RISULTATI DI PRODUZIONE DI BIOGAS DA DIVERSE BIOMASSE

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1 Massimo Brambilla (Università degli studi di Milano, Dip. VSA) Fabio Araldi, Barbara Bertazzoni e Matteo Zagni (ERSAF Lombardia) RISULTATI DI PRODUZIONE DI BIOGAS DA DIVERSE BIOMASSE PRODUZIONE DI BIOGAS DA BIOMASSE VEGETALI E REFLUI ZOOTECNICI RISULTATI DEL PROGETTO PROBITEC Cremona, 15 dicembre 2009

2 Perché la digestione anaerobica: nelle zone a forte concentrazione zootecnica sono frequenti le problematiche ambientali connesse all elevata concentrazione di allevamenti. Il digestato, oltre ad avere minori emissioni di gas serra, rispetto all effluente di partenza, presenta pure: potenziale odorigeno decisamente inferiore una migliore igienizzazione una migliore efficienza fertilizzante L interesse di tali impianti è destinato ad aumentare ulteriormente nel momento in cui saranno operative le modifiche in corso di approvazione al Decreto MIPAF 07/04/2006 nel quale si prospetta la possibilità che gli effluenti di allevamento dopo la digestione anaerobica non siano più considerati tali, ma un prodotto intermedio, da utilizzare ovviamente sempre nel quadro del Codice di buona Pratica Agricola: evitando di superare i fabbisogni delle colture senza sottostare, nelle zone vulnerabili, al limite assoluto dei 170 kg/ha/anno di azoto al campo da effluente di allevamento

3 Strumentazione realizzata nell ambito del progetto: Piattaforma di Laboratorio totalmente automatizzata e dotata di minidigestori in batch grazie alla quale è possibile confrontare, operando secondo procedimenti standardizzati, le varie biomasse disponibili per valutarne rese, sinergie nonché eventuali controindicazioni. quattro moduli interconnessi: tre ospitano le strutture termostatate all interno delle quali sono collocati i mini digestori in batch e i supporti per il l alloggiamento dei sacchetti che fungono da gasometro (un sacchetto per ogni minidigestore) La quarta ospita il sistema per l essicazione del biogas, il contatore a tamburo per la misurazione diretta della quantità prodotta e il sistema di analisi per la misurazione della sua qualità in termini percentuali di ossigeno, anidride carbonica e metano Il sistema è stato progettato per essere facilmente ampliabile aggiungendo altri moduli con i minidigestori in modo tale da potere incrementare il numero di campioni utilizzando il medesimo modulo con gli apparati di misura

4 Piattaforma di laboratorio presso ERSAF

5 Particolare dei minidigestori in batch

6 Il quadro di controllo

7 Il funzionamento A regime, tutte le operazioni legate alla gestione della fermentazione, al campionamento e all analisi sono svolte in automatico sotto il controllo di un computer dotato di un software dedicato che ha cura anche della predisposizione del database di riferimento in base al quale è possibile elaborare, per ciascuna biomassa testata, curve di produzione cumulata del biogas in cui in ascissa è rappresentato il tempo intercorrente fra campionamento e l inizio della prova, e, in ordinata, la produzione specifica di biogas espressa come normal m 3 prodotti per tonnellata di solidi volatili della matrice

8 Validazione dello strumento Ad assemblaggio ultimato il corretto funzionamento della piattaforma è stato verificato caricando tutti e 36 i minidigestori con la medesima quantità di inoculo e di matrice in modo tale da evidenziare eventuali possibili malfunzionamenti: Inoculo: 3000 g di digestato filtrato (ST: 4.5% del tal quale, SV: 68% dei ST) Matrice: 76,9 g di farina di mais (ST: 87.7%; SV: 98% dei ST)

9 Risultati della validazione: la produzione cumulata di biogas nei tre moduli della piattaforma m 3 /t sv Modulo Giorni Giorni

10 Confronto delle produzioni nei singoli moduli Modulo Media Deviazione std. Produzione media per Campionamento (m 3 /t SV ) Numero campionamenti Produzione cumulata Nessuna differenza significativa di produzione fra i tre moduli

11 Composizione del biogas Durante la fermentazione in batch, la composizione del biogas ha un andamento simile in tutti e tre i moduli della piattaforma: in principio la percentuale di metano è bassa mentre quella dell anidride carbonica è relativamente alta poiché in questa fase prevalgono i processi idrolitici che, degradando le molecole organiche, portano alla formazione di CO 2 % CH4 CO2 CH4 CO Modulo 3 Modulo 2 Modulo 1 20 Giorni

12 %CH 4 e %CO 2 mediamente riscontrate nel biogas prodotto Gas Modulo Media Min. Max. Max %CH ± ± ± Min % CO ± ± ±

13 Validazione nei confronti della letteratura Questo secondo test ha permesso di validare la procedura automatizzata mediante il confronto del potenziale metanigeno di alcune colture energetiche con i risultati ottenuti sulle medesime matrici sia da altri laboratori, sia con quelli riportati in letteratura insilato di mais insilato di sorgo insilato di triticale La prova è stata condotta mantenendo i digestori alla temperatura di 38 C

14 Matrice Potenziale metanigeno misurato (m 3 /t ss ) Riferimenti medi presenti in letteratura e ottenuti da altri laboratori (m 3 /t ss ) Minimo Massimo Insilato di mais Insilato di Sorgo Insilato di Triticale 658 ± ± ± ± ± ± ± ± ± 22

15 Esempi di curva di produzione restituita dal software m 3 /t sv Rottura di Riso Nei 37 giorni di prova si vede che le produzioni sono piuttosto regolari fino al 25 giorno, poi la produttività dei singoli batch tende a diminuire finché la produzione media cumulata di biogas si assesta intorno a 669 ± 63 m 3 /t SV Giorni

16 Variabilità di composizione del biogas prodotto Rottura di Riso % Giorni

17 Esempi di curva di produzione restituita dal software m 3 /t sv Soia Frantumata Nei 37 giorni di prova si vede che le produzioni sono sempre piuttosto regolari e si interrompono bruscamente La produzione media cumulata di biogas si assesta intorno a 594 ± 37 m 3 /t SV Giorni

18 Variabilità di composizione del biogas prodotto Soia Frantumata % Giorni

19 Esempi di curva di produzione restituita dal software m 3 /t sv Pasta per la pizza Nei 37 giorni di prova si vede che le produzioni sono sempre piuttosto regolari e si riducono significativamente intorno al 20 giorno. La produzione media cumulata di biogas non si assesta intorno a 508 ± 6.5 m 3 /t SV Giorni

20 Variabilità di composizione del biogas prodotto Pasta per la pizza % Giorni

21 Esempi di curva di produzione restituita dal software m 3 /t sv Insilato di Mais Nei 45 giorni di prova le produzioni, seppur con una certa variabilità, si riducono dal 30 giorno in poi. La produzione media cumulata di biogas si assesta intorno a 638 ± 142 m 3 /t SV Giorni

22 Variabilità di composizione del biogas prodotto Insilato di Mais % Giorni

23 Esempi di curva di produzione restituita dal software m 3 /t sv Triplo concentrato di pomodoro Nei 45 giorni di prova le produzioni, si riducono dal 20 giorno in poi. La produzione media cumulata di biogas si assesta intorno a 567 ± 69 m 3 /t SV Giorni

24 Variabilità di composizione del biogas prodotto Triplo concentrato di pomodoro % Giorni

25 Risultati produttivi siero Farinaccia di Riso Pasta Cruda Sfalcio di Prato Pasta Cotta Pasta Pizza insilato di sorgo insilato di triticale Pomodoro triplo conc Pollina Rottura di riso insilato di mais Scarto Essiccatoio Soia Frantumata Riso Verde

26 Conclusioni Alla fine del progetto PROBITEC è stata messa a punto una strumentazione che può essere messa al servizio dell energicoltore Le rese in biogas ottenute solo in parte confermano i dati bibliografici Esistenza di peculiarità legate alle caratteristiche intrinseche delle biomasse testate Deve essere ancora perfezionata la standardizzazione del protocollo di analisi Al momento, una certa importanza, in fase di allestiemnto delle prove, è rivestita dall adattamento dell inoculo utilizzato

27 Ringraziamenti Gli autori desiderano ringraziare per il supporto ricevuto durante le fasi di messa a punto della piattaforma l Ing. Claudio Guidotti (ditta Ambrasistemi s.r.l.) Sig.ri Damato e Desimio (ditta TGE s.r.l.) Un sincero ringraziamento va anche al Dr. Garbati (ditta HACH LANGE Italia) per la collaborazione e l interesse mostrati nel progetto A tutto il personale tecnico ERSAF che ha reso possibile la prova.

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