Regione Toscana - Novembre 2015

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1 Produzione di biometano ottenuto dal biogas di una codigestione anaerobica che tratta fanghi di depurazione, espurgo pozzi neri e FORSU Valorizzazione della frazione organica nel territorio del Comune di Lucca e Attivazione dell impianto del biometano presso il depuratore di Pontetetto (Lucca) Regione Toscana - Novembre 2015

2 Biometano: : che cos è è? Il biogas è prodotto attraverso la decomposizione biologica di sostanza organica in assenza di ossigeno in un processo conosciuto come Digestione Anaerobica. Il biogas contiene una percentuale di metano tra il 45 e il 55 %. Il Biometano è un biogas che ha subito un processo di raffinazione (upgrading( upgrading) ) tale da portare la percentuale di metano al 98% eliminando la CO 2 ed altre impurità e contaminanti.

3 La presente proposta contiene gli elementi essenziali per l attuazione l di un progetto mirato alla gestione della frazione organica dei rifiuti solidi urbani sfruttando l'impiantistica esistente attraverso un'integrazione tra l'attuale filiera di gestione dei rifiuti e quella di digestione anaerobica dei fanghi di depurazione delle acque. Gli impianti analizzati, per valutare la possibilità di trattamento combinato di fanghi e FORSU, sono quelli gestiti dalle società Sistema Ambiente S.p.A e GEAL S.p.A nel Comune di Lucca. Gli obiettivi di questo intervento sono: PREMESSE 1. Valorizzazione degli impianti esistenti e sfruttamento delle risorse già presenti sul territorio; 2. Diminuzione dei rifiuti conferiti presso impianti siti fuori Regione o fuori ATO; 3. Valorizzazione della produzione di energia rinnovabile con conseguente ottimizzazione dei costi di gestione dei rifiuti e trattamento delle acque reflue. Attraverso la collaborazione (già esistente) tra le due società,, e dopo alcuni studi che sono stati portati avanti anche dall ATO Toscana Costa (relativamente alla gestione delle acque) e dall ll ATO Costa (per la gestione dei rifiuti), si è sviluppata l idea di creare un sistema integrato ad impatto zero utilizzando gli impianti esistenti e già autorizzati presenti sul territorio del Comune di Lucca, e di limitare i quantitativi di rifiuti da inviare agli impianti di compostaggio. Questa soluzione permette di ottenere i seguenti vantaggi: 1. Riduzione degli impatti ambientali (minor traffico, assenza di nuove n aree da adibire a impianti di trattamento, minori emissioni di CO 2 ). 2. Valorizzazione economica dei rifiuti effettuata direttamente sul territorio di Lucca da società partecipate dal Comune che consente di garantire un controllo dei i costi di gestione; 3. Riduzione dei quantitativi di rifiuto trasportati agli impianti di compostaggio e miglioramento della qualità del rifiuto conferito con la conseguente diminuzione dei costi di trasporto e di recupero.

4 DIGESTIONE ANAEROBICA La digestione anaerobica è un processo biologico che in assenza dìd ossigeno consente la degradazione del materiale organico da parte di microorganismi,, con la produzione di materiale organico stabilizzato e biogas Fermentazione Le principali fasi del processo sono identificabili come idrolisi, acido genesi, acetogenesi e metanogenesi che devono essere ben controllate e bilanciate per consentire il corretto svolgimento dei processi metabolici.

5 CODIGESTIONE ANAEROBICA DI RIFIUTI ORGANICI (FORSU, FANGHI DI DEPURAZIONE, POZZI NERI ) AUTOTRAZIONE: mezzi GEAL e Sistema Ambiente PRODUZIONE BIOMETANO PRODUZIONE EE + ET Mesofilia = C Capacità max = 2,2 kgsv/(m3reattore*giorno) GEAL FANGHI da rifiuti (pozzi neri ) FANGHI DEPURAZIONE FORSU SISTEMA AMBIENTE BIOGAS (CH 4 = 50-70%; CO 2 = 30-50%) CER (rifiuti liquidi non pericolosi provenienti dal trattamento meccanico, presso Sistema Ambiente SpA,, della frazione umida dei rifiuti raccolti in forma differenziata.) DIGESTORE Tempo residenza = g Batteri mesofili = C MISCELA OUT DIGESTATO Frazione solida stabilizzata Digestore 1 GEAL (flusso concentrato con elevato contenuto di azoto ammoniacale e fosforo (ricircolato( in testa all impianto). SURNATANTE Frazione liquida (miscela con contenuto di secco variabile tra 11% 30%)

6 DIGESTIONE ANAEROBICA LA MISCELAZIONE DI FANGHI DI SUPERO DEGLI IMPIANTI DI TRATTAMENTO O DI ACQUE REFLUE CON ALTRI SUBSTRATI DI NATURA ORGANICA (FORSU) SCOPO incrementare i ratei di produzione di biogas grazie ad un sinergismo positivo creatosi in digestione per l'apporto dei nutrienti mancanti dal substrato. mantenere più stabile e costante il processo,, grazie alla compensazione delle fluttuazioni di massa stagionali, evitando sovraccarichi o al contrario carichi inferiori alla capacità stessa del digestore. La FORSU è una matrice organica ad elevata biodegradabilità e un notevole potenziale di produzione specifica di biogas,, quindi l'apporto in digestione integrata con i fanghi di depurazione consente di sfruttare l'eventuale capacità residua degli impianti con la conseguente produzione di un volume molto maggiore di biogas,, energia e fanghi con possibilità di utilizzo agricolo e/o smaltimento in compostaggio. Si aumenta dunque l'efficienza generale del processo. Le esperienze maturate fino ad oggi in numerosi impianti, sia in Italia che all'estero, dimostrano che i rifiuti organici provenienti dalla raccolta differenziata nonché i rifiuti organici di origine commerciale (come ristoranti, mense, m etc ) ) possono essere trattati con ottimi risultati negli impianti di digestione anaerobica che trattano fanghi di depurazione.

7 E evidente la spinta normativa verso soluzioni di trattamento con recupero di materiali o energia. NORMATIVE Recupero di MATERIALI = COMPOSTAGGIO Recupero di ENERGIA = DIGESTIONE ANAEROBICA Decreto 5 dicembre 2013 CAMPO DI APPLICAZIONE: Gli incentivi previsti dal Decreto si applicano anche, a determinate condizioni, agli impianti esistenti che già producono biogas che vengono convertiti, parzialmente o totalmente, alla produzione di biometano. UTILIZZO DEL BIOMETANO: : in impianti di distribuzione di metano per autotrazione esistenti o da realizzare, anche utilizzando reti e serbatoi di stoccaggio ad essi dedicati. Decreto 10 ottobre 2014 Il Decreto definisce innanzitutto che cosa si intende per rete ampliando la definizione e includendo tutte le reti e i sistemi di trasporto e distribuzione del gas naturale e del biometano comprese: le reti di trasporto e distribuzione del gas naturale i cui gestori hanno l obbligo di connessione di terzi; altre reti di trasporto; i sistemi di trasporto mediante carri bombolai; i distributori di carburanti per autotrazione sia stradali, che ad uso privato, compreso l uso l agricolo, anche non connessi alle reti di trasporto e distribuzione. INCENTIVI BIOMETANO UTILIZZATO NEI TRASPORTI: Il biometano utilizzato per i trasporti è incentivato tramite il rilascio, al soggetto che lo immette in consumo, di Certificati di Immissione in Consumo (CIC) di biocarburanti per un periodo di 20 anni decorrenti dalla data di entrata in esercizio. Tra i biocarburanti avanzati rientra anche il biometano se prodotto esclusivamente da determinate biomasse (colture dedicate, scarti agricoli e agroalimentari, FORSU e fanghi di depurazione): (Allegato 3, parte A del DM 10 ottobre 2014) QUALITA BIOMETANO: norme sulla qualità del biometano previste ai sensi dell art. 20 del D.Lgs. 28/2011 dall AEEGSI: (per biometano da immettere in rete); Non esistono standard tecnici internazionali per l utilizzo l del biometano nei veicoli (autotrazione( autotrazione) ) o per l immissione l in rete.

8 NORMATIVE La normativa italiana ha recepito la definizione europea di "biorifiuto" (bio-waste - Dir. 200B/98/CE) all'interno del D.Lgs.. 152/06 e s.m.i. in cui si legge all' art. 183 definizioni, comma 1, let.. d): << rifiuto organico - rifiuti biodegradabili di giardini e parchi, rifiuti alimentari i e di cucina prodotti da nuclei domestici, ristoranti, servizi di ristorazione e e punti vendita al dettaglio e rifiuti simili prodotti dall'industria alimentare raccolti in modo differenziato >>. Allo stesso tempo lo stesso decreto, sempre in recepimento delle direttive comunitarie, individua finalità e obiettivi specifici per la gestione integrata dei rifiuti che si contestualizzano nella riduzione dello smaltimento finale, attuando forme di riutilizzo, di riciclo o altre forme di recupero ro, anche tramite l'utilizzazione dei rifiuti come combustibili o come mezzo per produrre energia. L'intercettazione della componente organica del rifiuto urbano prima dello smaltimento, è necessaria anche in relazione al fatto che la direttiva 1999/31/CE relativa alle discariche di rifiuti, recepita nell'ordinamento italiano dal D.Lgs.. 36/2003,, fissa limiti precisi in kg/anno per abitante allo smaltimento to in discarica di rifiuti urbani biodegradabili (RUB). I quantitativi di rifiuti urbani biodegradabili collocati a discarica sono fissati in quantitativi inferiori a 115 kg/anno per abitante nel 2011 e a 81 Kg/anno per abitante nel La presente proposta di integrazione degli impianti esistenti nel Comune di Lucca, si pone pertanto in linea con le indicazioni sia comunitarie che nazionali in materia di rifiuti e in particolare per quanto concerne i rifiuti organici,, la cui gestione viene indicata come contributo alla lotta ai cambiamenti c climatici, aiuto al miglioramento della qualità dei suoli (compostaggio( compostaggio) ) e al raggiungimento degli obiettivi per l'utilizzo di fonti energetiche rinnovabili (biogas( biogas). Allo stato attuale, per il trattamento della FORSU, il Piano straordinario dell ATO Toscana Costa, approvato con Delibera d Assemblea d n. 11 del ,, richiede un fabbisogno stimato di trattamento biologico pari a t/a.

9 IMPIANTISTICA ESISTENTE NEL COMUNE DI LUCCA GESTIONE RIFIUTI URBANI SISTEMA AMBIENTE SPA GESTIONE DELLE ACQUE DEPURATORE PONTETETTO (LUCCA) - GEAL SPA: La società Sistema Ambiente effettua, nel Comune di Lucca, la raccolta, il trasporto e lo stoccaggio preliminare sia dei rifiuti indifferenziati che dei rifiuti differenziati. Allo stato attuale la società Sistema Ambiente è autorizzata alla gestione di una piattaforma ecologica ubicata in Via Ducceschi nella frazione di Sant Angelo in Campo nel Comune di Lucca. La Piattaforma ecologica è autorizzata allo stoccaggio e trattamento preliminare di: CER rifiuti biodegradabili di cucine e mense per un quantitativo di ton/anno; CER rifiuti di mercati per un quantitativo di 105 ton/anno. Allo stato attuale la società GEAL gestisce il Depuratore di Pontetetto,, il quale, oltre ai reflui urbani della città di Lucca, è già autorizzato al trattamento di rifiuti liquidi L impianto di trattamento rifiuti di Pontetetto è stato autorizzato in A.I.A dalla Provincia di Lucca nel 2008 a ricevere, in digestione anaerobica, ton/anno di rifiuti liquidi non pericolosi, mentre attualmente tratta circa ton/anno di rifiuti liquidi non pericolosi (pozzi neri, bottini etc ): potenzialità di digestione sfruttata solo al 50%. Produzione attuale biogas di circa / mc/a (1.400( mc/g /g)) e di circa / KWh più una quota parte di energia termica. L impianto di digestione anaerobica di Pontetetto presenta una capacità residua di trattamento; è perfettamente funzionante e con buoni rendimenti. L impianto, da questa operazione di miscelazione dei fanghi di supero con la FORSU, riceverà un sostanziale miglioramento del suo efficientamento energetico. L impianto in questione (soggetto alla Direttiva IPPC), ha ottenuto il rilascio dell Autorizzazione Integrata Ambientale da parte della Provincia di Lucca con Determina Dirigenziale n. 175/2008 e s.m.i.... L impianto di Pontetetto è autorizzato anche al trattamento di rifiuti liquidi non pericolosi con codice CER provenienti dal trattamento meccanico, presso Sistema Ambiente, della frazione umida dei rifiuti raccolti in forma differenziata.

10 SPERIMENTAZIONE CON LA FORSU PROVE DI TRATTAMENTO DELLA FORSU PRODOTTA DA SISTEMA AMBIENTE PROVA DI SPREMITURA FORSU ANALISI SUI CAMPIONI PRELEVATI DURANTE LE PROVE La prova monitorata è stata effettuata con la macchina Tiger,, avente luci di vagliatura da 200 mm,, su un quantitativo di FORSU tal quale di Kg.. Dopo il trattamento si è ottenuto la separazione di un sopravaglio e di una componente definita spremitura : Quantitativo di plastiche separate = 160 kg. Parte residuale della spremitura addizionata con liquido di processo al 2% in secco, per renderla facilmente pompabile: residuo di tale operazione = 2040 kg. Dalle analisi risulta che il rapporto C/N (carbonio/azoto) = 12,5, da ritenersi sufficiente; mentre sono ritenuti ottimi i valori di COD (contenuto di sostanza organica), misura che permette di correlare la produzione di metano alla riduzione di COD. Le analisi sui campioni prelevati durante le prove effettuate presso tre laboratori (GEAL, COMIECO di Cuneo, DI.Pro.Ve dell Universit Università di Milano) hanno confermato la bontà dell idea progettuale, di trattare in loco la FORSU prodotta a Lucca per la produzione di biometano. PROVE ANALITICHE DI BIOMETANAZIONE (RESA IN BIOGAS DELLA FORSU) Le prove analitiche di biometanazione hanno confermato la validità della spremitura da FORSU, ottenendo un risultato (anche se parziale in linea con gli altri campioni): CH 4 = 59,4% e NL/kgs.s. = 426 (resa in biogas).

11 SPERIMENTAZIONE CON LA FORSU ANALISI BIOGAS DA FORSU PROVE ANALITICHE DI BIOMETANAZIONE FANGO LUCCA FORSU

12 SPERIMENTAZIONE CON LA FORSU OBIETTIVI E PROPOSTE PER LA REALIZZAZIONE DI UN PROGETTO FINALIZZATO ZATO ALLA PRODUZIONE BIOMETANO PREMESSE: 1. Visto il ridotto utilizzo dell impianto e considerato che le analisi sulla FORSU, effettuate dopo una breve sperimentazione su un campione significativo prodotto da Sistema Ambiente, hanno confermato la validità dell idea e la compatibilità di utilizzo nel processo di codigestione,, attiva da anni sul depuratore di Pontetetto; 2. Considerato inoltre che l azienda l Sistema Ambiente che gestisce lo smaltimento dei rifiuti,, da tempo ha attivato la raccolta differenziata sviluppando il porta a porta, dove è stato verificato che il materiale raccolto presenta una buona qualità per essere trattato nella DA (digestione anaerobica); 3. Considerato il valore economico e ambientale del progetto appena illustrato; gli enti proponenti sono a richiedere alla Regione Toscana: 1. La possibilità di dare corso ad una Sperimentazione presso Sistema Ambiente e GEAL,, anche di breve durata, con lo scopo di monitorare e acquisire dati tecnici su scala reale, in modo da gestire in fase progettuale elementi concreti di valutazione. 2. La condivisione e collaborazione sul progetto data la sua valenza a ambientale e la sua portata innovativa. 3. La definizione di un iter amministrativo agile e adeguato per permettere la sperimentazione e la messa a regime dell'idea progettuale. L obiettivo principale è quello di completare la capacità residua dell impianto di depurazione GEAL con la FORSU, con lo scopo di produrre biogas per saturare le turbine esistenti (fonti di EE) e di produrre biogas per la raffinazione in biometano da destinarsi all autotrazione dei mezzi aziendali delle due aziende dei rifiuti e del ciclo dell acqua.

13 VANTAGGI: realizzazione di una operazione a filiera corta (la distanza tra le due aziende è di circa 5 Km in linea d aria) d che si viene a creare dalla fattiva collaborazione tra i due d Enti Gestori (Sistema ambiente e GEAL). Si evidenziano da subito: minori costi nello smaltimento, risparmi ambientali con minori km di percorrenza per smaltire i rifiuti fuori Regione, minor consumo di gasolio, riduzione sostanziale dell inquinamento inquinamento, ed un beneficio complessivo per la cittadinanza in termini ambientali ed economici. Stazione Travaso Sistema Ambiente Sant Angelo in Campo 4 km Lucca Primo trattamento della FORSU per l ottenimento di un sopravaglio da destinarsi a smaltimento e un sottovaglio (melassa con concentrazione 8-10%) da inviare ad impianto depurazione GEAL 5 km Pontetetto Impianto Recupero energetico GEAL

14 SVILUPPO DELLA FILIERA BIOGAS Per poter essere impiegato come biocarburante,, il biogas deve possedere caratteristiche analoghe al metano per auto disponibile al distributore; pertanto è necessario un processo di upgrading e standardizzazione. Il biometano commerciale prodotto può essere idoneo a: 1) immissione in reti di distribuzione del metano di alta e bassa pressione; 2) autotrazione; 3) produzione di calore/energia con equipaggio standard (caldaie e gruppi elettrogeni)

15 UPGRADING BIOGAS PER PRODUZIONE BIOMETANO Il biogas viene trasformato in biometano mediante un processo di rimozione dell anidride carbonica denominato uprading, associato a un trattamento di purificazione che in genere comprende le seguenti fasi: Deidratazione (o deumidificazione): operazione che consiste nella rimozione del vapor acqueo presente nel biogas,, mediante sistemi di raffreddamento realizzati in uscita dall impianto di digestione anaerobica; Desolforazione: : consiste nella rimozione dell acido solfidrico attraverso una precipitazione chimico- fisica; Rimozione di componenti indesiderate: : consiste nella eliminazione di polveri, mercaptani e ammoniaca. Già presenti in GEAL RIMOZIONE CO 2 : L obiettivo però principale di questa operazione è quello di ottenere un sostanziale incremento della produzione di biogas per poterlo raffinare e produrre biometano,, rientrando in una progressiva ottimizzazione dell uso dell energia energia disponibile e facendo in modo di favorire il suo utilizzo come combustibile per il parco automezzi delle rispettive aziende Assorbimento a pressione oscillante: : (PSA): in colonne riempite da materiali adsorbente (carboni attivi tivi e/o zeoliti) utilizzando delle variazioni di pressioni nel processo; Lavaggio ad acqua sotto pressione: : (PWS): sfruttando la maggior capacità di solubilità della CO2, il gas viene fatto confluire in una colonna di trattamento riempita di materiale plastico. Il gas incontrando il flusso liquido in controcorrente perde il contenuto di CO2 lasciando all utilizzo un gas costituito prevalentemente da CH4. Lavaggio chimico: (MEA, DMEA): avviene in scrubber chimici che fanno ricorso a soluzioni amminiche; grazie alle soluzioni amminiche la CO2 viene assorbita nella fase liquida: (soluzione al momento individuata per la sperimentazione, per la quale si è trovata la disponibilità di un impianto pilota: : perdite di metano < 0,1%). Lavaggio fisico con solventi organici: : simile come trattamento al lavaggio sottopressione, la CO2 viene assorbita da un solvente organico; Metodi di separazione tramite membrane: : le membrane sono costituite da materiali permeabili alla CO2 che c ne facilitano l eliminazione. l scelto

16 UPGRADING BIOGAS PER PRODUZIONE BIOMETANO LAVAGGIO CHIMICO La soluzione al momento individuata per la Sperimentazione, per la quale si è trovata la disponibilità di un impianto pilota, è quella di un impianto dove il trattamento viene effettuato mediante lavaggio chimico. Il lavaggio chimico presenta il vantaggio di una reazione chimica altamente selettiva a dove le perdite di metano sono inferiori al 0,1%. Il biometano commerciale prodotto può essere idoneo a: 1. Immissione in reti di distribuzione del metano di alta e bassa pressione; p 2. Autotrazione; 3. Produzione di calore/energia con equipaggio standard (caldaie e gruppi elettrogeni). Tutto l apparato l funziona a bassa pressione (SENZA CERTIFICAZIONE E/O SPECIALI AUTORIZZAZIONI), gli apparecchi sono semplici e di limitata manutenzione, caratterizzati rizzati da un basso consumo di energia, perdite trascurabili di metano, nessun accumulo di zolfo in attrezzature, ridotto consumo di acqua. Il sistema è completamente automatizzato e controllato. Dati tecnici: : (necessari per comprendere la portata di progetto): DATI Turbine presenti sul depuratore di Pontetetto: -potenza = 65 KW cadauna; -produzione a pieno regime (teorica) = 130 KW x 8760 h/a = KWh (1,1 MW); -produzione attuale biogas dal DA = mc/g; -massima EE dalle turbine = KWh/a; -il dato di produzione biogas è compatibile con il dato degli abitanti equivalenti (A.E( A.E.):.): A.E.. x 20 lt biogas/ab*g ab*g = lt/g = mc/g. DATI FORSU Analisi effettuate sui campioni di spremitura: Concentrazione spremitura pronta per l uso: l - COD = mg/l - BOD5 = mg/l - SST = mg/l - NH4 = mg/l - PH = 4,9 - Solidi Totali (residuo secco) a 105 C C = 11,9% - Solidi Totali fissi (ceneri SS) = 26,7% - Metalli pesanti nella norma - Rapporto C/N = 12,5 17,1 - Carbonio organico = mg/l; mg/l - Azoto Totale = mg/l; mg/l - Idrocarburi = 91 mg/l; 291 mg/l

17 UPGRADING BIOGAS PER PRODUZIONE BIOMETANO (98% in metano) Fonte: IEA Bioenergy - Biogas upgrading and utilisation (2006)

18 SISTEMA INTEGRATO GEAL SISTEMA AMBIENTE DIGESTORE 1 1 GEAL Mezzi GEAL e Sistema Ambiente RACCOLTA AUTOTRAZIONE ENERGIA ELETTRICA/TERMICA