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Il settore del biogas. Il caso dei residui ortofrutticoli - Efisio Antonio Scano

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L'intervento di Efisio Antonio Scano, responsabile scientifico Laboratorio Biocombustibili e biomasse di Sardegna Ricerche, nell'ambito del seminario "Biomasse, Biocombustibili e Biogas" organizzato …

L'intervento di Efisio Antonio Scano, responsabile scientifico Laboratorio Biocombustibili e biomasse di Sardegna Ricerche, nell'ambito del seminario "Biomasse, Biocombustibili e Biogas" organizzato dallo Sportello Energia di Sardegna Ricerche il 1° luglio a Cardedu (OG).

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  • 1. Il settore del biogas. Il caso dei residui ortofrutticoli Efisio A. Scano Cardedu 1 luglio 2014
  • 2. Impieghi del biogas
  • 3. Il biogas è una fonte affidabile ed ecocompatibile di energia oltre che una sicura fonte di reddito indispensabile per il futuro dei sistemi agroindustriali Impieghi del biogas
  • 4. Gli impianti per la produzione di biogas devono essere considerati come fonte di benefici per i comuni e per l’economia nazionale Impieghi del biogas
  • 5. Produzione del biogas La produzione di Biogas richiede la disponibilità di ingenti quantità di materie prime per l’alimentazione degli impianti di digestione anaerobica Un impianto di digestione anaerobica con la potenza di 1 MW necessita di 55-60 t/d di un feedstock costituito per esempio da silomais con un contenuto in sostanza secca dell’ordine del 35 % Data la scarsa disponibilità di terra arabile (9,4 % dell’intero pianeta) e l’impegno fondamentale nella produzione sempre crescente di derrate alimentari, risulta fondamentale reperire altre materie prime Una soluzione al problema è rappresentata dall’impiego di residui agroindustriali reperibili nel corso di tutto anno ed a costi decisamente limitati
  • 6. Produzione del biogas da residui ortofrutticoli Gli scarti di frutta e vegetali sono prodotti in enormi quantità dai mercati ortofrutticoli all’ingrosso e rappresentano un’importante categoria di residui difficili da smaltire a causa della loro elevata deperibilità Sono facilmente degradati dalla flora microbica contaminante con una velocità dipendente dalla presenza di danni meccanici o da un eccessivo grado di maturazione Questo determina complicazioni ambientali notevoli ed elevati costi per i mercati ortofrutticoli sia per lo smaltimento che per le perdite economiche dovute alla mancata vendita dei prodotti La Digestione Anaerobica può rappresentare la tecnologia più adeguata per lo smaltimento e la valorizzazione energetica di questi residui!
  • 7. Produzione del biogas da residui ortofrutticoli I lavori di ricerca, condotti su scala di laboratorio ed in qualche caso su scala pilota, riportati nella letteratura scientifica evidenziano grandi difficoltà nel trattamento di questi residui a causa della presenza di zuccheri semplici che promuovono una rapida acidificazione all’interno dei reattori con l’inibizione dei microrganismi metanigeni Per superare questo problema sono aggiunti co-substrati che assicurano il mantenimento della stabilità del processo Data la particolare localizzazione dei mercati ortofrutticoli risulta abbastanza difficile garantire la disponibilità di altri substrati per la codigestione Una soluzione praticata nell’attività sperimentale di seguito descritta è stata quella di alimentare i reattori con miscele equilibrate di frutti e vegetali L’adozione di un processo bi-stadio, inoltre, migliora la stabilità del processo, ma richiede impianti di trattamento più complessi e costosi
  • 8. Produzione del biogas da residui ortofrutticoli
  • 9. Frutta (%) Solidi Totali (%wb) Solidi Volatili (%TS) PCs (MJ/kg)ss Start-up 33.4 5.4-16.5 (Med: 9.6) 80.8-90.8 (Med: 85.0) 16.1-17.6 Fase 1 33.1 4.4-16.1 (Med: 8.8) 78.8-90.5 (Med: 86.4) 15.3-17.5 Fase 2 28.4 3.4-13.2 (Med: 7.1) 81.3-90.0 (Med: 84.9) 13.7-16.6 Fase 3 60.6 4.3-21.8 (Med: 9.5) 81.7-93.8 (Med: 87.9) 15.0-17.1 Fase sperimentale Produzione specifica di Biogas Resa Specifica in Metano Start- up 0.81 Nm3/Kgsv 0.47 Nm3/Kgsv Fase 1 0.72 Nm3/Kgsv 0.39 Nm3/Kgsv Fase 2 0.76 Nm3/Kgsv 0.43 Nm3/Kgsv Fase 3 0.84 Nm3/Kgsv 0.44 Nm3/Kgsv Produzione del biogas da residui ortofrutticoli
  • 10. Fase sperimentale FVWs Produzione Biogas Digestato [Kg] [MJ] [Nm3] [MJ] [Kg] [MJ] Start- up 943 1829 55 229.5 861 215 Fase 1 941 1458 51 189.9 863 216 Fase 2 952 1189 43 173.5 883 221 Fase 3 715 1018 46 172.5 643 161 Produzione del biogas da residui ortofrutticoli
  • 11. Fase sperimentale NH3 H2S H2O CH4 CO2 O2 Start- up 170 ppm 444 ppm 0.3 ppm 58.2 % 41.6 % 0.2 % Fase 1 99 ppm 395 ppm 0.1 ppm 54.4 % 45.4 % 0.2 % Fase 2 11 ppm 262 ppm 0.1 ppm 58.2 % 41.5 % 0.3 % Fase 3 0 ppm 43 ppm 0.1 ppm 55.0 % 44.8 % 0.2 % Produzione del biogas da residui ortofrutticoli
  • 12. Fase sper. Energia elettrica Energia termica Consumo Produzione Consumo Produzione [kWh] [kWh/ kg] [kWh] [kWh/ kg ] [kWh] [kWh/ kg] [kWh] [kWh/ kg] Start- up 47.4 0.050 63.8 0.067 76.5 0.081 207.2 0.220 Fase 1 45.5 0.048 52.8 0.056 47.3 0.050 180.8 0.186 Fase 2 48.3 0.051 48.2 0.049 30.2 0.032 156.7 0.160 Fase 3 37.6 0.053 47.9 0.071 27.4 0.038 155.8 0.232 Produzione del biogas da residui ortofrutticoli
  • 13. Produzione del biogas da residui ortofrutticoli Gli scarti di frutta e vegetali contengono un’elevata percentuale di sostanza organica che può essere convertita in biogas con una resa elevata La presenza dei principali micro, macro ed elementi in tracce permette lo svolgimento del processo senza aggiunta di additivi o di altri materiali organici come co-substrati E’ importante che frutti e vegetali siano miscelati in proporzioni adeguate per bilanciare l’eccesso o il difetto dei nutrienti e di altre sostanze inibenti, o limitare l’apporto di sostanze indesiderate quali lo zolfo I contenuti di H2S e acqua nel biogas sono più bassi dei limiti suggeriti per l’uso nei motori a combustione interna (IEA Bioenergy, Task 37)
  • 14. Volume complessivo Digestore 270 m3 Produzione media di Biogas 525.2 Nm3/d Produzione media di Metano 289.6 Nm3/d Produzione di energia primaria 2859.6 kWh/d Potenza del cogeneratore 41.7 kW Produzione di energia elettrica lorda 1000.9 kWh/d Produzione di energia termica lorda 1429.8 kWh/d Consumo di energia elettrica 90 kWh/d Consumo di energia termica 86.4 kWh/d Produzione di energia elettrica netta 910.9 kWh/d Energia termica disponibile 1343.4 kWh/d Produzione del biogas da residui ortofrutticoli
  • 15. Trattamento del digestato 1. Studio del reimpiego per lo sfruttamento dell’energia residua 2. Studio per l’impiego agronomico Incremento dell’uso di biomasse residuali 1.Messa a punto di processi di trattamento per biomasse singole ed in mix fra loro Recupero dell’energia termica 1.Studio per l’impiego in altri processi agroindustriali (concentrazione, essiccamento, pastorizzazione, riscaldamento, refrigerazione) Frazione organica dei rifiuti solidi urbani (FORSU) 1. Messa a punto di processi trattamento specifici 2. Studio per il dimensionamento di impianti di piccola taglia utilizzabili per la generazione distribuita di energia Sviluppi nel settore del BIOGAS
  • 16. Fonte BiogasHeat project 2012
  • 17. Grazie per l’attenzione !