Il Biogas è una miscela composta da ossigeno, vapore acqueo, metano e altri tipi di gas, che nasce dal processo di digestione anaerobica; la miscela viene prodotta in tre diversi tipi d'impianti per produrre il biogas. Il processo chiamato "digestione anaerobica" è un processo biologico, che avviene grazie a delle reazioni biochimiche, tale processo si compie in quattro fasi: la prima fase è detta idrolisi, la seconda acido genesi, la terza aceto genesi e infine la quarta è chiamata metano genesi.

Quest'ultima fase è a sua volta divisa in metano genesi idrogeno fila e metano genesi aceto clastica. Le fasi produttive, che permettono agli impianti biogas di produrre questa miscela, avvengono nel totale rispetto dell’ambiente e sono una delle risorse utilizzate nella Green Economy.

Biogas: provenienza e composizione

Come accennato, il biogas contiene metano, anidride carbonica, vapore acqueo e altri tipologie di gas. I substrati organici riescono a produrlo grazie alla degradazione della sostanza organica che è presente all'inizio del processo.

Le matrici avviabili e la digestione anaerobica possono provenire da diversi settori produttivi, che elenchiamo di seguito:

  • Dal settore industriale provengono i sottoprodotti orto frutticoli, i fanghi, gli scarti organici di macellazione, i reflui dell'industria enologica ecc.
  • Da quello agricolo provengono i residui colturali, ad esempio la paglia, i hanno subito reflui zootecnici, come i liquami bovini e le colture energetiche, come il mais, il sorgo ecc.
  • Dal settore industriale provengono le acque reflue e i fanghi che si ottengono dalla loro lavorazione.
  • Dal settore civile infine provengono ad esempio le frazioni organiche di rifiuti urbani che però hanno subito dei trattamenti specifici.

Ma come funziona un impianto a biogas?

Il funzionamento di un impianto a biogas

Gli impianti a biogas sono delle strutture che utilizzano biomasse di diversa origine per produrre energia elettrica o termica. Ne esistono diverse tipologie che possono derivare da scarti di origine agro-industriale, da liquami provenienti dagli allevamenti, dai rifiuti urbani (ed è la vera rivoluzione) e da scarti forestali (di solito con questo termine si identificano i residui a basso contenuto di lignina provenienti dalle opere di restyling del verde urbano).

La rivoluzione sta nella modalità di produzione completamente naturale: esso è il prodotto di una digestione anaerobica di materiali organici, come quelli che abbiamo indicato sopra. In breve è la trasformazione di materiale di scarto in gas da parte di piccoli organismi già presenti all’interno dei materiali stessi, in totale assenza di ossigeno.

Questo processo avviene di solito in modo spontaneo all’interno delle discariche, se parliamo di rifiuti urbani e spesso infatti le stesse discariche dispongono sistemi di accumulo in cui il biogas prodotto viene immagazzinato e poi rivenduto e quindi immesso nella rete energetica. Ciò che non viene “digerito” da questi batteri è denominato digestato e può essere utilizzato come fertilizzante naturale in agricoltura.

La digestione anaerobica

La digestione anaerobica è un processo biologico che avviene grazie a delle reazioni biochimiche. Il processo di digestione anaerobica si compie in quattro fasi, in ognuna delle quali il processo avviene ad opera di batteri diversi:

  1. idrolisi,
  2. acido genesi
  3. aceto genesi
  4. metano genesi

La fase finale è suddivisa a sua volta in altri due processi: metano genesi idrogeno fila e metano genesi aceto clastica. E' importante sapere che la digestione anaerobica che intende produrre CH$ avviene generalmente in degli impianti dedicati che presentano delle caratteristiche specifiche.

L'utilizzo del biogas per produrre energia elettrica

Gli impianti a biogas sono dei mezzi molto importanti se si desidera produrre energia rinnovabile rispettando noi stessi e la natura che ci circonda in quanto è una fonte di produzione di energia elettrica che si trova facilmente in natura.

Le discariche di rifiuti e i materiali di natura organica animale e vegetale in decomposizione sono delle ottime fonti di produzione di biogas e quindi energia elettrica, considerando che da circa una tonnellata di rifiuti si possono ottenere sino a duecentocinquanta metri cubici di biogas energia elettrica, totalmente pulita e rinnovabile.

Il biogas viene trasformato in energia elettrica nel momento in cui viene trattato attraverso operazioni mirate volte proprio a ricavare energia rinnovabile e pulita dal biogas prodotto all'interno di appositi impianti.

Fondamentale è poi l'impianto a biogas che deve esaudire caratteristiche:

  • contenere contenitori appositi di liquami sui quali far avviare il processo di digestione anaerobica;
  • deve possedere sistemi di alimentazione e riscaldamento del materiale organico;
  • deve avere il reattore per l'idrolisi, il serbatoio utile a riscaldare e macinare il prodotto utile a ricavare biogas energia elettrica;
  • deve contenere i digestori anaerobici e i digestori di depurazione del biogas ottenuto.

Come si produce elettricità?

La combustione all'interno di un motore cogenerativo ne consente la produzione. In Italia le potenze dei cogeneratori si aggirano su valori al di sotto di un megawatt (1.000 kW) e quasi la metà non supera i 100 kW. Nello specifico solitamente si ha un motore a combustione interna, dove l'energia meccanica si trasforma in elettrica grazie ad un trasformatore apposito, e un dispositivo di recupero del calore in eccesso.

Di seguito sono illustrate le principali caratteristiche di un impianto tipo superflow.

Caratteristiche tecniche: super flow

Un impianto di tipo super flow ha due gestori, uno primario e uno secondario. Il primo gestore è di forma cilindrica, e grazie alla presenza di un miscelatore ad asse orizzontale, permette una perfetta miscelazione dei liquami e della biomassa. Il digestore primario è alimentato con liquame fresco e biomassa. Il liquame digerito, dopo essere stato all’interno di una vasca per circa 30 giorni, è trasferito nel gestore secondario, dove viene nuovamente miscelato e dal quale si recupera la quantità di biogas residua. Il liquame rimane all’interno del secondo gestore per circa 40 giorni.

Questo genere d’impianto è generalmente utilizzato da quelle aziende agricole e zootecniche che hanno terreni set-aside o che hanno una quantità di biomassa costante durante tutto l’arco dell’anno.

Fasi produttive

Il liquame è raccolto all’interno di una prevasca, dotata di un mixer e di una pompa tritatrice, che omogeneizza il liquame nel digestore primario. E’ di fondamentale importanza che i liquami arrivino freschi al digestore cilindrico. Il digestore è inoltre dotato di una speciale tramoggia con coclee di dosaggio, che inserisce la corretta quantità di materiale utile a far funzionare al meglio il digestore. Il prodotto è raccolto nella parte superiore del digestore, grazie ad una copertura raccogli gas. Il gas prodotto invece viene recuperato, bilanciato, raffreddato, deumidificato, filtrato e infine avviato verso i gruppi di cogenerazione, che hanno il compito di bruciare il biogas e produrre energia elettrica e calore. Il liquame in uscita è stabilizzato e deodorato, e sarà deposto all’interno di uno o più bacini di stoccaggio in attesa di essere utilizzato.

Plug-flow

Di seguito sono illustrate le tecniche e le modalità di funzionamento di un impianto tipo plug flow. Gli impianti a canale tipo plug flow sono chiamati anche impianti flusso a pistone. Il processo di digestione anaerobica che si sviluppa in questo genere di impianti è utilizzato nel trattamento dei liquami zootecnici e nella stabilizzazione dei fanghi che provengono dalla flottazione di reflui agro zootecnici. Se si utilizzano liquami zootecnici, è necessario separare i dai liquami liquidi quelli solidi grossolani perchè non sono biodegradabili. Gli impianti a plug flow sono utilizzati principalmente dagli allevamenti di medie e grandi dimensioni, che hanno lo scopo utilizzare l'energia prodotta per soddisfare i bisogni diretti interni.

Fasi del processo

Per ottenere la miglior produzione di miscela, è necessario che i liquami prodotti in allevamento arrivino freschi al digestore. Il liquame è convogliato in una vasca di raccolta e poi viene spostato nel contenitore dove il liquame subisce la separazione. L'operazione di separazione dei liquami è utile per eliminare eventuali residui vegetali e di pelo potrebbero essere contenuti nel liquame. La parte solida separata è spesso utilizzata come ammendante nei terreni agricoli. La digestione anaerobica dei liquami avviene in uno specifico digestore, grazie anche all'attività di batteri che sono in grado di frantumare le molecole complesse.

La digestione anaerobica è però condizionata da vari fattori, come la temperatura e la permanenza del liquame all'interno del digestore. Se la temperatura diminuisce bisogna far in modo che il liquame stia più tempo all'interno del digestore. Le pareti del digestore sono isolate e riscaldate.

Il biogas che si ottiene è raccolto in una copertura a cupola gasometrica, che si trova nella parte superiore del digestore. La cupola ha la forma di un semicilindro o di una calotta sferica, è generalmente formata da tre membrane in tessuto poliestere, disposte una sopra l'altra. La membrana che si trova più all'interno deve racchiudere il biogas in una camera, dove avviene il contatto con il liquame, la membrana intermedia invece ha il compito di evitare che il biogas possa miscelarsi all'aria spesso presente tra la membrana intermedia e quella esterna.

Guida alla normativa

La normativa riguardante gli impianti di produzione di energia è vasta e spesso intricata. Si parte con una serie di decreti legislativi e ministeriali ed una regolamentazione europea dedicata. I parametri di controllo variano a seconda dell’origine della biomassa introdotta nell’impianto e con essi varia la normativa di riferimento. Analizziamone più dettagliatamente i contenuti.

Il D.Lgs 29 dicembre 2003 n.387 stabilisce quali possono essere le fonti di produzione di energia e le divide in fonti rinnovabili non fossili e definisce le biomasse come la sezione biodegradabile dei residui di agricoltura, allevamento e rifiuti solidi urbani ed industriali. Definisce gli impianti che possono essere alimentati da biomassa (e vi include ovviamente gli impianti a biogas) e quindi fonte rinnovabile programmabile, separandoli da quelli a fonte rinnovabile non programmabile.

Il D.Lgs 3 aprile 2006 n.152 afferma semplicemente che l’impianto alimentato a biomassa viene definito in base all’origine della biomassa introdotta e afferisce all’ambito legislativo di riferimento. Esclude inoltre, una parte dei rifiuti che pur essendo eleggibili per la produzione di biomassa, non possono essere utilizzati. Sancisce la soglia entro la quale gli impianti a biomassa possono essere considerati totalmente non inquinanti (3 MW) ed afferma che gli impianti possono essere installati nei contesti rurali. Aggiunte e correzioni a questo decreto legislativo sono contenute nel D.Lgs del 16 aprile 2008.

Il D.M del 7 aprile 2006 si parla del digestato e delle fasi finali della produzione di biogas, come si può utilizzare il digestato come fertilizzante secondo la normativa P.U.A (Piano di utilizzazione agronomica) europea.

La normativa europea

Anche l’Europa ha introdotto regole e parametri di riferimento per governare la produzione di energia da biomassa, normative che sono state recepite nella legislazione dei diversi Paesi europei.

Regolamento CE n. 1774/2002 del Parlamento europeo e del Consiglio, del 3/10/2002, in cui si stabiliscono le norme sanitarie relative ai prodotti derivati di origine animale non destinati al consumo umano.

Regolamento CE n. 208/2006 della commissione del 7/2/2006 che modifica gli allegati VI e VIII del regolamento CE n. 1774/2002 del Parlamento europeo e del Consiglio che tratta delle norme di trasformazione della biomassa relative agli impianti di produzione di biogas e di compostaggio e i requisiti che possono essere applicati allo stallatico (e al digestato).

Arriva il nuovo decreto legge

Anno nuovo, vita nuova. L’ AIEL, Associazione Italiana Energie Agroforestali, ha ultimamente pubblicato, in maniera sintetica, i principali contenuti del nuovo decreto legge riguardante le energie rinnovabili che interessano soprattutto il settore del biogas e delle biomasse.

Le nuove norme

I punti essenziali dell’emendamento, che riguarda gli impianti e le biomasse, sono i seguenti:

  • a) gli impianti con potenza che arriva fino a 100 kilowatt ed alimentati a biomasse fino a 200 kilowatt non sono obbligati alla registrazione e di conseguenza diretta possono accedere alla tariffa incentivante.
  • b) sono stati editti i contingenti annui di potenza entro i quali è consentito l'accesso agli incentivi e sono: 170 megawatt per il 2013, 160 megawatt per glia anni 2014 e 2015.
  • c) le principali caratteristiche che gli impianti devono avere per entrare nella graduatoria di accesso agli incentivi sono: l’appartenenza ad aziende agricole, l’alimentazione attraverso biomasse, la produzione di energie con matrici costituite da sottoprodotti e la potenza dell’impianto che non deve essere superiore ai 600 kilowatt.
  • d) definizione di 4 differenti tipi di matrici d’alimentazione degli impianti per biomasse e sono: i prodotti e i sottoprodotti di natura biologica, i rifiuti biodegradabili e i rifiuti non provenienti dalla raccolta differenziata.
  • e) aggiunta di alcuni bonus che fanno riferimento alla cogenerazione ad alto rendimento, al recupero dell'azoto, alla riduzione gas serra ed alle emissioni in atmosfera.
  • f) le nuove tabelle incentivi premiano maggiormente sia gli impianti di potenza inferiore sia quelli alimentati a biomasse.
  • g) nuove tariffe e tabelle costi applicate solo agli impianti in esercizio dal 1° gennaio 2013.

Un decreto a favore delle energie alternative

Questa infarinatura generale sul nuovo decreto inerente alla produzione delle energie rinnovabili, tra cui il biogas, mostra come lo Stato sia favorevole allo sviluppo di questa nuova energia che porta migliorie sia dal punto di vista ambientale che economico.

I Finanziamenti pubblici

La produzione di energie rinnovabili è possibile in modi diversi e attraverso determinati meccanismi e materiali atti alla creazioni di energia di questo tipo. È inoltre possibile ottenere delle agevolazioni fiscali con la produzione e con l'utilizzo di energie rinnovabili; sono infatti presenti, ad esempio, anche dei finanziamenti.

Si può produrre dunque energia non inquinante, nel pieno rispetto dell'ambiente e di noi stessi, attraverso le centrali fotovoltaiche, sfruttando il calore solare e termino oppure creando una miscela all'interno di specifici impianti.

Le Regioni che consentono i finanziamenti

Ci sono alcune regioni italiane, definite ad elevata densità zootecnica ovvero con la presenza di quantità ingenti di attività legate all'allevamento, che offrono finanziamenti a fondo perduto sull'installazione di impianti.

I Finanziamenti consentono dunque agli allevatori di avere agevolazioni sui kwh e dei rimborsi spese per la costruzione dell'impianto stesso. Le regole che permettono di ottenere i finanziamenti biogas prevedono che almeno il 50% degli scarti animali deve essere utilizzato per la realizzazione di biogas.

Riguardo ai materiali di natura vegetale la percentuale è del 30%, mentre il mais è utilizzabile solo al 20%. Le percentuali sono calcolate in base al peso della miscela che verrà ricavata. La distanza che intercorre dal luogo di reperimento delle materie prime agricole e l'impianto dovrà invece non essere superiore ai 70 chilometri.

Come richiedere i finanziamenti

É necessario comunque fornire dati esaustivi e corretti e specificare il giusto quantitativo di azoto che verrà utilizzato per la produzione di biogas. È inoltre indispensabile sapere che la costruzione di un impianto costa circa un milione di euro a MW, ma il capitale investito è recuperabile intorno ai tre o quattro anni soprattutto grazie ai finanziamenti biogas che vengono elargiti per quindici anni.

Sicuramente si possono inoltre riscontrare problemi rispetto ad altri tipi di impianti come la reperibilità del prodotto che potrebbe rivelarsi limitato e sicuramente non gratuito come invece può essere l'energia ricavata dal sole.

Ultimo problema potrebbe verificarsi sul versante impianti, perché le parti meccaniche degli stessi potrebbero usurarsi col tempo. Sono quindi necessari diverse opere di manutenzione periodica effettuate da personale specializzato nel biogas che potrebbero aumentare i costi di produzione e conservazione dell'impianto stesso.

Come avviene la Produzione

Il rispetto della natura è fondamentale non solo per l’ambiente circostante, ma anche e soprattutto per la nostra salute.È possibile contribuire alla creazione di un aria più sana attraverso forme di energia rinnovabile o attraverso la semplice raccolta differenziata.

Esistono poi dei gas che nascono naturalmente e si possono produrre con facilità. Gli impianti per la produzione, per ottenere i finanziamenti, devono essere costituiti da enormi contenitori che al loro interno possono raccogliere grosse quantità di materiale organico (scarti animali e vegetali, escrementi, rifiuti alimentari ecc.) dai 2500 ai 5000 metri cubi.

Prima di essere introdotti nel serbatoio, questo materiale organico viene sottoposto a un processo di macinazione. I contenitori vengono poi riscaldati fino al raggiungimento della temperatura desiderata consentendo al biogas di salire in superficie ed essere prelevato. Gli scarti del processo di produzione possono essere adoperati come fertilizzanti.

Nel caso di impianti per la produzione con materiale organico vegetale da costruire sul proprio terreno agricolo esistono poi delle regole da rispettare. Il terreno da adibire ad impianto di produzione di biogas deve infatti essere di almeno tre ettari don una distanza di due chilometri dall’impianto di produzione del gas e quello di energia alternativa. Il terreno deve inoltre essere di proprietà al 51% anche al fine di ottenere incentivi dallo Stato e finanziamenti dedicati.

Come ottenere gli incentivi

Negli ultimi anni anche in Italia si stanno avendo dei netti aumenti sulla produzione di energia rinnovabile; questo anche grazie ai numerosi incentivi che lo Stato italiano offre a chi decide di installare un impianto fotovoltaico oppure a biogas.

Gli incentivi vengono visti di buon occhio soprattutto dalle imprese agricole che vedono nella produzione di tale fonte di energia anche una nuova forma di diversificazione del reddito e un modo per ottenere possibilità di guadagno e di risparmio a lungo termine.

La normativa

Un passo avanti in direzione degli incentivi è avvenuto attraverso il “Testo unico ambientale” (decreto legislativo numero 152 del 2006) e successivamente attraverso il decreto legislativo numero 4 del 2008.

Con la pubblicazione nella Gazzetta Ufficiale numero 176 del 31 luglio 2009, Supplemento ordinario numero 136 della Legge del 23 luglio 2009 numero 99 sono state inoltre attuate ulteriori modifiche sul sistema relativo agli incentivi biogas. Proprio attraverso tali modifiche la tariffa onnicomprensiva è divenuta di 0,30 euro/Kw su impianti di potenza minore a 1 MW.

Una variazione è stata posta anche sui certificati verdi e sul coefficiente normativo relativo agli stessi che è divenuto pari a 1,8. E' inoltre prevista la possibilità di cumulare i certificati verdi e la tariffa onnicomprensiva con altri finanziamenti regionali, nazionali e territoriali non superando però il 40 % dei costi utili a costruire l'impianto.

Ammontare delle tariffe omnicomprensive

I gas di discarica e quelli che derivano dalla combustione biologica o da processi depurativi prevedono una tariffa onnicomprensiva pari a 0,18 euro/KWh. Il coefficiente moltiplicativo per i rifiuti biodegradabili è invece passato da 1,1 a 1,3.

Al fine di ottenere gli incentivi a livello regionale è infine necessario sapere che almeno il 50% degli rifiuti animali generati dovrà riversarsi nella produzione di biogas stesso, mentre per i materiali organici di natura vegetale la percentuale è del 30%.

Tipologie di impianti ed incentivi

Gli impianti si dividono in due grandi tipologie, ognuna delle quali ha a sua volta dei sottoinsiemi. Esistono gli impianti a biogas agricoli e quelli industriali, la cui differenza risiede nella tipologia di scarti utilizzata. Gli impianti possono essere classificati anche secondo la potenza in grandi impianti e piccoli impianti.

Di solito, per garantire la redditività di un impianto rispetto ad un impianto di combustione classico (a biomassa solida), esso deve avere una potenza di almeno 500 KW. Ma anche i piccoli impianti possono essere utili, soprattutto a quelle aziende già produttrici di prodotti agricoli ad esempio, o agli allevamenti, poiché essi producendo energia a costo zero per l’azienda, risolve il problema dei residui della lavorazione e aggiunge un reddito all’attività già esistente.

Inoltre fino al 31 dicembre 2012 gli impianti a biogas godranno degli incentivi statali, siano essi piccoli impianti fino a 1MW o grandi impianti. Per i piccoli impianti è prevista la tariffa onnicomprensiva e cioè sia un incentivo per lo start-up dell’impianto, sia un compenso per la produzione ed immissione dell’energia nella rete nazionale. In termini monetari gli incentivi sono di 0,28euro/KWh per gli impianti che utilizzano scarti forestali, agricoli o da allevamenti e di 0,18 euro/KWh per quelli che utilizzano scarti provenienti dai processi di depurazione (quindi anche dalle discariche). I grandi impianti cadono sotto il regime dei Certificati Verdi e in generale qualsiasi incentivo è valido per 15 anni.

I vantaggi degli impianti di questo tipo

Oltre al vantaggio di avere un introito in più da un’attività già esistente, sono diversi i vantaggi di un impianto a biogas, tra cui la soluzione allo smaltimento dei rifiuti siano essi di natura urbana o di natura industriale.

Strettamente collegato a questo, la soluzione del problema legato alla pianificazione di siti di stoccaggio e smaltimento dei rifiuti che è stata e continua ad essere molto attuale, soprattutto nelle zone dell’entroterra campano. Inoltre anche la vendita o l’utilizzo in un meccanismo di sfruttamento totale delle risorse, del cosiddetto digestato come fertilizzante significa una spesa in meno per l’azienda agricola ed eventualmente una fonte in più di guadagno sia in termini monetari che di salute. Vogliamo comparare i prodotti agricoli fertilizzati con concimi chimici e quelli fertilizzati con concimi naturali? Da queste buone pratiche ne guadagneremmo tutti.

Centrali: come nasce un’energia rinnovabile!

Quello che comunemente chiamiamo biogas è una miscela di gas che creata attraverso la fermentazione di sostanze organiche senza l’apporto della semplice “aria” che normalmente respiriamo. Il biogas si compone per il 50-70% da metano e per il restante 30-50% da anidride carbonica. Inoltre nel biogas sono contenuti diversi altri gas in concentrazioni minimali.
Proprio per la sua speciale composizione è considerato una fonte di energia rinnovabile tra le più usate per la produzione di energia elettrica e calorica.

L’obiettivo europeo

L’Unione Europea ha ufficialmente individuato nel biogas una delle possibili fonti energetiche rinnovabili non fossili, insieme alle forse più note energia eolica, solare, geotermica, ecc. che sono effettivamente in grado di garantire non solo autonomia energetica, ma anche una progressiva riduzione dell’attuale stato di inquinamento atmosferico. Il Parlamento Europeo pose per l’U.E. come obiettivo da attuarsi entro il 2010 che le centrali produttrici di energia rinnovabile coprissero il 15% dell’energia utilizzata. In realtà tali centrali rappresentano, ad oggi, meno del 6% del totale e hanno un tasso di crescita considerevolmente basso.

Il processo di lavorazione

Il processo anaerobico si attua all’interno dei digestori delle centrali produttrici, che sono costruiti in cemento armato e ininterrottamente riscaldati a 40 °C per un periodo pari almeno a 60 giorni. Il preparato di base organica viene quindi “pompato” all’interno del digestore, costringendo quella stessa quantità di “pre-biogas” a travasarsi nella cisterna successiva.
Questo preparato, che per comodità chiameremo “biomassa” passa, terminata la digestione, all’interno di una cisterna di stoccaggio per finire poi all’impianto di separazione, producendo una sorta di humus. L’acqua separata dagli elementi originari viene separata e poi mandata nella rete di scarico o, più spesso, utilizzata a fini irrigui. E questo è, in sintesi, il grosso del lavoro delle centrali produttrici di biogas.

 

 



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