EUSEW ENERGY DAYS MAY AND JUNE 2017

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Dante Leone
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1 EUSEW ENERGY DAYS MAY AND JUNE 2017 Applicazioni innovative della digestione anaerobica Prof. Francesco Vegliò Università degli Studi de L Aquila Dipartimento di Ingegneria Industriale e dell'informazione e di Economia il Biometano un esempio di economia circolare 24 Maggio 2017

2 Filiere di conversione

3 Digestione anaerobica DIGESTIONE ANAEROBICA: processo biologico, in assenza di ossigeno, attraverso il quale la materia organica è trasformata in un gas ricco di metano ed anidride carbonica ed un effluente risultante (digestato). BIOGAS: miscela di CH4 (55-80%vol), CO2 (45-20%), H2S, NH3, H2O, H2, O2, N2 (ppm). PCI = MJ/Nm3 BATTERI PSICROFILI: temperatura operativa C HRT > 30 giorni MESOFILI: C HRT = giorni TERMOFILI: C HRT = giorni UTILIZZO BIOGAS: combustione diretta in caldaia, con produzione di sola energia termica; combustione in motori azionanti gruppi elettrogeni per la produzione di energia elettrica; combustione in cogeneratori per la produzione combinata di energia elettrica e di energia termica; uso per autotrazione come metano al 95%min dopo upgrading.

4 Impianto a biogas tipico Fonte: Zorg biogas

5 Fasi della digestione anaerobica

In base alla complessità della matrice di

nella fase di idrolisi ed acidogenesi acidi

6 In base alla complessità della matrice di partenza, la digestione anaerobica produce nella fase di idrolisi ed acidogenesi acidi grassi con numero variabile di atomi di carbonio. ACETICO PROPIONICO BUTIRRICO FORMICO Etc. FONTE: oni/manualilineeguida/manualilineeguida2005/capitolo1.zi p/at_download/file

7 ACETICO PROPIONICO BUTIRRICO VALERICO FORMICO Etc.. Nella fase di acetogenesi, gli acidi grassi volatili con numero di atomi di carbonio superiore a 2 vengono metabolizzati originando acido acetico.

8 Acido formico L'acido formico è il più semplice degli acidi carbossilici. L'acido formico è utilizzato come agente conservante ed antibatterico nei mangimi per animali. Spruzzato sul foraggio ne arresta alcuni processi di fermentazione. I sali derivati dell'acido formico, cioè i formiati, sono utilizzati nell'industria tessile, della carta, della gomma, della plastica e nella concia dei pellami. Alcuni suoi esteri trovano uso come aromi artificiali e come profumi. L'acido formico è prodotto per via chimica attraverso la reazione del metanolo con monossido di carbonio, a 40 atm ed 80 C. Il formiato di metile è fatto reagire con ammoniaca per ottenere formammide HCONH 2, che a sua volta passa è idrolizzata con acqua ed acido solforico a formare acido formico e solfato di ammonio. Un'altra sintesi, sempre chimica, prevede la reazione del CO con soda NaOH: il prodotto è costituito da formiato di sodio HCOONa che poi è sottoposto a reazione con l'acido solforico da cui si forma acido formico e solfato di sodio. Per via biochimica, invece, il formiato viene prodotto dall'ossalato in ambiente acido grazie all'azione dell'enzima ossalato decarbossilasi.

9 Acido acetico L'acido acetico è il secondo acido carbossilico, molto utilizzato industrialmente per la produzione del polietilentereftalato (PET) con cui si confezionano le bottiglie. L'acetato di cellulosa è impiegato per pellicole e lastre fotografiche, mentre l'acetato di polivinile per le colle da legno. Nell'industria alimentare, l'acido acetico è usato come additivo alimentare con la funzione di regolatore di acidità. L'acido acetico è prodotto sia per via chimica che per via biologica, tramite fermentazione batterica. La produzione biologica occupa solamente circa il 10% della produzione mondiale, ma rimane importante per la produzione dell'aceto, anche perché molte leggi nazionali sulla purezza del cibo determinano che l'aceto per uso alimentare debba essere di origine biologica. Circa il 75% dell'acido acetico prodotto per l'uso nell'industria chimica proviene da carbonilazione del metanolo. Altri metodi di produzione chimici consistono nell'ossidazione dell'acetaldeide e nell'ossidazione dell'etilene. Per quanto riguarda i processi biologici, la fermentazione ossidativa dei batteri Acetobacter produce acido acetico attraverso la fermentazione aerobica dell'etanolo. Si possono ottenere soluzioni mediamente con il 15%vol di acido acetico, ma alcuni ceppi di Acetobacter possono raggiungere la concentrazione del 20%vol in acido acetico. L'acido acetico può anche essere prodotto per fermentazione anaerobica di zuccheri più o meno complessi ad opera di particolari batteri anaerobi (Clostridium).

10 Acido propionico L'acido propionico è prodotto industrialmente attraverso la sintesi di Reppe, cioè una reazione di carbonilazione dell'etilene in presenza di acqua e di tetracarbonilnichel come catalizzatore, a bar e C. Il secondo processo più utilizzato per la sintesi di tale acido è l'ossidazione della propionaldeide in aria, con cobalto o manganese come catalizzatori, a C. Un terzo metodo poco usato è Una terza via sintetica si basa sull'ossidazione diretta degli idrocarburi, come ad esempio la nafta. In questo caso l'acido propionico rappresenta uno dei sottoprodotti della sintesi dell'acido acetico. I batteri del genere Propionicbacterium producono acido propionico come prodotto finale del loro metabolismo anaerobico. La produzione per via biologica, al momento, non ha grande rilevanza.

11 Acido butirrico L'acido butirrico si trova principalmente esterificato con il glicerolo in molti grassi naturali, animali e vegetali. In forma libera si trova a seguito dei processi di rancidificazione (idrolisi) di detti grassi soprattutto nel burro rancido, nei formaggi stagionati. Si forma in precisi processi di fermentazione degli zuccheri, e cioè la fermentazione butirrica. L'acido butirrico è necessario nella preparazione di una quantità di esteri butirrati: Gli esteri dal basso peso molecolare nell'acido butirrico, come il metilbutirrato hanno in gran parte sapori e odori gradevoli, e quindi trovano ampio uso nella produzione di profumi e degli aromi alimentari. Il butirrato è il prodotto finale di un processo di fermentazione unicamente eseguito da organismi anaerobici, e cioè batteri principalmente del genere Clostridium.

12 Metodi di recupero e separazione OBIETTIVO: recuperare i vari acidi dalla soluzione, dopo aver separato la biomassa separando e concentrando i vari acidi in maniera tale da ottenere prodotti con specifiche commerciali (purezza) Estrazione con solvente Filtrazione con membrana Scambio ionico Distillazione Elettrodialisi

13 Progetto Horizon 2020 PON 2014/2020 Produzione di acidi organici da scarti dell industria alimentare e FORSU Partners: 1- ThinkEco srl 2- Smart Waste Engineering srl 3- UNIVAQ

14 Progetto Horizon 2020 PON 2014/2020 Produzione di acidi organici da scarti dell industria alimentare e FORSU Impianto pilota FORSU Scarti vegetali Insilato di mais BIOREATTORE PILOTA CENTRIFUGA Solido umido Soluzione Soluzione reflua ESTRAZIONE E SEPARAZIONE ACIDI Energia termica Acido acetico Acido propionico Acido butirrico Acido formico Scarti vegetali Deiezioni Insilato di mais FERMENTATORE ANAEROBICO Biogas COGENERATORE Energia elettrica

15 WORKSHOP BIOMETANO, UN ESEMPIO DI ECONOMIA CIRCOLARE Grazie per la gentile attenzione Prof. Francesco Vegliò DIIIE Facoltà di Ingegneria, UNIVAQ Tel.:

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