Milano, 27 giugno 2013!

Transcript

1 Termotecnica Cogenerazione Industriale Milano, 27 giugno 2013!

2 BIOGAS E ASPETTI AMBIENTALI: UNO SGUARDO D INSIEME G. D Imporzano, F. Adani Università degli Studi di Milano Lab. Suolo e Ambiente, via Celoria 2, Milano Lab. Biomasse e Agroenergia, Parco Tecnologico Padano, Via Einstein, Loc. C.na Codazza, Lodi. Tel Fax hmp://users.unimi.it/ricicla - e- mail: gruppo.ricicla@unimi.it, giuliana.dimporzano@unimi.it mcter Biogas 2013 Il Biogas fa4o bene: La filiera biogas - biometano in Italia.

3 AREE DI RICERCA RifiuJ: - geswone e tramamento rifiuw: biostabilizzazione, bioessiccamento, compostaggio digeswone ananerobica - geswone somoprodoy Energia: - produzione di bioenergia (biogas, bioidrogeno) - R&S su nuove colture energewche (Arundo Donax) - OYmizzazione della resa in bioenergie: steam explosion, cavitazione, processi bistadio Bioraffineria - Microalghe: produzione e fitodepurazione - Produzione di of bio- chemicals (bioswmolator, enzimi, biosurfamanw) Ambiente - suolo : uso delle biomasse in agricoltura (fanghi Compost liquami Digestato) - impay del digestato sull ambiente, MONITORAGGIO ODORI - bioremediawon

4 R&S PROCESSI INNNOVATIVI Biometano e Bioidrigeno Processi bistadio idrogeno/metano per aumentare l efficienza del processo anaerobico: permemono la differenziazione dei bio- combuswbili prodoy (H2 e CH4) con vantaggi economici nei processi di uwlizzazione (trasporto, trasformazione in energia). Grazie a questo innovawvo procedimento si oyene un aumento della % di CH4 nel biogas prodomo (65-75 %) e una agevolazione dei processi di up- grading per omenere bio- metano agli standard di uwlizzo nelle rew di distribuzione. Produzione di microalghe da digestato MFC per la produzione di energia Una cella a combuswbile microbica (MFC) è un bioreamore che converte l'energia chimica dei legami chimici dei composw organici in energia elemrica mediante reazioni cataliwche sviluppate dal metabolismo di alcune specie di microrganismi anaerobi Le microelghe sono organismi autotrofi in grado di assimilare i nutrienw in soluzione e organicarli nella propria biomassa. Per questo mowvo sono definite cell- factories e la loro colwvazione si pone come processo innovawvo per la produzione di molecole ad elevato valore aggiunto nell ambito della nutraceuwca, farmaceuwca, cosmewca e mangimiswca.

5 BIOGAS E ASPETTI AMBIENTALI: UNO SGUARDO D INSIEME G. D Imporzano, F. Adani Università degli Studi di Milano Lab. Suolo e Ambiente, via Celoria 2, Milano Lab. Biomasse e Agroenergia, Parco Tecnologico Padano, Via Einstein, Loc. C.na Codazza, Lodi. Tel Fax hmp://users.unimi.it/ricicla - e- mail: gruppo.ricicla@unimi.it mcter Biogas 2013 Il Biogas fa4o bene: La filiera biogas - biometano in Italia.

6 BIOGAS: EFFETTI Energia rinnovabile, riduzione GHG Migliore geswone dei reflui Emissioni ammoniaca NitraW nelle acque Protossido di azoto Uso ferwlizzanw di sintesi Igiene Odori

7 BIOGAS: EFFETTI GLOBALI h"p://

8 BIOGAS: EFFETTI GLOBALI h"p://

9 I gas serra più dannosi

10 EFFETTI GLOBALI e.e.da biogas e risparmio di CO 2 rispemo al mix nazionale IMPIANTO DA 1Mw, la produzione di un anno consente TEP RISPARMIATE 1496 TON EQUIVALENTI CO2 RISPARMIATA 5600 Delibera EEN N 3/08 dell AUTORITÀ PER L'ENERGIA ELETTRICA E IL GAS pubblicata su GU n. 100 del SO n.107 h"p://

11 SOSTENIBILITA : PP IL METANO FATTO BENE Emissioni evitate (ton eq CO2) Totale emissioni Italia (ton eq CO2) 12,672, ,118,800 3%

12 SOSTENIBILITA DIRETTIVA 2009/28/CE del 23 aprile 2009 «valore Wpico»: una swma della riduzione rappresentawva delle emissioni di gas a effemo serra per una parwcolare filiera di produzione del biocarburante; «valore standard»: un valore stabilito a parwre da un valore Wpico applicando famori predeterminaw e che, in circostanze definite dalla presente direyva, può essere uwlizzato al posto di un valore reale

13 EFFETTI GLOBALI : MiWgazione impay filiera zootecnica:emissioni metano ton eq CO2

14 EFFETTI GLOBALI : emissioni metano Emissioni di metano in pieno campo Materiale CH4 (gm -3 ) GHG (kg CO 2 eq m -3 ) Liquame suino Digestato Amon et al 2006 fondamentale la corretta gestione: lunghi tempi di ritenzione, stoccaggi coperti con captazione del biogas corretti carichi in pieno campo. Emissioni evitate (ton eq CO2) % sul Totale emissioni Italia (ton eq CO2) ee. Da biogas 12,672,000 3% CH4 gestione deiezioni 1,990, %

15 EFFETTI GLOBALI : emissioni N 2 O ton eq CO2

16 EFFETTI GLOBALI : emissioni N 2 O Emissioni di N 2 O in pieno campo Fattori che influenzano l emissione Azoto distribuito Carbonio organico facilmente biodegradabile N 2 O emesso=1.25% N applicato (Bouwman 1994) L emissione di N 2 O è favorita dalla presenza di sostanza organica facilmente biodegradabile (Granly and Bockman,1994) L asportazione dei residui colturali e del materiale organico facilmente degradabile, la digeswone anaerobica di quesw materiali e la successiva distribuzione in campo del digestato diminuiscono il potenziale di emissione di N 2 O. (Larsson et al 1998, Heuwinkel et al 2005). Uso del digestato fino al 38%in meno di emissioni (Möller & SWnner, 2009)

17 EFFETTI GLOBALI : emissioni N 2 O ton eq CO2 Emissioni evitate (ton eq CO2) % sul Totale emissioni Italia (ton eq CO2) ee. Da biogas 12,672,000 3% CH4 gestione deiezioni 1,990, % Protossido di azoto 1,375, %

18 EFFETTI locali: qualità delle acque ed eutrofizzazione

19 Da: SØRENSEN and MØLLER,

20 USO AGRONOMICO DEGLI EFFLUENTI DI ALLEVAMENTO NH 3 NO 3 - Cortesia: Sommariva ARAL- SATA, 2010

21 La filiera biogas può ridurre gli impatti dell azoto in agricoltura. Aumentando l efficienza N Riducendo input N di sintesi nel sistema

22 E possibile rappresentare il processo di digeswone anaerobica come una biotecnologia per la produzione di ferwlizzante minerale 3. ingestato Azoto organico potenzialemente disponibile ( f(x) del tasso di mineralizzazione) digestore 2. biogas 3. Digestato Azoto minerale (NH3) prontamente disponibile

23 La componente organica si degrada per il % e la frazione residua si presenta stabile e humus precursore. minore è l apporto di N- org. al suolo minore sarà la presenza di N- NO 3 lisciviabile (SØRENSEN and MØLLER, 2008)

24

25 Corre4a gesjone del digestato: - Vasche stoccaggio chiuse; - Spandimento per iniezione; - q.tà a bilancio delle necessità colturali, nei periodi di richiesta (meglio in primavera che in autunno );

26 EFFETTI locali: Concentrazioni di nitraw oltre 40 mg/l nelle acque somerranee Boccasile, 2010, daw ARPA

27 EFFETTI locali:eutrofizzazione Boccasile, 2010, daw ARPA

28 EFFETTI locali: emissioni ammoniaca NH 3 concentrajons derived from IASI observajons above the Po Valley Lieven Clarisse et al., Nature Geoscience 2, (2009)

29 EFFETTI locali: emissioni ammoniaca Emissioni di ammoniaca in pieno campo Fattori che influenzano la volatilizzazione Aumento ph Emissioni Diminuzione viscosità del materiale Il maggior quantitativo di ammoniaca e il ph elevato possono determinare una maggiore volatilizzazione La minor viscosità del liquame digerito permette una più veloce infiltrazione nel suolo e una minore perdita di ammoniaca per volatilizzazione (Hansen et al 2004) Incorporazione diretta (entro pochi minuti) è efficace nel ridurre drasticamente la volatilizzazione di ammoniaca Incorporazione dopo dodici ore: assolutamente inutile nel ridurre la volatilizzazione di ammoniaca (Moller et al 2009)

30 La composizione del PM10 Secondario organico da COV Primario Secondario inorganico da NOx, NH 3 (SO 2 ) da Boccasile, 2010, daw ARPA

31 Accumulo di N reattivo nel sistema Fonte: ColdireY modificato

32 Fonte: ColdireY modificato

33 Proposta Gruppo Ricicla e Regione Lombardia (2008): Testo approvato dalla conferenza Stato Regioni Frazione liquida = concime chimico se: Digestione efficiente + separazioni efficienti Efficienza di utilizzo alla coltura N-NH 4 > 70-80% 90% DigesWone efficiente secondo parametri: Stabilità biologica AspeY igienico- sanitari Titolo N tot Titolo N- NH 4 Efficienza di uwlizzo dose N a bilancio coltura copertura vasche di stoccaggio distribuzione con iniezione, interramento immediato o ferwrrigazione localizzata

34

35 Mancato impatto dovuto al non utilizzo di unità fertilizzanti di sintesi CO 2 CO NO x SO 2 HCl g /kgn g /kgp Borjesson et al 2006

36 EFFETTI GLOBALI: Emissioni evitate (ton eq CO2) % sul Totale emissioni Italia (ton eq CO2) ee. Da biogas 12,672,000 3% CH4 gestione deiezioni 1,990, % Protossido di azoto 1,375, % Fertilizzanti 3,064, %

37 Terruzzi, 2012, by Gruppo Ricicla

38 Azienda 1 ProgeMo - NERØ Regione Lombardia Superficie: 5.5 ha Tessitura: Franco Limosa Irrigazione: goccia Ibrido: DCK pp/m 2 Pioneer PR31 Parcelle: 8, da ~4000 m 2 Concimazione presemina 14 maggio Concimazione copertura 18 giugno Raccolta 23 agosto

39 Aziende 2 ProgeMo - NERØ Regione Lombardia Superficie: 7.4 ha Tessitura: Franco Limosa Irrigazione: scorrimento T4 T3 T1 T2 T4R T1R T3R T2R Parcellone Ibrido: DCK pp/m 2 Parcelle: 8, da ~5300 m 2 Concimazione presemina 29 maggio Concimazione localizzata semina (11 kg N ha - 1 ) Concimazione copertura 20 luglio Raccolta 25 agosto

40 Caratteristiche Digestato ProgeMo - NERØ Regione Lombardia TKN TAN TAN/TKN ST ph g N kg - 1 g NH 4 - N kg - 1 % % TQ - Presemina Dig. TQ % Az. 1 Copertura Dig. TQ % Dig. SL % Az. 2 Presemina Dig. TQ %

41 Resa Az. 1 Az Resa (t tq ha -1 ) 20 Resa (t ha -1 ) T 1 T 2 T 3 T 4 Grafico 1-a: resa trinciato di mais tq nelle diverse tesi T1 = bianco - bianco T2 = digestato tq superficiale - digestato tq iniettato T3 = urea - urea T4= digestato tq iniettato - separato liquido iniettato 0 T 1 T 2 T 3 T 4 Grafico 1-b: resa trinciato di mais tq nelle diverse tesi T1 = bianco - concimazione localizzata T2 = digestato tq superficiale - concimazione localizzata T3 = urea - concimazione localizzata T4= digestato tq interrato - concimazione localizzata

42 NH 3 digstato PRE-SEMINA Digestato TQ SUPERFICIALE Digestato TQ Inie4ato/interrato 14/5 15/5 16/5 17/5 18/5 19/5 20/5 21/5 22/5 23/5 24/5 25/5 BKG - media μg NH3/m3 Tesi 2 - media μg NH3/ m3 Carozzi, Riva, AcuWs, Tambone, Adani, 2012 ProgeMo NERØ

43 Misure odorimetriche Milzano (BS) Copertura ProgeMo - NERØ regione Lombardia Prove odorimetriche Laboratorio (UO m -2 h -1 ) Prove odorimetriche pieno campo (UO m -2 suolo h -1 ) Urea Digestato Separato liquido Liquame bovino 0 T 1 T 2 T 3 T 4 Liq. Sup. Grafico 5: prove odorimetriche in campo T1 = bianco T2 = Digestato tq iniettato T3 = urea T4= separato DA liquido iniettato

44 PATOGENI

45 Esempio: 180 milioni di ton/a di liquami animali Al Seadi and Lukehurst, 2012

46 Coliformi fecali Log 10 CFU ml INGESTAT O IMPIANTO 1 IMPIANTO 2 IMPIANTO 3 IMPIANTO 4 IMPIANTO 5 DIGESTATO INGESTATO Gruppo Ricicla- Ist. ZooprofilaYco di BS- Regione Lombardia, 2012

47 Escherichia coli : Log10 CFU ml INGESTATO DIGESTATO IMPIANTO 1 IMPIANTO 2 IMPIANTO 3 IMPIANTO 4 IMPIANTO 5 DIGESTATO INGESTATO Gruppo Ricicla- Ist. ZooprofilaYco di BS- Regione Lombardia, 2012

48 Clostridium perfrigens: Log10 CFU ml INGESTATO IMPIANTO 1 IMPIANTO 2 IMPIANTO 3 IMPIANTO 4 IMPIANTO 5 DIGESTATO INGESTATO DIGESTATO Gruppo Ricicla- Ist. ZooprofilaYco di BS- Regione Lombardia, 2012

49 DigesWone anaerobica: bassi ph, elevata presenza di AGV e termofilia riducono C. perfrigens (Salsali et al., 2009); C. botulinum e C. sordellii sopravvivono alla pastorizzazione, ma non dopo AD (Bagge et al., 2010).

50 Nonostante ciò, la lemeratura scienwfca concorda nell affermare che DA non determina incremenw nella presenza di sporigeni, ma nemmeno diminuzione, es. Bagge et al., (2005)

51 ImpaY ambientali LCA studies.

52 PRODUZIONE KWH. METANO MIX NAZIONALE BIOGAS

53

54 Bioraffineria: sistema integrato su base territoriale Biomasse residue Chemicals: Acidi organici Proteine Bio tensioattivi Bio plastiche L OBIETTIVO Produzione primaria (food) Dove il valore è nell insieme del ciclo Biomasse residue Tutela Tutela Ambiente ambiente GesWone di biomasse residuali GesWone reflui Minori emissioni in atmosfera Depurazione: Minore lisciviazione in falda ColWvazione alghe Recupero unità ferwlizzanw Riduzione emissioni gas serra.. Energia (biogas) FerWlizzanW (digestato)

55