PROGETTO NITRANT 2014 VISITA TECNICA ALL AZIENDA AGRICOLA BENNATI SAN CANZIAN D ISONZO (GO) 19 NOVEMBRE 2015

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1 PROGETTO NITRANT 2014 VISITA TECNICA ALL AZIENDA AGRICOLA BENNATI SAN CANZIAN D ISONZO (GO) 19 NOVEMBRE 2015 FOCUS: LA DIGESTIONE ANAEROBICA A SECCO Pubblicazione realizzata da Veneto Agricoltura, Settore Bioenergie e Cambiamento Climatico - nell ambito del Progetto Nitrant Testi e foto: Clelia Rumor, Fabiano Dalla Venezia. 1

2 L AZIENDA L azienda agricola Bennati è un allevamento di bovine da latte: attualmente sono presenti circa 1700 capi, di cui 700 in lattazione. Le bovine in lattazione sono allevate in stabulazione libera su cuccetta a buca con paglia intera come materiale di lettiera (Figura 1). Le corsie di servizio e di alimentazione sono in pavimento pieno, le deiezioni che si accumulano sono rimosse una volta al giorno con pala meccanica. La rimonta (manze, manzette, vitelle) viene allevata in box multipli su lettiera piana (Figura 2). Per la lettiera si utilizza paglia intera. La pulizia completa dei box avviene circa una volta al mese; a metà tra una pulizia completa e la successiva (dopo 15 giorni circa) viene fatta un integrazione di paglia nuova. Figura 1. Una delle stalle per le bovine in lattazione. A destra, dettaglio della zona di riposo con le file di cuccette e la corsia di servizio. Figura 2. L allevamento della rimonta, in box multipli su lettiera piana. A sinistra, i box per le vitelle e le manzette, a destra quelli per le manze. Il letame rimosso dalle stalle viene accumulato in una concimaia scoperta in attesa di essere avviato all impianto di digestione anaerobica (Figura 3). 2

3 Figura 3. La concimaia scoperta per l accumulo del letame. L IMPIANTO DI DIGESTIONE ANAEROBICA A SECCO E stato avviato nel E composto da 11 celle di fermentazione in calcestruzzo armato da 7 * 30 * 5 m (larghezza * lunghezza * altezza), dotate di portoni frontali a tenuta ermetica per le operazioni di carico e scarico (Figure 4 e 5). I digestori lavorano in regime mesofilo (38 C). Il riscaldamento delle celle è garantito da una serie di tubazioni inserite nel pavimento, in cui scorre l acqua calda (50 C) proveniente dal circuito di raffreddamento dei motori di combustione del biogas. Figura 4. Panoramica dell impianto: si tratta di un edificio che al piano terra ospita le 11 celle di fermentazione e il gruppo di cogenerazione. Al primo piano sono posizionati i gasometri per l accumulo del biogas. 3

4 Figura 5. Una cella di fermentazione caricata con materiale fresco, pronta per essere chiusa. In evidenza la griglia metallica di contenimento, che viene fissata sui tre lati della cella, a protezione dei portoni di chiusura e della sicurezza degli operatori durante le operazioni di svuotamento a fine ciclo. Ogni cella viene caricata con t di miscela palabile, costituita da circa 100 t di silomais, 200 t di letame e di digestato proveniente dal ciclo precedente, che viene impiegato come inoculo per assicurare una partenza rapida delle fermentazioni anaerobiche. La miscela di letame e silomais viene preparata da 4 a 10 giorni prima del carico nel digestore e conservata in una trincea coperta. Durante il processo di fermentazione si forma del percolato. Questo viene raccolto dalle canalette poste sul pavimento della cella stessa per poi essere ricircolato e irrorato sui cumuli in digestione tramite appositi ugelli posti sul soffitto delle celle (Figura 6). Il ricircolo del percolato svolge più funzioni: - mantiene umido il prodotto; - apporta sostanza organica al prodotto; - apporta batteri al prodotto; - mantiene caldo il prodotto. Ogni cella viene irrorata con m3 di percolato al giorno. Figura 6. Le tubazioni per il ricircolo e la distribuzione del percolato posizionati sul soffitto della cella di fermentazione. In evidenza anche uno dei camini per l aspirazione del biogas prodotto.! 4

5 Le canalette di raccolta del percolato sono disposte in tre file (due laterali e una centrale), protette da una griglia metallica e ricoperte da uno strato di paglia per evitare il contatto diretto e quindi il possibile intasamento con la miscela palabile introdotta. Viene impiegata una balla di paglia ( kg) per coprire ogni fila. Durante il ciclo di fermentazione, nonostante la griglia metallica e lo strato di paglia protezione, è facile che le canalette di raccolta del percolato si intasino. In questi casi il percolato si accumula nella cella, arrivando anche ad altezze di 1-1,5 m. Quando questo accade, l irrorazione viene sospesa e il percolato viene scaricato fuori dalla cella di fermentazione mediante tubazioni aggiuntive di soccorso. Il ciclo di fermentazione dura 28 giorni. Al termine, il prodotto viene estratto con pala meccanica e accumulato in una trincea coperta in attesa di essere portato in campagna. Le operazioni di carico e scarico hanno durata di circa 7-9 ore, impiegando due persone con due pale meccaniche e un rimorchio. La gestione del percolato Il percolato raccolto dalle celle di fermentazione viene convogliato in una prima vasca di raccolta da 30 m 3, interrata e riscaldata a 40 C ca. Da qui viene avviato a una seconda vasca di raccolta; la pompa che trasferisce il percolato dalla prima alla seconda vasca è dotata di un organo trituratore in grado di rompere gli agglomerati solidi che si formano e omogeneizzare il prodotto. La seconda vasca di raccolta del percolato ha una capacità di circa 250 m 3 (51 m 2 * 4,90 m di altezza) ed è a tutti gli effetti un fermentatore, con una produzione di biogas pari a quella di due celle anaerobiche. La vasca è riscaldata (a 40 C) ed è dotata degli stessi sensori di misurazione/prelievo del biogas delle celle anaerobiche. Il livello del percolato all interno della vasca varia da 0,80 a 3,80 m. Il ph del percolato viene misurato giornalmente dal personale mediante prelievo ed analisi di campioni, ed è di circa 8. Il processo di fermentazione-il biogas I digestori vengono mantenuti in depressione (da -3 a 0 mbar) mediante l azione di soffianti che aspirano il biogas prodotto nelle celle di digestione convogliandolo ai gasometri oppure liberandolo in atmosfera. Il biogas viene aspirato attraverso dei camini presenti sul soffitto delle celle (Figura 6). Il primo gas che si forma all inizio del processo di fermentazione è detto gas magro, in quanto non ha ancora un contenuto in metano tale da poter essere impiegato in combustione. Viene pertanto liberato in atmosfera. Quando invece prendono piede le fermentazioni metani gene e il gas raggiunge un tenore in metano > 10% e < 5% in ossigeno viene invece convogliato al gasometro. Dispositivi di controllo del processo presenti nelle celle di fermentazione Oltre alle canalette per la raccolta del percolato e le tubazioni e gli ugelli per l irrorazione del percolato di ricircolo, all interno delle celle sono presenti: - una guardia idraulica per il controllo della pressione interna del gas; in caso di guasti alle apparecchiature elettriche o di disconnessione dalla rete elettrica, il 5

6 biogas per evitare l aumento eccessivo della pressione all interno delle celle dovuto l accumulo del biogas la guardia idraulica consente lo sfogo del gas in atmosfera. Il gas rompe la guardia idraulica al superamento dei 15 mbar di pressione; - un punto di prelievo per l analisi del biogas: il gas viene prelevato in automatico ogni 45 minuti e avviato a un analizzatore per l analisi del tenore in CO 2, O 2, CH 4 e H 2 S. Quando il livello di H 2 S del biogas supera le 300 ppm per tre analisi del gas consecutive, all interno della cella viene introdotta aria dall esterno, per attivare la desolforazione biologica (realizzata dai solfobatteri). Aggiunta di Ferro al percolato Vengono aggiunti al percolato 50 L di cloruro di ferro (al 20% di ferro attivo) ogni 2 giorni. L obiettivo dichiarato è quello di fornire questo microelemento ai batteri responsabili delle fermentazioni microbiche. Rinnovo del percolato Per evitare l arricchimento eccessivo di ammoniaca nel percolato, inevitabile con il passare del tempo, periodicamente circa il 10% del percolato viene estratto dalla vasca di raccolta e sostituito con acqua. I gasometri Sono due sacconi posizionati al secondo piano dell edificio che ospita le celle di fermentazione, posati sulla soletta isolata con lana di roccia (Figura 7). I gasometri sono collegati tra di loro per far sì che il gas sia uniformemente miscelato e distribuito. La capacità di stoccaggio complessiva è di circa 1000 m 3. Figura 7. I gasometri di accumulo del biogas. Si tratta di due sacchi tenuti in posizione da dei tiranti legati alle colonne dell edificio. Dai gasometri il biogas viene avviato al gruppo frigorifero per la condensazione del vapore acqueo (Figura 8). 6

7 In uscita dal gruppo di condensazione è presente un punto di analisi del biogas per verificarne il tenore in H2S, che in media si aggira sui ppm. La percentuale di metano del biogas media in uscita dal gasometro varia invece dal 46 al 55%. Figura 8. Il gruppo di condensazione per il trattamento del biogas, situato all esterno dell edificio che ospita le celle di fermentazione e i gasometri. L UNITÀ DI COGENERAZIONE E costituita da tre motori endotermici: due da 380 kwel più uno da 190 kwel, per un totale di 950 kwel di potenza utile (Figura 9). Il 7-9% della produzione elettrica è impiegata per l autoconsumo. L impianto è dotato anche di scambiatore per il recupero del calore dai fumi di combustione, che però non viene utilizzato. Il calore recuperato dai circuiti di raffreddamento dei motori di combustione viene impiegato per il riscaldamento delle celle di fermentazione, delle vasche di raccolta del percolato e degli uffici. Figura 9. La sala macchine che ospita il gruppo di cogenerazione. In primo piano uno dei tre motori endotermici. 7