Il Biogas: nuovi approcci tecnicoscientifici. per lo studio delle biomasse e del processo biologico.

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1 IL BIOGAS, LE MATRICI ORGANICHE E LA GESTIONE DEL DIGESTATO Parco Tecnologico Padano Venerdì 15 Gennaio, 2010 Il Biogas: nuovi approcci tecnicoscientifici per lo studio delle biomasse e del processo biologico. F. Adani, A. Schievano, G. D Imporzano Gruppo RICICLA - Di.Pro.Ve. fabrizio.adani@unimi.it website: Università degli Studi di Milano, Via Celoria 2, Milano

2 La digestione anaerobica si distingue tra le filiere agroenergetiche per la versatilità e per l efficienza. Tecnologia adatta a spremere il contenuto energetico di materiale organico anche residuale (es. reflui zootecnici, rifiuti organici) prima della conclusione del ciclo del carbonio

3 NOI

4 Efficienza : Filiere energetiche a confronto Pioppo (Legna combustibile) Girasole (produzione olio) Mais (Etanolo) Mais (Biogas) Produzione tonts ha -1 Resa energetica Mjoule ha -1 Resa energetica TEP ha -1 Resa elettrica Kwh ha

5 Il nostro approccio Gruppo di lavoro eterogeneo: agronomi, biologi, ingegneri, scienze ambientali. chimica del suolo, agronomia, biologia, scienze ambientali, ingegneria ambientale Ricerca applicata: gestione dei rifiuti, compostaggio, digestione anaerobica, chimica del suolo, chimica ambientale, bioremediation, biorefinering ed altro Trasferimento know-how consulenza Ricerca Sviluppo Aziende Università Mondo Scientifico Amm.pubblica Esigenze del mercato Collaborazioni Feed-back

6 Il nostro approccio Ricerca applicata alla digestione anaerobica Impianti di Biogas Impianti aziende agricole Impianti smaltimento FORSU Esigenze Soluzioni nel mercato attuale Sviluppo Know-how Consulenza Qualità miscele di ingestato Monitoraggio processo Ricerca applicata Risposte contingenti Risposte a lungo termine

7 Massimizzazione delle produzioni di biogas nell impianto Processo biologico Attività Imprenditoriale Performance di processo Scelta del substrato organico ottimale

8 1. Scelta del substrato organico ottimale 1. Produzione potenziale di biogas; 2. Costo delle matrici organiche; 3. Disponibilità.

9 Quale ingestato? Matrici organiche disponibili F.O.R.S.U. Verde COLTURE SOTTOPRODOTTI Fanghi di depurazione Acque di processo di impianti di depurazione Deiezioni animali e scarti industria allevamento Scarti agricoli e colture energetiche Scarti lavorazione olii Scarti industria alimentare RIFIUTI Sottoprodotti organici Carta

10 Quale ingestato e quale digestato?... Quanto costa la matrice????......scelta imprenditoriale Quanto biogas produce la matrice? Quale è il rendimento di processo?...metodi per la sua stima

11 Test biologico: Gruppo Ricicla Anaerobic biogasification potential test ABP (L biogas kgts -1 ) Incubazione a 37 C in inoculo in fase metanigena 60 giorni ml biogas*gts ABP days

12 Biomasse a confronto ABP (Potenziale di Biogas) 1200 ABP (NL biogas * kg -1 TS) Colture energetiche Sottoprodotti industria agroalimentare Deiezioni animali FORSU e scarti organici

13 Costo biomassa Biogas potenziale CMP = costo del metano producibile: /m 3. 1 m 3 CH 4 = 3 kwh EE CEP CEP = costo = dell energia elettrica producibile: /kwhee.

14 0.28 /kwhee

15 .EE/ton x 0.28 /kwhee

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20 2. Processo biologico Parametri di processo.

21 Parameters value Parameter Ranges Measure unity Methane percentage in biogas >50 % ph 7-8 VFA concentration <6000 mg acetic acid/l Ammonia concentration <3000 mg/l Rate VFA/Total alkalinity <0.4 C/N ratio NaCl concentration <500 mm Sulphur concentration <22 mg/l

22 Identificazione di problemi di Possible processo problems Percentuale di metano nel biogas ph ph Ammonia> 3000 Ammonia< Sovraccarico del sistema 2. Accumulo di ammoniaca 3. salinità ph AGV/ alkalinità> Sovraccarico del sistema ph AGV/ alkalinità < Presenza di inibitori (antibiotici, fitofarmaci,acidi organici, metalli pesanti )

23 Identificazione di problemi di Possible processo solution 1. Sovraccarico del sistema Interruzione alimentazione Diluizione della concentrazione di AGV (Ricircolo di digestato ) Aggiunta di agenti alcalinizzanti (NaCO3) 2. Accumulo di ammoniaca 3. salinità Interruzione del ricircolo di digestato Diluizione della concentrazione di ammoniaca Diluizione con acqua Aumento dell alimentazione( se le condizioni lo permettono) 4. Presenza di inibitori (antibiotici, fitofarmaci,acidi organici, metalli pesanti ) Controllo dei materiali in ingresso

24 3. Performance di processo Resa di processo = quanto biogas potenzialmente producibile è prodotto nell impianto???? Resa biogas = [(BMP in x SS in ) (BMP out x SS out )] / BMP in

25 Resa biogas = [(BMP in x SS in ) (BMP out x SS out )] / BMP in????????? OK Metodo Ricicla - DiProVe

26 IMPIANTI IN SCALA REALE Impianto A 1.2 MW Colture + scarti agroindustriali + liquame suino Impianto B 1 MW FORSU Impianto C 1 MW Liquame suino e bovino + colture + siero di latte 4 mesi di osservazione

27 BILANCIO DI MASSA (full scale) Metodo I: Perdita biogas Prod En. Elettrica Impianto A Impianto B Impianto C GWh el/anno Moli di metano Moli di biogas + Acque condensa Peso Perso Impianto A Impianto B Impianto C ton / anno

28 Metodo II: Conservazione Ceneri H 2 O VS ceneri biogas H 2 O VS ceneri TS (g kg -1 ) VS (g kg -1 TS) IN OUT IN OUT Impianto A Impianto B Impianto C ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± 27.5 Peso Perso Impianto A Impianto B Impianto C ton / anno

29 BILANCIO DI MASSA (full scale) Metodo I Misura dell'energia prodotta in impianto Impianto A Impianto B Impianto C Perdita Peso 13.4% 9.5% 9.3% Metodo II Ipotesi di conservazione delle ceneri Impianto A Impianto B Impianto C Perdita Peso 13.6% 8.9% 8.9%!!CONGRUENZA!!

30 BILANCIO DI MASSA (Metodo III) 39 Campioni colture energetiche liquami suini glicerine ingestati e digestati Biogas prodotto Peso variazione peso (%) 100,0% 99,8% 99,6% 99,4% 99,2% 99,0% 98,8% 98,6% 98,4% 98,2% 98,0% 97,8% 97,6% giorni

31 Regressione lineare Perdita peso (kg kḡ 1 TS ingestato) biogas prodotto Nl kg -1 TS 120% 100% 80% 60% 40% 20% y = x R 2 = perdita di peso kg kg -1 TS 0% Biogas prodotto (Nl kg -1 TS ingestato) 25 C, 1 atm

32 Confronto tra i 3 metodi Metodo I Misura dell'energia prodotta in impianto Impianto A Impianto B Impianto C Perdita Peso 13.4% 9.5% 9.3% Metodo II Ipotesi di conservazione delle ceneri Impianto A Impianto B Impianto C Perdita Peso 13.6% 8.9% 8.9% Metodo III Modello lineare ottenuto in laboratorio Impianto A Impianto B Impianto C Perdita 14.9% 10.8% 10.6%

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34 Per informazioni, contatti e collaborazioni:: fabrizio.adani@unimi.it RICICLA GROUP WEB SITE