La gestione dell impianto di digestione anaerobica alimentato con sottoprodotti. Dott. Agr. Antonio Primante

Transcript

1 La gestione dell impianto di digestione anaerobica alimentato con sottoprodotti Dott. Agr. Antonio Primante

2 La gestione dell impianto di digestione anaerobica alimentato con sottoprodotti Impianti biogas: la situazione in Italia Assistenza tecnica e controllo del processo biologico Analisi caso studio Pollina negli impianti a silomais: una opportunità da monitorare 2

3 Impianti biogas: la situazione in Italia 3

4 IMPIANTI A BIOGAS: LA SITUAZIONE IN ITALIA Censimento degli impianti: numeri e ubicazione In Italia vi sono circa impianti biogas agro-zootecnici, la maggior parte dei quali in esercizio nel Nord Italia e caratterizzati da un alimentazione basata su silomais o altre biomasse dedicate. 85% Fonte dati: Terna 4

5 Disponibilità di biomasse residuali in Italia Effluenti zootecnici: t/a Scarti agro-industriali: t/a Residui colturali cellulosici: t ST /a Scarti macellazione: t/a Fanghi depurazione: t/a FORSU: t/a Colture energetiche da set-aside: ha Fonte dati: CRPA IMPIANTI A BIOGAS: LA SITUAZIONE IN ITALIA In Italia, la produzione potenziale stimata di biogas da residui organici equivale a circa 8 miliardi m 3 CH 4 all anno che è dell ordine di grandezza della produzione nazionale di gas fossile. 5

6 IMPIANTI A BIOGAS: LA SITUAZIONE IN ITALIA DECRETO 13 ottobre 2016, n. 264 Il D.m. introduce il Regolamento che entrerà in vigore in data 02/03/2017 e definisce "alcune modalità con le quali il detentore può dimostrare che sono soddisfatte le condizioni generali" previste dall'articolo 184-bis del Dlgs 152/2006, che consentono di escludere un residuo di produzione dal campo di applicazione della normativa sui rifiuti. Nell'Allegato 1 del decreto ci sono le "Biomasse residuali destinate all'impiego per la produzione di energia", suddiviso in due sezioni: Sezione 1: "Biomasse residuali destinate all'impiego per la produzione di biogas in impianti energetici"; Sezione 2: "Biomasse combustione". Per le biomasse riportate nelle due sezioni, vengono individuate le principali norme che ne regolamentano l'impiego ed una serie di operazioni ed attività che possono costituire "normali pratiche industriali". 6

7 IMPIANTI A BIOGAS: LA SITUAZIONE IN ITALIA Sezione 1: sottoprodotti per biogas 7

8 Assistenza Tecnica e Controllo del Processo Biologico 8

9 . ASSISTENZA TECNICA E CONTROLLO DEL PROCESSO BIOLOGICO Malfunzionamento impianti biogas Adoption of substrate Leakage of gas Comminution of substrate Heating system Machine house of cogenera.. Biogas cleaning Others Process and control techno... Voltage flutuation Gas storage Electrical power outage Measurement technique Biogas process Stirring device Pumps, piping Entry of solid matter Cogeneration unit 9

10 ASSISTENZA TECNICA E CONTROLLO DEL PROCESSO BIOLOGICO Problematiche cogenerazione 10

11 ASSISTENZA TECNICA E CONTROLLO DEL PROCESSO BIOLOGICO Biogas Gasolio Metano Da gas o particolato si generano, ad esempio, depositi che negli scambiatori di calore abbassano la conducibilità termica con conseguente diminuzione del rendimento termico. L aumento della contropressione dei gas di scarico riduce la potenza meccanica ed elettrica del cogeneratore 11

12 Il carico dei materiali solidi rappresenta una grossa problematica a causa della variazione nel contenuto di acqua, fibre, pezzatura ecc. ASSISTENZA TECNICA E CONTROLLO DEL PROCESSO BIOLOGICO Malfunzionamento sistemi di carico Un altra causa frequente di problemi è determinata dalla presenza di corpi estranei nella biomassa. 12

13 ASSISTENZA TECNICA E CONTROLLO DEL PROCESSO BIOLOGICO Malfunzionamento impianti biogas Adoption of substrate Leakage of gas Comminution of substrate Heating system Machine house of cogenera.. Biogas cleaning Others Process and control techno... Voltage flutuation Gas storage Electrical power outage Measurement technique Biogas process Stirring device Pumps, piping Entry of solid matter Cogeneration unit La ricerca condotta in Germania nel 2008 su un campione di 31 impianti ha dimostrato che il controllo del processo risulta la quinta causa principale di malfunzionamento 13

14 Ipotizzando una problema al processo biologico che porta ad una riduzione della potenza prodotta del 50 % per 1 mese: perdita per mancata produzione EE: ASSISTENZA TECNICA E CONTROLLO DEL PROCESSO BIOLOGICO Problemi nel processo biologico A differenza dei problemi tecnici, che in genere possono essere risolti abbastanza velocemente, i problemi di processo possono causare perdite di produzione di notevole entità e lunga durata. 999 * 22 * 30 * 0.28 * 50% = risparmio per minor alimentazione all impianto: 55 * 30 * 30 * 50% = perdita netta /mese 14

15 ASSISTENZA TECNICA E CONTROLLO DEL PROCESSO BIOLOGICO Problemi nel processo biologico In questo impianto, nel corso di una attività di monitoraggio prevista per un progetto di ricerca, si è verificato un repentino calo della produzione elettrica che si è protratto per circa 2 3 mesi. La riduzione è stata causata da un eccesso di carico organico (rosso verde invertiti). 15

16 Senza la conoscenza relativa alle caratteristiche dei substrati utilizzati e dei parametri di processo, il digestore rimane una BLACK BOX ASSISTENZA TECNICA E CONTROLLO DEL PROCESSO BIOLOGICO Processo biologico Trattare sottoprodotti in un digestore normalmente alimentato con colture cerealicole significa necessariamente dover disporre di sistemi di gestione più avanzati e di nuove competenze. 16

17 ASSISTENZA TECNICA E CONTROLLO DEL PROCESSO BIOLOGICO Possibili problematiche di processo 1. CONDIZIONI DI PROCESSO NON OTTIMALI DOVUTE A PROBLEMI TECNICI CONTAMINANTI (antibiotici, disinfettanti, muffe) 2. SUBSTRATI CONTENENTI SOSTANZE INIBENTI Biomassa COMPOSTI NATURALI SECONDARI (es. oli essenziali, composti dello zolfo) 3. ACCUMULO DI PRODOTTI DI DEGRADAZIONE Biomassa S.O.S.! 17

18 ASSISTENZA TECNICA E CONTROLLO DEL PROCESSO BIOLOGICO Limitare la concentrazione H 2 S nel biogas L H 2 S contenuto nel biogas determina la produzione di acido solforico (H 2 SO 4 ) nel cogeneratore. Se i gas di scarico vengono raffreddati al di sotto del punto di rugiada l acido condensa corrodendo gli scambiatori di calore ed il piping dei gas di scarico. Punto di rugiada dell acido solforico Corrosione da acido solforico 18

19 ASSISTENZA TECNICA E CONTROLLO DEL PROCESSO BIOLOGICO Limitare la concentrazione NH 3 nel biogas Dati da analisi composizione biogas (progetto PREA) - Fonte: RES 500 INIZIO FASE 1 INIZIO FASE NH3 (ppm) /08/07 07/08/07 08/08/07 09/08/07 10/08/07 11/08/07 12/08/07 13/08/07 14/08/07 15/08/07 16/08/07 17/08/07 18/08/07 19/08/07 20/08/07 21/08/07 22/08/07 23/08/07 24/08/07 25/08/07 26/08/07 27/08/07 28/08/07 29/08/07 30/08/07 31/08/07 01/09/07 02/09/07 03/09/07 04/09/07 05/09/07 06/09/07 07/09/07 08/09/07 09/09/07 10/09/07 11/09/07 12/09/07 13/09/07 14/09/07 15/09/07 16/09/07 17/09/07 18/09/07 19/09/07 20/09/07 21/09/07 22/09/07 23/09/07 24/09/07 25/09/07 26/09/07 27/09/07 28/09/07 29/09/07 30/09/07 01/10/07 19

20 PIANO DI MONITORAGGIO Caratterizzazione delle matrici in ingresso, dei fanghi in digestione e del digestato ST, SV, micro e macro nutrienti, inibenti Carico organico e capacità di trattamento carico organico giornaliero, OLR, DML Efficienza degradativa ASSISTENZA TECNICA E CONTROLLO DEL PROCESSO BIOLOGICO produzione residuale, riduzione dei SV, bilancio di massa 20

21 ASSISTENZA TECNICA E CONTROLLO DEL PROCESSO BIOLOGICO PIANO DI MONITORAGGIO Bilancio di massa Biogas SV Biogas Portata gas Composizione gas Matrici in ingresso SV In Digestato in uscita SV Dig SV In SV Biogas + SV Dig 21

22 Produzione quali-quantitativa di biogas portata, composizione (CH 4, CO 2, O 2, H 2 S, NH 3 ) Stabilità del processo ASSISTENZA TECNICA E CONTROLLO DEL PROCESSO BIOLOGICO PIANO DI MONITORAGGIO temperatura, ph, FOS/TAC Valorizzazione del biogas quantità di gas utilizzata, produzione di EE netta, ore di funzionamento, EE immessa in rete. 22

23 Caso studio: biogas impossible 23

24 Interventi di AT e CPB ANALISI DI CASI STUDIO Implementazione e messa a regime di un Piano di Monitoraggio Sopralluogo periodico per verifica funzionalità componenti, campionamento matrici, coordinamento attività di gestione interna Fornitura analizzatore biogas portatile Gestione giornaliera dell alimentazione ai due reattori e dei ricircoli Coordinamento con processi di flottazione e ossidazione aerobica Ricerca, validazione e dosaggio di un materiale finalizzato a limitare gli effetti inibenti degli oli essenziali 26

25 Pollina negli impianti biogas: un opportunità da monitorare 27

26 Inquadramento attuale POLLINA NEGLI IMPIANTI BIOGAS Fonte dati: Terna Si stima, per ogni MW elettrico installato, un consumo annuo di mais equivalente pari a ca t/anno Pertanto si è stimato un consumo complessivo di mais pari a ca t/anno Negli impianti a silomais è possibile sostituire almeno il 10 % ( t) del mais con altre matrici? 28

27 POLLINA NEGLI IMPIANTI BIOGAS Problematiche aperte Molti impianti hanno già ottenuto l autorizzazione ad impiegare percentuali variabili tra il 10 ed il 20 % di deiezioni avicole e quotidianamente usano queste matrici ormai da diversi mesi ma emergono i primi dubbi: Qual è la concentrazione di ammoniaca nel biogas? Riesco a rispettare il limite di 10 ppm di NH 3 prescritto dal fornitore del cogeneratore? La concentrazione di azoto ammoniacale sta aumentando, la resa in biogas del silomais è rimasta costante? Le emissioni di ammoniaca dagli stoccaggi potrebbero provocare problemi di odori? 29

28 Nell arte nota queste biomasse possono essere valorizzate attraverso la D.A. sfruttando singolarmente o in maniera combinata, diverse strategie per limitare gli effetti batteriostatici dell ammoniaca: POLLINA NEGLI IMPIANTI BIOGAS D.A. delle deiezioni avicole diluizione con acqua: è stata applicata già dagli anni 80 e porta a produrre enormi quantitativi di digestato aumentando le problematiche relative allo stoccaggio e spandimento delle deiezioni acclimatazione dei microrganismi: con il tempo (anni) si sviluppano microrganismi adatti ad operare a concentrazioni di ammoniaca libera molto più elevate rispetto a quelle normalmente ritenute inibenti ( mg/l) co-digestione: le deiezioni avicole possono essere trattate con altre matrici in modo da bilanciare l elevato carico di azoto presente (aumentare il rapporto C/N) strippaggio dell ammoniaca: comporta la produzione di solfato ammonico che può costituire un valido fertilizzante. 30

29 POLLINA NEGLI IMPIANTI BIOGAS Co-digestione con sottoprodotti cellulosici Paglia trinciata Paglia dopo la lisi Pellet di paglia 31

30 POLLINA NEGLI IMPIANTI BIOGAS Resa pellet di paglia in mesofilia La resa nell Impianto Pilota RES è stata di ca. 340 Nm 3 /t t.q. L indice di conversione riferito al silomais è ca Produzione oraria biogas (l/h) Inizio aggiunta paglia Inizio aggiunta paglia+brattee Inizio modif. T /1/15 1/2/15 8/2/15 15/2/15 22/2/15 1/3/15 8/3/15 15/3/15 22/3/15 29/3/15 5/4/15 12/4/15 32

31 POLLINA NEGLI IMPIANTI BIOGAS Preparati enzimatici: muta lo scenario? 33

32 POLLINA NEGLI IMPIANTI BIOGAS Preparati enzimatici: muta lo scenario? - Equivalenza attuale pellet di paglia-silomais: 340/210= Valore «per biogas» pellet di paglia: 50*1.6= 80 /t - Quotazione attuale pellet paglia: 100 /t; Δ da colmare 20 /t - Incremento resa pellet fino a 400 Nm3/t t.q? - Indice conversione passa a 1.9; valore: 50*1.9= 95 /t 34

33 POLLINA NEGLI IMPIANTI BIOGAS Benefici codigestione paglia - pollina - La pollina è una matrice ancora disponibile a un basso costo ed un elevato potenziale metanigeno - Diversificando la dieta introduciamo micro e macro elementi utili nel digestore - Ridurre spandimento (il pellet genera ca. il 50 % in meno di digestato per ogni t di silomais sostituito) - Riserva di sicurezza per far fronte a raccolti scarsi - Evitare inibizione da accumulo di NH 3 - Ridurre i rischi di problemi su cogeneratore causati dall NH 3 - Ridurre emissioni di ammoniaca da vasca finale 35

34 POLLINA NEGLI IMPIANTI BIOGAS Incremento concentrazione ammoniaca nei fanghi: calo di resa in biogas? In alcuni impianti che abbiamo avuto modo di monitorare risulta già chiaro che pur se limitata, l alimentazione di deiezioni avicole causa nel tempo un accumulo di ammoniaca nel mezzo. 36

35 POLLINA NEGLI IMPIANTI BIOGAS Monitoraggio NH 3 nei fanghi anaerobici Sono in corso test per verificare fattibilità attendibilità di una metodica per stimare il contenuto di NH3 grazie all analisi della concentrazione di NH 3 in equilibrio nello spazio di testa di un campione di fanghi opportunamente pretrattato. Non si tratta di una alternativa all analisi chimica di laboratorio ma di un test veloce in campo che possa dare un indicazione utile in termini differenziali per evidenziare un eventuale trend di accumulo da correlare con le problematiche riscontrate nel processo. 37

36 Primi risultati POLLINA NEGLI IMPIANTI BIOGAS Alcuni dei test preliminari hanno dato risposte che permettono di considerare fattibile la messa a punto della metodica in oggetto. Di seguito si presentano i risultati di un test svolto su campioni di fango a concentrazioni basse di azoto ammoniacale ma che già indicano una possibile correlazione nei termini ipotizzati. 38

37 Si ringrazia per l attenzione e si ricorda il nostro indirizzo per richiedere ulteriori informazioni o per contattarci biogas@resitalia.org