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Introduzione
I trend odierni di domanda e offerta di energia sono chiaramente insostenibili da un
punto di vista ambientale, economico e sociale. Il settore energetico si trova ad
affrontare diverse sfide fondamentali tra cui: la minaccia di un cambiamento
climatico con potenziali effetti distruttivi ed irreversibili, la riduzione progressiva
della sicurezza degli approvvigionamenti, la crescita e volatilità dei prezzi dell‟
energia e la crescente domanda energetica nei Paesi in via di sviluppo. Non è
esagerato affermare che uno sviluppo economico sostenibile sarà possibile solo se il
mondo saprà garantire un‟offerta di energia affidabile, a prezzi accessibili ed
effettuare una rapida trasformazione verso approvvigionamenti energetici a basso
contenuto di carbonio, efficienti e rispettosi dell‟ambiente.
La società odierna consuma energia a ritmi elevati utilizzando in gran parte fonti non
rinnovabili. Petrolio, gas naturale, carbone sono prima o poi destinati ad esaurirsi. La
capacità di produrre beni e quindi ricchezza sono fortemente dipendenti dalla
possibilità di attingere alle risorse energetiche. Il principale problema che i Paesi
industrializzati si trovano ad affrontare riguarda la garanzia di poter attingere a
risorse energetiche ad un costo competitivo sul mercato globale. Secondo le stime
più attendibili, le disponibilità di petrolio copriranno i consumi per circa 45-60 anni.
Il problema si porrà molto prima, quando la domanda supererà l'offerta ed inizierà a
premere sui prezzi.
Ci si sta rendendo conto che le modalità con cui l‟energia viene resa disponibile sono
fattori che incidono significativamente sull‟ecosistema e, di conseguenza, sulla
qualità della vita. Diventa importante, così, trovare una strategia in grado sia di
soddisfare l‟attuale trend positivo dei consumi energetici, sia di porre rimedio al
relativo problema dell‟inquinamento contenendo, allo stesso tempo, i costi dei
prodotti energetici.
Da questa constatazione appare evidente il crescente interesse per lo studio delle
potenzialità di sviluppo delle energie nuove e rinnovabili : “Se le nazioni
industrializzate continueranno a prelevare e a consumare le fonti fossili al ritmo
attuale - e le nazioni emergenti tenderanno ad imitarle - il pericolo maggiore nel
breve e nel medio termine, non sarà tanto quello dell’esaurimento di tali fonti (che
pure è importante nel lungo periodo, dato che attualmente le fonti fossili vengono
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consumate ad un ritmo che è di centinaia di migliaia di volte superiore a quello con
cui si sono prodotte) quanto quello di provocare danni irreversibili all’ambiente”
(Libro Bianco per la valorizzazione energetica delle Fonti rinnovabili).
Alla luce di questa situazione, la comunità internazionale sta valutando con sempre
maggiore attenzione i possibili interventi da realizzare per contrastare le difficoltà
strutturali dell‟attuale sistema energetico.
In particolare negli ultimi anni sono stati promossi diversi interventi destinati a
sostenere la produzione di energia da fonti rinnovabili che si presentano come una
interessante alternativa alle fonti fossili, in quanto si riproducono in tempi rapidi
(relativamente, purché si rispetti sempre il loro ciclo biologico), sono maggiormente
diffuse sulla superficie del pianeta e sono meno impattante sul pianeta.
Le fonti energetiche rinnovabili, che si rigenerano nella “scala dei tempi umani” e
permettono uno sviluppo sostenibile, appaiono oggi la risposta più adatta per
arginare il consumo delle risorse naturali e rispettare le prescrizioni del protocollo di
Kyoto.
Tra le varie fonti rinnovabili un ruolo di primo piano è occupato sicuramente dal
biogas ottenuto dalla digestione di biomasse. Il biogas è una forma di energia
alternativa, in cui attraverso la digestione anaerobica viene trasformata la sostanza
organica in prodotti energetici cioè biogas, una miscela costituita essenzialmente da
metano e anidride carbonica. Il vantaggio del processo è che partendo da materia
organica si ottiene energia rinnovabile sotto forma di un gas combustibile ad elevato
potere calorifico.
Negli ultimi anni il settore del biogas ha registrato un rapido sviluppo e continua
tutt‟oggi a crescere. Stime recenti evidenziano che a livello europeo, la Germania è il
paese con il maggior numero di impianti realizzati; ma anche in Italia il biogas inizia
ad assumere un ruolo predominate fra le varie forme di energie rinnovabili.
Il biogas può essere ricavato dalle discariche di rifiuti, dal trattamento delle acque
fognarie, dai liquami zootecnici, da residui agricoli e da colture energetiche dedicate.
Il forte interesse nel biogas e soprattutto in merito all‟utilizzo di biomassa organica
proveniente dal comparto agricolo – zootecnico, configurandosi già da oggi come il
settore trainante per una diffusione su larga scala della digestione anaerobica.
Infatti a tal proposito una percentuale crescente di imprenditori agricoli crede nelle
bioenergie e pensa di investire risorse per realizzare un impianto a biogas, per
ricavare energia dalle proprie attività produttive agricole. Investire in biogas significa
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integrare il reddito della fase agricola tradizionale con un apporto economico
significativo in termini flussi economici generati dalla vendita di energia elettrica e
dalla possibilità di riutilizzare nella stessa azienda l‟energia termica prodotta così da
creare un sistema ad emissioni zero. Non si tratta di sostituire l‟attività agricola con
quella della produzione di energia, ma di integrarla.
La produzione di elettricità e calore in impianti di biogas appare così una delle
principali soluzioni capaci di risolvere i problemi di competitività del comparto
agricolo e zootecnico, riqualificandolo al contempo in un‟ottica di maggiore
sostenibilità ambientale. Riguardano a ciò vanno sottolineati i benefici ambientali
che si possono ottenere dal biogas, in termini di utilizzo agronomico della biomassa
digestata e di minori emissioni in atmosfera di anidride carbonica.
Lo scopo di questo lavoro di tesi è analizzare il settore del biogas, il suo sviluppo sul
territorio italiano e la sua redditività attraverso un‟analisi microeconomica dei ricavi
e dei costi; altresì valutare l‟impatto socio-economico della filiera del biogas a livello
territoriale e i possibili effetti derivanti dalla diffusione di impianti a biogas sul
territorio italiano.
Per giungere a questi obiettivi ci siamo avvalsi di contatti diretti con persone esperte
del settore, quindi visite presso impianti già realizzati e di una particolare
metodologia di studio volta ad analizzare in maniera dettagliata la filiera del biogas
per determinare l‟incidenza della domanda di beni interna e di quella esterna che il
biogas genera in un determinato territorio.
Il primo capitolo fornisce indicazioni generali in merito agli aspetti tecnico-
produttivi del biogas; sono state elencate le biomasse utilizzabili in un impianto, le
tecnologie di digestione e i rispettivi parametri di processo, é stata data una
panoramica delle varie componenti dell‟impianto: il digestore, i siti di stoccaggio, il
gasometro e il cogeneratore.
Nel secondo capitolo si offre una panoramica del quadro normativo comunitario in
merito alla politica ambientale ed energetica. Sono descritti i meccanismi
d‟incentivazione delle fonti rinnovabili in Italia e in particolare la legiferazione in
materia di biogas del nostro Paese e confrontata con quella dei principali Paesi
europei produttori di questa forma di energia: Germania e Francia.
Il terzo capitolo tratta lo sviluppo del biogas in Europa e in modo particolare in Italia.
Dapprima è fatta una breve descrizione della situazione nei vari Paesi europei per poi
addentrarsi nel caso italiano. Sono riportati i risultati ottenuti dal censimento del
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2010 effettuato dal C.R.P.A. per quanto riguarda gli impianti in Italia, analizzando
vari aspetti e confrontando tali dati con la situazione del censimento precedente
(2007).
Nel quarto capitolo si passa a trattare l‟analisi microeconomica di un impianto a
biogas. Inizialmente viene descritta la filiera agro energetica del biogas, si analizzano
le voci di costo, ricavi e quindi la redditività spettante all‟imprenditore. Si è eseguita
un‟analisi economica di quattro diversi casi di studio con variabili rappresentate dalla
potenza di motore scelta (999 kW e 500 kW) e dal tipo di alimentazione del digestore
(colture dedicate e reflui zootecnici). I relativi dati emersi sono stati confrontati in
termini di margine operativo netto per l‟imprenditore e in termini di richiesta di
biomassa per l‟alimentazione.
Il quinto capitolo descrive l‟impatto territoriale del biogas su un determinato
territorio. Ciò è stato valutato con l‟ausilio di una precisa metodologia di analisi, già
comprovata per altri settori, strutturata in modo tale da separare le voci economiche
esterne al territorio in cui sorge il biogas e quelle invece riconducibili a tale territorio.
In questo modo abbiamo potuto valutare la ricchezza che la filiera del biogas apporta
al territorio in cui si realizza l‟impianto e quella che è riconducibile a fattori esterni.
Il sesto capitolo descrive gli effetti derivanti dalla diffusione del biogas in Italia. Si è
fatto ricorso al metodo dell‟intervista a testimoni privilegiati per cercare di capire
come il biogas si rapporta col territorio circostante e quali sono gli effetti socio-
economici derivanti da una sua diffusione.
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Sommario
Il Europa c‟è sempre un maggiore interesse verso le forme di energia rinnovabile. Il biogas
rientra fra queste e ricopre sempre di più un ruolo da protagonista. La Germania è il Paese
europeo con il maggior numero d‟impianti, ma negli ultimi anni anche l‟Italia inizia a
mostrare un forte interesse verso questa forma di energia rinnovabile, facendo registrare
crescite esponenziali d‟impianti. Nella prima parte di questo lavoro sono descritti
descrivono tutti i componenti che caratterizzano un impianto e i processi che portano alla
formazione di energia sotto forma di biogas; a seguire viene presentata una panoramica
delle varie forme d‟incentivo adattate nei principali Paesi europei, soffermandosi
maggiormente sull‟Italia. Si è analizzata la diffusione degli impianti nel nostro Paese,
secondo le regioni e del tipo di matrice utilizzata per la digestione anaerobica. La seconda
parte è dedicata a un‟analisi del biogas dal punto di vista economico, simulando dei casi
studio d‟impianto, allo scopo di individuare la tipologia maggiormente redditizia per
l‟imprenditore. Con l‟ausilio di una determinata metodologia di analisi è stato calcolato
l‟impatto della filiera del biogas sull‟economia territoriale, stimando il valore aggiunto per
il territorio. Infine con lo strumento dell‟intervista a testimoni privilegiati è stato possibile
determinare gli effetti che il biogas determina sul territorio e le problematiche che
potrebbero derivare da una ulteriore crescita di questo settore.
Abstract
Renewable energy raises increasing interest all over Europe and in particular, attention is
paid to the primary role that biogas is playing. At the moment, Germany has the highest
number of biogas plants in Europe, but in the last few years, even in Italy the production
of biogas, as a renewable energy, is receiving more attention.
Therefore thus leading to a growth in the number of biogas plants.
In the first part of this thesis we have described all the components of a biogas system and
we have explained the process of producing energy.
We gave an overview of various kinds of policy of incentives adopted by national
government of different European countries, with particular attention to Italy. This work
analyzes the increasing number of biogas plants in different regions of Italy and taking into
consideration what kind matrix was used in the anaerobic digestion process.
In the second part of this paper, we treated biogas production from an economic point of
view. We have simulated some case studies to define which is, for an entrepreneur, the
most profitable kind of plant. With the assistance of a well-defined analysis method, we
have calculated biogas impact on the economy of the areas interested, valuing the surplus
value remaining in it.
The work concludes with interviews carried out with a number of people identifies as key
figures; this survey method was aimed at identifying the core information relating to the
environmental impact of biogas production and to the problems which might arise with a
further expansion of this sector.
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Capitolo 1
Il biogas: aspetti tecnici
Il biogas è una miscela di vari tipi di gas, per la maggior parte metano (CH
4
-50÷80%
in volume) e anidride carbonica (CO
2
), in percentuali reciproche variabili in funzione
della materia da cui derivano. In questo miscuglio sono presenti altri gas non graditi,
e qualche volta pericolosi, come l‟idrogeno solforato (H
2
S), l‟ammoniaca (NH
3
), il
monossido di carbonio (CO) e altri. La “parte utile” è ovviamente il metano. Il
biogas viene prodotto dalla decomposizione della materia organica per opera di
batteri che vivono in assenza di ossigeno (batteri anaerobi). L'intero processo vede la
decomposizione del materiale organico da parte di alcuni tipi di batteri, producendo
anidride carbonica, idrogeno molecolare e metano (metanizzazione dei composti
organici). Questi batteri sono comunissimi in natura, vivono per esempio
nell‟intestino di molti animali (i ruminanti, bovini e ovini), nelle fosse settiche e si
formano anche nei rifiuti organici domestici quando li lasciamo per più di qualche
ora in un ambiente chiuso (il secchio o il sacco per esempio).
Grafico 1- Composizione chimica del biogas
Fonte: Elaborazione propria
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1.1 Cenni storici sul biogas
È possibile risalire fino al XVI secolo a.C. per avere conferma dell‟utilizzo di biogas
come fonte di calore per la produzione di acqua calda, ad opera di Persiani. Da parte
di Marco Polo abbiamo citazioni su l‟utilizzo di serbatoi di acque di scarico coperti;
questi riferimenti risalgono all‟incirca a 2000 anni fa nell‟antica letteratura cinese. In
tempi meno remoti, con la nascita della ricerca scientifica da sempre interessata alla
digestione anaerobica, spiccano nomi quali Benjamin Franklin, noto per essere stato
in grado di “accendere” un‟ampia superficie di un piccolo lago fangoso nel New
Jersey nel 1764.
In Italia il pioniere fu Alessandro Volta con la sua lettera riguardante la formazione
di “Aria infiammabile nativa delle paludi”, pubblicata nel 1776. L‟aspetto importante
di tale scoperta fu sia la conclusione sia vi fosse una diretta correlazione tra quantità
di sostanza organica degradata e quantità di gas infiammabile prodotta, sia che la
formazione di gas combustibile avviene anche a basse temperature; la comunità
scientifica riconobbe per intero il contributo di Volta tanto che la lettera fu tradotta,
solo due anni dopo la pubblicazione, in tedesco. Nel 1804 si veniva a conoscenza
della formula chimica del metano, CH
4
, grazie a Dalton. Il primo grande impianto di
digestione fu costruito in una colonia per ammalati di lebbra a Bombay, nel 1859. La
più antica pubblicazione sull‟influenza della temperatura nella formazione di metano
fu redatta da Popoff (1875). L‟Autore scoprì che i sedimenti fluviali potevano
formare biogas in modo crescente, a condizione che il range di temperatura variasse
da 6 a 50°C. L‟inizio dei sistemi industriali a temperature più alte (condizioni di
meso e termofilia) fu raggiunto nel 1926 con il primo digestore riscaldato a flusso
continuo. La nascita della scienza microbiologica portò ricercatori come Buswell e
altri, intorno agli anni „30, a identificare batteri anaerobi più efficienti e condizioni
sempre più favorevoli alla produzione di metano. Lo stesso Buswell può essere
ricordato come padre fondatore della codigestione in quanto portò avanti numerosi
esperimenti sulla digestione del letame in miscela a vari substrati. Fu comunque dopo
la II Guerra Mondiale che l‟interesse per la biometanizzazione esplose, quando cioè
le fonti di energia scarseggiavano. Rimarchevole fu il lavoro condotto in Francia da
Ducellier e Isman nel 1941 che permise una proliferazione di piccole istallazioni.
Negli anni „50 e „60, con la disponibilità di carburanti meno costosi, si verificò un
crollo delle attività che ruotavano intorno alla produzione di biogas; la quasi totalità
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degli impianti esistenti all‟epoca vennero chiusi, mantenendo valido il processo di
digestione anaerobica solo per il trattamento di acque di scarico. A seguito della crisi
petrolifera del 1973 ritornò in auge la digestione anaerobica per la produzione di
energia alternativa; in questo settore soprattutto negli Stati Uniti si verificò
un‟esplosione della ricerca con numerosi studi più o meno futuristici e futuribili.
Apparvero così i primi impianti sperimentali per trattare deiezioni zootecniche,
materiali vegetali e scarti, da cui si pensava poi di ricavarne biogas, fertilizzanti,
lubrificanti e mangimi.
1.2 L’impianto di biogas
L‟impianto finalizzato al trattamento della biomassa agricola per la produzione di
biogas è costituito da varie sezioni le cui componenti devono essere ben armonizzate
tra loro per avere necessarie garanzie di affidabilità ed efficienza. L‟ottimizzazione
dei risultati operativi ed economici richiede una valutazione attenta nei confronti
delle caratteristiche meccaniche dell‟impianto, in funzione della gamma di biomasse
che s‟intende trattare. In questo modo si potrà sviluppare una gestione
particolarmente attenta e rispettosa delle esigenze dei microorganismi coinvolti nel
processo, condizione essenziale affinché il potenziale energetico della biomassa si
trasformi realmente in energia prodotta.
Solo l‟armonizzazione delle caratteristiche costruttive con il mantenimento delle
condizioni ambientali ideali per i microorganismi assicura il raggiungimento dei
massimi livelli di efficienza, intesa come maggiore produzione di energia per unita di
biomassa utilizzata.
1.3 Le biomasse utilizzabili in un impianto di biogas
La tipologia della biomassa è sicuramente l‟elemento che più condiziona il costo
della razione e, in buona misura, la redditività degli impianti agricoli; è quindi
essenziale analizzare ogni possibile alternativa che ne consenta la riduzione
(Navarotto, 2010).
Con il termine biomassa solitamente si indica un vasto insieme di materiali di natura
estremamente eterogenea. In generale, è biomassa tutto ciò che ha matrice organica,
ovvero il materiale organico costituito o derivato da organismi vegetali o loro
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componenti, utilizzabile in processi di trasformazione termochimica o biochimica. La
biomassa utilizzabile ai fini energetici consiste in tutti quei materiali organici che
possono essere utilizzati direttamente come combustibili ovvero trasformati in altre
sostanze (solide, liquide o gassose) di più facile utilizzo negli impianti di
conversione.
Le principali tipologie di biomassa comunemente impiegate a fini energetici sono:
- colture energetiche (dedicate) sia arboree sia erbacee (ad esempio, SRF
1
oppure
erbacee come il sorgo, la canna comune, etc.);
- residui agricoli, agroindustriali, artigianali, industriali, civili (esempi: paglia, sansa
di oliva, legna vecchia, vinacce, buccette, gusci di frutta secca, stocchi di mais, lolla
di riso, particolari frazioni di rifiuti urbani (RU) e di rifiuti assimilabili agli urbani
(A));
- residui forestali, legna da ardere, altri prodotti ligneo-cellulosici puri.
Le biomasse sono una fonte rinnovabile di energia
2
la cui caratteristica principale è
di essere intrinsecamente legata al territorio, sono infatti disponibili ovunque e
largamente diffuse, anche se in qualità e quantità diverse.
Di grande interesse, a questo fine, è l‟impiego delle biomasse di recupero prodotte
dall‟agroindustria. Grazie all‟origine agricola dei prodotti trasformati non si
modificano, nella sostanza, le caratteristiche del digestato che risulta, da un punto di
vista tecnico, del tutto compatibile con l‟utilizzazione agronomica quale ammendante
e fertilizzante. Per poter concretamente inserire tali prodotti nella dieta di un
digestore “agricolo” è però necessario sviluppare, dopo un‟attenta verifica delle
compatibilità tecnico-ambientale della biomassa in esame, anche una scrupolosa
analisi della compatibilità normativa del suo utilizzo.
Tra le principali biomasse agricole utilizzabili in un impianto a biogas ricordiamo le
seguenti:
Effluenti d’allevamento. Sono sicuramente di grande interesse in quanto
assicurano all‟impianto l‟apporto oltre che di una importante varietà di
1
Short Rotation Forestry (SRF): letteralmente selvicoltura a turno breve ma più correttamente cedui da
biomassa è un termine con il quale si intende la coltivazione, ad elevata densità, di specie arboree
caratterizzate da rapidità di crescita che vengono ceduate ad intervalli frequenti per la produzione di un
materiale, il cippato ovvero legno sminuzzato, da destinare prevalentemente alla trasformazione energetica.
2
Sono da considerarsi energie rinnovabili quelle forme di energia generate da fonti che per loro caratteristica
intrinseca si rigenerano o non sono "esauribili" nella scala dei tempi "umani" e, per estensione, il cui utilizzo
non pregiudica le risorse naturali per le generazioni future.
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