Caratterizzazione analitica e misura del potenziale metanigeno di sottoprodotti dell industria alimentare e scarti agricoli

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1 CONVEGNO analitica e misura del potenziale metanigeno di dell industria alimentare e scarti agricoli S.Piccinini, M.Soldano, C.Fabbri, L.Rossi La ricerca e l innovazione nelle Centro Ricerche Produzioni Animali - CRPA Lab Reggio Emilia bioraffinerie integrate 6 novembre 2014 Sala D1 Centro Ricerche Produzioni Animali C.R.P.A. S.p.A.

2 Sottoprodotti e scarti agro-industriali Le attività agricole e agro-industriali generano quantità significative di residui e scarti di diversa tipologia, potenzialmente utilizzabili per la produzione di energia e di materia, attraverso processi di bioraffineria finalizzati alla produzione di fertilizzanti, biomateriali e biocombustibili. In questa categoria di scarti rientrano: le paglie dei cereali, gli steli, le foglie e i residui in genere di varie coltivazioni industriali e ortive di pieno campo (circa 13,3 milioni di ton di s.s., di cui circa 6 milioni disponibili per valorizzazione) ; derivanti dalla trasformazione industriale delle produzioni vegetali e animali: sanse di olive, buccette di pomodoro e altri sfridi di lavorazione delle produzioni orticole, di origine animale (sangue, carnicci, ecc.).

3 Sottoprodotti e scarti agro-industriali Principali generati dalla trasformazione di materie prime vegetali e animali (Elaborazioni CRPA anno di riferimento 2011) Materia prima trasformata (kt) Residui (kt) Pomodoro da industria (buccette, semi, ecc..) 5.340,3 240,6 Olive da olio (sanse vergini) 3.092, ,7 Uva da vino (vinacce) 6.008, ,7 Agrumi (pastazzo) 1.566,2 861,4 Latte (siero e similari) , ,7 Macellazione bovina, suina e avicola (SOA cat. 3 e 2 assimilati) (*) 5.833,2 665,2 (*) Sono stati esclusi quelli non avviabili a digestione anaerobica (piume, zampe, pelli, corna, ecc.), pari a circa il 45% del totale stimato.

4 Misura della potenzialità in metano (BMP Biochemical Methane Potential) Il potenziale metanigeno rappresenta la produzione di metano ottenibile da una matrice organica sottoposta a digestione anaerobica. Si esprime come Nm 3 per kg di sostanza organica (o solidi volatili, SV). Sistema BMP statico (in batch) Laboratorio CRPA Lab A norma UNI EN ISO 11734:2004 Sistema manometrico 48 reattori in vetro (vol tot 2,2 l- utile 1,35 l) Parametri della prova: Rapporto SV inoculo:sv substrato = 2 Temperatura costante 38 ± 0,2 C ph tamponato

5 BMP: informazioni ottenibili Resa produttiva biogas: Nm 3 /t SV o Nm 3 /t tq Resa produttiva metano: Nm 3 /t SV o Nm 3 /t tq Percentuale metano: % Degradabilità dei solidi volatili: % K max : intervallo di tempo per raggiungere la massima velocità di produzione (giorni) F max : degradabilità massima dei SV (%) F 50% : intervallo di tempo per raggiungere il 50% della produzione (giorni) F 90% : intervallo di tempo per raggiungere il 90% della produzione (giorni)

6 Misura della potenzialità in metano Rese in metano e degradabilità massima (Fmax): media e deviazione standard. (in parentesi il numero di campioni analizzati) di origine animale (SOA): matrici derivanti dalla lavorazione di prodotti animali (carnicci, grassi animali, latte e suoi derivati, sangue, contenuto ruminale, uova e derivati, ecc.). dell industria alimentare: categoria molto vasta che racchiude gli sfridi di produzione di diversi prodotti alimentari (pane, pasta, dolciumi, caffè, ecc.). scarti o residui vegetali: matrici residuali generate dalla lavorazione dei prodotti ortofrutticoli, della barbabietola e residui colturali.

7 Misura della potenzialità in metano Curve di produzione del tutolo di mais fresco. In alto produzione di metano, in basso degradabilità dei solidi volatili in percentuale rispetto al valore Curve di produzione del tutolo di mais fresco. In massimo. alto produzione di metano, in basso degradabilità dei solidi volatili in percentuale rispetto al valore massimo.

8 chimica Composizione chimica media di diverse matrici con elevata componente fibrosa. Ad eccezione dei campioni di sansa di olive, i valori riportati sono stati determinati tramite analisi NIR (Spettroscopia nel vicino infrarosso). Parametro (*) Unità misura Sansa di Paglia Tutolo di mais olive (1) fresco Stocchi di mais n campioni Sost. Secca % ± ± ± ± 1.60 NDF g/100 g s.s ± ± ± ± ADF g/100 g s.s ± ± ± ± 9.05 ADL g/100 g s.s ± ± ± ± 2.21 Ceneri g/100 g s.s ± ± ± ± 1.70 Resa in Nm 3 CH 4 tsv metano (2) (1) I valori si riferiscono alla media di campioni di sansa denocciolata, paté di sansa e fibra di sansa (2) Valore dell analisi di un campione con caratteristiche medie della matrice (*) NDF: è la fibra insolubile al detergente neutro, costituita da tutti i componenti della parete cellulare, cioè emicellulose più ADF. ADF: è la fibra insolubile al detergente acido, costituita principalmente da cellulosa, lignina e una quantità variabile di silice. ADL: è S. il Piccinini residuo dell ADF sottoposto a un attacco acido molto forte, si tratta della lignina, polimero di composti fenolici che fa parte della parete cellulare. La lignina lega fibre e proteine rendendoli indisponibili alla digestione.

9 Spettroscopia NIR Si basa sull'assorbimento delle radiazioni elettromagnetiche nel vicino infrarosso ( nm). E' una tecnica non distruttiva e non utilizza reagenti chimici. E' veloce e completa (fornisce più parametri contemporaneamente).

10 Conclusioni Il settore dell'agro-industria, produce quantità importanti di scarti e di natura organica; Le analisi chimiche e i test BMP condotti confermano che tali residui organici sono idonei alla trasformazione in biometano e risultano interessanti per l ottenimento di biomateriali attraverso processi di bioraffineria.

11 Grazie per l attenzione CONVEGNO La ricerca e l innovazione nelle bioraffinerie integrate s.piccinini@crpa.it 6 novembre 2014 Sala D1 Centro Ricerche Produzioni Animali C.R.P.A. S.p.A.