PRODUZIONE DI BIOGAS E DI ENERGIA DA RIFIUTI E DA BIOMASSE ATI BIOENERGIE
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- Demetrio Grossi
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1 Dott. Ing. Paolo Bozano Gandolfi Biotec Sistemi S.r.l. PRODUZIONE DI BIOGAS E DI ENERGIA DA RIFIUTI E DA BIOMASSE 1
2 50 impianti in tutti e 5 i continenti 2
3 Rifiuti Solidi Urbani - Frazione Organica Castelleone FORSU Verona RSU < 80 mm 3
4 FORSU & Rifiuti Commerciali Mülheim 4
5 Rifiuti Commerciali Herrieden - Mülheim 5
6 Rifiuti Commerciali Sangue, rifiuti liquidi e rifiuti da macelli Mülheim - Herrieden Rifiuti da macelli - Herrieden 6
7 100% M a t e r i a l e D e g r a d a b i l e 45% Sospensione Organica 100 Industria Alimentare & Agricola Rifiuti Mc Donald Frazione Pesante 10 Campo di applicazione Rifiuti di scarto Rifiuti Umidi RSU Pre-trattamento ad umido BTA Frazione Leggera FORSU M a t e r i a l e N o n D e g r a d a b i l e % Contenuto Umidità 92% 7
8 Efficienza di Separazione Una bassa efficienza di separazione causa una maggiore quantità di contaminanti nella sospensione organica che deve essere digerita, con conseguente: Incremento dell usura (delle pompe e delle linee di processo) Presenza di strati di materiali flottanti e sedimentabili nei serbatoi, con conseguente necessità di svuotamento periodico dei digestori per rimuovere tali materiali; Ridotta produzione di biogas, dovuta al modesto recupero di materiale organico degradabile nella sospensione ed alla difficoltà di miscelare adeguatamente il materiale nel digestore con una sospensione organica non omogenea (variabile in funzione delle caratteristiche del rifiuto in alimentazione), contenente materiali non organici e con elevata granulometria; Maggiori costi per lo smaltimento degli scarti, a seguito dell alta percentuale di materiali facilmente degradabili; In molti casi, si ha una sensibile riduzione della potenzialità annua della sezione tecnologica e quindi degli impianti nel loro complesso, riduzione dovuta alle problematiche sopracitate. 8
9 Prodotti di scarto da impianti BTA Frazione pesante Frazione leggera Sabbia/Ghiaia 9
10 Impianto di Dufferin Toronto CANADA 10
11 Dufferin Toronto Dati L impianto è stato progettato per trattare RSU (Rifiuti Solidi Urbani) o FORSU (Frazione Organica Rifiuti Solidi Urbani), secondo il processo BTA. Dati di progetto dell impianto: Proprietario dell impianto: Città di Toronto Gestore dell impianto: CCI-TBN Toronto Inc. Capacità dell impianto secondo il progetto e l autorizzazione: t/a (2.088 t/mese) Periodo operatività impianto: 250 gg/a; 16 ore/g Nel settembre 2002, la città di Toronto ha avviato ufficialmente il programma Green bin a seguito del quale l impianto tratta FORSU Avvio dell impianto: Settembre 2002 Aprile 2003 Collaudo dell impianto: Maggio 2003 Aprile 2004 Esercizio commerciale: da Maggio
12 Dufferin Toronto Diagramma di flusso 12
13 Dufferin Toronto Composizione alimentazione COMPOSIZIONE RIFIUTI IN ALIMENTAZIONE ALL IMPIANTO (FORSU e Rifiuti commerciali) Organico, carta e fibre Pannolini Tessili & legno Plastica in film Plastica altro Polistirolo Ferro Metalli non ferrosi Vetro Inerti e altro materiale non degradabile % in peso sul tal quale 69,30 % 10,87% 1,19% 11,72% 1,22% 0,40% 0,47% 0,44% 0,65% 3,47% t/a Totale 100,0% Sommatoria componenti degradabili: materia organica degradabile, pannolini 80,17% Sommatoria contaminanti: componenti non degradabili 19,83% 13
14 Dufferin Toronto Immagini dei rifiuti in alimentazione FORSU nell area di ricezione e sul nastro trasportatore che alimenta l impianto 14
15 Dufferin Toronto Capacità mensile dell impianto Record mensile - Luglio t/mese 200% capacità di progetto Riduzione apporto rifiuti dalla città per rispettare i limiti autorizzati Emergenza rifiuti Autorizzazione illimitata Mag 03 Apr t/a t/m Mag 05 Apr t/a t/mese Mag 07 Apr t/a t/mese Ramp-up Set 02 Apr t/mese Mag 04 Apr t/a t/mese Capacità mensile da progetto t/mese Capacità media dell impianto Mag 06 Apr t/a t/mese Mag 08 Apr t/a t/mese 15
16 Dufferin Toronto Diagramma a blocchi Bilancio di massa 2006 Acqua industriale t/a FORSU & Rifiuti Commerciali BTA Waste Pulper Classificatore Idrodinamico BTA Sospensione organica t/a Frazione leggera Frazione pesante Ghiaia/Sabbia t/a t/a 477 t/a Discarica Termodistruzione Discarica Inerti Vasca stoccaggio acqua di processo 18 t/a Flocculanti Digestione anaerobica Acqua Biogas t/a 341 Nm3/h kwh th/a Filtrato Separazione solido-liquido Cogenerazione Acqua in eccesso t/a t/a Compost grezzo Compostaggio in altro impianto Energia Produzione kwh el/a kwh th/a 16
17 Dufferin Toronto Pretrattamento ad umido BTA Sospensione Organica 100% < 10mm Frazione pesante Frazione leggera Ghiaia Riduzione consumi energia e acqua Energia [ kwh/t] Acqua [ m 3 /t] 0,9 0,6 17
18 Dufferin Toronto Scarti dell impianto - Frazione pesante Frazione pesante 18
19 Dufferin Toronto Scarti dell impianto Frazione leggera Estrazione frazione leggera con rastrello Frazione leggera 19
20 Dufferin Toronto Scarti dell impianto Inerti Inerti BTA Grit Removal System 20
21 ALIMENTAZIONE IMPIANTO Dufferin Toronto Scarti dell impianto Frazione leggera Alimentazione t/a S.T. FORSU ,5% Flocculanti 18 50,0% Acqua ,0% Totale in t/a S.T PRODOTTI E SOVVALLI Total in t/a S.T T.S. Densità Produzione giornaliera t/a S.T. t/a kg/l t/g m 3 /g umido secco Frazione leggera ,0% ,5-0,6 14,5 28,9 15,76% 5,99% Frazione pesante ,0% ,2-1,4 5,2 4,3 5,64% 4,46% Sabbia ,0% 386 1,6-1,8 1,6 1,0 1,73% 1,40% Acqua in eccesso ,8% ,9 68,9 75,12% 0,59% Digestato ,3% ,5-0,6 27,1 45,2 29,61% 8,69% Biogas ,0% , ,92% 12,40% Totale kg/m 3 Nm 3 /a Nm 3 /h 140,79% 33,53% CARATTTERISTICHE BIOGAS Contenuto metano 62,0% Produzione specifica 108,60 Nm 3 /t input BTA Waste Pulper Potere calorifico 6,178 kwh/nm 3 BILANCI ENERGETICI PRODUZIONE DI ENERGIA ELETTRICA E TERMICA OTTENIBILE DAL BIOGAS Energia disponibile nel biogas kwh/a Energia disponibile per cogenerazione 100% kwh/a Motori di cogenerazione 39% Rendimento elettrico Produzione di energia elettrica kwh/a 40% Rendimento termico Produzione energia termica kwh/a BILANCIO ENERGETICO % su alimentazione PRODUZIONE SPECIFICA DI ENERGIA Produzione Consumo Eccedenza Consumi/ Lorda Netta kwh/a kwh/a kwh/y produzione kwh/a kwh/a Energia elettrica ,19% En. elettrica Energia termica ,09% En. termica
22 Dufferin Toronto Produzione specifica mensile di biogas 2008 m 3 /tonnellate Nel mese di febbraio il digestore ha funzionato in bypass per manutenzione La capacità dell impianto è ora superiore ai dati di progetto; quindi la produzione specifica di biogas è diminuita da Nm 3 /t a 105 Nm 3 /t input 22
23 Dufferin Toronto Acqua in eccesso I lavaggi vengono effettuati utilizzando acqua di processo ricircolata all interno dell impianto. L utilizzo di una tecnologia di digestione ad umido consente di ottenere un alta efficienza di rimozione dei contaminanti e frazioni di scarto pulite (quasi prive di organico degradabile) senza fare ricorso ad acqua industriale. L eventuale acqua in eccesso è legata esclusivamente all umidità del materiale in alimentazione ed a quella dei prodotti separati (biogas 96% S.T., sabbia 85% S.T., frazione pesante 78% S.T., frazione leggera 40-45% S.T.). 23
24 Dufferin Toronto Personale ed affidabilità dell impianto Sono necessari undici operatori per la gestione dell impianto, compreso il personale per la direzione, l amministrazione e la contabilità. Affidabilità, manutenzione e tempi di fermata dell impianto: Nel periodo l impianto è rimasto fermo rispettivamente per un giorno, a seguito di un avaria al variatore di frequenza del BTA Waste Pulper, e per due giorni a causa della rottura del ventilatore del sistema di aspirazione e biofiltrazione dell aria; Le ore totali di fermata per problemi meccanici sono state ridotte da 245 ore nel 2005 a 142 ore nel 2006 (dal 6,1% al 3,6%) PERSONALE PER LA GESTIONE DELL IMPIANTO & RELATIVE FUNZIONI Funzioni Turni Per turno Totale Manager dell impianto Amministrazione dell impianto Contabilità Supervisore dei processi Operatore per il controllo dei processi Operatori per il caricamento Laboratorio ed altro Totale 11 AFFIDABILITA DELL IMPIANTO Fermate per manutenzione o problemi Giornate lavorative in cui l impianto è rimasto fermo per problemi: 1 giorno 2 giorni Totale ore di fermata per problemi meccanici (tempo totale di ritardo): 245 h/a 142 h/a Percentuale di tempo occupata da problemi meccanici (su 250 giorni X 16 h/g) 6,1% 3,6% 24
25 Dufferin Toronto Risultati L impianto di Dufferin è operativo da 8 anni Le tonnellate trattate, l affidabilità e le prestazioni complessive dell impianto sono migliorate costantemente durante il periodo di operatività La società CCI-TBN Toronto e la città di Toronto sono molto soddisfatte dell impianto; Mr. Brian van Opstal, manager della pianificazione della città di Toronto, Norman Lee and Geoff Rathbone, managers del servizio di gestione dei rifiuti, hanno dichiarato in una intervista al Waste Management World: comunque si progetti un programma di raccolta della frazione organica dei rifiuti, si troveranno contaminanti come plastica, vetro e occasionalmente una bottiglia di shampoo. Il sistema di pretrattamento ad umido BTA consente di eliminare tutti i contaminati e di garantire compost commerciabile di alta qualità. "L impianto è caratterizzato da un alta affidabilità, dalla produzione di gas di buona qualità e di digestato che viene trasformato facilmente in compost in cumuli all'aperto senza dare luogo a cattivi odori Tale progetto dimostra che è possibile generare materiale di qualità da edifici multiresidenziali. Ci accingiamo a realizzarlo su vasta scala La città di Toronto ha recentemente ordinato un secondo impianto di capacità tripla (attualmente in fase di progettazione) e sta valutando l ipotesi di raddoppiare l impianto di Dufferin 25
26 Ecoparc 1 Barcellona Impianto sottoposto a revamping da Biotec 26
27 Ecoparc1 Barcellona Progetto originale e problematiche Ecoparc 1, uno dei 17 impianti di trattamento dei rifiuti a digestione anaerobica, è stato progettato per trattare t/a ( t/a di rifiuto urbano tal quale & t/a di FORSU). L impianto è stato avviato nel 2001; durante 6 anni di esercizio l impianto non ha mai raggiunto le prestazioni di progetto (Sabater): bassa capacità annuale - in media t/a bassa percentuale di prodotti recuperati percentuale molto alta di materiali di scarto - in media il 64,4% alto contenuto di materiale organico facilmente degradabile negli scarti maggiore del15% L inefficiente separazione dei contaminanti ha: DECISIONE DI compromesso il recupero di materiale riciclabile (biogas e compost), MODIFICARE aumentato pesantemente la quantità di materiale di scarto, L IMPIANTO NEL 2006 causato frequenti problemi alle linee dell impianto, causato la formazione di strati flottanti e sedimentazioni ingenti nei digestori con conseguente necessità di svuotamento degli stessi. 27
28 Ecoparc1 Barcellona Revamping dell impianto Situazione attuale Revamping dell impianto ( ) A Biotec è stato commissionato il revamping del processo meccanico ad umido, in accordo con il processo BTA, dopo lunghe ed approfondite valutazioni della tecnologia proposta ed analisi operativa di impianti BTA analoghi (Cà del Bue, Kirchstockach, Mülheim, Ieper). I consulenti della città di Barcellona, che controllano e valutano da anni il funzionamento ed i risultati dei tre impianti di digestione anaerobica di Barcellona (Valorga, Linde, Ros Rocas), hanno supportato la scelta del processo BTA. Biotec ha sottoposto a revamping l intero processo meccanico ad umido e uno dei quattro digestori da m 3. La capacità del nuovo impianto di digestione anaerobica Biotec è di t/a di FORSU. L impianto è in esercizio 310 gg/a 12 h/g Situazione attuale L impianto è stato avviato alla fine del Sono disponibili i risultati relativi al
29 Ecoparc1 Barcellona BTA Waste Pulper 29
30 Ecoparc1 Barcellona Composizione dei rifiuti (FORSU) 30
31 Ecoparc1 Barcellona Bilancio di massa e di energia 31
32 Ecoparc1 Barcellona Caratteristiche scarti e sospensione - Conclusioni CONCLUSIONI Il gestore dell impianto è molto soddisfatto per Efficienza pretrattamento (sospensione e scarti) Efficienza digestione anaerobica affidabilità della digestione anaerobica ridotti consumi acqua industriale 0,3 m 3 /t Bassi consumi en. ele nel pretrattamento 31,4 kwh/t Prestazioni superiori alle garanzie ed allo studio di fattibilità 32
33 Montanera CN Impianto a biomasse da 1 MW Alimentazione di progetto: Insilati (mais, sorgo etc) t/a, Letame bovino t/a, Liquame e acque dilavamento trincee t/a 33
34 Montanera CN 34
35 Montanera CN Bilancio di massa 01/01/10 12/04/10 40 Andamento caricamento digestori & MWh prodotti Alimentazione (t) & MWh prodotti Gennaio 2010 Febbraio 2010 Alimentazione Dig. 1.1 Alimentazione Dig. 1.2 MWh el prodotti 35
36 Conclusioni Le attività industriali degli impianti MBT hanno dimostrato ripetutamente che l insufficiente separazione dei contaminanti dalle sostanze organiche determina immensi problemi nei successivi processi di digestione. L efficienza di separazione dei contaminati è peraltro un criterio cruciale per un impianto affidabile e per garantire i raggiungimento delle richieste qualità e quantità di materiale riciclabile e di scarti. La tecnologia di processo applicata garantisce una selettiva separazione dei contaminanti in rifiuti con composizione variabile; questo è essenziale per sfruttare il potenziale di biogas della sostanza organica fermentabile ed avere un impianto affidabile ed economicamente efficiente. BIOTEC & BTA hanno accumulato una vasta esperienza utilizzando il processo BTA per trattare rifiuti organici con diverse tipologie e percentuali di contaminanti, per più di 20 anni, in circa 50 impianti distribuiti in tutti e cinque i continenti. La tecnologia BTA rappresenta una soluzione affidabile per il trattamento della frazione organica contenuta nei rifiuti urbani di zone residenziali e commerciali, ad un prezzo competitivo, producendo biogas e compost senza impatti sull ambiente. I materiali degradabili, che rappresentano la frazione principale dei rifiuti, vengono riciclati, contribuendo alla riduzione delle emissioni di CO 2 e dell effetto serra. 36
37 Referenze Castelleone ITALIA Schema a blocchi FORSU t/a Rifiuti alimentari t/a Scarti t/a Silomais t/a Digestato t/a Reflui zootecnici t/a Biogas 7.000t/a 2 x 835 kw el 37
38 M39 M34 M19 M20 M21 M43 M25 M27 M26 M35 M42 M31 M32 M33 M37 M42 M28 M29 M23M22 M30 M41 M36 M18 M17 M54 M55 M56 M13 M16 M15 M9 M8 M7 M6 M4 M1 M52 M53 M46 M47 M44 M45 M48 M49 M50 M51 Referenze Castelleone ITALIA - Planimetria 1. Ricezione 2. Stoccaggio reflui Stoccaggio silomais 4. Pretrattamento FOP e igienizzazione Digestione anaerobica 6. Cogenerazione 7. Biofiltro 8. Stoccaggio digestato 6 9. Stoccaggio scarti 10. Torcia biogas 38
39 Referenze Mülheim - GERMANIA Mühlheim a.d.r. - GERMANIA Avviamento: 2003 Capacità: t/a rifiuti organici Biotec & BTA hanno fornito l ingegneria e le macchine principali. 39
40 Mülheim - Germania Frazione pesante Dati 2004 Solido Totale Solido Volatile Mese % % feb-04 90,00 2,70 mar-04 97,20 5,10 apr-04 95,70 3,40 mag-04 96,20 0,90 giu-04 91,30 1,30 lug-04 89,50 7,80 ago-04 73,68 17,55 set-04 86,04 5,44 ott-04 80,35 5,20 nov-04 82,78 5,15 dic-04 73,10 23,00 Media 86,89 7,05 40
41 Mülheim - Germania Sabbia Dati 2004 Solido Totale Solido Volatile Mese % % mar-04 80,77 11,43 apr-04 88,70 3,15 mag-04 90,30 1,60 giu-04 86,02 3,58 lug-04 77,23 7,98 ago-04 72,46 17,94 set-04 75,35 5,23 ott-04 84,25 8,95 Media 81,88 7,48 41
42 Mülheim - Germania Frazione leggera Dati 2004 Solido Totale Solido Volatile Mese % % feb-04 38,62 90,38 mar-04 41,87 90,67 apr-04 46,88 72,88 mag-04 29,48 81,52 giu-04 35,32 77,50 lug-04 34,25 85,93 apr-04 29,70 87,43 set-04 30,54 86,90 ott-04 30,45 66,23 nov-04 30,45 66,23 dic-04 27,30 91,00 Media 34,08 81,52 42
43 Referenze Villacidro - ITALIA Villacidro - ITALIA Avviamento: 2003 Capacità: t/a RSU & rifiuti organici t/a fanghi Impianto bifasico integrato con impianto depurazione. Biotec & BTA hanno fornito ingegneria, macchine principali e assistenza. 43
44 Referenze Ko-Sung - COREA Ko-Sung - COREA Avviamento: 2003 Capacità: t/a rifiuti organici Biotec & BTA hanno fornito l ingegneria, le macchine prinicipali e l assistenza all avviamento. L impianto è integrato con un impianto di termovalorizzazione. 44
45 Referenze Kirchstockach - GERMANIA Kirchstockach - GERMANIA Avviamento: 1997 Capacità: t/a rifiuti organici (capacità di progetto t/a) Impianto BTA bifasico. BTA ha fornito ingegeria, macchine principali e assistenza all avviamento. 45
46 Referenze Dietrichsdorf - GERMANIA Dietrichsdorf - GERMANIA Avviamento: 1995 Capacità: t/a rifiuti organici Impianto BTA monofasico. Nel 1997 è stato aggiunta una sezione di trattamento e pastorizzazione di rifiuti alimentari. BTA ha fornito progettazione, procedura di approvazione, macchine e gestione dell avviamento. 46
47 Referenze Erkheim - GERMANIA Erkheim - GERMANIA Avviamento: 1997 Capacità: t/a rifiuti organici e alimentari Impianto con digestione anaerobica di tipo agricolo. BTA ha progettato e costruito l impianto con la sola esclusione dei digestori e del pretrattamento dei rifiuti alimentari. 47
48 ATI 2010 Grazie per la cortese attenzione Dott. Ing.. Paolo Bozano Gandolfi 48
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