dr. Claudio Fabbri Centro Ricerche Produzioni Animali - RE

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Mattia Falcone
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1 Progetto Equizoo per il riequilibrio dei carichi azotati in provincia di Cremona C.R.P.A. S.p.A. - Reggio Emilia Le frazioni solide separate come valido substrato per la produzione di biogas Cremona, 17 marzo 2012 dr. Claudio Fabbri Centro Ricerche Produzioni Animali - RE

2 Digestione anaerobica: tecnologia di conversione energetica molto versatile La tecnologia della digestione anaerobica può utilizzare quello che altre tecnologie di conversione energetica non possono utilizzare. Può utilizzare, infatti, matrici vegetali e/o animali, sottoprodotti o colture dedicate con tenore di solidi totali e volatili dal 2% al 100%.

3 Possibili utilizzi di effluenti palabili Caso A - Esportazione ed avvio ad impianti di digestione anaerobica Caso B - Realizzazione di un impianto interaziendale

4 Digestione anaerobica: letame, ottime rese ma dipende dalla freschezza 272 m 3 /tsv 138 m 3 /tsv

5 Digestione anaerobica: solido separato, ottime rese ma dipende dal lettime 240 m 3 /tsv 197 m 3 /tsv

6 Valore economico del letame/solido separato: riepilogo di alcuni esempi Matrice Sostanza secca Sostanza organica Resa metano Silomais equivalente [g/kg] [g/kg] [m 3 /t SV] [t/t] Letame fresco 12,5 10, ,23 Letame vecchio 22,2 18, ,23 Solido separato con paglia Solido separato con segatura 20,4 18, ,39 21,0 19, ,35

7 Valore energetico equivalente: dipende dal valore del prodotto di riferimento Al variare del contenuto in sostanza secca, della resa e del valore del prodotto di riferimento il valore economico dell'effluente cambia proporzionalmente

8 Valore economico equivalente: dipende dai costi connessi Il valore economico finale dell'effluente dovrà tenere in considerazione: Costo trasporti per conferire il prodotto all'impianto di digestione anaerobica Quantità di digestato equivalente prodotto (m 3 /kwhe prodotto) che comporta una maggiore disponibilità di vasche di stoccaggio Quantità di azoto prodotto per kwh elettrico prodotto che comporta maggiore SAU per lo spandimento Costi trasporto del digestato per la distribuzione agronomica

9 Le forme azotate degli effluenti zootecnici Negli effluenti l'azoto è presente in due forme: azoto organico e azoto ammoniacale; Le percentuali di queste due forme azotate dipendono da molteplici fattori (tipo di effluente, età di stoccaggio, trattamenti, ph, temperatura...) L'azoto ammoniacale a sua volta può essere presente come ione ammoniacale (N-NH 4+ ) o come ammoniaca gassosa libera (NH 3 ); Solo l'ammoniaca gassosa libera (NH 3 ) è volatile

10 Effluenti bovini: caratteristiche variabili in funzione della stabulazione e forma fisica Esempio di alcune analisi di effluenti zootecnici Solidi totali Azoto totale Azoto organico Azoto ammoniacale [%] [%ST] [% Ntot] [%Ntot] Liquame bovino Frazione chiarificata Solido separato 6,7 4,4 52% 48% 3,3 6,97 44% 56% 20,2 2,2 78% 22% Letame 32,1 2,44 86% 14%

11 Digestione anaerobica: gestione dell'azoto In digestione anaerobica la quantità di azoto totale non cambia ma una parte di azoto organico viene ammonificato Esempio di digestato da liquami bovini + insilati Azoto totale Azoto organico Azoto ammoniacale [%ST] [% Ntot] [%Ntot] Digestato 5,9 51% 49%

12 Efficienza di separazione sistemi a compressione elicoidale: dipende dalla concentrazione di ST La quantità di solido separato producibile deve essere valutata direttamente nelle singole aziende. Comunque sia il controllo delle acque meteoriche e di processo è essenziale!

13 Ipotesi di base impianto interaziendale 1500 capi produttivi (vacche in lattazione + rimonta) 8 aziende bovine 20% ST nei letami avviati al 100% a DA Solido separato avviato 100% a DA Integrazione con insilati e integratori energetici Potenza elettrica 999 kw Recupero termico massimizzato Separazione solido/liquido

14 Materiali avviati a DA e digestato prodotto nell'esempio analizzato Quantità t/giorno Letame 19,1 30,7 Solido separato 42 59,8 Azoto totale t/anno 90,5 60,7% Insilato mais Integratore energetico 14,1 23,7 7,03 34,7 58,4 39,3% Totale 82,2 148,9 100% Digestato 68,4 148,9 100%

15 Prove con turboessiccatore VOMM Solido separato Peso ST NTK N_org N_NH kg 12,2 kg 0,4 kg 0,277 kg (69,3%) 0,123 kg (30,7%) Solido essiccato Peso 18 % ST 99,8% NTK 72,4% N_org 98,4% N_NH4+ 7,5% Acqua di condensa Peso 82 % ST 0,2% NTK 27,6% N_org 1,6% N_NH4+ 92,4%

16 Prove con turboessiccatore VOMM Digestato Acqua Acqua di condensa con lo 0,5% di solidi totali, il 92,4% di N ammoniacale e il 1,6% N_org ST Solido essiccato con il 40% di umidità residua, il 98,4% N_org e il 7,5% di N ammoniacale

17 Trattamento del digestato Consumo energetico 0,8 kwh/kg H2O SS Essiccatoio Digestato S/L Solfato ammonio fertilizzante Esportazione FC Uso agronomico

18 Risultati conseguibili: bilancio azotato nel caso base (0,8 kwht/kg H 2 O evaporata) Azoto caricato Azoto esportabile 148,9 t 82 t (55%) Azoto da spandere in azienda 66,9 t (45%)

19 Risultati conseguibili con efficienza energetica spinta: 0,7 kwh/kg H 2 O Azoto caricato Azoto esportabile 148,9 t 91,4 t (61%) Azoto da spandere in azienda 57,5 t (39%)

20 Efficienza di evaporazione: correlazione fra energia di evaporazione e quantità di N esportabile

21 Dettagli economici del processo 34,5% del metano prodotto da effluenti, 63,5% da integrazione energetica BMP solido separato e letame: 230 m3 CH4/t SV Costi trasporto: 3 /t Costo insilato mais: 50 /t Costo integratore energetico: 220 /t Investimento: stimato in 5,5 M Vendita solido essiccato: 130 /t Tempo di ritorno: circa 8 anni Tasso interno rendimento (TIR): 12 %

22 Conclusioni La DA ci può aiutare a trattare gli effluenti riducendo le quantità e fornendo energia termica L'avvio dei letami e solidi separati a DA può convenire perché si può trasportare l'n in eccedenza in poco volume con interessanti produzioni di metano La co-digestione con quote moderate di biomasse energeticamente dense (insilati o mangimi energetici ) è fondamentale per apportare metano producendo poco digestato

23 Conclusioni Il controllo delle acque meteoriche e di processo nella stalla è fondamentale: la gestione dell'azoto va di pari passo con la gestione dell'acqua! La soluzione esaminata si rivela molto promettente, tuttavia in fase di fattibilità è bene esaminare il rapporto fra azoto ammoniacale e azoto totale, per decidere la tecnologia di trattamento: strippaggio, essiccazione, evaporazione sotto vuoto, trattamento biologico o combinazioni tra tutte Con il solo strippaggio si può allontanare al massimo il 70-80% del solo azoto ammoniacale, ovvero dal 30 al

24 Conclusioni Per incrementare ulteriormente la percentuale di azoto esportabile si può applicare una tecnologia di evaporazione ad elevata efficienza I nuovi incentivi favoriranno le tecnologie di trattamento conservative e che sfruttano l'energia termica La sostenibilità economica del caso analizzato è garantita a patto che il digestato solido separato essiccato sia venduto come fertilizzante commerciale

25 Progetto Equizoo: un progetto della Libera di Cremona per il riequilibrio dei carichi azotati C.R.P.A. S.p.A. - Reggio Emilia Grazie per l attenzione c.fabbri@crpa.it Corso Garibaldi, 42 Reggio Emilia Tel Fax

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