Il test BMP applicato ai sottoprodotti: risultati e applicazioni pratiche

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1 Il test BMP applicato ai sottoprodotti: risultati e applicazioni pratiche Piacenza 8 marzo 2012 Claudio Fabbri, Mariangela Soldano Centro Ricerche Produzioni Animali

2 Digestione anaerobica: tecnologia di conversione energetica molto versatile La tecnologia della digestione anaerobica può utilizzare quello che altre tecnologie di conversione energetica non possono utilizzare. Può utilizzare, infatti, matrici vegetali e/o animali, sottoprodotti o colture dedicate con tenore di solidi totali e volatili dal 2% al 100%.

3 Conversione energetica In digestione anaerobica il contenuto energetico di una matrice organica viene prima convertito in un biocombustibile per mezzo di una flora batterica e poi in energia elettrica e termica Sostanza organica Metano EE + ET 1 kwh 0,5-0,8 kwh η biologico η meccanico 0,12-0,32 kwh

4 Composizione delle matrici per biogas Tal quale (tq) Acqua (10-98% tq) ATTENZIONE però alla corretta valutazione del contenuto energetico lordo che può variare da 60 kwh/t tq (liquame suino) a kwh/t tq (grasso animale) + Ceneri (2-50% ST) Indegradabile (10-70% SV) Solidi totali Solidi volatili (2-90% tq) (50-98% ST) Degradabile (30-90% SV)

5 Potenziale metanigeno Il potenziale metanigeno rappresenta la produzione di metano ottenibile dalla conversione di una matrice organica in un digestore anaerobico. Si esprime come Nm 3 per kg di sostanza organica (o solidi volatili, SV). E' importante considerare sempre e solo la sostanza organica e non il peso tal quale o la sostanza secca.

6 per... Potenziale metanigeno e analisi chimiche: perchè valutarli quantificare le biomasse necessarie verificare la compatibilità con la tipologia impiantistica e le strutture aziendali (stoccaggi, movimentazione, miscelabilità, tempi di ritenzione idraulici...) valutare le quantità di digestato da gestire valutare le quantità di azoto da gestire valutare i costi di produzione del metano

7 Potenziale massimo producibile In linea generale per la conversione in biogas di una generica materia prima vale la seguente relazione stechiometrica (G,E, Symons and A,M, Buswell, 1932) C n H a O b N c S d + (n-a/4-b/2+7/4c+d/2) H 2 O (n/2-a/8+b/4-5/8c+d/4) CO 2 + (n/2+a/8-b/4-3/8c-d/4) CH 4 + dh 2

8 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

9 Metodi di valutazione: BMP statico Biogas (CH 4 +CO 2 +H 2 +H 2 O) Substrato da valutare + Inoculo + Soluzione madre Digestato Peso ingresso (Xin) Peso biogas (X 1 out) + peso digestato (X 2 out)

10 Laboratorio biogas di CRPA Lab

11 BMP: informazioni ottenibili Resa produttiva biogas: Nm 3 /tsv o Nm 3 /t tq Resa produttiva metano: Nm 3 /tsv o Nm 3 /t tq Percentuale metano: % Degradabilità dei solidi volatili: % Digestato producibile: t digestato/t biomassa Azoto equivalente: kgn/nm 3 CH4

12 BMP: indici di cinetica K max : intervallo di tempo per raggiungere la massima velocità di produzione (giorni) F 50% : intervallo di tempo per raggiungere il 50% della produzione (giorni) F 90% : intervallo di tempo per raggiungere il 90% della produzione (giorni)

13 Esempio curva produttiva

14 Andamento della produzione

15 La variabilità delle matrici Nm 3 CH4/tSV N cmp Media Dev.ST CV Cereali insilati % SOA % Industria alimentare % Scarti vegetali % Effluenti zootecnici % Altri vegetali % Rifiuti organici % Digestato %

16 Rese produttive (BMP): Nm 3 /tsv

17 Picco di produzione (Kmax): giorni

18 Degradabilità massima (Fmax): %SV

19 Tempo necessario per 90% produzione (F 90% ): giorni

20 Silomais equivalente (SMeq): t prodotto/t SM st Per tenere in considerazione la resa in metano, il tenore di sostanza secca e le ceneri, è utile calcolare il valore energetico rispetto ad un prodotto di riferimento: SMst. Quantità equivalente di insilato di mais standard (SM st ) necessaria per produrre lo stesso volume di metano Valori standard di riferimento: tenore in solidi totali del 33%, ceneri pari al 4% e BMP pari a 350 Nm 3 /tsv

21 Silomais equivalente (SMeq): t prodotto/t SM st

22 Silomais equivalente (SM eq ): esempio economico Ipotesi: Silomais standard al costo di 50 /t Se SM eq = 2 (t/t SMeq) Se SM eq = 0,2 (t/t SMeq) Valore Valore energetico x 2 = /t /t Valore Valore energetico x 0,2 0,2 = /t /t

23 Valore economico di una biomassa: altri principi da considerare 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

24 Valore economico di una biomassa: altri principi da considerare Volume di digestato prodotto m 3 digestato/m 3 metano Incide sui volumi di stoccaggio necessari e trasporti per uso agronomico. Considerando la variabilità delle biomasse i volumi di digestato possono andare da 1 a circa 50 volte a parità di metano prodotto

25 Valore economico di una biomassa: altri principi da considerare Quantità N prodotto kg N/m 3 metano Incide sulla SAU necessaria per uso agronomico e sui costi di distribuzione. Considerando la variabilità delle biomasse i quantitativi di N possono andare da 1 a circa 10 volte a parità di metano prodotto

26 Esempio applicazione BMP Produzione biogas da insilato di frumento raccolto in diverse epoche fenologiche SS [%] NDF [%SS] ADF [%SS] ADL [%SS] ADL/NDF [%] dndf [%NDF] Amido [%SS] Epoca 1 18,91 51,74 32,49 2,95 5,70 60,47 0,23 Epoca 2 26,14 55,44 34,80 3,26 5,88 48,70 0,00 Epoca 3 29,43 58,20 39,11 5,40 9,28 36,52 1,37 Epoca 4 36,95 49,31 32,59 4,78 9,69 33,09 12,65 Correlazione molto alta con fibra degradabile!

27 Esempio applicazione BMP Produzione biogas da insilato di frumento raccolto in diverse epoche fenologiche

28 Conclusioni Il valore energetico/economico di una biomassa dipende da: qualità della sostanza organica disponibile (degradabilità fibra, amido, proteine...) resa di conversione in metano (Nm3 /tsv) Velocità di degradazione Valore della biomassa di riferimento Costi correlati per gestione digestato

29 Grazie per l'attenzione