5 INFO BIOGAS BIOGAS QUO VADIS? MONTICHIARI Centro Fiera Venerdi 23 Gennaio La biologia nel fermentatore: Come perdere e come guadagnare

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1 5 INFO BIOGAS BIOGAS QUO VADIS? MONTICHIARI Centro Fiera Venerdi 23 Gennaio 2009 La biologia nel fermentatore: Come perdere e come guadagnare Dr. chim. Marlene Hölzl e Helmut Mittermair, B.T.S. Italia

2 La biologia nel fermentatore: Come perdere e come guadagnare Il processo microbiologico Inibitori del processo microbiologico Ammoniaca Accumulo di acidi grassi Caricamento irregolare Carico specifico troppo elevato Volume del fermentatore Substrati diversi insilamento Cogeneratore

3 Il processo microbiologico 1. Idrolisi Carboidrati Grassi Proteine Zuccheri Aminoacidi Glicerina Acidi grassi Acidi carbossilici Alcoli Gas 2. Acidogenesi 70% 30% Acido acetico Idrogeno Anidride carbonica 4. Metanogenesi 3. Acetogenesi Metano Anidride carbonica

4 Inibitori del processo microbiologico s.s. e s.s.org. Acidi grassi a catena lunga C18 e C12: 1,2mM/l (340 mg/l e 240 mg/l) Acidi grassi a catena corta Ammonio, Ammoniaca Idrogeno solforato Acido isobuttirico: 50 mg/l Ammonio: da 2,5 10 g/l Ammoniaca: da 150 mg/l H 2 S: mg/l Acido acetico Idrogeno Anidride carbonica H 2 : 1µmol/l (0,002 mg/l) Metano (%) Anidride carbonica (%)

5 Inibitori del processo microbiologico: Ammoniaca + OH - Ammonio Ammoniaca Ammonio Temperatura Valore ph Ammoniaca libera [mg/l] [ C] [mg/l] , , , ,4 1540

6 Inibitori del processo microbiologico: Ammoniaca + OH - Ammonio Ammoniaca Ammonio Temperatura Valore ph Ammoniaca libera [mg/l] [ C] [mg/l] , , , , ,3 1561

7 Inibitori del processo microbiologico: Accumulo di acidi grassi Biogas di cui metano Metano [m³/t di acido] [%] [m³/t di acido] Acido acetico Acido propionico ,3 529 Acido iso-butirrico ,5 636 Acido butirrico ,5 636 Acido iso-valerico Acido valerico Acido esanoico ,7 772 Acido eptanoico ,9 817 g / Fer Biogas Metano corr. el. mg/l g/m³ (1.665 m³) t / Fer. [m³/ F] [m³/ F] [kwh] Acido ac ,

8 Inibitori del processo microbiologico: Accumulo di acidi grassi Acidi grassi [mg/l] acidi grassi: mg/l 89 MWh 3,7 giorni di prod. piena Data di prelievo Somma degli acidi Acido acetico Acido propionico Acido iso-butirrico Acido butirrico Acido iso-valerico Acido valerico Acido esanoico Acido eptanoico Conc. Conc. Biogas Metano possibile prod. [mg/l] t / Ferm. [m³/ Ferm.] [m³/ Ferm.] di corr. el. [kwh] Acido acetico 8.551,3 14, Acido propionico 4.203,4 7, Acido iso-butirrico 866,2 1, Acido butirrico 123,3 0, Acido iso-valerico 903,3 1, Acido valerico 74,3 0, Somma per fermentatore: kwh 2 fermentatori (2 x m³): kwh

9 Inibitori del processo microbiologico: Caricamento regolare Partenza di un impianto: Produzione calcolata e produzione effettiva - sett. 52/ /2008 ( ) Energia elettrica [kwh] Data Produzione di en. el. dall' insilato di mais [kwh/d] Produzione di en. el. dall' insilato di erba [kwh/d] Produzione di en. el. dal letame [kwh/d] Produzione di en. el. dal liquame bovino [kwh/d] Energia elettrica prodotta [kwh]

10 Inibitori del processo microbiologico: Caricamento irregolare Rapporto fra energia elettrica teorica e prodotta effettivamente - sett ( ) Energia elettrica [kwh] Produzione di en.el. dall' insilato di mais [kwh/g] Produzione di en.el. dall` insilato di triticale [kwh/g] Produzione di en.el. dalla glicerina [kwh/g] Produzione di en.el. dal siero ultra concentrato [kwh/g] Produzione di en.el. dal grasso ad uso zootecnico [kwh/g] Produzione di en.el. dal liquame[kwh/g] Corrente elettrica prodotta [kwh] Data

11 Inibitori del processo microbiologico: Carico specifico molto elevato Rapporto fra carico specifico di s.s.org e produzione di energia elettrica ,0 8,5 25 8,0 Energia elettrica [MWh] ,8-11,7-9,5-11,3-5,4-18,0 2,1-5,0-11,9-14,0-18,6 9,0 0, sett. 49, 2, 5: inizio con un prodotto nuovo 7,1 18,7-11,9-31,5-32,9-21,7-41,6-31,4 12,8 4,1-1,6 17,7-9,8 7,5 7,0 6,5 6,0 5,5 5,0 4,5 4,0 3,5 Carico specifico di s.s.org. [kg/m³*g] -45 3,0 Corrente elettrica prodotta; media [MWh] Settimana Produzione di en.el. teor. totale; media [MWh/g] Differenza fra produzione effettiva e teorica [%] Carico specifico di s.s.org [kg/(m³ * g)] (F1 e F2)

12 Inibitori del processo microbiologico: Carico specifico molto elevato L`energia teorica ed energia elettrica prodotta effettivamente corrispondono fino a un carico specifico di 7,0 kg s.s.org/m³*d Più alto è il carico specifico di s.s.org., più alta è anche la differenza fra energia elettrica teorica ed energia elettrica prodotta effettivamente. Più basso è il carico specifico di s.s.org., più alta è la corrispondenza fra l' energia che l impianto avrebbe dovuto produrre e l' energia che effettivamente è stata prodotto (Eccezione: inserimento di un prodotto nuovo)

13 Quale dimensione devo scegliere per il mio impianto Esempio per il cogeneratore kw kwh - giorno Volume del fermentatore??... m 3 / kw 3.5 m 3 x 625 = 2187 m 3 5 m 3 x 625 = 3125 m m 3 x 625 = 4687 m 3 10 m 3 x 625 = 6250 m 3

14 Substrati diversi Esempio per un calcolo. Potenza del cogeneratore: 625 kw 625 * 24 = kwh / giorno Quantità di foraggio kwh : 400 kw = 37.5 t / giorno : 350 kw = 42.8 t / giorno : 380 kw = 39.4 t / giorno : 460 kw = 32.6 t / giorno Insilato di mais kwh / t Insilato di triticale kwh / t Paglia (s.s.: 85%) kwh / t Razione 60 : kwh / t Razione 60:20: kwh / t

15 Volume del fermentatore cogeneratore 625 kw * 5 m m 3 Foraggio fresco = t tq 4380 t s.s t s.s.org. 400 kwh / t insilato di mais Foraggio fresco = t tq 5005 t s.s 4755 t s.s.org. 350 kwh / t insilato misto Carico specifico di s.s.org. /m 3 x d Insilato di mais: 3.65 kg s.s.org giorni Insilato misto: 4.38 kg s.s.org giorni Misto + paglia: 4.81 kg s.s.org giorni Foraggio fresco = t tq 5320 t s.s t s.s.org. Attenzione: un alto contenuto di paglia assorbe tantissima acqua!! 530 kwh / t Insilato misto 30% + 30% + 40% paglia

16 Redditività di silomais in base al grado di decomposizione Grado Resa gas Quantità corrente prod.prezzo corr. Guadagno per decom. 32 % SS kwh / kwh t insilato di mais % oss m 3 / kg oss m 3 / t MF 65 % % con estrusore 85%

17 Substrati diversi Dati diversi per substrati diversi per un impianto di biogas Substrato s.s. biogas corr.el. residuo % m 3 /t kwh kg/t Liquame Letame Insilato di mais Insilato di erba Cereali Glicerina

18 La resa del gas dal letame bovino dipende dalla prestazione e dall alimentazione dei bovini. Il letame bovino con un alto contenuto di paglia, dopo un certo pretrattamento, può portare a ca kwh.

19 Insilato di mais negli impianti di biogas Insilato Resa di gas Prod. corren. Prezzo corr. Valore cor. mais% s.s. m 3 /t kwh/t / kwh /t per % s.s.

20 Esempio: s.s. - s.s.org.- H 2 O Insilato di mais 32 % 95% 68% Quantità di foraggio = t di prodotto = t di acqua = t di sostanza secca = t di sostanza secca organica Insilato di mais t totale H 2 O 8212 t Sostanza secca t Sost. secca org t

21 Costi per la coltivazone dell insilato di mais Foraggio 70 mc 700 kg/mc 50t / ha / ha mais / t mais Costi coltivazione Sementi 180 Fertilizzanti 140 Protezione delle piante 100 Somma costi diretti Lavori (Terreno, liquame, raccolto) Irrigazione 100 Interessi capitale mobile 10 Affitto Costi di produzione per mais nel silo Costi aggiuntivi silo prelievo trasporto Costi senza impianto di biogas

22 Calcolo dei prezzi per l insilato di mais t per ha Euro ,0 28,8 27,8 26,8 25,9 25,0 24,2 23, ,2 30,0 28,9 27,9 26,9 26,0 25,2 24, ,4 31,2 30,0 28,9 27,9 27,0 26,1 25, ,6 32,3 31,1 30,0 29,0 28,0 27,1 26, ,8 33,5 32,2 31,1 30,0 29,0 28,1 27, ,0 34,6 33,3 32,1 31,0 30,0 29,0 28, ,2 35,8 34,4 33,2 32,1 31,0 30,0 29, ,4 36,9 35,6 34,3 33,1 32,0 31,0 30, ,6 38,1 36,7 35,4 34,1 33,0 31,9 30, ,8 39,2 37,8 36,4 35,2 34,0 32,9 31, ,0 40,4 38,9 37,5 36,2 35,0 33,9 32,8

23 Insilato di Mais Concentrazione e digeribilità Insilato di mais tramite taglio alto SS pianta Quant. SS alla Conen. Digeribipianta energ. lità %SS % g SS MJ Nel % kg/ SS Resto pianta Pannocchia Taglio alto 60 cm % Resto pianta Pannocchia Taglio alto 30 cm % Resto pianta Pannocchia Pianta intera % Digeribilità aumentata 4%

24 Portato in valori. Come sopra, impianto a 625 kw/h kw/d Superficie necessaria t : 50t /ha = ca. 275 ha Raccolto pianta completa 100 % t pianta 30 cm 93 % t pianta 60 cm 87 % t Con bioacceleratore 100 % t Dove siamo allora?? SS t SS SS org. m 3 t CH4 m 3 tot. 32 % t 95.5% % t 96% % t 96.5% % t 95.5% x 9.94 x 38% = kwh x 0.22 = x 9.94 x 38% = kwh x 0.22 = x 9.94 x 38% = kwh x 0.22 = x 9.94 x 38% = kwh x 0.22 =

25 Perdita netta Energia durante l insilamento Condiziondi ottimali per l insilamento e ottima gestione: 5 % perdite Gestione mediocre : 10% perdite Causa Valutazione Perdita netta di Energia = Perdite di energia restante energia Perdite sul campo dipend. dal metodo 1-5 % 99 95% 1-5 % Respirazione inevitabile 1-2 % % 2-7 % Fermentazione inevitabile 4-10% % 6-10% Liquido da ferm. dipend. dal metodo 0-7 % % 6-22 % Ferment. sbagl. evitabile 0-10% % 6-30 % Deter. aerobico evitabile 0-10 % % 6-37 % Postriscaldam. evitabile 0-10 % % 6-43 %

26 Perdita foraggio in numeri Area ha Raccolto ha totale uro totale Perdite durante insilam. t t /t 5% 8% 12% Euro a tonnellata foragg Foraggio perso Kwh / kwh 0.22 Euro Tonnellate MF

27 Lunghezza trinciato e qualità di insilato di mais energetico Tipo di impianto di biogas Parametro 1 fermentatore 2 fermentatori 2 fermentatori fino a 5 m 3 / kw 5 10 m 3 / kw >> 10 m 3 / kw Ritenzione idr. breve< 30 d media d >> 50 d Carico specifico alto medio basso Rendim. del CH4 basso standard alto Lungh. trinciato < 5 mm 5 7 mm 6 8 mm Estrusione 6 8 mm 6 8 mm 6 8 mm trinciato corto: / ha diesel in più

28 Dimensionamento della trincea.. Un avanzamento di ca.2 metri a settimana deve essere mantenuto!! Anche la distanza fra trincea e tramoggia deve essere considerata Calcolo: tramoggia 65 m3 :1,5 m3 pala = 43 viaggi per 200 m = 8,6 km / giorno : 2,0 m3 = 32 = 6.4 km / giorno Se: 1 min./ pala : 43 * 1min.= 43 min. per 365= 261 h / a *60 = : 32 * 1 = 32 min. = 195 h / = Cioè : in 10 anni km percorsi= costi in Euro = = =

29 Influenza del cogeneratore sulla redditività.. Biogas / t tq CH4 valore energ. Cogen. kwh / t foraggio m 3 % kwh/m 3 rend.el.. % kwh % % % % % % % % 369 Potenza installata max. 625 kw 625 x 24h x 365 d kwh /a t tq t / ha ha : 421 kw = : 411 = ha : 400 = ha : 369 = ha

30 La biologia nel fermentatore: Come perdere e come guadagnare Grazie per l`attenzione e in bocca al lupo per il vostro impianto di biogas.