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La valorizzazione della FORSU per la produzione di biometano Una filiera sostenibile per la trasformazione dei rifiuti organici di origine domestica in biometano in prossimità di aree urbane di G. Ghiringhelli*, M. Giavini* e M. Centemero**
L
’Italia è il nono consumatore mondiale di gas naturale mentre è di gran lunga al di sotto di tale posizione per quanto concerne l’autoapprovvigionamento, posizionandosi tra i primi dieci importatori netti di gas naturale a livello mondiale: il grado di dipendenza dell’Italia dalle forniture estere è stato nel 2009 pari al 90,2%. In ragione della situazione descritta si intuisce l’interesse che i diversi stakeholder dello scenario energetico nazionale stanno avendo verso la produzione potenziale di biometano, ovvero un gas da fonti rinnovabili con proprietà pressoché identiche a quelle del gas naturale ma generato attraverso il trattamento di purificazione del biogas. Le recenti modifiche al quadro normativo nazionale hanno infatti aperto la possibilità di un nuovo impiego del biogas, tipicamente utilizzato direttamente nel luogo di produzione per la generazione di energia termica e/o elettrica, dopo la sua purificazione a biometano (concentrazione del metano al 95-98%), per essere utilizzato per autotrazione e/o immesso nella rete di distribuzione del gas naturale. Il biometano, cioè il biogas opportunamente depurato, è un “idrocarburo rinnovabile” del tutto comparabile al gas naturale, utilizzabile senza necessità alcuna di miscelazione ovvero di modifica delle apparecchiature con cui il gas naturale è oggi correntemente utilizzato. Esso è nei fatti una bioenergia di seconda ge-
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nerazione potenzialmente, in grado di ridurre le emissioni di CO2 sino a risultare carbon negative, e immesso in rete può essere utilizzato sia in sistemi cogenerativi che come biocarburante. L’Italia è il principale mercato dei veicoli a gas naturale e il biometano è l’unica opzione consistente e già oggi disponibile per la produzione di biocarburanti made in Italy utilizzando materia prima italiana. I principali vantaggi della creazione di una filiera del biometano sono quindi di natura ambientale (riduzione delle emissioni di gas nocivi dei veicoli e della generazione elettrica e di calore in ambito urbano, riduzione al minor costo delle emissioni di gas climalteranti e mitigazione degli impatti ambientali delle pratiche agricole convenzionali), economici (ricadute dirette sulla filiera economica del Paese riducendo le spese destinate a tecnologie e biomasse di importazione).
Digestione anaerobica per produrre biogas da Forsu e integrazione con il compostaggio
Il biogas è un combustibile gassoso ottenuto dalla trasformazione anaerobica di biomasse di scarto di origine animale e/o vegetale. Il biogas può essere prodotto in modo controllato attraverso l’utilizzo di impianti di digestione anaerobica, che consentono, in condizioni controllate, di produrre biogas a partire da molteplici sub-
strati organici derivanti da diversi macro-settori produttivi, tra i quali la frazione organica dei rifiuti urbani (Forsu). La Forsu può essere intercettata dalle utenze domestiche e assimilate, oppure da utenze selezionate (ristorazione, mense, ecc.). La raccolta della Forsu viene effettuata, di norma, attraverso due sistemi: • raccolta "porta a porta" (ovvero domiciliare) attraverso sacchi o contenitori appositi; • cassonetti stradali per il conferimento non controllato o contenitori di prossimità predisposti per il conferimento di un numero ridotto di utenze definite nella stessa strada. La tipologia del servizio secco-umido più frequente è di norma caratterizzata dalla raccolta dell’umido in sacchetti biodegradabili o di polietilene (con frequenza di due passaggi a settimana) mediante l’esposizione di mastelli da 25-30 litri o bidoni carrellabili da 120/240 litri. La produzione di biogas da Forsu presenta delle peculiarità rispetto alla produzione da
altre matrici di natura prevalentemente agricola e/o zootecnica, legate essenzialmente a: • necessità di pre-trattamenti atti ad allontanare le impurezze presenti nella Forsu (materiali non compostabili) prima dell’immissione nei reattori di digestione; • il digestato prodotto da Forsu è classificato dalla normativa italiana come rifiuto speciale e non può essere destinato direttamente allo spandimento in agricoltura; • la produzione di Forsu è tipicamente concentrata in aree urbane causando incrementi rilevanti di costo per il trasporto; • problematiche ambientali per le emissioni odorigene potenzialmente generate. Quanto detto fa intuire l’importanza di integrare il processo di digestione anaerobica con quello di compostaggio. Ciò consente infatti di trasformare il digestato (frazione di scarto semi-solida al termine del processo di digestione anaerobica) in un ammendante utilizzabile direttamente in agricoltura. Un vantaggio secondario dell’integrazione potrebbe derivare da una riduzione delle emissioni odorigene: infatti in digestione anaerobica le fasi degradative con la maggior produzione di effluenti gassosi maleodoranti avvengono all’interno dei digestori anaerobici completamente sigillati. L’utilizzo del biogas può avvenire sostanzialmente in quattro modalità: • combustione diretta in caldaia, per la sola produzione di energia termica; • combustione in un cogeneratore, per la produzione combinata di energia termica ed elettrica. Il calore prodotto può essere ulteriormente sfruttato in sistemi ad assorbimento per la produzione di energia frigorifera (trigenerazione); • impiego in una fuel cell; • trattamento per la produzione di biometano (autotrazione o immissione nella rete gas).
Da biogas a biometano Il termine biometano si riferisce a un biogas che ha subito un processo di raffinazione per arrivare ad una concentrazione di metano del 95-98% ed è utilizzato come biocombustibile per veicoli a motore al pari del gas naturale (o metano fossile) e/o immissione nella rete del gas naturale (gas domestico o di città). Il biometano, dal punto di vista tecnico, può essere
immesso e distribuito nella rete del gas naturale poiché è del tutto simile al gas naturale stesso. Il principale vantaggio dell’immissione in rete è la possibile distribuzione nelle aree ad alta densità di popolazione e il raggiungimento della maggior parte dei potenziali utilizzatori finali. Affinché il biogas possa essere trasformato in biometano, deve essere sottoposto ad un processo di purificazione (deidratazione, desolforazione e rimozione di altri componenti indesiderati) e di upgrading (eliminazione dell’anidride carbonica, CO2). Attualmente ci sono molte tecnologie che permettono la purificazione e l’upgrading del biogas che vengono suddivise in quattro macro categorie: • tecnologie di rimozione dell’anidride carbonica; • tecnologie di deidratazione o deumidificazione; • tecnologie di desolforazione; • tecnologie per la rimozione dei gas presenti in traccia.
Recenti normative a favore del biometano
In Italia si è parlato del biometano in maniera consapevole nel Piano di Azione nazionale per le Energie Rinnovabili (PAN) redatto nel giugno 2010 ai sensi della Direttiva 2009/28/CE. Il D.Lgs. 28/11 definisce il biometano come il “gas ottenuto a partire da fonti rinnovabili avente caratteristiche e condizioni di utilizzo corrispondenti a quelle del gas metano e idoneo alla immissione nella rete del gas naturale”. All’art. 20 del citato Decreto Legge si precisa che “1. Entro tre mesi dalla data di entrata in vigore del presente decreto, l’Autorità per l’energia elettrica e il gas emana specifiche direttive relativamente alle condizioni tecniche ed economiche per l’erogazione del servizio di connessione di impianti di pro-
duzione di biometano alle reti del gas naturale i cui gestori hanno obbligo di connessione di terzi. 2. Le direttive di cui al comma 1, nel rispetto delle esigenze di sicurezza fisica e di funzionamento del sistema: a) stabiliscono le caratteristiche chimiche e fisiche minime del biometano, con particolare riguardo alla qualità, l’odorizzazione e la pres-
Figura 1. Ciclo dagli scarti organici al biometano (Biogasmax, 2010)
Figura 2. Schema del ciclo di trattamento integrato anaerobico/aerobico (CIC, 2006)
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sione del gas, necessarie per l’immissione nella rete del gas naturale; b) favoriscono un ampio utilizzo del biometano, nella misura in cui il biometano possa essere iniettato e trasportato nel sistema del gas naturale …omissis…; c) prevedono la pubblicazione, da parte dei gestori di rete, degli standard tecnici per il collegamento alla rete del gas naturale degli impianti di produzione di biometano; d) fissano le procedure, i tempi e i criteri per la determinazione dei costi per l’espletamento di tutte le fasi istruttorie necessarie per l’individuazione e la realizzazione della soluzione definitiva di allacciamento; …omissis… i) stabiliscono le misure necessarie affinché l’imposizione tariffaria dei corrispettivi posti a carico del soggetto che immette in rete il biometano non penalizzi lo sviluppo degli impianti di produzione di biometano. …omissis….”. Al fine di incentivare le corrette scelte da parte dell’Autorità per l’Energia Elettrica e il Gas (AEEG) è stato pubblicato nel marzo 2012 un documento dal titolo “Il biometano fatto bene: una filiera ad elevata intensità di lavoro italiano”. Si tratta di un Position Paper per lo sviluppo della filiera del biometano italiano coordinato dal Consorzio Italiano Biogas e che si focalizza unicamente sul biometano originato da biomasse di origine agricola o agro-industriale. Nell’aprile 2012 l’AEEG ha pubblicato una prima edizione del documento “Regolazione tecnica ed economica delle connessioni di impianti di produzione di biometano alle reti del gas naturale” (Documento per la consultazione 160/2012/R/GAS, avviato con deliberazione dell’Autorità per l’energia elettrica e il gas 8 settembre 2011, ARG/gas 120/11) in cui l’Autorità “…omissis… intende dare il proprio contributo all’implementazione di una politica di sostenibilità ambientale che consenta l’immissione del gas prodotto da fonte rinnovabile nelle reti convenzionali del gas e favorisca il raggiungimento degli obiettivi definiti a livello nazionale e comunitario…omissis…”. Il CIC - Consorzio Italiano Compostatori ha presentato, come previsto proprio dall’AEEG, nel maggio 2012 un documento che sostanzialmente condivide il quadro generale proposto dall’Autorità, proponendo al contempo
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delle osservazioni al testo pubblicato ed in particolare: • l’esclusione nella parte II (Cenni sulla produzione di biogas) sia delle esperienze nel campo della digestione anaerobica della frazione organica dei rifiuti (Forsu), che di reflui civili e da discarica; • mancanza nella parte III (Ricognizione sulla normativa nazionale in materia di immissione in rete) delle specifiche che identifichino un gas tecnicamente libero (da acqua, idrocarburi in forma liquida, particolato solido e altri gas); • nella parte IV (Primi orientamenti per lo sviluppo della regolazione delle connessioni degli impianti di biometano): • in ragione del principio di non discriminatorietà richiamato nelle premesse (Direttiva 2009/73/CE) andrebbe comunque definito un livello di tutela e/o garanzia di accesso alle reti da parte del richiedente; • per quanto attiene alle caratteristiche chimico fisiche il gestore si dovrà riferire alle norme vigenti (DM 19/2/2007) ed eventualmente a quanto pubblicato in altri Paesi. In questo caso si suggerisce come riferimento quanto istituito in Germania, in quanto Paese che presenta una rete di distribuzione maggiormente confrontabile con quella italiana; • si segnala che i gas immessi potrebbero avere caratteristiche tecniche diverse, anche migliori, in analogia a quanto già oggi accade per la fornitura di gas
Figura 3. Esempio di impianto di upgrading di biogas a biometano con colonnina per rifornimento per autotrazione (SAFE s.r.l., 2010)
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dai punti di rigassificazione nazionali; in merito alla determinazione del costo del contributo lascia perplessi l’indicazione della vita utile del cespite di 50 anni. Se ci si riferisce alle reti, allora devono valere le aliquote di ammortamento vigenti dal punto di vista fiscale in ragione della tipologia di rete. Se ci si riferisce agli impianti tecnologici la durata di 50 anni appare eccessiva.
Alcune preliminari valutazioni economiche Sono state eseguite alcune simulazioni economiche relativamente ad un impianto di produzione di biogas alimentato esclusivamente a Forsu con una potenzialità di trattamento pari a 30.000 ton/anno e annesso impianto di compostaggio per la mobilizzazione del digestato a compost. L’impianto descritto (tipico impianto in grado di generare una produzione di biogas utile ad alimentare un cogeneratore elettrico di potenza pari ad 1/1,5 MWe), valutato a costi standard di mercato sia per quanto riguarda gli investimenti che per quanto attiene ai costi/ricavi diretti ed indiretti di esercizio, è stato oggetto di un’analisi economica finalizzata alla comprensione della migliore destinazione d’uso del biogas da esso prodotto. A tale scopo si sono presi in considerazione diversi scenari alternativi che sono stati valutati mediante delle analisi di investimento che hanno consentito di determinare, per ogni alternativa possibile, il Net Present Value, l’Internal Rate of Return, ed infine il Tempo di Pay Back attualizzato. I casi analizzati sono riportati nel seguente schema esemplificativo delle diverse opzioni, dove sono riportate in rosso le variabili oggetto della valutazione economica.Le analisi effettuate hanno dimostrato come, ipotizzando una tariffa di incentivazione del biometano pari 1/1,2 €/Smc, l’immissione in rete si configurerebbe come uno scenario più remunerativo (IRR 23%) rispetto alla sola cogenerazione (IRR 14-16% a seconda si tratti di certificati verdi o tariffa omnicomprensiva). Per il caso descritto si è poi proceduto ad identificare, attraverso un’analisi “what if” quale sarebbe la tariffa incentivante il biometano immesso in rete utile a garantire una remunerazione pari alla cogenerazione con tariffa omni-
comprensiva attuale (0,28 €/kWhe), ottenendo un valore pari a 0,87 €/Smc. Le recenti proposte contenute nel position paper per lo sviluppo della filiera del biometano italiano prevedono forme di incentivazione a tariffa omnicomprensiva che garantiscano, per almeno i primi 3 anni, un IRR di progetto superiore al 12%.
Conclusioni
L'utilizzo del biogas per usi diversi dalla cogenerazione, attualmente la via preferenziale di impiego per motivi essenzialmente economici legati all'attuale meccanismo di incentivazione (certificati verdi o tariffa omnicomprensiva), sebbene supportato da recenti disposti legislativi non è ancora una soluzione facilmente attuabile in Italia. La via attualmente più interessante, alla luce dei recenti disposti autorizzativi, è quella della produzione di biometano e suo impiego per autotrazione e/o immissione in rete. I principali fattori ancora controversi e problematici dal punto di vista Figura 4. Schema delle variabili oggetto di indagine economica normativo per questi
utilizzi sono la mancanza di riferimenti tecnici per regolare il trasporto e la distribuzione di biogas/biometano gas naturale, unitamente alla mancanza di specifiche di rete, oltre che della definizione della tariffa incentivante. A queste mancanze l’AEEG sta cercando di dare una risposta mediante la pubblicazione di specifiche regole tecniche. Nonostante questi problemi oggettivi, che necessitano una rapida soluzione, nel medio periodo la filiera biogas/biometano italiana possiede un potenziale rilevante per essere una fonte di produzione nazionale di gas metano, con un potenziale significativo nell’ambito di carburanti di origine biologica, con una dimostrata efficacia nella riduzione delle emissioni di gas climalteranti, impiegando matrici non alimentari ed essendo una fonte rinnovabile più programmabile rispetto al solare e all’eolico. *ARS ambiente s.r.l. **CIC - Consorzio Italiano Compostatori
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