Università degli Studi di Napoli FEDERICO II

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1 Università degli Studi di Napoli FEDERICO II BIOGAS: OPPORTUNITÀ E PROSPETTIVE FUTURE Prof. Luigi Frunzo Università degli studi di Napoli «Federico II» Il Progetto RE-MIDA REattore Modulare per la produzione di bioidrogeno Applicazione alla filiera lattiero casearia Napoli, Mostra d Oltremare, 9 Aprile 2015

2 Introduzione L Idrogeno: Il Carburante del futuro DOMANDA DI ENERGIA SEMPRE CRESCENTE Utilizzo dei combustibili fossili tradizionali 2H2 + O2 H2O

3 Introduzione L Idrogeno: Il Carburante del futuro È L'ELEMENTO CHIMICO PIÙ DIFFUSO DELL'UNIVERSO A TEMPERATURA AMBIENTE È UN GAS, LEGGERO, INCOLORE, INODORE, NON TOSSICO, MA ALTAMENTE COMBUSTIBILE Potere calorifico 141,90 MJ/Kg superiore 11,89 MJ/m 3 Potere calorifico inferiore 119,90 MJ/Kg 10,05 MJ/m 3 Carburante Potere Calorifico Inferiore Temperatura di autoignizioneidrogeno 858 K 119,90 MJ/Kg Limite di Metano ignizione aerea MJ/Kg (vol. %) Miscela stechiometrica Benzina 29, (vol. MJ/Kg %) aerea Propano 46,35 MJ/Kg Temperatura di 2,318 K Metanolo 19,37 MJ/Kg combustione aerea Coefficiente di diffusione 0,61 cm2/s Calore specifico 14,89 KJ/(kg K) Numero di ottano 130 Flashpoint -6,67 K Intervallo di infiammabilità 4 75 %

4 Introduzione L Idrogeno: Il Carburante del futuro CLASSIFICAZIONE DELLE TECNOLOGIE DI PRODUZIONE DELL IDROGENO IN FUNZIONE DELL ENERGIA IMPIEGATA PROCESSI TERMOCHIMICI steam reforming pirolisi gassificazione ossidazione parziale non catalitica PROCESSI ELETTROCHIMICI elettrolisi fotoelettrolisi fotovoltaico PROCESSI BIOLOGICI biofotolisi dark fermentation fotofermentazione CLASSIFICAZIONE DELLE TECNOLOGIE DI PRODUZIONE DELL IDROGENO IN FUNZIONE DELLE FONTI IMPIEGATE FONTI NON RINNOVABILI gas naturale carbone prodotti petroliferi nucleare FONTI RINNOVABILI eolico sole idro geotermico biomasse

5 Dark Fermentation Produzione di idrogeno mediante fermentazione batterica H 2 FRAZIONE LIQUIDA Acidi volatili Substrati organici FRAZIONE SOLIDA Macromolecole organiche Dark Fermentation C 6 H 12 O 6 + 2H 2 O 2CH 3 COOH + 2CO 2 + 4H 2 (Glucosio) (Acetato)

6 Fotofermentation Produzione di idrogeno mediante colture batteriche fototrofiche Luce solare H 2 Acidi volatili FRAZIONE SOLIDA Macromolecole organiche

7 Ciclo Combinato Massimizzazione della produzione energetica mediante processi biologici H2 FRAZIONE LIQUIDA H2 EFFLUENTE Acidi volatili Biomassa solida Substrati organici FRAZIONE SOLIDA Macromolecole organiche CH4 Digestato

8 Progetto RE MIDA Il Progetto, finanziato dall Assessorato all Agricoltura della Regione Campania nell ambito del Programma di Sviluppo Rurale PSR Campania , Misura 124 Cooperazione per lo sviluppo di nuovi prodotti, processi e tecnologie nei settori agricolo e alimentare e settore forestale, ha previsto la realizzazione di un impianto per l attuazione in serie di due processi biologici volto alla produzione di un flusso gassoso caratterizzato da elevato tenore di idrogeno,

9 Progetto RE MIDA FASI DEL PROGETTO 1) OTTIMIZZAZIONE dei principali parametri ingegneristico-gestionali (HRT, temperatura, OLR, composizione percentuale del biogas, etc.) idonei all individuazione delle condizioni ottimali di esercizio in termini di rese depurative e produzione di bioidrogeno. 1) Attività in scala laboratorio 1) Dark Fermentation 2) Photo Fermentation 2) ASSEMBLAGGIO del prototipo in scala pilota presso le officine della Cooperativa ElettroMeccanica Sud CEMS di Nola. 3) MONITORAGGIO delle condizioni operative mediante rilevazione continua. Attività che sarà effettuata presso il LARA del DICEA. 4) INSTALLAZIONE dell impianto per la validazione sul campo presso l Azienda Agricola Colangelo Davide sita in Capaccio (SA)

10 Metodologia Prove ed Analisi effettuate presso il L.A.R.A

11 Metodologia Prove ed Analisi effettuate presso il L.A.R.A Soluzione 1.5% HCL

12 Metodologia Prove ed Analisi effettuate presso il L.A.R.A Analisi della composizione del biogas e degli acidi grassi volatili

13 Risultati Ingegnerizzazione del processo di Dark Fermentation OBIETTIVI SPECIFICI DELLA SPERIMENTAZIONE 1) INDIVIDUARE IL PRETRATTAMENTO PIÙ EFFICIENTE PER SELEZIONARE LA BIOMASSA 2) VALUTARE IL POTENZIALE DI BIO-IDROGENAZIONE MEDIANTE DARK FERMENTATION DI DIVERSI SCARTI AGROINDUSTRIALI 3) VALUTARE L EFFETTO DELLA GRANULOMETRIA NEL PROCESSO DI BIOIDROGENAZIONE 4) VALUTARE L EFFETTO DEL DIVERSO PH INIZIALE 5) VALUTARE L EFFETTO DEL RAPPORTO FOOD/MASS 6) PRETRATTAMENTI SU SUBSTRATI LIGNOCELLULOSICI

14 Risultati Potenziale di Bio Idrogenazione di diversi scarti agricoli VALUTAZIONE DEL POTENZIALE DI BIO-IDROGENAZIONE MEDIANTE DARK FERMENTATION DI DIVERSI SCARTI AGROINDUSTRIALI SUBSTRATO SANSA REFLUO OLEARIO SCARTI ORTOFRUTTICOLI DI PATATE E ZUCCA SCARTI ORTOFRUTTICOLI DI FINOCCHIO REFLUO BUFALINO SCARTI DELLA MACELLAZIONE (sangue secco) 14 REATTORI (2 DEDICATI AL BIANCO)MANTENUTI IN CONDIZIONI MESOFILE A 36 C VOLUME DI IDROGENO MISURATO TRAMITE METODOLOGIA VOLUMETRICA MONITORAGGIO: VFAs ph RESE DI BIOIDROGENAZIONE ANALISI GAS

15 Risultati Potenziale di Bio Idrogenazione di diversi scarti agricoli I SUBSTRATI CONTENENTI CARBOIDRATI SONO QUELLI OTTIMALI ml H2 g 1 SV S.O.(p z) R.B. S.S. S.O.(f) S R.O. B 171,8 151,98 102,62 74,52 71,35 62,46 16,43 MAX RESA SCARTI ORTOFRUTTICOLI FASE INIZIALE: PICCHI DI PRODUZIONE PRODUZIONE DI IDROGENO SI CONCLUDE IN 5-6 GIORNI IN MEDIA

16 Risultati Potenziale di Bio Idrogenazione di diversi scarti agricoli LE CONCENTRAZIONI DI VFAs SONO USATE COME INDICATORI DEL PROCESSO VARIAZIONI REPENTINE CON INCREMENTO DELLE CONCENTRAZIONI INDICANO CHE IL PROCESSO È IN ROTTA VERSO PROCESSI ACIDOGENICI

17 LERIDUZIONE CONCENTRAZIONI DELLA PRODUZIONE DI VFAs SONODI DOMINATE H2 ALL AUMENTARE DALLA PRESENZA DELLE CONCENTRAZIONI DI ACIDO ACETICO DEGLI E PROPIONICO ACIDI

18 Metodologia Prove ed Analisi effettuate presso il L.A.R.A I a parte - Studi condotti su una coltura pura di Rhodobacter sphaeroides II a parte - Studi condotti su una coltura mista in cui sono presenti PNS

19 Assemblaggio Assemblaggio del prototipo presso le officine CEMS SOCIETÀ COOPERATIVA CEMS Impianti Tecnologici Via San Gennaro 366, Nola Piazzolla - (NA)

20 Assemblaggio Assemblaggio del prototipo presso le officine CEMS

21 Sviluppi Futuri

22 Progetto RE MIDA Grazie a tutti per la cortese attenzione.