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1 Modulo di Chimica dei processi biotecnologici IL BIOGAS 16 Marzo 2010 Elena Tamburini

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7 Il ciclo del carbonio

8 La digestione anaerobica è un processo biologico per mezzo dl 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 dl del tipo di sostanza organica digeritai e delle condizioni di processo, da un minimo del 50% fino all 80% circa.

9 BIOGAS CH % CO % H 2 O tracce H 2 S tracce Potere calorifico di kj/m 3 CO 2 Potere calorifico di kj/m 3

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13 FASI DELLA DIGESTIONE ANAEROBICA 1. FASE IDROLITICA BATTERI IDROLITICI Bacillus subtilis Clostridium thermocellum Staphylococcus aureus Carboidrati Proteine Lipidi Acidi grassi Glicerolo Peptidi e Aminoacidi Monosaccaridi

14 2. FERMENTAZIONE ACIDOGENICA BATTERI ACETOGENICI E OMOACETOGENICI Monosaccaridi Formiati HCOOH Acetati CH 3 COOH Propionati C 2 H 5 COOH Butirrati C 3 H 7 COOH CO 2 H 2 Aminoacidi idi Ammoniaca Acidi volatili Composti solforati Mercaptani R-SH Solfati

15 3. FERMENTAZIONE ALCALINA BATTERI METANIGENI Acidi CH 4 organici CO 2 H 2 Methanobacterioum Methanosarcina Methanospirillum Methanobacter 4HCOOH CH 4 + 3CO H 2 O CH 3 COOH CH 4 + CO 2 C 2 H 5 COOH + 2H 2 O 7CH 4 + 5CO 2 C 3 H 7 COOH + CO 2 + 2H 2 O CH 4 + CH 3 COOH CO 2 + 2H 2 CH H 2 O C 3 H 7 COOH + 2 H 2 O H 2 + CH 3 COOH

16 Produzione di biogas Concentrazione di sostanza biodegradabile Concentrazione di acidi volatili giorni

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25 GERMANIA

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28 Le filiere locali il modello di filiera corta

29 Esempio di filiera corta

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51 IL COMPOSTAGGIO È UNA TECNICA CHE PERMETTE IL TRATTAMENTO DELLA FRAZIONE ORGANICA BIODEGRADABILE PROMOSSO DA GRUPPI DIVERSI DI MICRORGANISMI IN CONDIZIONI AEROBICHE, CON CONSEGUENTE RECUPERO DI MATERIALE E RIDUZIONE DELL'IMPATTO AMBIENTALE.

52 VANTAGGI DEL COMPOST AMMENDANTE azione chimica: fa da vettore al reintegro degli elementi sottratti dalle coltivazioni; ioni azione fisica: è utilizzato per potenziare la permeabilità dei terreni, per evitarne l'erosione lerosione e trattenerne l'umidità lumidità dei argillosi suoli favorisce la permeabilità alle acque, mentre ha azione opposta nei suoli sabbiosi azione biologica: potenzia le colture nella capacità di assimilazione dei componenti naturali dal suolo e migliora la facoltà di assorbimento dell'azoto da parte delle piante, grazie ai microrganismi contenuti in esso.

53 PROCESSO DI COMPOSTAGGIO materiale organico + O 2 compost + CO 2 + H 2 O + NO 3- + SO 4 + calore Per compostaggio si intende un processo bio chimico che, attraverso bio ossidazioni ossidazioni termofile, porta alla trasformazione di materiali organici eterogenei e complessi in composti più stabili di quelli di partenza. 1. BIO-OSSIDAZIONE batteri termofili 2. UMIFICAZIONE attinomiceti, funghi, protozoi, nematodi, vermi, formiche

54 1. BIO-OSSIDAZIONE batteri termofili CARBOIDRATI PROTEINE GRASSI CELLULOSA LIGNINA MOLECOLE SEMPLICI ACQUA CO 2 + CALORE Temperatura C

55 2. UMIFICAZIONE attinomiceti, funghi, protozoi, nematodi, vermi, formiche MOLECOLE SEMPLICI MOLECOLE COMPLESSE NON DEGRADATE ACIDI UMICI ACIDI FULVICI (HUMUS) US) Temperatura C 4-5 mesi ACIDI FULVICI di colore rossiccio e derivanti dalla condensazione dei carboidrati e degli acidi uronici con i prodotti intermedi della idrolisi proteica; ACIDI UMICI rappresentano la forma più evoluta dell humus e possono essere considerati come derivati dalla condensazione di gruppi fenolici con aminoacidi, peptidi e altri costituenti organici.

56 Prima fase mesofila C Inizia la biodegradazione aerobica dei composti facilmente biodegradabili Inizia la crescita delle specie termofile Fase termofila C Fase di massima degradazione dei composti organici facilmente biodegradabili Sil Sviluppo delle dll specie termofile La fase termina con l esaurimento dei substrati Seconda fase mesofila C Inizia la biodegradazione aerobica dei composti lentamente biodegradabili Sintesi di molecole complesse stabili (humus) Crescita e sviluppo di funghi, batteri cellulosolitici Inizia la crescita di organismi superiori Fase di maturazione C Processo lento Attività microbica rallentata Completamento della umificazione e mineralizzazione

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