo trattamento (combustione in torcia con l’aggiunta di gas di rete, trattamento in impianto di abbattimento costituito da filtri a carbone, etc..).
34
Emissioni in atmosfera : prescrizioni gestionali a regime
COGENERATORE : verificare il rispetto dei limiti di legge indicati nell’ allegato I parte III alla parte V del DLgs 152/06 e s.m.i ed inviare le relative analisi all’Amministrazione Provinciale. TORCIA E FIATI SOVRAPRESSIONE registro con pagine numerate e firmate dal responsabile o gestore dell’impianto ove annotare data ed ora di avvio di ogni emissione di emergenza, e il tempo in cui l’emissione è rimasta attiva.BIOFILTRO a) realizzato con un sistema a moduli al fine di minimizzare eventuali criticità gestionali durante le operazioni di manutenzione. b) Definizione di parametri di esercizio (Umidità letto filtrante, T di esercizio, Acidità letto filtrante e Perdita di carico letto filtrante) con i relativi valori indicativi di un buon funzionamento dell’impianto che la Ditta deve verificare mensilmente
c) Verifiche analitiche del rispetto della Concentrazione di Ammoniaca e del parametro ODORI in unità olfattometriche
35
ODORI : riferimenti normativi europei e nazionali -Legislazione vigente
La normativa sulla qualità dell’aria ha individuato per alcuni inquinanti atmosferici valori limite di concentrazione in atmosfera e valori obiettivo ben precisi, mentre risultano carenti le disposizioni in riferimento al rilascio di sostanze odorigene;la legislazione nazionale italiana non ha definito norme specifiche e valori numerici di riferimento in materia sia di emissioni che di immissione di odori, attualmente, le emissioni odorigene, intese come miscele atte a provocare molestia olfattiva, non sono sottoposte ad alcun valore limite.
Gli unici documenti tecnici di riferimento per gli odori sono : Delibera della Giunta Regionale LOMBARDIA 16 aprile 2003 n. 7/12764 – “Linee guida relative alla costruzione e all’esercizio degli impianti di produzione di compost”, recante disciplina degli impianti di compostaggio dei rifiuti, con la quale la regione Lombardia ha fissato criteri relativi alle emissioni odorigene;UNI EN 13725:2004 – “Qualità dell'aria - Determinazione della concentrazione di odore mediante olfattometria dinamica”.Questa norma individua i criteri e i valori per la misurazione delle emissioni odorigene e le modalità di selezione del panel di rinoanalisti
36
Punti di Generazione degli odoriPUNTI DI CRITICITA POSSIBILI MISURE DI MITIGAZIONE Trincee di stoccaggio insilati Corretta gestione insilato , copertura dell’insilato
Aree di scarico/stoccaggio sottoprodotti vegetali e animali
Caricamento immediato in impianto o invio a contenitori di stoccaggio chiusi con trattamento aree ; silos per lo stoccaggio dei sottoprodotti liquidi presidiati da impianti di abbattimento degli odori;
emissioni da sfiati di emergenza/ sovrapressione dei premiscelatori
installazione di un impianto di abbattimento
Stoccaggio del digestato la vasca di stoccaggio chiusa anche con telo plastificato e l'aria presente tra il pelo del liquido e la copertura aspirata e convogliata ad un impianto di biofiltrazione
Separazione delle fasi con centigughe , stabilizzazione e maturazione della frazione organica digerita e/o stoccaggio del digestato solido
L’area di stoccaggio chiusa e in depressione in modo da captare l’aria che viene convogliata ad un impianto di biofiltrazione
37
Gli Scarichi di un impianto a biogas
Gli scarichi che caratterizzano un impianto a biogas sono costituiti principalmente dai reflui derivanti dal dilavamento delle aree di stoccaggio e dalla percolazione della biomassa in stoccaggio, oltre a eventuali scarichi civili.A livello progettuale, si ricorre
a sistemi di ricircolo interno dei reflui oa sistemi di trattamento (vasca prima pioggia con disoleatore) secondo i criteri generali dettati dalla disciplina regionale degli scarichi di acque meteoriche e di prima pioggia (DGR 286/2005, DGR 1860/2006, DGR 1053/2003 DtoLvo 152/2006)
38
Rumore
Tutti i progetti sono accompagnati da valutazione impatto acustico e eventuali misure di mitigazione del rumore.
In genere le sorgenti di rumore sono riconducibili a: rumore prodotto dall’impianto e funzionamento delle autopale di
caricamento biomasse rumore della centrale termoelettrica a blocco camino per i gas di scarico
Misure atte a ridurre il rumoreImpiego di agitatori con motori lenti a bassa velocità (funzionamento più silenzioso).La centrale termoelettrica è posta in un container insonorizzatoAdozione di silenziatore sul camino dei gas di scarico Barriere arboree o barriere antirumore
39
Gli impianti di Persiceto……..BIANCOLINA LE BUDRIE AMOLA
Biomasse trattate
Insilati Sottoprodotti vegetali (verde urbano)Liquame zootecnico ( per fase di avvio)
Insilati Liquame zootecnico ( per fase di avvio)
Insilati Paglia estrusaLiquame bovino per fase di avvio
quantitàTonn/anno
27.000 17.500 17.490
Abbattimento Emissioni
BIOFILTROCOGENERATORE : catalizatore per CO e combustione per Nox
COGENERATORE : catalizzatore per CO e combustione per Nox
COGENERATORE
40
