La DA, non solo biogas...il digestato e l ambiente 22/06/2012. La digestione anaerobica per il miglioramento della sostenibilità ambientale

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1 Agroenergie Casalmaggiore 25, Giugno, 2012 La digestione anaerobica per il miglioramento della sostenibilità ambientale Fabrizio Adani Fabrizio Adani Full Professor Andrea Schievano Environmental Engineer Silvia Salati Environmental Scientist Fulvia Tambone Researcher Giuliana D Imporzano Barbara Scaglia Biologist Valentina Orzi Claudio Ledda Biotechnologist Università degli Studi di Milano Lab. Suolo e Ambiente, via Celoria 2, Milano Lab. Biomasse e Agroenergia, Parco Tecnologico Padano, Via Einstein, Loc. C.na Codazza, Lodi. Ester Manzini Arjana Doda Pharmacist Samuele Lonati Tommy Pepè Sciarria Biologist Laura Terruzzi Natural scientist Tel Fax gruppo.ricicla@unimi.it Carlo Riva Michele Pognani Luca Corno Know-how and trasfer consulting Applied R&D Ricerca Università degli Studi di Milano Lab. Suolo e Ambiente, via Celoria 2, Milano Industria e PMI Partner internazionali Spin Off Università Pubblica amministrazione Lab. Biomasse e Agroenergia, Parco Tecnologico Padano, Via Einstein, Loc. C.na Codazza, Lodi. Università degli Studi di Milano Lab. Suolo e Ambiente, via Celoria 2, Milano Lab. Biomasse e Agroenergia, Parco Tecnologico Padano, Via Einstein, Loc. C.na Codazza, Lodi. La DA, non solo biogas...il digestato e l ambiente Eccesso di azoto in Europa

2 metano CH4 Altre sorgenti e assorbimenti Agricoltura Trattamento e smaltimento rifiuti Altre sorgenti mobili e macchinari Trasporto su strada Uso di solventi Estrazione e distribuzione combustibili Processi produttivi Combustione nell'industria Combustione non industriale Produzione da energia G. Provolo, e trasform combustibili 0 % 5 % 10 % 15 % 20 % 25 % 30 % 35 % 40 % 45 % 50 % Azoto da effluenti di allevamento distribuito Emissioni di metano dal settore agricolo gestione effluenti 21% risaie 7% zone umide 2% fermentazioni enteriche 70% Protossido di azoto N2O Altre sorgenti e assorbimenti Agricoltura Trattamento e smaltimento rifiuti Altre sorgenti mobili e macchinari Trasporto su strada Uso di solventi Estrazione e distribuzione combustibili Processi produttivi Combustione nell'industria Combustione non industriale Produzione energia e trasform. combustibili 0 % 10 % 20 % 30 % 40 % 50 % 60 % 70 % 80 % Emissioni di protossido di azoto dal settore agricolo Emissioni di gas a effetto serra per comparto coltivazioni con effluenti di allevamento 20% Agricoltura, 8 % Trattamento e smaltimento rifiuti, 3 % Altre sorgenti mobili e macchinari, 3 % CO2eq Altre sorgenti e assorbimenti, 0 % Produzione energia e trasform. combustibili, 22 % coltivazioni con fertilizzanti minerali 30% coltivazioni senza fertilizzanti 50% Trasporto su strada, 20 % Uso di solventi, 1 % Estrazione e distribuzione combustibili, 2 % Processi produttivi, 5 % Combustione non industriale, 22 % Combustione nell'industria, 12 % Il 2% dei CO2 eq è attribuibile alla gestione degli effluenti Gruppo Ricicla - copyright

3 Ammoniaca NH3 Altre sorgenti e assorbimenti Agricoltura Trattamento e smaltimento rifiuti Altre sorgenti mobili e macchinari Trasporto su strada Uso di solventi Estrazione e distribuzione combustibili Processi produttivi Combustione nell'industria Combustione non industriale Produzione energia e trasform. combustibili 0 % 10 % 20 % 30 % 40 % 50 % 60 % 70 % 80 % 90 % 100 % NH 3 concentrations derived from IASI observations above the Po Valley Lieven Clarisse et al., Nature Gruppo Ricicla Geoscience - copyright 2, (2009) 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Traffico Diesel Traffico Motocicli Traffico Auto Benzina Off Road Riscald. Legna Riscald. Non Legna Agricoltura Industria Pr. Energia e Raffinerie Solventi Altro COV NOx PM10 primario Figure 3. The contribution of agriculture to different emissions in Lombardy Region (Lombardy Regional Environmental Agency, 2010). NH3 Principali sorgenti di PM10 primario Legna riscaldamento Traffico -Diesel 45% 28% 24% Off-road Primario 15% Industria 11% Agricoltura Traffico -AutoBenzina 6% 5% Traffico-Motocicli 3% Altro 8% 0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% Boccasile, 2010, dati ARPA La composizione del PM10 Secondario organico da COV Secondario inorganico da NOx, NH 3 (SO 2) Ripartizione PM10 25% primario 45% secondario da NOx, NH3 SO2 Primario secondario da COV 30% da Boccasile, 2010, dati ARPA PM10 secondario inorganico Principali sorgenti di NO x e NH 3 Traffico -Diesel Sorgenti NOx Industria Off road Riscaldamento Produzione energia e raffinerie Altro 10% 8% Boccasile, 2010, dati ARPA 17% 13% 11% 41% 0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 40% 45% Agricoltura - reflui Agricoltura - fertilizzanti Traffico -Auto Benzina 3% Sorgenti NH3 15% 30% Secondario Inorganico da NOx NH 3 (SO 2 ) 81% Altro 1% 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90%

4 Net release of mineral Nfromslurry (%of total N) Net release of mineral Nfromslurry (%of total N) 22/06/2012 Dada Boccasile, 2011 Dada Boccasile, portare valore aggiunto in azienda Digestione anaerobica, digestato e vantaggi ambientali Efficienza di utilizzo dell N Liquame suino Liquami bovini digestato Tal quale digestato Sep.Liquido Tal quale 30 Untreated cattle slurry (7.3%DM) Untreated pig slurry Digested pig slurry Digested cattle slurry (8.8%DM) Digested cattle slurry (4.9%DM) Days Days Da: SØRENSEN and MØLLER, 2008 ( unpublished (Sørensen & Møller,

5 Valore di sostituzione del fertilizzante minerale Efficienza fertilizzante digestato Fonte: Pedersen 2003 Gruppo Ricicla - copyright Fertilizzanti: risorsa finita Gruppo Ricicla - copyright

6 Potere fertilizzante Composizione chimica 22/06/2012 Terruzzi, 2012, by Gruppo Ricicla Prezzo dei fertilizzanti vs. petrolio Da: Ferrara, 2009 Valore potenziale dei nutrienti contenuti in un digestato Inpianto A Impianto B Inpianto C ton /anno digestato N (ton /anno) P (ton /anno) K (ton /anno) TS (ton /anno) DIGESTATO FANGO per N (eq. Urea) per P (eq. P2O5) per K (eq. Cl K2O) per TS (eq. compost qual) tot COMPOST INGESTATO Stabilità biologica + N-NH 4, P e K INGESTATO E la componente minerale..? DIGESTATO Ottimo concime COMPOST FANGO Potere fertilizzante + N tot e P Adani -DiProVe -2010

7 RENEWABLE NUTRIENTS by Fertilizzanti Rinnovabili La digestione anaerobica trasforma le matrici organiche in fertilizzanti: Fertilizzanti liquidi ad alto tenore di N solubile (NH 4 /Ntot )> 75% Fertilizzante a pronto effetto sostituisce completamente i fertilizzanti minerali azotati; Fertilizzanti organici solidi, funzione ammendante e stimolante; Fertilizzanti misto organici per applicazioni che richiedono azoto disponibile e a lenta cessione; Certificazione con marchio registrato (vedi ultime slide) Vantaggi: Risparmio di /Ha per fertilizzazione chimica; agricoltura di qualità free-chemical fertilizers ; Forte appeal per il consumatore, i.e. creazione di una linea di prodotti di alta qualità; no costi aggiuntivi per la filiera ed il consumatore finale; Certificazione con marchio registrato. Step 1 Preparare un buon fertilizzante: 1. Digestione anaerobica; 2. Separazione S/L + decantazione = Digestato liquido (DL) + digestato solido (DS); DL = in sostituzione fertilizzanti chimici DS = uso ammendante e/o esportato dall azienda Digestione (dati medi su 20 campionamenti in 3 impianti full scale) Ingestato Digestato Adani -DiProVe -2010

8 Separatore solido liquido (Centrifuga full scale) N -NH 4 /P = 4-12 N-NH 4 /K = 1-6 Frazione liquida = fertilizzante se: Digestione efficiente + separazioni efficienti Efficienza di utilizzo alla coltura N-NH 4 > 70% 90% N NH 4 / N org. Digestione efficiente secondo parametri: Stabilità biologica Aspetti igienico-sanitari Titolo N tot Titolo N- NH 4 Efficienza di utilizzo dose N a bilancio coltura copertura vasche di stoccaggio distribuzione con iniezione, interramento immediato o fertirrigazione localizzata Adani -DiProVe luglio 2009 Regione Lombardia SATA- ARAL, Cortesy by Flavio Sommariva Gruppo Ricicla - copyright Step 2 Aumentare l efficienza di utilizzo Copertura delle vasche Recupero biogas residuo Step 3 Riduzione dei volumi Differenziazione stream Il processo N-Free

9 La tecnologia N-Free Le varie fasi di separazione Step 4 Esportare frazioni minerali o organiche Valorizzare i nutrienti Strippaggio a caldo dell ammoniaca Strippaggio a freddo dell azoto ammoniacale Strippaggio a Caldo Step 4 Produzione di solfato ammonico Titolo 30% Non solo. riduzione emissioni; riduzione odori; riduzione patogeni.

10 (Thyø K.A. and Wenzel H. (2007) (Thyø K.A. and Wenzel H. (2007) Impronta odorimetrica Stabilità biologica VS impronta odorimetrica r = 0.98; P < 0.05 (Thyø K.A. and Wenzel H. (2007) Ingestato Digestato > >54719 Liquame suino Separator e Tipo FAN Separato solido AD vs. patogeni (Gruppo Ricicla e Regione Lombardia) Separat Decanter Separato 1572 o 100 liquido 7 2 liquido Concentrat 1 o solido 910 Patogeni Ultrafiltrazion Separato e Permeato 1325 U liquido 2 F UF Osmosi OI inversa 1464 Retentato Retentat 410 UF liquido o OI 6 Basificazione con calce Raffinazione Scarico in corpo Permeat o OI Torre di strippag gio In zeoliti H2 SO4 idrico superficiale Solfato Ammonico Retentato UF dopo strippaggio Odori (Unità olfattotmetriche), misurate nei diversi step dell impianto

11 Effetto igienizzante Effetti su E. Coli in digestione anaerobica termofila (< 45 ºC) Waste Manag. 25 (1), , 2005 AD vs. patogeni (Gruppo Ricicla e Regione Lombardia) Analisi unità di chimiche misura media dev.st media dev.st media dev.st media dev.st OD20 mg O2 / g s.s. 383,69 51,10 291,06 17,87 36,77 4,23 20,87 1,10 Grazie Analisi microbiologiche unità di misura LIQUAME INGES T DIGES T Streptococchi fecali u.f.c. / ml Coliformi fecali u.f.c. / ml Clostridio spp. u.f.c. / g Listeria spp. Dimostrata presenza Dimostrata presenza Dimostrata presenza Yersinia enterocolitica in 25 g Dimostrata presenza Dimostrata presenza Dimostrata presenza Enterobatteriacee u.f.c. / ml Escherichia Coli u.f.c. / ml sierogruppo O1 Non determinabile O153 Verotossine Escherichia coli Non dimostrata presenza Non dimostrata presenza Non dimostrata presenza Università degli Studi di Milano Lab. Suolo e Ambiente, via Celoria 2, Milano Lab. Biomasse e Agroenergia, Parco Tecnologico Padano, Via Einstein, Loc. C.na Codazza, Lodi. Tel Fax gruppo.ricicla@unimi.it Uova di Elminti Negativo Negativo Negativo Dati progetto: AD vs. patogeni (Gruppo Ricicla e Regione Lombardia)