La valorizzazione del biometano in ambito agricolo: sviluppi e prospettive LE BIOMASSE PER IL

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1 La valorizzazione del biometano in ambito agricolo: sviluppi e prospettive 7 Novembre 2018 LE BIOMASSE PER IL BIOMETANO E GLI ASPETTI TECNICI DI PROGETTAZIONE E GESTIONE Claudio Fabbri Centro Ricerche Produzioni Animali (CRPA), Reggio Emilia CRPA Lab, Reggio Emilia Sala Overture Centro Servizi EIMA International 2018 Bologna Fiere

2 L IMPIANTO DI BIOGAS/BIOMETANO E un sistema programmabile e prevedibile in cui le leggi della biologia in primis, della chimica, della fisica e della meccanica determinano il risultato Conoscere e modellizzare può aiutare a prevenire i problemi e le perdite di produzione: sono sufficienti livelli di modellizzazione semplici per avere ottimi risultati in termini di monitoraggio Le normative influenzano le scelte progettuali e produttive!

3 Prodotti e sottoprodotti Il decreto ci consente di utilizzare la maggior parte dei sottoprodotti agroindustriali, ma vanno valutati i limiti dettati dal decreto 25 febbraio 2016 (decreto effluenti) Nei casi di coesistenza bisognerà valutare la presenza nella dieta di colture dedicate e sottoprodotti in contemporanea I sottoprodotti hanno caratteristiche produttive molto diverse dalla colture dedicate

4 Prodotti e sottoprodotti Il decreto ci consente di utilizzare la maggior parte dei sottoprodotti agroindustriali, ma vanno valutati i limiti dettati dal decreto 25 febbraio 2016 Nei casi di coesistenza bisognerà valutare la presenza nella dieta di colture dedicate e sottoprodotti in contemporanea I sottoprodotti hanno caratteristiche produttive molto diverse dalla colture dedicate Attenzione a: Dimensionamenti digestori Bilancio termico Bilancio azoto Stoccaggi

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8 BIOLOGIA DELLA DA La produzione di biogas è influenzata da molteplici fattori Tipologia delle biomasse Miscelazione / Sistema di carico Geometria dei fermentatori Tempo di ritenzione idraulica Carico organico volumetrico Temperatura Rapporto acidità / alcalinità Acidi Grassi Volatili Ammoniaca Conducibilità elettrica Macro e microelementi Schiume La cooperazione batterica è fondamentale per il mantenimento di un processo biologico in equilibrio

9 CRPA Energia & Ambiente LABORATORIO PER LA RICERCA INDUSTRIALE Caratterizzazione di matrici ambientali, biomasse agricole, scarti e sottoprodotti agroindustriali Misura del potenziale metanigeno mediante test BMP e in fermentatori pilota per prove di digestione anaerobica in continuo Tecniche di valorizzazione di biomasse e digestato: pretrattamento per aumentare la resa energetica, post-digestione per la valorizzazione dei nutrienti

10 La variabilità delle matrici

11 Valori medi di resa in metano (m 3 /tsv) per effluenti zootecnici

12 Qualche equivalenza energetica Prodotto Liquame bovino Letame bovino pollina Tonnellate per ottenere produzione di 1 t di silomais t 3-4 t 1,5-2 t Lettiera di avicoli da carne 0,7-1 Patate intere FORSU Scarti verdura Sansa 2-2,5 t 1,2-1,5 t 4-8 t 1-2 t

13 Potenza elettrica PREVEDERE LA PRODUZIONE Tenore di sostanza secca e sostanza organica possono essere facilmente verificati in azienda Applicando valori di potenziale metanigeno si possono ottenere ottime predizioni e l insorgere di problemi Atteso Misurato

14 Ammonio (mg/l POTENZIALE METANIGENO E AZOTO: OPPORTUNITÀ E GESTIONE Quanto azoto ereditiamo con le biomasse? La composizione chimica delle biomasse influenza direttamente la composizione del «digestante» ed eventuali fattori di inibizione Le concentrazioni di ammonio (ad esempio) possono essere previste e controllate Misurato Atteso

15 BILANCI TERMICI IMPIANTO La potenzialità produttiva delle biomasse influenza il fabbisogno termico Le modalità di stoccaggio e la reattività biologica influenzano la temperatura di stoccaggio I fabbisogni di mantenimento della T dei digestori dipendono dal volume di processo e quindi dall HRT Matrice Quanta energia termica necessitano le biomasse? * Al netto del fabbisogno di mantenimento della temperatura del digestore e dell efficienza di recupero/generazione della potenza termica ST (%) SV (%) BMP (m 3 /tsv) Produzione metano (m 3 /t) T arrivo materiale ( C) T processo ( C) Fabbisogno termico (kwh/m 3 CH 4 ) Liquame bovino 7% 82% Letame bovino 25% 84% Pollina ovaiole 35% 67% Lettiera broiler 60% 83% Insilato triticale 33% 94% Cruscame 88% 96% * Dati medi soggetti ad ampia variabilità

16 FLESSIBILITÀ PRODUZIONE SPECIFICA Silotriticale Silosorgo Sulla A. donax Liquami aziendali + Silomais Siero, Scarti di frutta/verdur a, sansa PRETRATT. / IDROLISI Additivi Liquami aziendali & Liquiletami trattati interaziendali 0,85-1 Nm 3 CH 4 / (m 3. giorno) Cereali amidacei 1,1-1,7 Nm 3 CH 4 / (m 3. giorno) Sansa di oliva due fasi, siero.. Pollina + Liq. suino AUMENTARE LA FLESSIBILITÀ DELL IMPIANTO E MIGLIORARE LA GESTIONE DELLE BIOMASSE Pretrattamenti applicati a specifiche biomasse (es. alto contenuto fibroso) Differenziazione degli stadi di processo (es. Idrolisi ) Linee di carico diversificate (es.: biomasse liquide / solide) Considerare criticità e caratteristiche fisicochimiche dei substrati(es.: sedimenti, contenuto N) Additivi usati in base alle effettive esigenze

17 Valutare l efficienza di un impianto RMP% = potenziale metanigeno del digestato in rapporto al potenziale metanigeno atteso delle biomasse (Oechsner, 2013 adattamento) Oechsner, H., Ruile, S., Schmitz, S., Mönch-Tegeder, M., Potential of residual gas from biogas plants, in: Progress in Biogas III - Stuttgart. p. 12."

18 E NECESSARIO LAVORARE SULL EFFICIENZA DI IMPIANTO? Un indagine CRPA sul potenziale metanigeno residuo ci dice che ci sono margini per incrementare dal 3-5% al 10-15% la conversione delle biomasse in gas

19 Considerazioni biologiche per biomasse da biometano avanzato 1. La produzione per tonnellata è spesso più bassa volumi processo superiori per mantenere HRT o trattamenti Esigenze termiche maggiori, ma non abbiamo CHP Miscelazioni più intense, ovvero maggiori costi Quantità di digestato maggiori, ovvero stoccaggi maggiori 2. Il contenuto di azoto è spesso maggiore Fabbisogni di terreno superiori Potenziali problemi di controllo biologico

20 Considerazioni generali 1. Coesistenza con elettrico o nuovo impianto Al momento non è consentito avere due diete «diverse» Se vogliamo mantenere il «mais» possiamo farlo in ragione del 30% in peso ma solo il 70% del biometano immesso in rete sarà di tipo «avanzato», si riducono gli introiti 2. Aspetti fiscali In generale i sottoprodotti non «appartengono» all azienda e pertanto la prevalenza fiscale deve essere attentamente valutata Certificazione e valutazione corretta del valore energetico delle biomasse

21 Ma il biometano è l unico mercato del settore pronto a partire Permette di modulare le produzioni verso due mercati Consente di mantenere in vita impianti già ammortati L unica vera fonte attuale di biocarburanti italiana L unica soluzione attuale al trasporto pesante/navale Apre il mercato della vendita diretta offrendo nuove opportunità

22 La valorizzazione del biometano in ambito agricolo: sviluppi e prospettive 7 Novembre 2018 Grazie per l'attenzione LE BIOMASSE PER IL BIOMETANO E GLI ASPETTI TECNICI DI PROGETTAZIONE E GESTIONE Claudio Fabbri c.fabbri@crpa.it Sala Overture Centro Servizi EIMA International 2018 Bologna Fiere