Sottoprodotti per la digestione anaerobica: vantaggi e criticità - Convegno Biogas - L'Informatore Agrario-Fieragricola 2014

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Requisiti di un substrato da inviare a digestione anaerobica: aspetti agronomici, tecnici, normativi e sanitari. Calcolo del potenziale metanigeno dei principali substrati di origine agricola e …

Requisiti di un substrato da inviare a digestione anaerobica: aspetti agronomici, tecnici, normativi e sanitari. Calcolo del potenziale metanigeno dei principali substrati di origine agricola e civile.

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  • 1. Presentazione Libro SOTTOPRODOTTI PER LA DIGESTIONE ANAEROBICA: VANTAGGI E CRITICITA’ BIOGAS: PICCOLI IMPIANTI Analisi della convenienza economica e tre casi reali di studio Lorella ROSSI Venerdì 7 Febbraio 2014 Centro Ricerche Produzioni Animali – C.R.P.A. S.p.A. Fieragricola Verona Centro Ricerche Produzioni Animali – C.R.P.A. S.p.A.
  • 2. REQUISITI DI UN SUBSTRATO DA INVIARE A DIGESTIONE ANAEROBICA  QUALITA’ DELLA “SOSTANZA ORGANICA” • caratterizzazione chimico-fisica adeguata (zuccheri, lipidi, frazioni fibrose, ..) • test BMP in batch • test in continuo  ASSENZA DI “INDESIDERATI” • plastiche, sassi, metalli, altro,…  REGOLARITA’ DI PRODUZIONE IN TERMINI DI QUANTITA’ E QUALITA’ , CONSERVABILITA’  PREZZO «CONGRUO»!
  • 3. COMPOSIZIONE DELLE BIOMASSE Biogas!!
  • 4. I componenti dei SOLIDI TOTALI   Solidi volatili (Solidi totali – ceneri) Ceneri SOLIDI VOLATILI  Proteine (Azoto totale e ammoniacale)  Lipidi  Carboidrati strutturali- CS (frazioni fibrose, fibre degradabili e fibre indegradabili)  Carboidrati non strutturali – NSC (zuccheri, amido, pectine)
  • 5. LE FRAZIONI FIBROSE Frazioni fibrose suddivise in diverse componenti a degradabilità differente: • NDF: fibra neutro detersa = emicellulosa + cellulosa + lignina • ADF: fibra acido detersa = cellulosa + lignina • ADL: lignina Emicellulose (mediam. degradabili)= NDF – ADF Cellulosa (lentam. degradabile) = ADF – ADL Lignina = ADL
  • 6. Potenziale metanigeno effettivo Il potenziale metanigeno massimo NON è tecnicamente ed economicamente SEMPRE raggiungibile a causa dei seguenti fattori:     Degradabilità frazioni fibrose; Presenza di sostanza organica recalcitrante Presenza di fattori inibenti Velocità di degradazione
  • 7. Metodi di valutazione: BMP statico Biogas (CH4+CO2+H2+H2O) Substrato da valutare + Inoculo + Soluzione madre Digestato Peso ingresso (Xin) ≈ Peso biogas (X1out) + peso digestato (X2out)
  • 8. TECNOPOLO di RE Laboratorio biogas CRPA - Test BMP statico A norma UNI EN ISO 11734:2004
  • 9. BMP: informazioni ottenibili Resa produttiva biogas: Nm3/t SV o Nm3/t tq Resa produttiva metano: Nm3/t SV o Nm3/t tq Percentuale metano: % Degradabilità dei solidi volatili: % Digestato producibile: t digestato/t biomassa Azoto equivalente: kgN/Nm3CH4
  • 10. Rese produttive (BMP): Nm3/t SV
  • 11. Degradabilità massima (Fmax): % SV
  • 12. Potenziale Biochimico Metanigeno - BMP su MAIS di ottima qualità NDF: 37,86% ST ADF: 25,75% ST ADL: 2,88% ST
  • 13. SANSA DI OLIVA 2 fasi Solidi totali Solidi volatili Azoto BMP Metano Degradabil ità SV (g/kg) (g/kg) (%ST) (mg/kg) (%ST) (m3 CH4/tSV) (%) (%) 256 237 92,2 4300 1,7% 201 69% 32,1%
  • 14. SANSA DI OLIVA 3 fasi Solidi totali Solidi volatili Azoto BMP Metano Degradabil ità SV (g/kg) (g/kg) (%ST) (mg/kg) (%ST) (m3 CH4/tSV) (%) (%) 360 334 92,9 5700 1,6% 192 66% 32,8%
  • 15. SANSE 2 FASI e SANSA 3 FASI  VARIABILITA’ COMPOSITIVA!! NDF ADF ADL Lipidi [% ST] [% ST] [% ST] [% ST] Sansa di olive "2 fasi" 52,0 46,9 35,1 14,7 Sansa di olive "3 fasi" 65,3 58,6 36,8 9,8 NDF: Fibra neutro detersa (lignina, cellulosa, emicellulose) ADF: Fibra acido-detersa (lignina e cellulosa) ADL: Lignina
  • 16. 400 30 22,9 22,6 20,4(giorno): 2,9 19,7 Kmax 20,4 18,5 300 200 Velocità produzione [Nm3 CH4/tSV/giorno] Produzione CH4 [Nm3/t SV] SANSA DI OLIVA DENOCCIOLATA BMP21 [Nm3/tSV]: 264 BMP [Nm3/tSV]: 313 20 11,9 9,7 7,9 7,7 10 5,5 100 4,1 3,3 0,0 0 0 0 5 10 15 20 25 30 35 Produzione cumulativa di metano [Nm3/tSV] Solidi totali Solidi volatili 40 Giorni Azoto BMP Metano Degradabil ità SV (g/kg) (g/kg) (%ST) (mg/kg) (%ST) (m3 CH4/tSV) (%) (%) 278 260 93,6 3800 1,4% 312 64% 56%
  • 17. SANSA DI OLIVA DENOCCIOLATA E DEFIBRATA 400 40 BMP [Nm3/tSV]: 432 30 300 20 14,2 200 9,9 8,9 8,2 100 6,5 4,9 10 4,1 0,0 0 0 Solidi totali 5 10 15 20 Produzione cumulativa di metano [Nm3/tSV] Solidi volatili 25 Azoto 30 35 Velocità produzione [Nm3 CH4/tSV/giorno] 37,4 35,3 Kmax (giorno): 8,1 BMP21 [Nm3/tSV]: 31,3 368 27,4 26,8 25,6 24,6 25,3 500 0 40 Giorni BMP Metano Degradabil ità SV (g/kg) (g/kg) (%ST) (mg/kg) (%ST) (m3 CH4/tSV) (%) (%) 199 164 82,2 4000 2% 431 64% 79%
  • 18. GRASPI D’UVA
  • 19. Valore economico di una biomassa: altri principi da considerare Stagionalità di produzione Conservabilità e relative perdite di valore energetico Incide sulla effettiva disponibilità del prodotto all'impianto di biogas: un prodotto non conservabile può essere ritirato solo entro i limiti quantitativi caricabili nei 2-5 giorni successivi
  • 20. SOTTOPRODOTTI E VALORE ECONOMICO ST METANO Energia netta (% ST) (Nm3/t tq) Equivalenza Valore r = 40% (%) SV energetica 50% TO (kWh/t tq) (t/ t silomais) (euro/t tq) Insilato di mais 33,0 94,0 104 411 1,00 58 Sottoprod. ind. molitoria 87,7 93,9 277 1.093 0,38 153 Polpe di bietola 24,5 94,9 71 280 1,47 39 Liquame bovino 10,1 82,2 19 76 5,44 11 Pollina 44,0 64,1 81 320 1,28 45 LA STIMA DEL VALORE ECONOMICO BASATA SUL SOLO VALORE ENERGETICO NON È «COMPLETA»
  • 21. SOTTOPRODOTTI E VALORE ECONOMICO Equivalenza Valore Digestato energetica 50% TO (t/ t silomais) (euro/t tq) (t/t tq IN) Insilato di mais Sottop. ind. molitoria Polpe di bietola Liquame bovino Pollina Digestato - equiv energ. AZOTO equiv energ. (t) (%) (kg) (%) 1,00 58 0,75 0,75 -- 4,16 -- 0,38 1,47 5,44 1,28 153 39 11 45 0,38 0,82 0,96 0,83 0,14 1,20 5,22 1,06 -81 61 600 43 7,45 8,50 23,20 26,17 79 104 458 529 Per l’attribuzione del VALORE ECONOMICO ad un sottoprodotto si devono CONSIDERARE ANCHE: - Volume di digestato - Azoto totale apportato
  • 22. Le fasi del processo Idrolisi carboidrati, grassi e proteine sono ridotti a molecole mono-disaccaridi, acidi grassi e aminoacidi ad opera di eso enzimi Acidogenesi Monomeri sono convertiti ad H2, CO2, acidi grassi volatili e alcoli per fermentazione Acetogenesi Metanogenesi H2, CO2, acidi grassi volatili sono parzialmente trasformati ad acido acetico H2, CO2, acido acetico sono convertiti a CH4 e CO2 Elevata sensibilità a pH, T, VFA Vera fase limitante!!
  • 23. Trasformazioni dell’azoto
  • 24. ESEMPI DI MISCELE CON SOTTOPRODOTTI Matrice pH [-] Solidi Solidi Volatili Azoto Totale Kjeldahl Totali [g/kg tq] [g/kg tq] [% ST] [mg/kg tq] [% ST] Liquame bovino 7,3 68,1 54,1 79,4 - - Silomais 4,0 326,6 312,2 95,6 - - Sansa 2 fasi 4,6 256,8 236,7 92,2 4298,0 1,7 Sansa 3 fasi 5,3 360,3 334,8 92,9 5702,0 1,6 Pastazzo di agrumi 3,2 174,6 167,9 96,2 2016,0 1,2
  • 25. BIOMASSE TRATTATE Miscele oggetto di monitoraggio Tesi Matrici Rapporto in peso tal quale [% miscela] Rapporto in peso Solidi Volatili [% miscela] Tempo di ritenzione (HRT) [d] Carico org. vol. (COV) [kg SV/m3/d] 1 Liq.bov.:Sansa 2: Silomais 30:40:30 8:46:46 50 4,1 2 Liq.bov.:Sansa 3: Silomais 40:30:30 10:46:44 50 4,3 3 Liquame bovino 100 100 30 1,7 4 Liq.bov.:Past.agr : Silomais 30:40:30 9:38:53 50 3,5
  • 26. PRODUZIONE SPECIFICA DI BIOGAS (Nm3/t di SOLIDI VOLATILI CARICATI) METANO (Nm3/t SV added) 400 350 300 250 200 150 100 50 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Settimana Tesi 1 ( Sansa 2 fasi + liquame bovino + silomais) Tesi 2 ( Sansa 3 fasi + liquame bovino + silomais) Tesi 3 (Liquame bovino) Tesi 4 (Pastazzo di agrumi + liquame bovino + silomais)
  • 27. PARAMETRI DI PROCESSO pH FOS/TAC FOS TAC [-] [-] [mgHAceq/l] [mgCaCO3/l] Tesi 1 7,7 ± 0,08 0,306 ± 0,04 3540 ± 380 11562 ± 2029 Tesi 2 7,7 ± 0,06 0,284 ± 0,04 3382 ± 291 12131 ± 1905 Tesi 3 7,8 ± 0,04 0,219 ± 0,02 2896 ± 298 13362 ± 1316 Tesi 4 7,7 ± 0,15 0,317 ± 0,15 3782 ± 1650 12098 ± 1074 FOS/TAC: rapporto tra acidi organici volatili e alcalinità totale
  • 28. PARAMETRI DI PROCESSO Tesi 4 16000 7000 14000 6000 12000 5000 10000 4000 8000 3000 6000 2000 FOS 4000 TAC 1000 2000 0 0 0 10 20 30 Giorni Tesi 4 - con pastazzo d’agrumi 40 50 60 TAC(mgCaCO3/l) 18000 8000 FOS (mg HAceq/l) 9000
  • 29. SOTTOPRODOTTI: quanti e quali? • Carico organico volumetrico [kg SV/m3 *g] e contributo dello specifico sottoprodotto • Tempo di ritenzione (se «diminuisce», occorre valutarne le possibili ripercussioni) • Tipo di sottoprodotto ed effetti attesi in relazione alla sua composizione • Carico «graduale» della nuova biomassa
  • 30. CONCLUSIONI - 1 DISPONIBILI QUANTITÀ INTERESSANTI di scarti e sottoprodotti organici dal comparto agroindustriale, ma “da individuare”; QUALITÀ OTTIMA per la stabilizzazione biologica per via ANAEROBICA, ma VARIABILE e da valutare (umidità, azoto, test BMP)  LA CODIGESTIONE DI SOTTOPRODTTI DIVERSI E’ LA STRADA CORRETTA IMPIANTO “PRONTO” A “RICEVERLI”
  • 31. CONCLUSIONI - 2  PIANI DI ALIMENTAZIONE PONDERATI  SEZIONI DI RICEZIONE, STOCCAGGIO E PRETRATTAMENTO ADEGUATE  NON SOTTOVALUTARE IL “RISCHIO” DI GESTIRE “RIFIUTI”  NON SOTTOVALUTARE “ODORI” IL RISCHIO
  • 32. CONCLUSIONI - 3  VERIFICARE PIANO DI ALIMENTAZIONE “AUTORIZZATO” O “COMUNICATO” con la PAS  IL RICORSO AI “SOTTOPRODOTTI” DAL PUNTO DI VISTA “FORMALE” è da ritenersi una “VARIANTE NON SOSTANZIALE” (confermato dal MISE)  IN EMILIA-ROMAGNA IL DIGESTATO ottenuto anche con SOTTOPRODOTTI ai sensi dell’art. 184 bis NON è un RIFIUTO, ma un FERTILIZZANTE AZOTATO che rientra nel campo di applicazione del Reg.28/10/11 n.1
  • 33. Grazie per l’attenzione!! Lorella Rossi Presentazione Libro BIOGAS: PICCOLI IMPIANTI Analisi della convenienza economica e tre casi reali di studio l.rossi@crpa.it Centro Ricerche Produzioni Animali – C.R.P.A. S.p.A. Venerdì 7 Febbraio 2014 Fieragricola Verona Centro Ricerche Produzioni Animali – C.R.P.A. S.p.A.