Report on the data obtained in the demo farm Consorzio RIESCO

Transcript

1 Annex to Final Report n.10 Deliverable action 2.5: Report on the data obtained in the demo farm Consorzio RIESCO Azienda Sperimentale Vittorio Tadini 1

2 LIFE09/ENV/IT/ GAS-OFF "INTEGRATED STRATEGIES FOR GHG MITIGATION IN DAIRY FARMS Action 2.5. DEMONSTRATIVE ACTIONS: OPTIMIZATION OF BIOMAS CROPS USE IN A BIOGAS PLANT FED WITHOUTT LIVESTOCK EFFLUENTS Report concerning data of the demo farm Azienda Sperimentale Vittorio Tadini 2

3 Abstract The Consorzio Riesco is an association of producers, owner of a biogas plant with a capacity of 1 MW for the production of electricity. The digester, which started at the beginning of the project, was fed exclusively from biomass mainly corn silage, sorghum and ryegrass, was subsequently increased the share of livestock manure. Has participated in the Off-Gas project, with the objective of demonstrating to the local situation, the technical and economic feasibility of the use of biomass for energy production; was responsible for the collection of production data and feed. The plant began operation after the start of the project, and produces energy that feeds into the grid. It 'was drawn up and signed a partnership agreement which defines the conditions for cooperation between the Azienda Sperimentale " Vittorio Tadini " e Consorzio Riesco. Data collection included analysis of digested ph values and FOS / TAC (the ratio of organic acids and buffering capacity), and, at the beginning of the project, the determination of total solids and volatile solids, made through the Biomass Laboratory inside to Azienda Sperimentale " Vittorio Tadini. The consortium has also been involved in the activities of the demonstration organized by Azienda Sperimentale " Vittorio Tadini. The action took place without any change. The analisys of the fermenters, allowed to hold monitored the progress of the biological and of fermentation to give some guidance to the operators of the system for the management of the daily ration. The system was designed to operate without the use of livestock manure, but in the course of its operation, the need emerged for their use to maintain more stable fermentation; as of May 2012, the manure were stably inserted into the feed table. The action 2.5 has shown that, in the fermentation plants for the production of biogas, designed to be fed with the sun biomass, the insertion of livestock manure has a positive action on the maintenance of the fermentation; the use of waste products also helps to lower power costs, but the intermittent availability, and quality fluctuations make it difficult to use them in large quantities. From the table of product performance (table 1), expressed in Kwe / ton. of wet product (obtained from the data coming from the plant), corn silage proved to be the best and easy to use, but the determining factor is its cost of production, which can be reduced with an optimal management of digestate as a substitute for chemical fertilizers. The greatest difficulty for the use of the liquid digestate, remains the logistics for transport, where it is crucial the distance of the fields and the system used for fertilization in coverage: ferti-irrigation or direct distribution. The production obtained are shown in Table 2. 3

4 Denominazione Azienda dimostrativa Consorzio RIESCO (PC) Produzione di biogas Il Consorzio Riesco è un'associazione di produttori che ha realizzato un impianto di biogas con una potenza di 1 MW per la produzione di energia elettrica. Il digestore, partito all inizio del progetto, era alimentato esclusivamente da biomasse principalmente mais insilato, sorgo e loiessa, successivamente è stata aumentata la quota di effluenti di allevamento. Ha partecipato al progetto Gas-Off, con l'obiettivo di dimostrare, per la realtà locale, la fattibilità tecnica ed economica delle biomasse per la produzione di energia, si è occupato della raccolta dei dati di produzione e di alimentazione L'impianto del Consorzio Riesco ha funzionato dopo l'inizio del progetto, e produce energia che immette in rete. E 'stato redatto e firmato un accordo di partnership che definisce le condizioni per la cooperazione tra l'azienda Sperimentale " Vittorio Tadini " e Riesco. La raccolta di dati ha compreso l'analisi del digestato ph e valori FOS / TAC, e, all'inizio del progetto, la determinazione dei solidi totali e solidi volatili, realizzate dall'azienda Sperimentale Vittorio Tadini attraverso il Laboratorio Biomasse interno. Il Consorzio è stato anche coinvolto nelle attività di dimostrative organizzate dall Azienda Sperimentale Vittorio Tadini. L'azione si è svolta senza alcuna variazione. Cheope e Micerino L impianto del Consorzio RIESCO è collocato nella bassa pianura piacentina, concepito per il funzionamento con sole biomasse, ha due linee di fermentazione identificate con i nomi di Cheope e Micerino, ciascuna linea è formata da un fermentatore alimentato da una pompa per effluenti liquidi e un cassone alimentatore automatico montato su bilancia per ogni tipo di biomassa, e un post fermentatore, tutti mantenuti in miscelazione e riscaldati. La biomassa proviene da diversi soci imprenditori agricoli che conferiscono annualmente la quantità necessaria all alimentazione dei fermentatori. Vengono utilizzati anche sottoprodotti della lavorazione delle cipolle e della frutta conferita però in quantità limitata rispetto al fabbisogno totale ma che costituiscono un buona integrazione soprattutto in funzione del contenimento dei costi. La partenza dell impianto è avvenuta durante il 2011, ma i dati presi in considerazione partono dal 2012, per consentire l assestamento delle routine e la stabilizzazione dei processi. Azioni Il monitoraggio dei fermentatori, eseguito dall Azienda Sperimentale Vittorio Tadini presso il proprio laboratorio, ha preso in considerazione i parametri di ph del digestato e FOS-TAC (il rapporto tra acidi organici e potere tampone). L analisi di tali parametri ha consentito di tenere monitorato l andamento biologico delle fermentazioni e di dare utili indicazioni ai gestori dell impianto per la gestione della razione giornaliera, l obiettivo di questa azione non ha reso necessario estendere le analisi ad altri parametri per quanto riguarda i digestati. L impianto è stato concepito per funzionare senza l uso di effluenti di allevamento, in fatti nei primi mesi del suo funzionamento la razione di alimentazione non ne prevedeva l uso, ma nel corso del suo funzionamento è emersa la necessità di un loro impiego per mantenere maggiormente stabile la fermentazione, quindi è stato inizialmente introdotto in dosi che successivamente sono diventate decrescenti ma di uso costane. 4

5 Grafico 1 - Montly type and quantity for feeding Year 2012 A partire da maggio 2012 gli effluenti di allevamento sono stati stabilmente inseriti nel piano di alimentazione, dapprima in quantità elevata (Grafico 1) e successivamente dimezzata (Grafico 2) ma utilizzati sempre con continuità. Grafico 2 Montly type and quantity for feeding Year 2013 Risultato dei test L azione 2.5 ha dimostrato che, negli impianti di fermentazione per la produzione di biogas, concepiti per essere alimentati con le sole biomasse, l inserimento di effluenti di allevamento abbia una azione 5

6 positiva sul mantenimento della fermentazione, infatti per mantenere il livello produttivo atteso la quantità di biomassa è stata tendenzialmente minore nel 2013 rispetto al L utilizzo di sottoprodotti di scarto inoltre contribuisce ad abbassare i costi di alimentazione, ma la disponibilità discontinua, e gli sbalzi qualitativi rendono problematico il loro uso in grandi quantità. Nell impianto RIESCO i parametri biologici per le due linee di fermentazione si sono tuttavia mantenuti su valori sempre ottimali come si può vederee dai grafici 1, 2, 3 e 4. Grafico 3 - Biological parameters year 2012 of fermenter line CHEOPE Grafico 4 - Biological parameters year 2012 of fermenter line MICERINO 6

7 Grafico 5 - Biological parameters year 2013 for fermenter line CHEOPE Grafico 6 - Biological parameters year 2013 of fermenter line MICERINO Negli impianti di grossa taglia, l insilato di mais si è dimostrato il prodotto migliore anche per la sua facilità di utilizzo, ma il fattore determinante è il suo costo di produzione, per il cui contenimento la gestione ottimale dei digestati in sostituzione dei fertilizzanti chimici può dare un determinante contributo. Pratiche colturali Il piano colturale dei soci del consorzio viene elaborato secondo le specifiche concordate; partendo da una stima della produzione energetica dei prodotti, utilizzando non dati bibliografici ma desunti da un periodo campione di circa due mesi di funzionamento dell impianto, si è arrivati a definire una tabella di rendimento dei prodotti espresso in Kwe/ton. di prodotto tal quale, i valori ricavati sono 7

8 evidenziati nella tabella sottostante: Tabella 1 - Resa elettrica dei prodotti Grafico 7 - Resa elettrica dei prodotti Prodotto Resa Kwe/ton. liquame 0.7 trinciato mais 6.2 trinciato sorgo 3.8 frutta 1.5 cipolle 3.8 triticale 3.0 Al fine di evitare una sovrapproduzione di prodotti a bassa resa energetica, e quindi a problemi di stoccaggio in trincea, ogni Consorziato può soddisfare la propria quota energetica con un quantitativo di sorgo pari al massimo al 10% del quantitativo complessivoo ed un quantitativo di mais coltivato come secondo prodotto pari al massimo al 20% del quantitativo complessivo; la quota energetica viene calcolata a partire dalla percentuale di proprietà, da soddisfare con le biomasse nei limiti concordati di cui sopra. Le biomasse considerate per l alimentazione dei fermentatori inizialmente sono state anche sorgo e triticale, prodotte in piccola parte per il primo periodo di funzionamento, ma successivamente il gestore ha preferito l insilato di mais, oltre che per il rendimento, per facilità di gestione in tutte le fasi di lavorazione e successivo utilizzo, per tale motivo la raccolta dati è stata limitata alla coltura del mais. Le quantità conferite vengono poi corrette per il dato effettivo di umidità alla raccolta, per cui i campioni di biomasse produzione 2011 hanno fatto registrare questi valori di %ss relativi al conferimento delle aziende. Grafico 8 -Andamento sostanza secca conferimento 2011 N campioni tipo % ss 2 mais 21,84 2 mais 31,71 2 mais 36,43 2 mais 31,65 3 sorgo 33,69 6 sorgo 21,94 8

9 In talune zone dove non è possibile o problematico l uso dei digestati liquidi in copertura, si rende necessaria una integrazione con fertilizzante di sintesi. Tabella 2 - produzione diverse tecniche di fertilizzazione Coltura Digestato liquido MC/ha Digestato solido Kg/ha Fertilizzante di sintesi kg/ha N kg/ha Produzione t/ha Mais Mais Problematiche legate al digestato liquido La difficoltà maggiore per l utilizzo della fase liquida dei digestati resta la logistica dei trasporti, dove diventa determinante sia la distanza degli appezzamenti che il sistema utilizzato per la fertilizzazione in copertura: fertirrigazione o distribuzione diretta ecc. Queste difficoltà condizionano pesantemente le scelte degli imprenditori agricoli, in quanto incidono in modo sostanziale sui costi e sul management delle operazioni colturali, inoltre nella pianura padana si sta diffondendo l irrigazione a goccia o microirrigazione anche per la coltura del mais, pratica che comporta una modifica nelle routine di lavoro ma che apporta indubbi vantaggi nella successiva fase di cura colturale oltre al miglior utilizzo della risorsa idrica. Tuttavia i problemi per l inserimento in manichetta dei digestati liquidi, anche sottoposti a separazione, pone irrisolvibili problematiche dovute all imbrattamento ed all intasamento dei fori gocciolatori. 9