Prodotti a valore aggiunto dai digestati

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1 BIOMETANO E CHIMICA VERDE: IL BIOGAS DOPO GLI INCENTIVI Bioenergy FBBRAIO Prodotti a valore aggiunto dai digestati F. Adani (Gruppo Ricicla DiSAA - Università degli Studi di Milano) GRUPPO RICICLA DiSAA - 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 gruppo.ricicla@unimi.it

2 Manenti and Adani, 2014

3 1

4 Prezzo fertilizzanti vs. prezzo petrolio 2 Terruzzi, 2012, by Gruppo Ricicla X 3-4

5 3 Nitrogen fertilizers are produced starting from N 2 The fertilizers manufacturing industry consumes about 3-5 % of the world s energy supply The total annual demand of fertilizers will increase of 25% by 2030 of which 62% of N FIMechE, 2013

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7 Il recupero di nutrienti contenuti nelle biomasse diviene un processo di produzione di fertilizzanti: La biomassa «preleva» i nutrienti dal suolo rendendoli disponibili per successivi utilizzi in un ciclo chiuso. FERTILIZZANTI RINNOVABILI

8 In molti posti la «biomassa» si fa per dire è «ORO»

9 La BIOENERGIA è un processo che, in ambiente controllato, trasforma le biomasse in BIOCOMBUSTIBILE FERTILIZZANTI RINNOVABILI

10 Digestato = risorsa

11 GESTIONE DEL DIGESTATO : DISTRIBUZIONE IN COPERTURA Progetto PILOTA SATA Regione Lombardia Progetto - NERØ Regione Lombardia

12 Resa (t tq ha -1 ) Resa (t ha -1 ) AZZERAMENTO DELLA FERTILIZZAZIONE 50 MINERALE minerale Az. 1 Az. 2 minerale Resa digestato Progetto - NERØ Regione Lombardia digestato 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

13 GESTIONE DEL DIGESTATO : INIEZIONE EMISSIONI DI AMMONIACA Digestato distribuzione superficiale Carozzi, Riva, Acutis, Tambone, Adani, 2012 Progetto - NERØ Regione Lombardia Digestato distribuzione per iniezione BKG - media μg 0 13/5 14/5 15/5 16/5 17/5 18/5 19/5 20/5 21/5 22/5 23/5 24/5

14 Prove odorimetriche Laboratorio (UO m -2 h -1 ) Prove odorimetriche pieno campo (UO m -2 suolo h -1 ) Misure odorimetriche Milzano (BS) Copertura Progetto - NERØ regione Lombardia 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

15 Proposta Gruppo Ricicla e Regione Lombardia: Frazione liquida = fertilizzante se: Digestione efficiente + separazioni efficienti Efficienza di utilizzo alla coltura N-NH 4 > 70-80% 90% Digestione efficiente secondo parametri: Stabilità biologica Aspetti igienico-sanitari Titolo N tot Titolo N- NH 4 Efficienza di utilizzo dose N a bilancio coltura copertura vasche di stoccaggio distribuzione con iniezione, interramento immediato o fertirrigazione localizzata

16 CRITERI E NORME TECNICHE GENERALI PER LA DISCIPLINA REGIONALE DELL UTILIZZAZIONE AGRONOMICA DEGLI EFFLUENTI DI ALLEVAMENTO E DELLE ACQUE REFLUE DI CUI ALL ART. 112 DEL DECRETO LEGISLATIVO 3 APRILE 2006 N. 152, NONCHE PER LA PRODUZIONE E L UTILIZZAZIONE AGRONOMICA DEL DIGESTATO DI CUI ALL ART. 52, COMMA 2-BIS DEL D.L. 22 GIUGNO 2012, N. 83, CONVERTITO IN LEGGE 7 AGOSTO 2012, N. 134

17 Articolo 32 (Condizioni di equiparabilità del digestato ai concimi di origine chimica) 1. Il digestato è equiparato, quanto agli effetti fertilizzanti e di efficienza di uso, ai concimi chimici disciplinati dal d.lgs. 75/2010 in presenza di tutte le seguenti condizioni: a) contenuto in N prontamente assimilabile pari alla percentuale di N ammoniacale su N totale superiore al 70%; b) livello di efficienza d uso dell azoto superiore all 80% alle condizioni per l utilizzo di cui all art 33; c) i prodotti minerali derivanti da trattamenti di recupero dell azoto da digestato così come definito all'art. 52, comma 2 bis, della legge 7 agosto 2012, n. 134 o da effluenti di allevamento, sono equiparati per quanto attiene agli effetti fertilizzanti e all'efficienza di uso, ai concimi di origine chimica, ai fini dell impiego in sede di utilizzazione agronomica. In questo caso l efficienza di utilizzo è considerata pari al 100%; d) idonea copertura degli stoccaggi; e) distribuzione in campo con sistemi a bassa emissività (iniezione, interramento immediato, fertirrigazione ed equivalenti).

18 ..non solo ma produrre fertilizzanti per il mercato

19 N stripping Cortesia Eliopig

20 Nt rid. = 47% Costi: 2,3 a 2,8 euro/mc. Cortesia Eliopig

21 Ammonia sulfate production by NH 3 stripping Cortesia Eliopig

22 Cortesia Eliopig

23 Cortesia Eliopig

24 Trattamenti chimico fisici Digestate Liquid Liquid Permeate Permeate Water Shallow Water Body Concentrate Solid Solid Concentrate 6 Ammonium sulfate 6 Lime residue Simplified scheme of the plant (1: Screw press separation, 2: Centrifugation, 3: Ultrafiltration - UF, 4: Reverse Osmosis - RO, 5: Zeolites refining, 6: Cold ammonia stripping) Ledda et al., Water & Research.

25 SECONDA SEPARAZIONE: PASSAGGIO NEL SEPARATORE CENTRIFUGO AD ASSE ORIZZONTALE (DECANTER) Cortesia di ROTA GUIDO s.r.l.

26 Permeato (al primo passaggio in UF) La riduzione dei volumi, in questa fase, è di circa 6-8 volte rispetto al valore proveniente dal decanter. Cortesia di ROTA GUIDO s.r.l.

27 SEPARAZIONE MEDIANTE OSMOSI INVERSA Permeato 1 a O.I. (al 2 passaggio in O.I.) Retentato 1a O.I. (allo strippaggio) Il primo passaggio in osmosi inversa consente di ridurre e quindi di concentrare il volume del permeato in arrivo dall ultrafiltrazione di almeno 5 volte. Cortesia di ROTA GUIDO s.r.l.

28 Dopo OI scarico in corpo idrico superficiale Strippaggio N Stoccaggio solfato di ammonio al 30% Costi = 4-6 /mc Cortesia di ROTA GUIDO s.r.l.

29 Source: Arpav 2010 E la frazione solida? Per essere fertilizzante devo compostare!!! Perché!!!!!! Gruppo Ricicla - UNIMI

30 Source: bss-system.nl using heat from AD plant Drying Source: BTS Dried digestate Less water to deal with. More usable solid (PELLET or flake form)

31 Photo: enterprise-europe-network.ec.europa.eu Biomass Pellets: used for combustion or as a fertilizer ADVANTAGES: Reduction in volume Visually more attractive Improved marketability Hygienization (>70 C, for 1hour) Transport-ready product requires drying then pelletizing machines

32 P dove è???? 88% P in solid Ledda et al., 2013

33 Mentre noi ne parliamo da anni altri lo hanno fatto!!!!!!!!!

34 IL SEPARATO SOLIDO DEVE ESSERE UN CONCIME!!!!!.VALORE AGGIUNTO!!!!!

35 Allegato 1 Concimi nazionali 5.2 Concimi organici NP Denominazion e del tipo 15. Separato solido essiccato del digestato Modo di preparazione Titolo minimo in elementi fertilizzanti (percentuale di peso) Totale Per ciascuno degli elementi fertilizzanti Forme e solubilità nonché titolo in elementi fertilizzanti da dichiarare come specificato nelle colonne 8, 9 e10. Finezza di macinazione Indicazione d identificazione del concime. Altri requisiti indicazioni e N P 2 O 5 K2O N P 2 O 5 K2O Altre note Prodotto 3.5 % N % N Azoto P 2 O Azoto P 2 O 5 ottenuto dal P 2 O 5 2% P 2 O 5 totale totale organi totale separato C organico co solido del sul tal digestato quale:30% agrozootecnic o e/o Umidità agroindustrial massimo e e successiva 25% essiccazione --- E consentito dichiarare il contenuto di ossido di potassio (K2O) purché non inferiore all 1%

36 Fertilizzanti rinnovabili Valore e riconoscimento alle aziende che fanno bene all ambiente

37 .DARE VISIBILITA ALL IMPEGNO Il marchio FERTILIZZANTI RINNOVABILI certifica i modelli aziendali che rispondono a due criteri: Origine dei fertilizzanti: i fertilizzanti utilizzati derivano da fonti rinnovabili e non usano nutrienti di sintesi. Utilizzo dei fertilizzanti: i fertilizzanti sono utilizzati secondo un protocollo che massimizza la sostenibilità ambientale. Il tutto misurato da una analisi LCA che quantifica, con numeri chiari, la sostenibilità ambientale dell azienda certificata rispetto ad un modello di produzione tradizionale. Il marchio è uno strumento che permette, all azienda, di comunicare all esterno un immagine di sostenibilità e impegno ambientale, e di differenziarsi rispetto ad un modello di produzione che viene sempre più percepito come nocivo e inquinante.

38 MISURA COMPARATIVA DELL IMPATTO AMBIENTALE DI UN PROTOCOLLO DI UTILIZZO VIRTUOSO DEI NUTRIENTI AZIENDALI RISPETTO AD UN MODELLO TRADIZIONALE MODELLO TRADIZIONALE DI USO DEI NURIENTI IMPLEMENTAZIONE PARZIALE DI MISURE PER IL CONTENIMENTO DEGLI IMPATTI USO DEL PROTOCOLLO DI UTILIZZO FERTILIZZANTI RINNOVABILI

39 Sistema integrato di gestione dei reflui zootecnici per la produzione di energia rinnovabile (digestione anaerobica con produzione di biogas, da cui elettricità e calore in cogenerazione) e produzione di fertilizzanti rinnovabili. AZIENDA AGRICOLA BIZZONI F.lli S.s. SOCIETA AGRICOLA GRUPPO RICICLA DISAA dell Università degli Studi di Milano

40 GUARDARE OLTRE

42 Cortesia di Ottolina, CNR 2014

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50 Biological lab Koller et al 2014

51 Nutraceutic and functional ingredients

52 MARKET Source JRC 2014

53 ALGAE JOINT RESEARCH PLATFORM AJRP PARCO TECNOLOGICO PADANO, VIA EINSTEIN, LOC. C.NA CODAZZA, LODI, ITALY Expertise on algae Strain selection Algae growing process control Genomic, transcriptome assessment Proteomic

54 Lombardy biobased refinery Algal Biomass Market Anaerobic Digestion Biomass Land surface used for Chlorella sp 1 ha

55 Economic advantage of the productive scenario OPEN POND Producible biomass: Scenedesmus sp. up to 200 ton per year with 9% N in the biomass 18 ton N per year at 1 per kg Actual scenario Biomass production costs: 1.12 per kg of biomass Fertilizers costs accounts for the 8% of total production costs Near-future scenario Biomass production costs: per kg of biomass Fertilizers costs accounts for the 25% of total production costs

56 INTEGRATED ALGAE BASED BIOREFINERY FROM RENEWABLE CARBON SOURCES TO PRODUCE HIGH VALUE PRODUCTS (DANCE Project) To produce added value molecule from microalgae To exploit downstream of Lombardy agriculture

58 In collaboration with : Dipartimento di Chimica, Materiali e Ingegneria Chimica "Giulio Natta" Nobel Prize on 1963 for Polypropylene (PP)

59 Gasification optimization and syngas transformation into MeOH and DME Maneneti and Adani, 2014

60 Why Bio-MeOH e DME? Olah, JOA 2009

61 Methanol production

62 Dimethyl ether production 2 CH 3 OH (CH 3 ) 2 O + H 2 O

63 Olah, JOA 2009

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65 Schievano et al.,

66 Calculation rom real data: From 1 MW plant (about t biomass y -1, 12 % DM; HRT 25 d): - 76 Mg y -1 H 2 ; Mg y -1 CH 4 ; Mg y -1 CO 2 Under study: yield of 95% In theory : 408 Mg y -1 CH 3 OH (332 Mg -1 = /a revenues). More probable 1000 Mg y -1 CH 3 OH

67 A. donax is a C3 plant, it shows high photosynthetic rates like C4 plants i.e. maize and sugarcane about 8m From March to October Growth of about 4 cm/day

68 BIOGAS Potential bio-methane production of A. donax and different energy crops. From: Corno et al., 2014, Biotech. Adv. Crop Further description Bio-methane production References (Nm 3 CH 4 Ha -1 ) Corn 5, ,050 7, Early/medium ripening 5,300 8, late ripening 7,100 9,000 1 st harvest 8, nd harvest 6,705 3 rd harvest 5,862 8,000 10, ,660 12, Sorghum 3, , ,124 8, Barley 4,493 4, ,144 2, Wheat 1,244 4, Triticale 5, , ,000 5, Rye , Cereals (average of wheat, triticale, rye) 3,200 4, Sunflower 2,771 4, , Grass 2,682 6, , Sugar beet 1,954 6, A. donax one mowing 9, two mowing 11,585 12, one mowing, 3 years old plant Gruppo Ricicla - 19,440 (2012) DiSAA, this work two mowing, 3 years old plant Gruppo Ricicla - 9,930 (2012) DiSAA, this work

69 Biomass production (dry yield) of A. donax in a 5 years experiment DiSAA-Gruppo Rcicila data.

70 Different steps of A. donax production and utilization. (A) in vitro large scale production of seedlings by micropropagation, (B) green house where the seedling are grown, (C) seedlings ready for transplantation, (D) A. donax transplantation in the field using transplanter machine, (E) field at first year, (F) harvesting and (G) ensilaging using traditional corn machines.

71 Map of Italy showing the positions of the fields of A. donax established in the last two seasons.

72 2 anno 58 t/ha SS = 35 %

73 Fabrizio Adani Full Professor Fulvia Tambone Researcher Barbara Scaglia Biologist Andrea Schievano Environmental Engineer Silvia Salati Environmental Scientist Giuliana D Imporzano Agronomist Claudio Ledda Biotechnologist Valentina Orzi Agronomist Ester Manzini Agronomist Tommy Pepè Sciarria Biologist Arjana Doda Pharmacist Samuele Lonati Agronomist Laura Terruzzi Natural scientist Carlo Riva Agronomist Michele Pognani Agronomist Luca Corno Agronomist