IMPIANTI DI BIOGAS - RECUPERO ENERGETICO DA RIFIUTI E BIOMASSE

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1 Ordine degli Ingegneri di Modena GESTIONE SOSTENIBILE DELLE ACQUE IN AMBITO URBANO IMPIANTI DI BIOGAS - RECUPERO ENERGETICO DA RIFIUTI E BIOMASSE Ing. Marco Spada Idrodepurazione srl Via Comina, 39 I Seregno (Milano) ITALY Info@idro.net Maggio

2 La PRODUZIONE DI ENERGIA da FONTI ALTERNATIVE AI COMBUSTIBILI FOSSILI ed il suo conseguente ruolo nella mitigazione dei cambiamenti climatici, rappresentano strumenti fondamentali e strategici per uno SVILUPPO SOSTENIBILE della nostra società. NUMEROSE TIPOLOGIE DI BIOMASSE O RIFIUTI possono essere utilizzate per PRODURRE ENERGIA, garantendo quindi la riduzione dello sfruttamento dei combustibili fossili, tramite l utilizzo di PROCESSI DI TIPO BIOLOGICO, CHIMICO O TERMICO. 2

3 Le attuali TECNOLOGIE DI PRODUZIONE DI ENERGIA DA RIFIUTI E BIOMASSE stanno trovando un RAPIDO SVILUPPO ed un CRESCENTE INTERESSE: molti processi sono in fase di ottimizzazione e stanno inoltre emergendo innovative applicazioni tecniche. Nonostante l INTERESSE CRESCENTE per queste tecnologie, il loro UTILIZZO rimane limitato in molti paesi, principalmente per motivi che esulano da aspetti tecnici o economici (scarso consenso pubblico, passate esperienze negative, conoscenze insufficienti, solo per citarne alcuni). 3

4 ENERGIA TECNOLOGIE DI PRODUZIONE DI ENERGIA da BIOMASSA da RIFIUTI 4

5 ENERGIA DA RIFIUTI E BIOMASSE UNIONE EUROPEA PACCHETTO ENERGIA: nuova politica a favore di un economia a basso consumo di energia con l IMPEGNO entro il 2020 a: Ridurre del 20% le emissioni int erne incentivando tutte le fonti alternative, pulite e rinnovabili, che limitano l emissione in atmosfera di gas climalteranti Aumentare del 20% la produzione di energia da fonti rinnovabili Promuovere fortemente e la RACCOLTA DIFFERENZIATA per sottrarre alle discariche mat eriali recuperabili (carta, vetro, alluminio e plastica) e materiale organico put rescibile (come richiesto da Direttiva Europea 99/ 31 sulle discariche, recepita in Italia da Decreto36/03) gestione sostenibile dei rifiuti PRODUZIONE ENERGIA 5

6 ENERGIA DA RIFIUTI E BIOMASSE normativa fiscale (finanziaria 2006 e 2007) Produzione di E.el. = attività agricola connessa promozione dell E.el. da fonti rinnovabili D.Lgs. 387 del 2003 Del. AEEG n. 34 del 2005 e n. 280 del 2007 Leggi n. 222 art. 26 e n. 244 art. 2 del 2007 Legge finanziaria 2008 normativa ambientale D.Lgs. 152/06, art.269/14.e), art.271/1 (emissioni in atmosfera) D.Lgs. 4/2008, art.2 (sottoprodotti) 6

7 ENERGIA DA RIFIUTI E BIOMASSE semplificazione procedure autorizzative ubicazione in zona Agricola PRG procedimento unico DIA per produzioni 250 kw el incentivazioni (filiera corta): periodo 15 anni C.V. x 1,8 tariffa fissa omnicomprensiva 0,22 /kwh (0,28?!) sino al 40% del costo dell impianto finanziabile 7

8 ENERGIA DA RIFIUTI E BIOMASSE IMPIANTO DI DIGESTIONE ANAEROBICA I PROCESSI ANAEROBICI possono essere suddivisi in base al: NUMERO DI FASI (UNA o DUE) REGIME TERMICO (MESOFILO o TERMOFILO) TIPO DI RIFIUTO TRATTATO TENORE DI SOLIDI CONTENUTI NEL RIFIUTO WET SEMI-DRY DRY con contenuto in solidi fino al 10% con contenuto in solidi tra 15-20% con contenuto in solidi > del 20% 8

9 ENERGIA DA RIFIUTI E BIOMASSE IMPIANTO DI DIGESTIONE ANAEROBICA SEZIONE 1 3 SEZIONI PRINCIPALI con i relativi reparti: SEZIONE 2 SEZIONE 3 9

10 ENERGIA DA RIFIUTI E BIOMASSE SEZIONE 1 RICEZIONE Conferimento di diversi tipi di rifiuti Caratteristiche ricezione Rifiuti indifferenziati e/o residuali Frazione organica selezionata da RU Fanghi di depurazione civile Rifiuti agro industriali Rifiuti zootecnici Dimensionata per minimo 2-3 giorni di stoccaggio Fossa interrata o piazzale di scarico a raso Facile avvicinamento e manovra dei mezzi di scarico e movimentazione rifiuti PRETRATTAMENTI Scelta operazioni da eseguire in base a Operazioni di norma eseguite Trattamenti avanzati matrici organiche Natura e caratteristiche del rifiuto in ingresso Tipo di processo di digestione anaerobica adottato Qualità e destino dei materiali in uscita dall impianto Dilacerazione contenitori e prima riduzione pezzatura Separazione metalli Separazione inerti e plastiche Controllo pezzatura Trattamenti chimici basati su processi ossidativi Trattamenti fisici basati su processi termici e/o meccanici Trattamenti biologici basati su processi enzimatici 10

11 CICLO BIOMASSA PER PRODUZIONE ENERGIA ELETTRICA Sezioni impianto 1. Conferimento Iniziale 2. Preparazione miscela 3. Digestore Primario 4. Digestore Secondario 5. Separatore Digestato 6. Trattamento Biologico Digestato Liquido 7. Essiccamento Digestato Solido 8. Stoccaggio Digestato Solido Essiccato 9. Sistema di Deodorizzazione 10. Cogeneratore 11

12 RIFIUTI, FANGHI DI DEPURAZIONE E BIOMASSA VEGETALE igienizzatore MISCELATORE VELOCE MISCELATORE LENTO DIGESTORI DIGESTORI 12

13 IL DIGESTATO DIGESTATO DIGESTORI DIGESTATO SOLIDO SEPARATORE ESSICCATORE DIGESTATO LIQUIDO DIGESTATO SOLIDO DISIDRATATO DEPURATORE IMPIANTO DI DEPURAZIONE BIOLOGICO 13

14 TRASFORMAZIONE DEL BIOGAS IN ENERGIA RETE ELETTRICA CERTIFICATI VERDI REDDITIVITÀ ESSICCATORE 14

15 APPROFONDIAMO RIFIUTI E BIOMASSE TRATTAMENTI PRIMARI BIOGAS DIGESTIONE ANAEROBICA COGENERAZIONE TRATTAMENTI SECONDARI 15

16 STOCCAGGIO E CONFERIMENTO INIZIALE Rifiuti Fanghi Biomassa Vegetale Tramogge di raccolta materiali grezzi in ingresso, complete di coclee convogliatrici e coclee elevatrici 16

17 SEPARATORE A MAGNETE - Piastra permanente - Nastro trasportatore principale - Nastro trasportatore allontanamento ferro Rimozione dei residui metallici mediante deferrizzazione magnetica 17

18 TRITURATORE MISCELATORE LENTO Sistema trinciante e miscelante costituito da due coclee contro-rotanti rotanti a movimento lento con lame stellari girevoli al tungsteno e contro-lame centrali 18

19 IGIENIZZATORE Serbatoio di igienizzazione coibentato,, con camicia riscaldante, realizzato in acciaio inox AISI 304/2B 19

20 TRITURATORE MISCELATORE VELOCE Trituratore miscelatore secondario a doppia coclea per disintegrare, miscelare e convogliare 20

21 DIGESTORI Digestore primario e secondario, in cui avviene, in condizioni did miscelazione e temperatura controllate, la degradazione della sostanzas organica e la produzione di biogas. Il liquido ricco di materiale organico viene miscelato con sofisticati agitatori a pale e trasferito con pompe a lobi per garantire la massima omogeneizzazione e resa in biogas. 21

22 SISTEMI DI MISCELAZIONE La miscelazione del fango nei digestori è assicurata da appositi agitatori a pale dimensionati per garantire un adeguata movimentazione della massa liquida anche in presenza di concentrazioni elevate. Miscelatori con albero inclinato a doppia elica Miscelatori ad albero inclinato con elica singola Miscelatori sommersi 22

23 SISTEMI DI RISCALDAMENTO Vengono applicati direttamente sulle pareti interne dei digestori. i. Nessuna corrosione microbiologica, come nel caso dell acciaio inox Nessuna formazione di biofilm, grazie alle superfici lisce del tubo t Assenza di rischi tossicologici e fisiologici Non sono necessari collegamenti Temperature di esercizio: da -40 C C a +95 C Resistente ai raggi UV, grazie allo strato protettivo grigio Resistenza alla pressione Resistenza alla deformazione Inossidabile 23

24 CUPOLE RACCOGLIGAS Il Biogas viene raccolto all interno di cupole con copertura a doppia membrana in fibra sintetica elastica, pneumatica e multistrato, spalmata in PVC, ad alta resistenza agli agenti fisici esterni e impermeabile al gas. Le vasche sono coibentate e riscaldate per garantire temperature ottimali 24

25 SISTEMA DI SEPARAZIONE DEL DIGESTATO Il digestato in uscita dal digestore secondario viene inviato ad un sistema di separazione solido-liquido. liquido. 25

26 DEPURAZIONE DIGESTATO LIQUIDO Impianto di depurazione del digestato liquido con processo biologico - denitrificazione - nitrificazione sedimentazione di tipo SBR (Sequencing Batch Reactor). 26

27 SISTEMA DI ESSICCAMENTO DEL DIGESTATO SOLIDO Turbo-essiccatore orizzontale, continuo, completo di camicia in acciaio o al carbonio, per la circolazione forzata di olio diatermico. Il riscaldamento e l'essiccazione del prodotto vengono effettuati i indirettamente per conduzione attraverso la parete calda del modulo cilindrico e direttamente mediante aria calda in equicorrente al prodotto da essiccare 27

28 SISTEMA DI BIOFILTRAZIONE DELL ARIA dei locali di conferimento e trattamento digestato solido Impianto di deodorizzazione dell aria mediante biofiltrazione biologica naturale, composto da una prima fase di lavaggio dell aria mediante scrubber e da una successiva fase di filtrazione naturale mediante biofiltro. 28

29 BIOGAS: CH 4, CO 2, H 2, H 2 S GRUPPO DI ANALISI E DESOLFORAZIONE BATTERICA del biogas con regolazione della concentrazione di ossigeno GRUPPO ESSICCAMENTO per abbattimento umidità e idrogeno solforato e miglioramento delle condizioni operative del motore di cogenerazione TORCIA automatica di combustione del biogas in eccesso, temperatura di combustione C C. 29

30 GRUPPO DI COGENERAZIONE Recupero combinato di energia elettrica e termica TAGLIA IMPIANTO 526 kw/h Rendimento elettrico 40,4% ~ Rendimento termico 37,4% ~ PRODUCIBILITÀ MWh/anno Ore lavorate anno >8.000 ore 30

31 ENERGIA DA RIFIUTI Impianto da t/anno di rifiuti fermentescibili in TERMOFILO ( abitanti) Esempio di bilancio energetico BILANCIO ENERGETICO Rendimenti di conversione 31

32 ENERGIA DA RIFIUTI CENNI SUI COSTI. Impianto completo di digestione anaerobica dotato di pretrattamento e selezione rifiut i, reat t ori di digest ione anaerobica, sezione di cogenerazione con produzione energia elettrica, fase di maturazione aerobica (compost aggio) e impiant o depurazione reflui /tonn x anno Le economie di scala hanno una forte influenza per impianti di grosse dimensioni (maggiori di tonn/anno) Impiant o di digest ione anaerobica per residui agricoli dot at o di pretrattamento, reattori di digestione anaerobica, separazione digestato liquido-solido, sezione di cogenerazione con produzione energia elettrica /KW 32

33 ENERGIA DA RIFIUTI Dicembre 2008 PRODUZIONE RIFIUTI URBANI IN ITALIA Produzione RSU nel 2006 = circa 32, 5 milioni di tonnellate 33

34 ENERGIA DA RIFIUTI PRODUZIONE E POTENZIALITA DEL BIOGAS IN ITALIA La produzione stimata di BIOGAS nel 2006 è di circa 4 TWh (dati Biogas Barometer 2007) Circa l 80% di questa produzione è dovuta al recupero di biogas dalle discariche per rifiuti solidi urbani La produzione del biogas ha una POTENZIALITA STIMATA di 8 miliardi di metri cubi di metano/anno o 25 TWh/anno.pari a un decimo circa della domanda di gas di 83 Gm 3 34

35 Conclusioni Le nuove tecniche, unite alle attuali normative di incentivazione, hanno la potenzialità per rendere conveniente la produzione di e.e. da biogas. La loro corretta applicazione ed una attenta gestione sono comunque elementi essenziali perché tale potenzialità diventi reale opportunità. Per una concreta e rapida diffusione di tali impianti è indispensabile che, in tempi rapidi, sia resa operativa la nuova normativa di incentivazione tramite la pubblicazione della legge in esame 35

36 RECUPERO ENERGETICO DA BIOMASSE E DA RIFIUTI GRAZIE PER L ATTENZIONE I Ing. Marco Spada Idrodepurazione srl Via Comina, Seregno (Milano) ITALY marco_spada@idro.net 36