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TuttoAmbiente Srl
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  PRODUZIONE DI ENERGIA DA
          BIOGAS
                 Giovedì 28 maggio 2009

“La produzione del biogas ed il suo utilizzo -
 I processi – Impianti aziendali di digestione
                 anaerobica”

Pierluigi Navarotto
pierluigi.navarotto@fastwebnet.it
La digestione anaerobica
è un processo biologico per mezzo del quale,
in assenza di ossigeno, la sostanza organica
viene trasformata in biogas (energia
rinnovabile)   costituito principalmente da
metano e anidride carbonica;

la percentuale di metano nel biogas varia a
secondo del tipo di sostanza organica
digerita e delle condizioni di processo, da un
minimo del 50% fino all’80% circa.
Schema del
 processo
biologico di
digestione
anaerobica
Lo sviluppo della tecnologia in Italia
 •   inizia alla fine degli anni ‘70 per esigenze
     ambientali (L. 10/05/1976 (L. Merli), L. 650/’79,
     etc…).

       Lo scopo principale che ci si riprometteva era
       risolvere l’impatto ambientale indotto dagli
       allevamenti intensivi (suinicoli soprattutto).

•     1980 progetto di ricerca “Biogas” dell’E.R.
     (CRPA, ENEA, ENI, ENEL,Università).
     Costruzione di 5 impianti dimostrativi e 3 impianti
     sperimentali.
REGIONE EMILIA-ROMAGNA
        EMILIA-
Dipartimento Attività Produttive Agricoltura e Alimentazione
             Attività
(a cura del gruppo di lavoro coordinato dal C.R.P.A.)
                                            C.R.P.A.)




         PROGRAMMA DI RICERCA
      “PRODUZIONE E UTILIZZAZIONE DI
    ENERGIE INTEGRATIVE IN ZOOTECNIA”


                                    RELAZIONE FINALE
                                     (settembre 1986)
REGIONE EMILIA-ROMAGNA
        EMILIA-
Dipartimento Attività Produttive Agricoltura e Alimentazione
             Attività
(a cura del gruppo di lavoro coordinato dal C.R.P.A.)
                                            C.R.P.A.)



CONCLUSIONI:
     La tecnologia del biogas, con le soluzioni impiantistiche
     attualmente proposte per i liquami zootecnici, non è
     conveniente dal punto di vista del recupero energetico.
     Per favorire ugualmente la diffusione della tecnologia si è
     sostenuto che alcuni vantaggi aggiuntivi possono
     modificare il bilancio, rendendolo positivo e quindi
     interessante per l’allevatore.
     Alcuni di questi presunti vantaggi si sono rilevati illusori,
     primo fra tutti la capacità di depurare i liquami. Il ricorso a
     stadi successivi per completare il trattamento depurativo
     si è rivelato non praticabile.
REGIONE EMILIA-ROMAGNA
        EMILIA-
Dipartimento Attività Produttive Agricoltura e Alimentazione
             Attività
(a cura del gruppo di lavoro coordinato dal C.R.P.A.)
                                            C.R.P.A.)


CONCLUSIONI:
   Anche l’incremento del potere fertilizzante, tante volte
   sostenuto, è più teorico che reale. A causa delle pratiche
   agricole in uso nel nostro Paese, la trasformazione
   dell’azoto organico in azoto prontamente assimilabile
   rischia, anzi, di tradursi in uno svantaggio.
   Restano i benefici, non secondari, della riduzione degli odori e
   della carica patogena. C’è da chiedersi, però, se tali risultati
   giustificano gli elevati investimenti che un impianto biogas
   richiede e se non sia meglio conseguirli con tecnologie più
   semplici. Per esempio, tecnologie non preposte al recupero
   energetico quale il trattamento aerobico intermittente e a basso
   impegno di potenza, hanno costi di investimento di gran lunga
   inferiori e possono rendere l’operazione economicamente più
   conveniente.
La ricerca evidenzia:

• La insufficiente efficienza depurativa della digestione
  anaerobica (tab. A, C - L. Merli).

• L’inadeguatezza delle tecnologie utilizzate nell’industria
  (costose e complesse) per il settore zootecnico.

• La necessità di incentivi che rendano conveniente “gestire”
 l’impianto (non solo contributi per la costruzione):
              > valorizzazione della energia prodotta

• L’insufficiente contenuto energetico dei soli reflui zootecnici
  per giustificare il costo di impianti sofisticati.
•   nel frattempo:
     - l’Utilizzazione Agronomica viene individuata come la
      soluzione da privilegiare per lo smaltimento degli
      effluenti zootecnici.

     - ciò rende nuovamente interessante la D.A. grazie alla
      sua valenza ambientale (stabilizzazione - riduzione
      odori - emissioni) a patto che i costi dell’impianto siano
      contenuti.

     - da qui lo sviluppo di tecnologie semplificate (a basso
      costo).
Schema di impianto di biogas semplificato, senza
                riscaldamento

               rotovaglio                               serbatoio di stoccaggio


                                                                        biogas agli
                                                                          utilizzi


                                                      sistema galleggiante di
                                                      raccolta gas
                       frazione solida
   vasca di raccolta
    e sollevamento                       lagone o vasca di accumulo



   La produzione di metano ottenibile è di circa 15
       m3/anno per 100 kg di peso vivo suino
            (circa 25 m3/anno di biogas)
•   nel frattempo:

    - la CIP6/92: premia la produzione di E.E. da fonti
         CIP6/92
     rinnovabili e favorisce l’utilizzazione del biogas in
     cogenerazione

    - La disponibilità di calore risveglia l’interesse verso la
     mesofilia
Schema di impianto di biogas semplificato
           con riscaldamento
                                                sistema di copertura e
                                               raccolta biogas a singola
                                                o a doppia membrana
                      rotovaglio
                                                                      biogas agli utilizzi




                          frazione solida
  vasca di raccolta     acqua calda
   e sollevamento
                         energia
                         elettrica


                                      biogas              sistema di riscaldamento

                          cogeneratore


  La produzione di metano ottenibile è di circa
   21 m3/anno per 100 kg di peso vivo suino
          (circa 35 m3/anno di biogas)
SONO IMPIANTI CHE HANNO
VALENZA PREVALENTEMENTE
AMBIENTALE
- controllo odori
- riduzione emissioni di gas serra
2002 - I certificati verdi
       (nel 2007 il 3,05% + 0,75/anno sino al 2012)




    Hanno consolidato l’interesse per la
      produzione di E.E. da F.R. …
… e sviluppato interesse per le esperienze
     tedesche ove si era notevolmente
  implementata la produzione di energia
 mediante l’aggiunta di biomassa agricola
 sino ad abbandonare l’attività zootecnica
specializzando l’azienda nella produzione di
             Energia Elettrica
3 muraro biogas-processo
Le tecniche di digestione
Le tecniche di digestione anaerobica possono
essere suddivise in due gruppi principali:

    Digestione a secco (dry digestion), quando il
    substrato avviato a digestione ha un contenuto
    di solidi totali (ST) ≥ 30%;

    Digestione a umido (wet digestion), quando il
    substrato ha un contenuto di ST ≤ 10%.

Processi con valori di secco intermedi (10 – 14% ST)
vengono definiti processi a semisecco.
Le tecniche di digestione
La digestione anaerobica può essere condotta o
in condizioni mesofile (circa 35°C), con tempi di
residenza di 25-30 giorni, o termofile (circa
55°C), con tempi di residenza inferiori ai 14 - 16
giorni.

Con impianti semplificati è possibile operare
anche in psicrofilia (10 - 25 °C), con tempi di
residenza dell’ordine dei 60 giorni.
Impianti a umido - semisecco mesofili
Sono impianti che operano in CODIGESTIONE:

Liquami zootecnici + colture energetiche + scarti
organici

E’ una tecnologia squisitamente tedesca ove si
sono realizzati (dal ‘98)    più di 4000 impianti
grazie agli incentivi previsti dalla normativa.
Esempio di digestore di seconda
generazione…




                       Fonte: http://www.biogas-thoeni.com/it
Biomasse e scarti organici avviabili a D.A. e loro
   resa in Biogas (m3 per ton di solidi volatili)
                  Materiali                       m3 biogas/t SV

   Deiezioni animali (suini, bovini, avi-            200 - 500
   cunicoli)

   Residui colturali (paglia, colletti               350 - 400
   barbabietole..)

   Scarti      organici     agroindustria
   (siero, scarti vegetali, lieviti, fanghi e        400 - 800
   reflui di distillerie, birrerie e cantine..)

   Scarti      organici      macellazione
   (grassi, contenuto stomacale             ed      550 - 1000
   intestinale,  sangue, fanghi              di
   flottazione…)
   Fanghi di depurazione                             250 - 350

   Frazione organica rifiuti urbani                  400 - 600

   Colture energetiche (mais, sorgo                  550 - 750
   zuccherino…)
Essenziale garantire condizioni di efficienza
        Realizzare un impianto biogas:


  aggiungere      un       allevamento    di
 microrganismi con tutte le loro esigenze in
 termini ambientali ed alimentari
  La formulazione    della razione, le modalità di
 somministrazione,   il controllo di eventuali prodotti
 nocivi e delle        condizioni ambientali sono
 essenziali.
 La gestione deve    essere professionale e non …
 casuale!
La digestione anaerobica e la digestione del bovino
I requisiti di buona realizzazione
 Sufficiente coibentazione del digestore

 Sistema di riscaldamento idoneo a fornire il calore di
 termostatazione (35 – 40°C);

 Oblò di controllo;

 Mixer interno efficace;

 Alimentazione dei “maprov” direttamente nel digestore;

 Disponibilità di sufficiente stoccaggio del biogas;


Sono comunque solo un prerequisito...
LA > O < PRODUZIONE DI BIOGAS E’ FUNZIONE DELLA
CORRETTA ALIMENTAZIONE DEI MICRORGANISMI...
  …come per le bovine...
- un passaggio rapido a dieta ricca in carboidrati e povera in fibra,
 si ha > quantità di acidi grassi con riduzione pH.
 (variare la dieta con fibra,diluire con acqua tiepida).

- eccesso proteico, si ha > produzione di NH3 con aumento del
 pH (e dell’H2S…)
 (variare la dieta con una riduzione del tenore proteico, ricircolare
 il digestato).

- formazione di schiume: sembrano dovute ad alimentazione discontinua
 e ad una inadatta formulazione della razione.
 (variare la dieta, utilizzare prodotti antischiuma,…)
I problemi legati ai più comuni errori alimentari
possono comportare:

- peggioramento della composizione del biogas, con diminuzione del
Potere Calorifico ed aumento dell’azione corrosiva per la maggiore
presenza di H2S

- incompleta combustione della miscela gassosa nel motore del
cogeneratore con riduzione del rendimento sino al suo fermo nei casi di
maggiore gravità

-formazione e diffusione di odori nauseabondi dalla borlanda a causa
della eccessiva formazione di acidi grassi volatili, quali prodotti
intermedi della fermentazione

- possibile formazione di schiuma nel digestore

- possibile collasso del processo con blocco della produzione di biogas
E’ INOLTRE IMPORTANTE:

- evitare la presenza di sostanze inibitrici (esterne o endogene):

    ammoniaca, acido propionico, ioni nitrito e nitrato, sulfuri,
    solventi derivati del petrolio, cianuri, gli azotoidrati, i tensioattivi
    in genere, salinità eccessiva (> 30 g/l), metalli pesanti, ecc...

- controllare i parametri analitici
   - nel digestore: pH, NH3, determinazione degli ac. grassi.
   - del gas: CH4, CO2, H2S
Il trattamento del biogas

- essiccazione: nella condensa si concentrano pure NH3,
                H2S, polveri ed altre impurità.
- desolforazione:
       • biologica (sulfobacter oxidans): - interna al digestore
                                          - esterna al digestore
       • chimica (+ FeCl3 o FeCl2):        - interna al digestore
                                           - esterna al digestore
- filtrazione finale su carboni attivi... e finalmente…
…alla cogenerazione

- motori a gas
      rendimenti in Energia Elettrica 35 – 40 % circa

- motori a diesel-gas (iniezione pilota)
      rendimenti in Energia Elettrica 39 – 44 % circa

- turbine a gas
      rendimenti in Energia Elettrica 30 % circa

…utilizzo Energia Termica!
Alcuni esempi:
- Impianto per 100 vacche da latte e rimonta, potenza
installata 35 KWel
- Impianto per 300 vacche da latte, potenza installata
100 KWel

- Impianto per 5.000 suini + biomassa, potenza
installata 250 KWel

- Impianto per 10.000 suini + biomassa, potenza
installata 625 KWel
- Impianto da 1 MWel (100 vacche da latte + biomassa)
All.to 5.000 capi da
                                       100 vacche     300 vacche da
    TABELLA RIASSUNTIVA                                                ingrasso + 3.000 t/y
                                       con rimonta         latte
                                                                         maprov 250KWel
Potenza elettrica installata (Kwel)              35              100                       250
E.el netta prodotta (KWh/y)                 240.000          720.000                 1.805.000
Digestori (n°/m³)                        1 x 350 m³     1 x 1.200 m³              1 x 2.450 m³
Costo impianto (€)                       300.000,00     700.000,00               1.400.000,00
             Costo impianto (€/KW)         8.600,00        7.000,00                  5.600,00
Amm.to 15 anni - i=5% (€/y)              29.000,00        67.500,00                135.000,00

COSTI DI GESTIONE
Lavoro+manutenzioni+
autoconsumi                               20.250,00       41.700,00               209.000,00

RICAVI
Tariffa unica omnicomprensiva
€cent/KWh 22                              52.800,00      158.400,00               397.100,00
              Risultato di gestione        3.550,00       49.200,00                53.100,00
                             pbt (y)            9,2             6,0                      7,4
Tariffa unica omnicomprensiva
€cent/KWh 28                              67.200,00      201.600,00               505.400,00
              Risultato di gestione       17.950,00       92.400,00               161.400,00
                             pbt (y)            6,4             4,4                      4,7
All.to 10.000 capi da      All.to 100 vacche da latte +
     TABELLA RIASSUNTIVA                ingrasso + 8.500 t/y        18.250 t/y maprov 1000
                                         maprov 625 KWel                        KWel
 Potenza elettrica installata (Kwel)                         625                             1000
 E.el netta prodotta (KWh/y)                           4.512.500                       7.720.000
 Digestori (n°/m³)                                  2 x 2.500 m³         2 x 2.300 m³ / 1 x 2.600
 Costo impianto (€)                                3.000.000,00                    4.050.000,00
              Costo impianto (€/KW)                    4.800,00                         4.050,00
 Amm.to 15 anni - i=5% (€/y)                         289.000,00                      400.000,00

 COSTI DI GESTIONE
 Lavoro+manutenzioni+
 autoconsumi                                         538.000,00                     925.000,00

 RICAVI
 Tariffa unica omnicomprensiva
 €cent/KWh 22                                        992.750,00                   1.698.400,00
               Risultato di gestione                 165.750,00                     373.400,00
                              pbt (y)                       6,6                            5,2
 Tariffa unica omnicomprensiva
 €cent/KWh 28                                      1.263.500,00                   2.161.600,00
               Risultato di gestione                 436.500,00                     836.600,00
                              pbt (y)                       4,1                            3,3

                                        Tipologia impiantistica e gestione
Ma attenzione!!
                                        rivestono un ruolo fondamentale
3 muraro biogas-processo
Vanno inoltre considerati:
- il miglioramento dell’impatto ambientale:
- controllo degli odori;
- fluidificazione del liquame con miglioramento della
 distribuzione;
- riduzione delle emissioni di gas serra
  ( ~ 13 kg di CO2 / m3 biogas utilizzato);
- energia disponibile a costo ridotto per eseguire i
  trattamenti di riduzione del carico azotato dei liquami
  zootecnici.
I POSSIBILI SVILUPPI DEL SETTORE
- la destinazione “energetica” della SAU
  richiede grandi superfici.
 (1 ha     3,5 – 5 kW di potenza elettrica)

- la distanza SAU-impianto deve essere limitata

- competizione con la destinazione alimentare

- utilizzo dei sottoprodotti = vera risorsa
  economica-ambientale
Conclusioni
… molto diverse da quelle di 22 anni fa!
è infatti prevedibile una notevole diffusione di
tali impianti se:
- sarà mantenuta negli anni la incentivazione per la
produzione di E. el. da fonte rinnovabile
- saranno meglio coordinati i vari Enti coinvolti
nelle procedure autorizzative
- sarà più chiaramente regolamentato e
semplificato l’utilizzo dei sottoprodotti agricoli e
dell’agroindustria
Conclusioni
- se si svilupperanno tipologie integrate di
trattamento in grado di contribuire al recupero del
corretto rapporto Azoto/SAU

- auspicabile per uno sviluppo di tecnologie italiane
una diversificazione della normativa che premi
l’innovazione tecnologica
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Grazie per l’attenzione!


   e-mail: pierluigi.navarotto@unimi.it

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  • 1. TuttoAmbiente Srl Ricerca Servizi e Formazione PRODUZIONE DI ENERGIA DA BIOGAS Giovedì 28 maggio 2009 “La produzione del biogas ed il suo utilizzo - I processi – Impianti aziendali di digestione anaerobica” Pierluigi Navarotto pierluigi.navarotto@fastwebnet.it
  • 2. La digestione anaerobica è un processo biologico per mezzo del quale, in assenza di ossigeno, la sostanza organica viene trasformata in biogas (energia rinnovabile) costituito principalmente da metano e anidride carbonica; la percentuale di metano nel biogas varia a secondo del tipo di sostanza organica digerita e delle condizioni di processo, da un minimo del 50% fino all’80% circa.
  • 3. Schema del processo biologico di digestione anaerobica
  • 4. Lo sviluppo della tecnologia in Italia • inizia alla fine degli anni ‘70 per esigenze ambientali (L. 10/05/1976 (L. Merli), L. 650/’79, etc…). Lo scopo principale che ci si riprometteva era risolvere l’impatto ambientale indotto dagli allevamenti intensivi (suinicoli soprattutto). • 1980 progetto di ricerca “Biogas” dell’E.R. (CRPA, ENEA, ENI, ENEL,Università). Costruzione di 5 impianti dimostrativi e 3 impianti sperimentali.
  • 5. REGIONE EMILIA-ROMAGNA EMILIA- Dipartimento Attività Produttive Agricoltura e Alimentazione Attività (a cura del gruppo di lavoro coordinato dal C.R.P.A.) C.R.P.A.) PROGRAMMA DI RICERCA “PRODUZIONE E UTILIZZAZIONE DI ENERGIE INTEGRATIVE IN ZOOTECNIA” RELAZIONE FINALE (settembre 1986)
  • 6. REGIONE EMILIA-ROMAGNA EMILIA- Dipartimento Attività Produttive Agricoltura e Alimentazione Attività (a cura del gruppo di lavoro coordinato dal C.R.P.A.) C.R.P.A.) CONCLUSIONI: La tecnologia del biogas, con le soluzioni impiantistiche attualmente proposte per i liquami zootecnici, non è conveniente dal punto di vista del recupero energetico. Per favorire ugualmente la diffusione della tecnologia si è sostenuto che alcuni vantaggi aggiuntivi possono modificare il bilancio, rendendolo positivo e quindi interessante per l’allevatore. Alcuni di questi presunti vantaggi si sono rilevati illusori, primo fra tutti la capacità di depurare i liquami. Il ricorso a stadi successivi per completare il trattamento depurativo si è rivelato non praticabile.
  • 7. REGIONE EMILIA-ROMAGNA EMILIA- Dipartimento Attività Produttive Agricoltura e Alimentazione Attività (a cura del gruppo di lavoro coordinato dal C.R.P.A.) C.R.P.A.) CONCLUSIONI: Anche l’incremento del potere fertilizzante, tante volte sostenuto, è più teorico che reale. A causa delle pratiche agricole in uso nel nostro Paese, la trasformazione dell’azoto organico in azoto prontamente assimilabile rischia, anzi, di tradursi in uno svantaggio. Restano i benefici, non secondari, della riduzione degli odori e della carica patogena. C’è da chiedersi, però, se tali risultati giustificano gli elevati investimenti che un impianto biogas richiede e se non sia meglio conseguirli con tecnologie più semplici. Per esempio, tecnologie non preposte al recupero energetico quale il trattamento aerobico intermittente e a basso impegno di potenza, hanno costi di investimento di gran lunga inferiori e possono rendere l’operazione economicamente più conveniente.
  • 8. La ricerca evidenzia: • La insufficiente efficienza depurativa della digestione anaerobica (tab. A, C - L. Merli). • L’inadeguatezza delle tecnologie utilizzate nell’industria (costose e complesse) per il settore zootecnico. • La necessità di incentivi che rendano conveniente “gestire” l’impianto (non solo contributi per la costruzione): > valorizzazione della energia prodotta • L’insufficiente contenuto energetico dei soli reflui zootecnici per giustificare il costo di impianti sofisticati.
  • 9. nel frattempo: - l’Utilizzazione Agronomica viene individuata come la soluzione da privilegiare per lo smaltimento degli effluenti zootecnici. - ciò rende nuovamente interessante la D.A. grazie alla sua valenza ambientale (stabilizzazione - riduzione odori - emissioni) a patto che i costi dell’impianto siano contenuti. - da qui lo sviluppo di tecnologie semplificate (a basso costo).
  • 10. Schema di impianto di biogas semplificato, senza riscaldamento rotovaglio serbatoio di stoccaggio biogas agli utilizzi sistema galleggiante di raccolta gas frazione solida vasca di raccolta e sollevamento lagone o vasca di accumulo La produzione di metano ottenibile è di circa 15 m3/anno per 100 kg di peso vivo suino (circa 25 m3/anno di biogas)
  • 11. nel frattempo: - la CIP6/92: premia la produzione di E.E. da fonti CIP6/92 rinnovabili e favorisce l’utilizzazione del biogas in cogenerazione - La disponibilità di calore risveglia l’interesse verso la mesofilia
  • 12. Schema di impianto di biogas semplificato con riscaldamento sistema di copertura e raccolta biogas a singola o a doppia membrana rotovaglio biogas agli utilizzi frazione solida vasca di raccolta acqua calda e sollevamento energia elettrica biogas sistema di riscaldamento cogeneratore La produzione di metano ottenibile è di circa 21 m3/anno per 100 kg di peso vivo suino (circa 35 m3/anno di biogas)
  • 13. SONO IMPIANTI CHE HANNO VALENZA PREVALENTEMENTE AMBIENTALE - controllo odori - riduzione emissioni di gas serra
  • 14. 2002 - I certificati verdi (nel 2007 il 3,05% + 0,75/anno sino al 2012) Hanno consolidato l’interesse per la produzione di E.E. da F.R. …
  • 15. … e sviluppato interesse per le esperienze tedesche ove si era notevolmente implementata la produzione di energia mediante l’aggiunta di biomassa agricola sino ad abbandonare l’attività zootecnica specializzando l’azienda nella produzione di Energia Elettrica
  • 17. Le tecniche di digestione Le tecniche di digestione anaerobica possono essere suddivise in due gruppi principali: Digestione a secco (dry digestion), quando il substrato avviato a digestione ha un contenuto di solidi totali (ST) ≥ 30%; Digestione a umido (wet digestion), quando il substrato ha un contenuto di ST ≤ 10%. Processi con valori di secco intermedi (10 – 14% ST) vengono definiti processi a semisecco.
  • 18. Le tecniche di digestione La digestione anaerobica può essere condotta o in condizioni mesofile (circa 35°C), con tempi di residenza di 25-30 giorni, o termofile (circa 55°C), con tempi di residenza inferiori ai 14 - 16 giorni. Con impianti semplificati è possibile operare anche in psicrofilia (10 - 25 °C), con tempi di residenza dell’ordine dei 60 giorni.
  • 19. Impianti a umido - semisecco mesofili Sono impianti che operano in CODIGESTIONE: Liquami zootecnici + colture energetiche + scarti organici E’ una tecnologia squisitamente tedesca ove si sono realizzati (dal ‘98) più di 4000 impianti grazie agli incentivi previsti dalla normativa.
  • 20. Esempio di digestore di seconda generazione… Fonte: http://www.biogas-thoeni.com/it
  • 21. Biomasse e scarti organici avviabili a D.A. e loro resa in Biogas (m3 per ton di solidi volatili) Materiali m3 biogas/t SV Deiezioni animali (suini, bovini, avi- 200 - 500 cunicoli) Residui colturali (paglia, colletti 350 - 400 barbabietole..) Scarti organici agroindustria (siero, scarti vegetali, lieviti, fanghi e 400 - 800 reflui di distillerie, birrerie e cantine..) Scarti organici macellazione (grassi, contenuto stomacale ed 550 - 1000 intestinale, sangue, fanghi di flottazione…) Fanghi di depurazione 250 - 350 Frazione organica rifiuti urbani 400 - 600 Colture energetiche (mais, sorgo 550 - 750 zuccherino…)
  • 22. Essenziale garantire condizioni di efficienza Realizzare un impianto biogas: aggiungere un allevamento di microrganismi con tutte le loro esigenze in termini ambientali ed alimentari La formulazione della razione, le modalità di somministrazione, il controllo di eventuali prodotti nocivi e delle condizioni ambientali sono essenziali. La gestione deve essere professionale e non … casuale!
  • 23. La digestione anaerobica e la digestione del bovino
  • 24. I requisiti di buona realizzazione Sufficiente coibentazione del digestore Sistema di riscaldamento idoneo a fornire il calore di termostatazione (35 – 40°C); Oblò di controllo; Mixer interno efficace; Alimentazione dei “maprov” direttamente nel digestore; Disponibilità di sufficiente stoccaggio del biogas; Sono comunque solo un prerequisito...
  • 25. LA > O < PRODUZIONE DI BIOGAS E’ FUNZIONE DELLA CORRETTA ALIMENTAZIONE DEI MICRORGANISMI... …come per le bovine... - un passaggio rapido a dieta ricca in carboidrati e povera in fibra, si ha > quantità di acidi grassi con riduzione pH. (variare la dieta con fibra,diluire con acqua tiepida). - eccesso proteico, si ha > produzione di NH3 con aumento del pH (e dell’H2S…) (variare la dieta con una riduzione del tenore proteico, ricircolare il digestato). - formazione di schiume: sembrano dovute ad alimentazione discontinua e ad una inadatta formulazione della razione. (variare la dieta, utilizzare prodotti antischiuma,…)
  • 26. I problemi legati ai più comuni errori alimentari possono comportare: - peggioramento della composizione del biogas, con diminuzione del Potere Calorifico ed aumento dell’azione corrosiva per la maggiore presenza di H2S - incompleta combustione della miscela gassosa nel motore del cogeneratore con riduzione del rendimento sino al suo fermo nei casi di maggiore gravità -formazione e diffusione di odori nauseabondi dalla borlanda a causa della eccessiva formazione di acidi grassi volatili, quali prodotti intermedi della fermentazione - possibile formazione di schiuma nel digestore - possibile collasso del processo con blocco della produzione di biogas
  • 27. E’ INOLTRE IMPORTANTE: - evitare la presenza di sostanze inibitrici (esterne o endogene): ammoniaca, acido propionico, ioni nitrito e nitrato, sulfuri, solventi derivati del petrolio, cianuri, gli azotoidrati, i tensioattivi in genere, salinità eccessiva (> 30 g/l), metalli pesanti, ecc... - controllare i parametri analitici - nel digestore: pH, NH3, determinazione degli ac. grassi. - del gas: CH4, CO2, H2S
  • 28. Il trattamento del biogas - essiccazione: nella condensa si concentrano pure NH3, H2S, polveri ed altre impurità. - desolforazione: • biologica (sulfobacter oxidans): - interna al digestore - esterna al digestore • chimica (+ FeCl3 o FeCl2): - interna al digestore - esterna al digestore - filtrazione finale su carboni attivi... e finalmente…
  • 29. …alla cogenerazione - motori a gas rendimenti in Energia Elettrica 35 – 40 % circa - motori a diesel-gas (iniezione pilota) rendimenti in Energia Elettrica 39 – 44 % circa - turbine a gas rendimenti in Energia Elettrica 30 % circa …utilizzo Energia Termica!
  • 30. Alcuni esempi: - Impianto per 100 vacche da latte e rimonta, potenza installata 35 KWel - Impianto per 300 vacche da latte, potenza installata 100 KWel - Impianto per 5.000 suini + biomassa, potenza installata 250 KWel - Impianto per 10.000 suini + biomassa, potenza installata 625 KWel - Impianto da 1 MWel (100 vacche da latte + biomassa)
  • 31. All.to 5.000 capi da 100 vacche 300 vacche da TABELLA RIASSUNTIVA ingrasso + 3.000 t/y con rimonta latte maprov 250KWel Potenza elettrica installata (Kwel) 35 100 250 E.el netta prodotta (KWh/y) 240.000 720.000 1.805.000 Digestori (n°/m³) 1 x 350 m³ 1 x 1.200 m³ 1 x 2.450 m³ Costo impianto (€) 300.000,00 700.000,00 1.400.000,00 Costo impianto (€/KW) 8.600,00 7.000,00 5.600,00 Amm.to 15 anni - i=5% (€/y) 29.000,00 67.500,00 135.000,00 COSTI DI GESTIONE Lavoro+manutenzioni+ autoconsumi 20.250,00 41.700,00 209.000,00 RICAVI Tariffa unica omnicomprensiva €cent/KWh 22 52.800,00 158.400,00 397.100,00 Risultato di gestione 3.550,00 49.200,00 53.100,00 pbt (y) 9,2 6,0 7,4 Tariffa unica omnicomprensiva €cent/KWh 28 67.200,00 201.600,00 505.400,00 Risultato di gestione 17.950,00 92.400,00 161.400,00 pbt (y) 6,4 4,4 4,7
  • 32. All.to 10.000 capi da All.to 100 vacche da latte + TABELLA RIASSUNTIVA ingrasso + 8.500 t/y 18.250 t/y maprov 1000 maprov 625 KWel KWel Potenza elettrica installata (Kwel) 625 1000 E.el netta prodotta (KWh/y) 4.512.500 7.720.000 Digestori (n°/m³) 2 x 2.500 m³ 2 x 2.300 m³ / 1 x 2.600 Costo impianto (€) 3.000.000,00 4.050.000,00 Costo impianto (€/KW) 4.800,00 4.050,00 Amm.to 15 anni - i=5% (€/y) 289.000,00 400.000,00 COSTI DI GESTIONE Lavoro+manutenzioni+ autoconsumi 538.000,00 925.000,00 RICAVI Tariffa unica omnicomprensiva €cent/KWh 22 992.750,00 1.698.400,00 Risultato di gestione 165.750,00 373.400,00 pbt (y) 6,6 5,2 Tariffa unica omnicomprensiva €cent/KWh 28 1.263.500,00 2.161.600,00 Risultato di gestione 436.500,00 836.600,00 pbt (y) 4,1 3,3 Tipologia impiantistica e gestione Ma attenzione!! rivestono un ruolo fondamentale
  • 34. Vanno inoltre considerati: - il miglioramento dell’impatto ambientale: - controllo degli odori; - fluidificazione del liquame con miglioramento della distribuzione; - riduzione delle emissioni di gas serra ( ~ 13 kg di CO2 / m3 biogas utilizzato); - energia disponibile a costo ridotto per eseguire i trattamenti di riduzione del carico azotato dei liquami zootecnici.
  • 35. I POSSIBILI SVILUPPI DEL SETTORE - la destinazione “energetica” della SAU richiede grandi superfici. (1 ha 3,5 – 5 kW di potenza elettrica) - la distanza SAU-impianto deve essere limitata - competizione con la destinazione alimentare - utilizzo dei sottoprodotti = vera risorsa economica-ambientale
  • 36. Conclusioni … molto diverse da quelle di 22 anni fa! è infatti prevedibile una notevole diffusione di tali impianti se: - sarà mantenuta negli anni la incentivazione per la produzione di E. el. da fonte rinnovabile - saranno meglio coordinati i vari Enti coinvolti nelle procedure autorizzative - sarà più chiaramente regolamentato e semplificato l’utilizzo dei sottoprodotti agricoli e dell’agroindustria
  • 37. Conclusioni - se si svilupperanno tipologie integrate di trattamento in grado di contribuire al recupero del corretto rapporto Azoto/SAU - auspicabile per uno sviluppo di tecnologie italiane una diversificazione della normativa che premi l’innovazione tecnologica
  • 46. Grazie per l’attenzione! e-mail: pierluigi.navarotto@unimi.it