Quando l energia vie dagli effluenti bovini

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1 Quando l energia vie dagli effluenti bovini Le deiezioni prodotte da 160 bovini in produzione, calcola il Crpa, permetterebbero di installare quasi 0,30 kwe per capo e di dare un fatturato annuo di circa 550 euro per capo. E il rischio di impresa è basso grazie alla disponibilità gratuita della biomassa DI CLAUDIOFABBRI E FABIOVERZELLESI Come noto la digestione anaerobica è un processo biologico che consente di convertire composti organici di diversa origine in biogas, cioè una miscela di metano e anidride carbonica. Nell'analisi di fattibilità per la realizzazione di GliautorisonodiCrpaspa, Reggio Emilia. l Corsia di smistamento dei bovini in lattazione, pulita con raschiatore. un impianto, quindi, il principale aspetto da affrontare, prima di decidere anche la tipologia di impianto, riguarda la disponibilità di sostanza organica o solidi volatili (SV). Questo aspetto assume una particolare importanza quando la sostanza organica con cui alimentare l'impianto deriva da effluenti zootecnici, poiché quantità e qualità della sostanza organica in un allevamento dipendono da diversi fattori, i principali dei quali sono riepilogati di seguito: 3 specie animale e categoria di peso/produttiva: monogastrici e ruminanti sono alimentati con un regime molto differente che influenza considerevolmente, per la presenza di frazioni fibrose e flora batterica, il tipo di feci escrete. Le fasi produttive dell'animale, richiedendo diete differenziate, hanno conseguenze anche sulle quantità escrete; 3 l'efficienza di trasformazione dell'alimento: un elevato coefficiente di conversione dell'alimento ha come effetto diretto una quantità e qualità di sostanza secca e organica escreta minore; 3 tipologia di stabulazione: il tempo che intercorre fra il momento dell'escrezione e il momento in cui l'effluente è reso disponibile all'impianto di biogas determina l'entità di perdita di potenziale metanigeno. Di fatto le feci sono soggette a digestione anaerobica già all'escrezione e la permanenza nelle fosse di stoccaggio determina una perdita in atmosfera di biogas tanto maggiore quanto maggiore sono il tempo di permanenza idraulica e la temperatura. Questo fenomeno è tanto più importante quanto più elevata e veloce è la degradabilità della matrice organica come nel caso del liquame suinicolo; 3 quantità di acque di lavaggio o meteoriche collettate assieme a feci e urine: il dimensionamento di un digestore anaerobico deve tenere conto di un ottimale tempo di ritenzione idraulica al fine di massimizzare da un lato la potenzialità metanigena e, dall'altro, di ridurre al massimo i costi di costruzio Fig. 1 Andamento della produzione di effluente zootecnico in un periodo di misura 40 IZ n. 5 / 2010

2 ne ne e i consumi energetici per la miscelazione. Da ultimo ma non meno importante, soprattutto nel caso di digestori alimentati esclusivamente a effluenti zootecnici, il rapporto fra volume di digestore e potenza termica disponibile dal cogeneratore determina la possibilità di mantenere in termostatazione il processo. Digestori troppo grandi con tempi di ritenzione idraulici troppo lunghi possono non avere sufficiente potenza termica disponibile con il rischio, soprattutto nei mesi invernali, di non riuscire a rimanere in temperatura. In questo articolo viene illustrato un lavoro di quantificazione del volume di effluenti zootecnici, della sostanza secca e organica prodotta in un allevamento bovino da latte destinato alla trasformazione in formaggio l Stabulazione di bovini in lattazione su cuccette con paglia. E corsia pulita con raschiatore. Parmigiano Reggiano, e del biogas producibile con un impianto alimentato con soli liquami dell'allevamento. L AZIENDA STUDIATA L'azienda monitorata presa ad esempio ha una consistenza zootecnica pari a circa 310 capi, di cui 130 in lattazione e 30 in asciutta. Le vacche in lattazione sono stabulate libere in cuccette testa testa e groppa groppa con paglia (1 1,5 kg/capo/ giorno), con corsia di alimentazione e smistamento che vengono pulite con raschiatori due volte al giorno. I capi in asciutta, invece, sono stabulati in cuccette testa testa con paglia (1 2 kg/capo/giorno) e corsia di alimentazione con fessurato e fossa di raccolta TAB. 1 CARATTERISTICHE MEDIE DELL'EFFLUENTE (unità di misura) Liquame fresco Liquame chiarificato Solido separato ph [ ] 7,13 7,06 8,37 Solidi totali o sostanza secca Solidi volatili o sostanza organica NTK Azoto totale N NH4+ Azoto ammoniacale (media di 5 campionamenti) [g/kg tq] 66,2 34,7 163,3 [%tq] 6,62 3,47 16,5 [g/kg tq] 53,6 22,8 146,4 [%ST] 80,96 65,78 89,68 [mg/kg tq] [%ST] 3,93 6,84 19,4 [mg/kg tq] [%NTK] 56,4 56,7 35,3 sottostante, pulita giornalmente riutilizzando le acque della sala di mungitura. La stessa tecnica è adottata anche per le manze gravide (20 capi). I capi in rimonta (130 in totale), invece, sono stabulati su lettiera permanente. I liquami freschi sono convogliati ad una prevasca di raccolta di circa 125 m 3 e trasferiti, tramite opportuna stazione di pompaggio, ad un trattamento di separazione solido liquido con separatore cilindrico rotante a rulli contrapposti; la lettiera proveniente dalla rimonta e rimossa ogni 4 6 mesi e la frazione solida separata è accumulata su una platea mentre la frazione liquida viene stoccata in una vasca circolare. Per la quantificazione degli effluenti è stato utilizzato un sensore di pressione collocato sul fondo della vasca di collettamento primaria, attraverso il quale è stato possibile misurare in continuo il battente idraulico e, di conseguenza, le dinamiche di riempimento e svuotamento. Periodicamente sono stati campionati gli effluenti prodotti e le frazioni, chiarificata e palabile, ottenute con l'utilizzo del separatore solido liquido. QUANTE DEIEZIONI La produzione media di effluente, compresa di acque di lavaggio della sala attesa, della sala mungitura e degli impianti di mungitura, è risultata essere di 23,75 m 3 / giorno (8.650 m 3 /anno, Figura 1), con un contenuto medio di solidi totali (o sostanza secca) pari a 66,2 g/kg e di solidi volatili (o sostanza organica) di 53,6 g/kg). Rapportando tali valori ai capi produttivi presenti in allevamento (vacche in lattazione + vacche in asciutta) si ha una produzione di liquami di circa 150 litri/giorno per capo produttivo, ovvero 54 m 3 /capo produttivo/anno. La quantità di sostanza secca prodotta nell'allevamento è pari, quindi, a kg/giorno (573 t/anno), mentre la quantità di solidi volatili, potenzialmente utilizzabile per la produzione di biogas, è pari a kg/giorno (464 t/a). La differenza, 300 kg/ giorno circa, è costituita da ceneri, ovvero dai sali minerali escreti dall'animale e derivanti in quota parte da paglia e sgretolamenti delle strutture in cemento armato. Della sostanza secca prodotta, circa kg/giorno provengono dall'utilizzo di paglia. Il contenuto azotato è risultato mediamente pari a mg/kg, di cui il 56% IZ n. 5 /

3 Fig. 2 Ripartizione delle quantità di solidi totali e volatili dopo la separazione solido liquido l La corsia di foraggiamento dell allevamento monitorato. sotto forma di azoto ammoniacale. In rapporto al quantitativo di sostanza secca presente, l'azoto totale rappresenta mediamente il 3,9%. LA SEPARAZIONE L'avvio del liquame al dispositivo di separazione solidoliquido ha permesso di produrre 5,6 t/giorno di frazione palabile (solido separato), equivalente al 23,5% delle quantità trattate, con una contenuto di solidi totali di 163g/ kg (16,3% del tal quale) e un tenore azotato pari a mg/kg (19,4% dei solidi totali). La frazione chiarificata, invece, rappresenta il 76,5% delle quantità trattate (18,1 t/ giorno), ha un contenuto di solidi totali di 34,7 g/kg e di mg/kg di azoto totale. 42 IZ n. 5 / 2010

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5 l Il sistema di separazione solido liquido utilizzato per il trattamento degli effluenti. Le prove hanno evidenziato una efficienza di separazione del 57,6% per quanto riguarda i solidi totali, del 63,8% per i solidi volatili, del 28,5% per l'azoto totale e del 20% per l'azoto ammoniacale (Figura 2). L'efficienza di separazione dei solidi totali è risultata molto elevata grazie alla presenza di paglia nel liquame trattato. Come conseguenza diretta dei valori di efficienza ottenuti, le quantità di azoto misurate alla produzione sono ripartite nel seguente modo: kg/anno circa nel solido separato, di cui kg/ anno sotto forma di azoto ammoniacale, e kg/ anno nella frazione chiarificata, di cui kg/anno sotto forma di azoto ammoniacale. IL DIGESTORE Nell'ipotesi di installare un digestore anaerobico che utilizzasse tutto il liquame prodotto prima della separazione solido liquido e di considerare una produzione specifica di 400 m 3 biogas/t SV al 58% di metano, la produzione giornaliera di metano sarebbe pari a circa 295 m 3. Il volume di gas disponibile potrebbe essere trasformato in energia elettrica con un cogeneratore da kw di potenza elettrica installata (rendimento elettrico medio compreso fra 32% e 36%). La produzione annuale potenziale, considerando h/anno di funzionamento del cogeneratore, potrebbe essere dell'ordine di 44 IZ n. 5 / 2010

6 Fig. 3 Correlazione fra contenuto di solidi totali e volume del digestore anaerobico kwhe con un fatturato, al netto di una quota di autoconsumi stimata del 10% e considerando la tariffa omnicomprensiva di 0,28 /kwh, di circa / anno. Fra i benefici è da sottolineare, oltre alla riduzione delle emissioni odorigene, anche una riduzione, seppure modesta, delle quantità di effluenti da distribuire, che nel caso considerato possono essere calcolati in 150 t, ovvero l'1,7% delle quantità prodotte. La dimensione del digestore anaerobico, considerando un tempo di ritenzione idraulico di circa 30 giorni, dovrebbe quindi essere pari a circa 770 m 3 (14 m di diametro x 5 m di altezza). Nel grafico di Figura 3 viene illustrato il rapporto fra il volume del digestore e la quantità di effluenti prodotti per capo produttivo: risulta evidente che porre particolare attenzione alla riduzione dei volumi di produzione di effluenti (collettamento e convogliamento separato delle acque meteoriche, risparmio idrico per i lavaggi, riduzione perdite abbeveratoi..) e/o alla gestione separata dei volumi di effluenti rispetto alle acque di lavaggio permette di ridurre significativamente il volume del reattore e quindi i costi di costruzione. PIÙ DI CINQUECENTO EURO In conclusione, la sostanza organica potenzialmente disponibile in un allevamento bovino da latte con 160 capi in lattazione sarebbe sufficiente per installare circa 0,27 0,30 kwe/capo produttivo e generare un fatturato lordo annuo di circa /capo produttivo. Sistemi di gestione che allungano il periodo che intercorre fra l'escrezione e l'avvio all'impianto a biogas possono ridurre significativamente questi valori. È importante sottolineare che a differenza degli impianti costruiti considerando come carico organico prevalentemente le biomasse dedicate (ad esempio mais o sorgo), un impianto che funzioni solo con effluenti zootecnici ha un rischio di impresa molto inferiore grazie alla disponibilità del tutto gratuita della biomassa. l IZ n. 5 /

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