PRODUZIONE DI ENERGIA ELETTRICA CON IL BIOGAS DI UN ALLEVAMENTO DI SUINI

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Gina Di Stefano
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1 PRODUZIONE DI ENERGIA ELETTRICA CON IL BIOGAS DI UN ALLEVAMENTO DI SUINI Relatore: Eugenio Traggiai - Terk Srl

2 1. PREMESSA Questo studio di massima si prefigge di indagare il margine di convenienza economica esistente per lo sfruttamento energetico del biogas generatosi per fermentazione anaerobica dalle deiezioni di un allevamento di suini L'allevamento si trova in provincia di Brescia, ed è costituito da suini da 100 kg/cad La produzione di metano tramite fermentazione anaerobica di sostanze organiche è già sfruttata da oltre un decennio nelle discariche controllate, e avviene spontaneamente anche in natura Tale procedimento, applicato in maniera controllata ai liquami di origine zootecnica, permette di ottenere sia benefici di natura ecologica, sia benefici di natura economica tramite l'utilizzo del metano per produrre energia e il recupero di fertilizzanti stabilizzati L'energia prodotta con questi impianti è Energia da Fonte Rinnovabile a tutti gli effetti, e come tale ha diritto all'incentivazione prevista dai Certificati Verdi L'energia elettrica prodotta sarà autoconsumata per le necessità interne dell'azienda Agricola

000 suini da 100 kg/cad La produzione di metano tramite fermentazione anaerobica di sostanze organiche è già sfruttata da oltre un decennio nelle discariche controllate, e avviene spontaneamente

3 2. LA FERMENTAZIONE ANAEROBICA: PRODOTTI E VANTAGGI La fermentazione anaerobica trasforma la sostanza organica in metano e anidride carbonica attraverso tre distinte fasi: a) Scissione delle molecole complesse in molecole più semplici b) Formazione di acidi leggeri c) Produzione di metano + anidride carbonica da parte dei batteri anaerobici che "mangiano" gli acidi leggeri Le prime due fasi avvengono contemporaneamente ad opera di microrganismi sia anaerobici che aerobici La terza fase avviene invece ad opera dei soli batteri anaerobici, e qualsiasi aggiunta di ossigeno frena in maniera più o meno marcata il processo

carbonica da parte dei batteri anaerobici che "mangiano" gli acidi leggeri Le prime due fasi avvengono contemporaneamente ad opera di microrganismi sia

4 2. LA FERMENTAZIONE ANAEROBICA: PRODOTTI E VANTAGGI La quantità di metano prodotto è influenzata dalla natura dei carboidrati, dal grado di acidità, dalla eventuale presenza di ossigeno, e dalla temperatura, ed è inibita dalla presenza di metalli pesanti, di antibiotici e di sulfamidici Le trasformazioni sopra esposte vengono fatte avvenire in un ambiente chiuso e controllato detto "digestore", che in moltissimi casi è la stessa vasca di raccolta dei liquami opportunamente adattata In uscita si ottengono due prodotti: biogas e biofertilizzante

di sulfamidici Le trasformazioni sopra esposte vengono fatte avvenire in un ambiente chiuso e controllato detto "digestore", che in

5 IL BIOGAS Il biogas è una miscela di metano (60-70 %) e di anidride carbonica (30-40 %), con tracce di alcuni altri elementi (idrogeno e soprattutto idrogeno solforato) Il suo potere calorifico è di circa kcal/mc, e si presta egregiamente ad essere utilizzato sia per la produzione di acqua calda o vapore in apposite caldaie, sia per la produzione di energia elettrica (ed eventualmente di acqua calda) in gruppi elettrogeni opportunamente modificati per lo scopo

500 kcal/mc, e si presta egregiamente ad essere utilizzato sia per la produzione di acqua calda o vapore in apposite

6 VANTAGGI La fermentazione anaerobica permette inoltre di ottenere i seguenti vantaggi di ordine ecologico ed ambientale: 1 - Il trattamento tradizionale dei liquami prevede quasi sempre un trattamento aerobico (insuflazione di aria), preceduto da una separazione dei solidi sospesi più o meno spinta. La parte solida separata, non trattata, si presenta sempre maleodorante e di non facile collocazione come fertilizzante perché povera di azoto. La digestione anaerobica permette invece di trattare tutto il liquame così come prodotto 2 - Il trattamento tradizionale aerobico richiede alte diluizioni e quindi elevati volumi da trattare. La fermentazione anaerobica al contrario richiede elevate concentrazioni delle sostanze organiche da trattare, con riduzione dei volumi e dei tempi di permanenza

La parte solida separata, non trattata, si presenta sempre maleodorante e di non facile collocazione come fertilizzante perché povera di azoto.

7 VANTAGGI 3 - Avvenendo il trattamento anaerobico in ambiente chiuso, si evita la diffusione nell'ambiente circostante di odori molesti 4 - Gli agenti patogeni in grado di provocare tifo, salmonellosi, brucellosi, non trovano nell'ambiente anaerobico terreno di sviluppo, e sono abbassati a livelli tali da non poter più provocare fenomeni epidemici

di provocare tifo, salmonellosi, brucellosi, non trovano nell'ambiente anaerobico

8 3. ANALISI DELLE NECESSITA' ELETTRICHE DELL'ALLEVAMENTO L'allevamento è attualmente alimentato in media tensione (15 K V.), con una richiesta di potenza dell'ordine di kw, la maggior parte dei quali utilizzati per le necessità dell'annesso caseificio L'energia elettrica ritirata e i relativi costi di un anno di consumo sono riportati nella tabella di seguito riportata Da gennaio 2006 l'utenza è diventata multioraria

), con una richiesta di potenza dell'ordine di 250-290 kw, la maggior parte dei quali utilizzati per le

9 3. ANALISI DELLE NECESSITA' ELETTRICHE DELL'ALLEVAMENTO Fornitura in Media Tensione per usi diversi dall'abitazione Pot. Max. 320 kw mese Energia elettrica mensile Potenza massima costi (kwh) (kw) (Euro) maggio , giugno 123, luglio 124, agosto 155, settembre 110, ottobre 90, novembre 75, dicembre 92, gennaio , febbraio 87, marzo 111, aprile 114, totale 1,262,790 Esborso (IVA esclusa) (Euro) 8,964 14,042 13,839 14,253 15,093 10,772 9,142 11,028 10,478 7,830 15,845 12, ,934

935 agosto 155,146 276 0.942 settembre 110,555 278 0.926 ottobre 90,007 233 0.930 novembre 75,571 278 0.949 dicembre 92,290 278 0.945 gennaio 2006 94,204 231 0.

10 4. LA PRODUZIONE ATTESA DI BIOGAS La produzione di biogas è influenzata da molti fattori, fatti oggetto di numerose sperimentazioni e indagini da parte di Istituti specializzati in materia I due elementi che hanno maggiore influenza sono sicuramente la concentrazione di sostanza organica e la temperatura Negli impianti avviati negli ultimi anni è ormai assodata la consuetudine di non costruire un digestore apposito, ma di utilizzare per questa funzione direttamente l'esistente vasca liquami, dopo averla opportunamente adattata

concentrazione di sostanza organica e la temperatura Negli impianti avviati negli ultimi anni è ormai assodata la consuetudine di

11 4. LA PRODUZIONE ATTESA DI BIOGAS Il vantaggio che se ne ottiene è una sensibile diminuzione dell'entità dell'investimento economico richiesto, a fronte però di una minor quantità di biogas prodotto Tale diminuzione può essere quasi completamente recuperata, prevedendo il riscaldamento dei liquami con il calore recuperato dal gruppo di produzione elettrica Al di la di tutte le sofisticate e complicate considerazioni teoriche, il calcolo del biogas recuperabile è quasi sempre effettuato con metodi semiempirici legati al peso vivo degli animali allevati, ricavati a posteriori da allevamenti dello stesso tipo I dati che seguono sono calcolati con questo metodo, e sono relativi a 4 vasche di raccolta riscaldate

elettrica Al di la di tutte le sofisticate e complicate considerazioni teoriche, il calcolo del biogas recuperabile è quasi sempre effettuato con metodi semiempirici legati al

12 4. LA PRODUZIONE ATTESA DI BIOGAS. Capi (suini da ingrasso) allevati: 4000 capi. Peso medio di ogni capo: 1 q.le/cad.. Peso complessivo vivo: 4000 q.li. Liquame evacuato giornalmente dall'allevamento: 50 mc circa. Capacità vasche: (5,6x19,5x2,6 m.)x mc. + (5,6x14,5x2,6)x2. Tempo di ritenzione nel digestore: 20 gg. (digestore riscaldato a C). Produzione biogas di un capo da 85 kg: circa 0,1 mc/giorno. Produzione giornaliera media di biogas: circa 400 mc/giorno. Produzione annua sfruttabile di biogas: mc/anno circa

)x2 + 1000 mc. + (5,6x14,5x2,6)x2. Tempo di ritenzione nel digestore: 20 gg. (digestore riscaldato a 30-35 C).

13 5. COMPOSIZIONE DI MASSIMA DELL IMPIANTO L'impianto è composto dalle seguenti tre parti fondamentali: 1)Stoccaggio in telo sopra la vasca di recupero del biogas 2)Centralina di compressione e lavaggio biogas 3)Gruppo elettrogeno che trasforma il biogas in energia elettrica

di recupero del biogas 2)Centralina di compressione e lavaggio

14 5. COMPOSIZIONE DI MASSIMA DELL IMPIANTO Copertura in gomma vasca digestore Per recuperare il biogas nelle vasche di stoccaggio liquami, è necessario ricoprirle per ottenere una camera stagna a tenuta di gas Si utilizzano particolari teli in gomma antinvecchiante ad elevato spessore (1,4 mm. circa), caratterizzati da ottimi valori di elasticità e di resistenza meccanica Centralina di compressione e lavaggio biogas Prima di essere compresso il biogas viene fatto passare in un filtro a secco e in un separatore di condensa La soffiante lo eleva di pressione fino al livello richiesto dal gruppo elettrogeno (circa 100 mbar) Dovranno essere previsti due pressostati di minima e massima ch impediscano l'uno lo svuotamento completo dell'accumulo, e l'altro l'instaurarsi al suo interno di pressioni troppo elevate

circa), caratterizzati da ottimi valori di elasticità e di resistenza meccanica Centralina di compressione e lavaggio biogas Prima di essere compresso il biogas viene fatto passare in un filtro a

15 5. COMPOSIZIONE DI MASSIMA DELL IMPIANTO L'apparato utilizzatore L'apparato utilizzatore è costituito da un gruppo di cogenerazione a combustione interna (ciclo Otto), adattato per il funzionamento a biogas. Verrà recuperato il calore dell'acqua di raffreddamento e dei gas di scarico del gruppo, per riscaldare, tramite una pompa di ricircolo e l'esistente serpentina, il liquame del digestore Potenza elettrica suggerita per il cogeneratore: 50 kw Potenza erogata nelle attuali condizioni (biogas 60% CH4): circa 30 kw Potenza termica recuperabile a 30 kw: circa kcal/h Energia elettrica attesa: circa kwh/anno

Verrà recuperato il calore dell'acqua di raffreddamento e dei gas di scarico del gruppo, per riscaldare, tramite una pompa di ricircolo e l'esistente

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