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1 GRUPPO RICICLA La gestione della frazione organica dei rifiuti con digestione anaerobica: energia e fertilizzanti rinnovabili GRUPPO RICICLA Università degli Studi di Milano via Celoria 2, Milano - Tel Fax

2 LA SFIDA: PRODUZIONE DI ENERGIA RECUPERO DI MATERIA AMBIENTE VALORE ECONOMICO

3 DIGESTIONE ANAEROBICA PER PRODURRE ENERGIA DA FORSU La Digestione Anaerobica è un efficace sistema di conversione energetica per materiali ad alta umidità

4 ENERGIA PRODOTTA: DIGESTIONE ANAEROBICA E INCENERIMENTO FORSU ENERGIA PER ESSICCARE Energia consumata (%PCI) Energia prodotta (%PCI) Rendimento del processo INCENERIMENTO -65% 100% 35% DIGESTIONE ANAEROBICA - 70% 70% ENERGIA IN FORMA DI CARBURANTE GASSOSO

5 ENERGIA CONSUMATA E PRODOTTA DIGESTIONE ANAEROBICA E COMPOSTAGGIO Anaerobic digestion Plant 1 Composting plant Energy consumption: Electricity Natural gas Thermal energy 3 Gasoline 4 Total consumption Energy production: Biogas Net production 960 ( 269 kwh) -260 (73kwh) (MJ/Ton) 1 1MJ primary energy (MJ p ) equals 0.44 MJ e, based on the average electrical recovery rate and the average fuels used in 1996 for the production of electricity in the Netherlands 2 conversion from natural gas to primary energy consumption on the basis of the average higher heating value of the natural gas in the Netherlands (= 35.1 MJ p /Nm 3 ) 3 the amount of thermal energy used is calculated based on the difference between the water flow temperatures of the cooling and heating system of the reactors 4 the amount of gasoline used is converted into primary energy consumption on the basis of the higher heating value of the gasoline (=3.66*10 3 MJ/Nm 3 ) ENERGIA CONSUMATA ENERGIA PRODOTTA 5 the amount of biogas produced is converted to primary energy production on the basis of 55% (average methane concentration of biogas plant 1) and 41% (average methane concentration of biogas plant 2) of the higher heating value of methane (39.8 MJ p /Nm 3 ) Energy consumption and production (MJ p /ton Vegetable, Fruit and Garden wastes) (from De Groot and Van Lierop, 1999 modified)

6 IMPATTI AMBIENTALI Environmental impacts of different organic waste treatment technologies. (EC: enclosed tunnel composting; OC: open windrow composting, DE: Digestion with enclosed composting, DO: Digestion with open composting, DP: digestion with aerobic post treatment, IS: incineration plant) heavy metal (hm) = influence of hm export from soil by water; +/-gas = influence of emission of NH 3, N 2 O e H 2 S into air. from Edelmann et al (2004), modified

7 IMPATTI AMBIENTALI :CONFRONTO DIGESTIONE ANAEROBICA- COMPOSTAGGIO Total CO 2 emission reduction (kg CO 2 /ton Vegetable, Fruit and Garden wastes) Anaerobic digestion Plant 1 Composting plant Due to energy production/consumption Due to potential peat substitution Total CO 2 emission reduction 83-1 (from De Groot and Van Lierop, 1999 modified)

8 TECNOLOGIE

9 PROCESSI A UMIDO Il disegno di impianto dei reattori è molto semplice CSTR (Completely Stirred Tank Reactor). Ingresso uscita 10-15% ST 3-7% ST Milano 15 settembre 2010 Digestione anaerobica della frazione organica dei rifiuti urbani 9

10 Milano 15 settembre 2010 Digestione anaerobica della frazione organica dei rifiuti urbani 10

11 BILANCIO ACQUE SISTEMA SECCO- SISTEMA UMIDO ST iniziali del materiale (%) ST per trattamento WET (%) Acqua aggiunta (m 3 /ton FORSU trattata) ST a termine trattamento AD (%) Acqua da asportare 2 (m 3 /ton FORSU in ingresso) WET DRY

12 PROCESSI A SECCO: reattori plug flow verticali Inoculum recycling Ingresso uscita 25-50% ST 15-20% ST Feed Digestate Feed Digestate

13 PROCESSI A SECCO: reattori plug flow orizzontali Inoculum recycling Ingresso uscita 25-50% ST 15-20% ST Feed Digestate Feed Digestate

14 VANTAGGI E SVANTAGGI DEL SISTEMA DRY 14

15 PROCESSI A SECCO: biocelle Semplicità e bassi costi di investimento Bassi consumi (no movimentazione) Elevate superfici necessarie (miscelazione con inoculo al 50%) Processo da ottimizzare per le produzioni di biogas 15

16 FATTORI CHE VINCOLANO LA SCELTA DIGESTIONE SECCO-UMIDO Non esiste una migliore tecnologia. La scelta tra sistemi a a secco e a umido si basa sulle condizioni di contesto Rifiuto da raccolta differenziata non ad elevato grado di purezza ( es cassonetto stradale, raccolta condominiale) Vicinanza e disponibilità di conferire la frazione liquida a un depuratore Tariffe applicate dal depuratore per il trattamento della frazione liquida Necessità di codigerire rifiuti liquidi (impianti depurazione acque)

17 Distribuzione della tecnologia WET e DRY 17

18 OPPORTUNITA DEI SISTEMI DRY A BIOCELLE 1) Pretrattamenti: flessibile ed adatto anche a rifiuti meno selezionati. I pretrattamenti necessari cui sottoporre il rifiuto sono meno onerosi rispetto ad un sistema WET, e più semplici. (es. apertura sacchi senza vagliatura). La raffinazione avviene al termine del trattamento per ottenere compost di qualità e comporta scarti di processo più contenuti. 2) Consumo di acqua: la digestione dry consente di non addizionare acqua al rifiuto, contrariamente a quella WET 3) Semplicità di impianto : con pochi dispositivi mobili e grande robustezza. Milano 15 settembre 2010 Digestione anaerobica della frazione organica dei rifiuti urbani 18

19 OTTIMIZZAZIONE DEL PROCESSO A BIOCELLE: ATTORI COINVOLTI GRUPPO RICICLA ECODECO REGIONE LOMBARDIA

20 OTTIMIZZAZIONE DEL PROCESSO A BIOCELLE: DIGESTORE PILOTA OBIETTIVI RICERCA Ottimizzazione produzione di biogas Ottimizzazione della stabilizzazione FORSU Riduzione dei volumi (100% rifiuto in biocella)

21 OTTIMIZZAZIONE DEL PROCESSO A BIOCELLE: >70% del potenizale

22 SISTEMA INTEGRATO: RECUPERO ACQUA NUTRIENTI ENERGIA Flusso di digestato 21 giorni BIOCELLE PERCOLATRICI giorni Digestore CSTR Flusso di percolato

23 Flusso di digestato 21 giorni BIOCELLE PERCOLATRICI giorni Digestore CSTR Flusso di percolato Acqua rigenerata Sistema di ultrafiltrazione/osmosi Corpo idrico superficiale Separato solido/ritentato Strippaggio (NH 4 ) 2 SO 4

24 CONCEPT RENEWABLE WATER untreated Partially untreated treated

25 CONCEPT IMPIANTO OI E STRIPPAGGIO RENEWABLE NUTRIENTS SOLFATO DI AMMONIO

26 SVILUPPI FUTURI: BIOMETANO RIFIUTI ORGANICI (FORSU) DI ABITANTI 1400 PRODUCONO CARBURANTE PER UN ANNO PER 1400 AUTO DI MEDIA CILINDRATA CHE PERCORRONO KM/ANNO

27 GOTEBORG, STOCCOLMA E LINKÖPING: FLOTTA DEL TRASPORTO PUBBLICO ALIMENTATA A BIOMETANO

28 STOCCOLMA E INTERLAND 273 autobus

29 SVILUPPI FUTURI: BIOMETANO IN SVEZIA IL 54% DEL GAS METANO PER AUTOTRAZIONE VIENE DALLA DIGESTIONE ANAEROBICA

30 SCENARI DI DOMANI QUANDO MILANO AVRA UN IMPIANTO DI DIGESTIONE ANAEROBICA Rifiuto (ton/anno) Elettricità (Kwh) Biometano (Kg) Auto che percorrono km/anno AUTOBUS che percorrono km/anno TEP di origine fossile risparmiate Equivalenti di CO2 di origine fossile non emessi (ton) Azoto rinnovabile (ton) Valore sotitutivo urea (euro) 45,000 7,909,65 0 1,150,20 0 1, ,479 5, ,800

31 DOMANI. RACCOLTA DELL UMIDO E UN VANTAGGIO PER TUTTI

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