i valori di emissione del carbonio organico

L’Autorizzazione Ambientale:
Esempio di problematiche applicative
nell’esercizio degli impianti a biogas
Luca Zucchelli
Consigliere dell'Ordine Interprovinciale dei Chimici della Lombardia
Struttura Autorizzazioni e Rischio Industriale
DG Ambiente, Energia e Sviluppo Sostenibile
Regione Lombardia
Seminari Formativi «Oltre la Laurea»
UniMi- Dip di Chimica
Milano – UniMi 11 Nov 2014
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La valorizzazione energetica della biomassa mediante la
produzione di biogas ed in particolare dei reflui zootecnici
consente:
•
la sua valorizzazione in un motore a combustione interna in assetto
cogenerativo per la produzione di energia elettrica e termica;
•
di chiudere il ciclo con l’impiego in agricoltura, in quanto i minerali e tutti gli
elementi ad effetto fertilizzante ammendante tornano sul terreno con gli
spandimenti ,riducendo il ricorso alla chimica di sintesi;
•
di evitare/controllare emissioni nocive/odorigene in atmosfera dovute alla
complessità delle molecole di partenza
•
il biogas è infatti sostanzialmente metano, ossia un combustibile sicuramente
più semplice da ossidare che non il refluo privato di acqua
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L’impego energetico del biogas attraverso un motore a combustione
interna o di una turbina, pur nell’ottimizzazione del processo di
combustione per quanto tecnicamente possibile, genera inevitabilmente
le emissioni inquinanti tipiche dei processi di combustione:
•
•
•
•
•
Composti organici derivanti dalla incompleta ossidazione del metano
(formaldeide, e altri idrocarburi ossigenati, ecc.);
Monossido di Carbonio;
Ossidi di Azoto;
Ossidi di Zolfo;
Composti del Cloro (quantità misurabili solo nel caso di biogas da
discarica)
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I VALORI DI EMISSIONE DEL CARBONIO ORGANICO TOTALE (COT) 1/2
Di recente sono emersi dubbi interpretativi in relazione ai valori di emissione di carbonio
organico totale (COT) di impianti che utilizzano il biogas di cui alla parte II, sezione 6,
dell'Allegato X alla parte quinta del decreto legislativo 3 aprile 2006, n. 152.
Tali dubbi sono emersi in ragione della circostanza che gli allegati I e IX alla parte
quinta del decreto legislativo 3 aprile 2006, n. 152, e successive modificazioni e
integrazioni, non specificano – con riferimento ai valori di emissione di carbonio
organico totale (COT) – se lo stesso valore includa o meno anche la componente
metanica.
Invero, il Carbonio Organico Totale (COT) può essere composto dalla Frazione Metanica
MHC (Methane Hydrocarbon) e dalla Frazione Non Metanica NMHC (Non Methane
Hydrocarbon).
La Frazione Metanica MHC è costituita sostanzialmente dal metano (CH4) incombusto
che passa indenne la camera di scoppio nel motore a combustione interna e confluisce
nei gas di scarico emessi in atmosfera.
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I VALORI DI EMISSIONE DEL CARBONIO ORGANICO TOTALE (COT) 2/2
Per quanto riguarda la Frazione Non Metanica NMHC, i composti organici prodotti dalla
incompleta combustione del metano sono generalmente costituiti da formaldeide,
idrocarburi e benzene.
La formaldeide è notoriamente un composto inquinante e cancerogeno per la salute
umana. Il 60% circa dei COV (NM) generati dalla combustione del metano sono
costituiti dalla formaldeide.
Gli altri idrocarburi e il benzene possono essere presenti, ma in quantità minore rispetto
alla formaldeide, per combustione incompleta del metano.
I predetti allegati I e IX riportano il parametro del Carbonio Organico Totale (COT) in
modo generico non specificando se il parametro del Carbonio Organico Totale (COT) sia
comprensivo della Frazione Metanica MHC o solamente riferito alla Frazione Non
Metanica NMHC.
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LA NORMATIVA COMUNITARIA (1/3)
La considerazione del Carbonio Organico Totale (COT) come comprensivo della
frazione metanica non trova riscontro nella normativa comunitaria.
La Comunità europea ha disciplinato con la Direttiva 84/360/CEE “Lotta contro
l'inquinamento atmosferico provocato dagli impianti industriali” le misure e le
procedure supplementari intese a prevenire o a ridurre, all'interno della Comunità,
l'inquinamento atmosferico provocato da impianti industriali, in particolare da quelli che
rientrano nelle categorie di cui all'allegato I (art. 1 della direttiva).
All’Allegato II della direttiva sono riportati i principali inquinanti considerati, fra i quali
sono elencate, al punto 4), le “Sostanze organiche, in particolare idrocarburi (escluso il
metano)”. Sin dagli anni Ottanta vi è stata quindi una esplicita esclusione del metano
dagli idrocarburi emessi dalle attività industriali.
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LA NORMATIVA COMUNITARIA (2/3)
La più recente Direttiva 2008/50/CE “relativa alla qualità dell’aria ambiente e per
un’aria più pulita in Europa” istituisce misure volte a stabilire gli obiettivi di qualità
dell’aria, valutare la qualità dell’ambiente negli stati membri e detta norme sulla
comunicazione e sulla cooperazione fra stati.
La citata direttiva, fra le definizioni riportate nell’art. 2, al punto 27, dispone la
definizione dei composti organici volatili (COV): “i composti organici provenienti da
fonti antropiche e biogeniche, diversi dal metano, che possono produrre ossidanti
fotochimici per reazione con gli ossidi di azoto in presenza di luce solare”.
La stessa definizione esclude quindi esplicitamente il metano dal novero dei COV, senza
peraltro citare un parametro di Carbonio Organico Totale (COT).
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LA NORMATIVA COMUNITARIA (3/3)
La tendenza di distinguere tra la Frazione Non Metanica NMHC e la Frazione Metanica
MHC sta emergendo, in generale, con riferimento ai grandi impianti di combustione.
Il DRAFT 1 del BREF sui grandi impianti di combustione – in questo momento in
consultazione fra gli Stati Membri – al capitolo 10.4.1.2, determina dei range
prestazionali nettamente diversi in ordine di grandezza.
I limiti sono riferiti ad impianti nuovi.
« In order to reduce non-methane volatile organic compounds (NMVOC) and methane
(CH4) emissions to air from the combustion of natural gas in spark ignited lean burn gas
(SG) and dual fuel (DF) engines, BAT is to ensure complete and stable combustion
conditions and/or to apply oxidation catalysts.
The BAT–associated emission levels for NMVOC and CH4 are presented in Table 10.29
NMVOC 4 - 40 mg/Nm3
Periodic measurements: 4 times/yr
CH4 200 – 400 mg/Nm3
Periodic measurements: 4 times/yr »
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Considerazioni Conclusive (1/2)
ove si considerasse il Carbonio Organico Totale (COT) come comprensivo della frazione
metanica, i limiti di Carbonio Organico Totale (COT) attualmente imposti dalla
normativa italiana sarebbero impossibili da rispettare per tutte le installazioni esistenti e
per i motori a combustione interna in commercio.
A causa di limiti tecnologici e di efficienza nella combustione, i motori sono
caratterizzati da una certa percentuale di combustibile (metano) incombusto che
confluisce nei gas di scarico.
Il contenuto in metano nei gas di scarico non dipende dal fatto che il biogas sia prodotto
da biomassa, sottoprodotti o rifiuti, ma è una caratteristica insita nella natura costruttiva
dei motori.
La componente metanica, seppur climalterante, non è ritenuta dannosa per la salute
umana quanto i COV non metanici, come ad esempio la formaldeide con cancerogenità
riconosciuta.
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Considerazioni Conclusive (2/2)
Sebbene l’eliminazione di metano incombusto possa avvenire attraverso la
ricombustione del gas di scarico all’interno di un “postcombustore”, il postcombustore
consuma una quota di combustibile aggiuntivo per completare l’ossidazione degli
incombusti all’interno dei gas di scarico.
Trattandosi di una ricombustione che implica l’utilizzo di altro combustibile, si generano
emissioni aggiuntive e si abbassa l’efficienza totale a causa del combustibile utilizzato.
Pertanto, i suddetti limiti tecnologici non possono costituire un pregiudizio
all’operatività dell’impianto a biogas, se non altro per gli impegni dell’Italia in relazione
agli obiettivi di utilizzo sostenibile delle fonti energetiche rinnovabili.
Tanto è vero se si considera peraltro, in un’ottica d’insieme, che la produzione di biogas
è funzionale ad evitare il rilascio di ingenti quantità di metano come avviene nel caso di
reflui zootecnici utilizzati a fini agricoli con la distribuzione sui campi agricoli
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