Lo sviluppo del biogas e la problematica della gestione del digestato

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1 3 Tavolo di Filiera sul Biogas Medicina (BO), 10 giugno 2010 Lo sviluppo del biogas e la problematica della gestione del digestato Sergio Piccinini CRPA S.p.A Reggio Emilia (RE), Italy

2 Il bilancio energetico italiano nel 2008 Bioenergia ~ 2,5% Idrocarburi liquidi 41% Fonti rinnovabili 9% Consumo interno lordo di energia: 192,1 Mtep Elettricità importata 5% Combustibili solidi 9% Gas naturale 36% Fonte: ENEA - Rapporto Energia e Ambiente 2008

3 Compos i zi one par co i mpi ant i bi omas s e i n I t al i a ( 2009) a Oli vegetali 35% Potenza installata (1491 MWe) Biomasse solide 34% Font e: APER, 2009 Biogas 31% Oli vegetali 11% Biomasse solide 16% Numero di impianti (723) Biogas 73%

4 Pr oduzi one di bi ogas i n Eur opa nel 2007: 5901, 2 kt ep ( 69 TWh) In Italia 406,2 ktep (4,7 TWh) da discarica RU da fanghi dep. da altro

5 Biogas in Italia (CRPA, 03/2010) IMPIANTI (76 in costruzione) CATEGORIE IMPIANTI BIOGAS Effluenti zootecnici + scarti organici + colture energetiche Fanghi di depurazione civile FORSU Reflui agro-industriali Biogas da discarica RU (Fonte APER)

6 Impianti di Biogas su effluenti zootecnici, scarti agricoli e agroindustriali e colture energetiche Censimento impianti biogas (CRPA 03/2010) impianti (74 in costruzione)

7 Impianti di Biogas su effluenti zootecnici, scarti agricoli e agroindustriali e colture energetiche Substrati trattati Censimento impianti biogas (CRPA 03/2010) Colture energetiche e/o s ottoprodotti agroindus triali 8% Dato non dis po nibile 8% Solo effluenti zootecnici 33% Effluenti zootecnici + s ottoprodotti agroindus triali + colture e nerg etiche 51%

8 Potenzialità biogas in Italia Circa 20 TWh/anno di EE (2700 MWe) o circa 6,5 Miliardi m 3 di CH 4 /anno Principali substrati Deiezioni animali : t/ a Scarti agro- industriali: t/ a (Scarti di macellazione(cat.3): t/ a) Fanghi di depurazione: t/ a Fraz.org. dei RU: t/ a Residui colturali: t SS/ a Colture energetiche: ha (Stime CRPA, 2009)

9 Scarti e sottoprodotti organici da agro- industria prodotti in Emilia- Romagna ( ) Descrizione scarti EMILIA-ROMAGNA e sottoprodotti agro-industria (t/anno) Si stima una Liquame potenzialità in metano Letame di 380 milioni di TOTALE EFFLUENTI ZOOT m 3 / anno Sottoprodotti animali che, trasformati in Scarti vegetali energia elettrica, Siero di latte e latticello corrispondono a circa Fanghi di depurazione ,1 TWh/ anno Fanghi di lavaggio pari a 150 MWe di Altri scarti potenza installata. TOTALE TOTALE (escl. siero)

10 Biogas e Azoto Si può ridurre l Azoto con il solo biogas? NO, ma si può modificare il rapporto tra le diverse forme dell Azoto

11 Dinamica dell'azoto La digestione anaerobica mineralizza parte dell'azoto organico ad azoto minerale (ammoniacale).

12 Biogas e trattamenti La digestione anaerobica offre interessanti prospettive per l auto-sostentamento energetico di impianti finalizzati alla riduzione del carico azotato di liquami zootecnici prodotti in Zone Vulnerabili da nitrati.

13 Tecniche di trattamento per la riduzione dell azoto Trattamenti chimico-fisici che consentono di recuperare l azoto del digestato in forma di fertilizzante: Separazione meccanica Strippaggio dell NH 3 con produzione di Solfato di ammonio Precipitazione e Cristallizzazione della Struvite (Fosfato ammonico magnesiaco - MAP) Separazione con membrane (UF e OI) Evaporazione e/o essiccamento

14 Separatori meccanici

15 Linea di concentrazione ed evaporazione per liquame in Belgio

16 Strippaggio ammoniaca In un liquame zootecnico lo ione ammonio NH 4 + è in equilibrio con l ammoniaca NH 3 + Nell intervallo di ph 7-12 sono presenti sia NH 4 che NH 3 gas disciolto; la percentuale di NH 3 aumenta all aumentare della temperatura e del ph ed è quindi possibile strippare l NH 3 dal liquame flussando aria attraverso il liquame stesso

17 Strippaggio + adsorbimento in soluzione acida

18 Strippaggio ammoniaca Biogas per il sostegno energetico di un impianto di strippaggio dell ammoniaca in un allevamento suino STABILIZZAZIONE- STOCCAGGIO USO AGRONOMICO frazione solida fango DIGESTORE ANAEROBICO digestato SEPARATORE SOLIDO/LIQUIDO liquame grezzo FLOTTATORE chiarificato chiarificato STRIPPATORE effluente FOGNATURA PUBBLICA STOCCAGGIO FERTIRRIGAZIONE

19 Struvite

20 Struvite

21 Membrane : UF e OI Digestato chiarificato UF OI effluente Concentrato UF Concentrato RO Per applicare la tecnologia delle membrane ai digestati è necessario che la frazione organica sia stata decomposta e i solidi sospesi siano stati rimossi, pena il rapido decadimento dell efficienza separativa delle membrane.

22 Tecniche di trattamento per la riduzione dell azoto Trattamenti biologici che consentono di eliminare l azoto del digestato per emissione in atmosfera come N 2 : Nitrificazione-Denitrificazione SBR (Sequencing Batch Reactor = Reattore discontinuo a sequenza di fasi ) ANAMMOX SHARON - CANON Bioreattori a membrana (MBR) Fitodepurazione

23 Processo biologico convenzionale per rimuovere l azoto Nitrificazione = Ossidazione dell Ammonio a NO 2 - e NO 3 - È necessario O 2 4,6 kg O 2 /kgn NH O 2 No 2 + H 2 O + 2H NO O 2 No 3 Denitrificazione = NO 2 - e NO 3 - ridotti a N 2 È spesso necessario C organico esterno 5,5 kg COD/kgN 6NO CH 3 OH + CO 2 3N 2 + 6HCO H 2 O 6NO CH 3 OH + CO 2 3N 2 + 6HCO H 2 O

24 Inserimento digestione anaerobica in impianto di depurazione aerobico in allevamento suino STABILIZZAZIONE- STOCCAGGIO USO AGRONOMICO frazione solida fango DIGESTORE ANAEROBICO digestato CENTRIFUGA liquame grezzo FLOTTATORE fango supero chiarificato chiarificato DEPURATORE AEROBICO effluente FOGNATURA PUBBLICA STOCCAGGIO FERTIRRIGAZIONE

25 Processi biologici innovativi per rimuovere l azoto

26 NH NO 2 - N 2 gas + 2 H 2 O SHARON + ANAMMOX

27 Grazie per l attenzione Sergio Piccinini s.piccinini@crpa.it