Digestione anaerobica e fertilizzanti rinnovabili

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1 GRUPPO RICICLA Biogas, rende se è sostenibile, Rimini Fiera Key Energy, 7 Novembre Digestione anaerobica e fertilizzanti rinnovabili F. Adani, G. D Imporzano, L. Terruzzi, Padiglione/Hall B7, Stand 155/159 DiSAA - Università degli Studi di Milano Lab. Suolo e Ambiente, via Celoria 2, Milano Lab. Biomasse e Agroenergia, Parco Tecnologico Padano, Via Einstein, Loc. C.na Codazza, Lodi. Tel Fax gruppo.ricicla@unimi.it

2 Dove eravamo rimasti..?

3 NH3 concentrations derived from IASI observations above the Po Valley Lieven Clarisse et al., Nature Geoscience 2, (2009)

4 Perché..

5 Da: Ferrara, 2009

6 USO AGRONOMICO DEGLI EFFLUENTI DI ALLEVAMENTO NH3 NO3- Cortesia: Sommariva ARAL- SATA, 2010

7 Da: SØRENSEN and MØLLER, 2008

8 Figure 2. Contributo dell agricoltura alle emissioni (Erisman et al., 2008).

9 NH3 : come contribuisce alla formazione di PM 2.5 Concentrazioni medie di NH3 in troposfera sono comprese tra 1 e 25 PPB (parti per miliardo) (Renard et al. 2004) 2 NH3 reagisce velocemente in atmosfera con acido solforico e acido nitrico dando origine ai corrispondenti sali: ammonio solfato ammonio bisolfato ammonio nitrato 1 Il processo di formazione e volatilizzazione dell NH3 da letame animale avviene in modo istantaneo 4 Sono PM 2.5

10 La composizione del PM10 Secondario organico da COV Ripartizione PM10 25% primario 45% secondario da NOx, NH3 SO2 secondario da COV 30% Primario Secondario inorganico da NOx, NH3 (SO2) da Boccasile, 2010, dati ARPA

11 PM10 secondario inorganico Principali sorgenti di NOx e NH3 Traffico -Diesel Sorgenti NOx 41% 30% Industria Off road Riscaldamento Produzione energia e raffinerie Altro 17% 13% 10% 8% 11% 0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 40% 45% Secondario Inorganico da NOx NH3 (SO2) Sorgenti NH3 Agricoltura - reflui 81% Boccasile, 2010, dati ARPA Agricoltura - fertilizzanti Traffico -Auto Benzina 3% 15% Altro 1% 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90%

12 Misura degli impatti derivanti dalle attività agricole: Approccio LCA: abbiamo confrontato l impatto della produzione di energia da mix energetico con l impatto della attività agricola e poi abbiamo inserito il biogas.

13 CARATTERIZZAZIONE (UNITA FZ: prod.1 kwh elettrico - metodo: ReCiPe Midpoint (H) V1.06/Europe ReCiPe H) azoto Elettrico mix coltivazioni Agricoltura

14 Alimentazione media megadigestore LOMBARDIA: 282 MW Adani et al. (2013) LA DIGESTIONE ANAEROBICA NEL CONTESTO AGRICOLO LOMBARDOISBN , pp.188.

15 CARATTERIZZAZIONE (UNITA FZ: prod.1 kwh elettrico - metodo: ReCiPe Midpoint (H) V1.06/Europe ReCiPe H) * * impianto motore fraz. solida digestato in campo Elettrico mix * azoto Agricoltura * * * coltivazioni Biogas virtuoso

16 CARATTERIZZAZIONE (UNITA FZ: prod.1 kwh elettrico - metodo: ReCiPe Midpoint (H) V1.06/Europe ReCiPe H) Fosforo da coltura energetica Agricoltura Biogas virtuoso

17 I18 indicatori specifici (midpoint) Climate change Ozone depletion Human toxicity Ionising radiation Photochemical oxidant formation Particulate matter formation Climate change Terrestrial ecotoxicity Terrestrial acidification Agricultural land occupation Urban land occupation Natural land transformation Marine ecotoxicity Marine eutrophication Freshwater eutrophication Freshwater ecotoxicity Water depletion Metal depletion Fossil depletion vengono aggregati, attraverso un set di pesatura, in 3 indicatori endpoint human health ecosystems resources

18 Latte e/o carne Solo coltura energetica a basso impatto Elettrico fossile Agricoltura Biogas virtuoso

19 La DIGESTIONE ANAEROBICA è un processo che, in ambiente controllato, trasforma i reflui zootecnici in BIOCOMBUSTIBILE FERTILIZZANTI RINNOVABILI

20 Fertilizzanti sempre disponibili?

21 Forecast for world crop production and fertilizer consumption (FAO, 2000) Lammel, 2000

22 Prezzo fertilizzanti vs. prezzo petrolio Terruzzi, 2012, by Gruppo Ricicla X 3-4

23 Digestato = risorsa

24 GESTIONE DEL DIGESTATO : DISTRIBUZIONE IN COPERTURA Progetto PILOTA SATA Regione Lombardia Progetto - NERØ Regione Lombardia

25 AZZERAMENTO DELLA FERTILIZZAZIONE 20 MINERALE Az. 201 Az. 2 minerale Resa digestato Progetto - NERØ Regione Lombardia minerale digestato Resa (t tq ha -1) 10 Resa (t ha -1) 10 0 Grafico 1-a: resa trinciato di mais tq nelle diverse tesi T1 = bianco - bianco T2 = digestato tq superficiale - digestato tq iniettato T3 = urea - urea T4= digestato tq iniettato - separato liquido iniettato 0 Grafico 1-b: resa trinciato di mais tq nelle diverse tesi T1 = bianco - concimazione localizzata T2 = digestato tq superficiale - concimazione localizzata T3 = urea - concimazione localizzata T4= digestato tq interrato - concimazione localizzata

26 GESTIONE DEL DIGESTATO : INIEZIONE EMISSIONI DI AMMONIACA Digestato distribuzione superficiale Carozzi, Riva, Acutis, Tambone, Adani, 2012 Progetto - NERØ Regione Lombardia Digestato distribuzione per iniezione

27 Misure odorimetriche Milzano (BS) Copertura Progetto - NERØ regione Lombardia Prove odorimetriche Laboratorio (UO m-2 h-1) Prove odorimetriche pieno campo (UO m-2suolo h-1) Grafico 5: prove odorimetriche in campo T1 = bianco T2 = Digestato tq iniettato T3 = urea T4= separato DA liquido iniettato

28 Sistema integrato di gestione dei reflui zootecnici per la produzione di energia rinnovabile (digestione anaerobica con produzione di biogas, da cui elettricità e calore in cogenerazione) e produzione di fertilizzanti rinnovabili. AZIENDA AGRICOLA BIZZONI F.lli S.s. SOCIETA AGRICOLA GRUPPO RICICLA DISAA dell Università degli Studi di Milano

29 SOSTITUIRE L AZOTO DI SINTESI: PERCORSI. il Gruppo Ricicla dell Università degli Studi di Milano e Regione Lombardia hanno proposto dei criteri tecnici per sostituire completamente l azoto di sintesi con l azoto contenuto nel digestato. La proposta tecnica si basa sul fatto che il digestato con un alto tenore di azoto ammoniacale (N-NH4/Ntot > 0.7) è assimilabile (medesima efficienza) ad un fertilizzante azotato tipo urea o solfato ammonico. Se gestito correttamente: i.e. vasche di stoccaggio coperte ed utilizzo per iniezione o interramento immediato.

30 DECRETO SVILUPPO (DL 83, 22 GIUGNO 2012) Decreto Sviluppo (dl 83, 22 giugno 2012) cita testualmente: è considerato sottoprodotto il digestato ottenuto in impianti aziendali o interaziendali dalla digestione anaerobica, Decreto Sviluppo (dl 83, 22 giugno 2012).sono definite le caratteristiche e le modalità di impiego del digestato equiparabile, per quanto attiene agli effetti fertilizzanti e all'efficienza di uso, ai concimi di origine chimica.

31 Proposta Gruppo Ricicla e Regione Lombardia: Frazione liquida = fertilizzante se: Digestione efficiente + separazioni efficienti Efficienza di utilizzo alla coltura N-NH4 > 70-80% 90% Digestione efficiente secondo parametri: Stabilità biologica Aspetti igienico-sanitari Titolo Ntot Titolo N- NH4 Efficienza di utilizzo dose N a bilancio coltura copertura vasche di stoccaggio distribuzione con iniezione, interramento immediato o fertirrigazione localizzata

32 ultrafiltrazione + osmosi inversa + zeolite Zeolite

33 Untreated After ultrafiltration After reverse osmosi

34 Solfato ammonico

35 Solfato ammonico. N = 6-8 %

36 Overall balances for DCM and DSM Disposablea Exportableb Errorc kg 100 kg-1 of kg 100 kg-1 of kg 100 kg-1 of digestate digestate digestate DCM DSM DCM DSM DCM DSM Md TS TKN N-NH TP TK acalculated as SP solid + DC solid + UF concentrate + Lime residue bcalculated as RO permeate + RO concentrate Lime residue cnegative sign indicates missing quantities in the balance dexportable fraction is calculated as RO permeate + Ammonium sulfate Ledda et al. Water Research, 47:

37 Frazione solida. Per essere fertilizzante devo compostare!!! Source: Arpav 2010 Perché!!!!!!

38 Progetto: Studio tecnico scientifico, a sostegno della domanda di riconoscimento del digestato quale fertilizzante. PSR124 - Dom. Mis Coop. svil. prodotti, processi e tecnologie nel settore agricolo/alimentare/forestale STUDIO E REALIZZAZIONE DI UN PRODOTTO FERTILIZZANTE INNOVATIVO DERIVANTE DA EFFLUENTI ZOOTECNICI E CENERI DI COMBUSTIONE, Regione Lombardia Capofila: Distretto Agroenergetico Lombardo

39 Caratteristiche frazioni solide separate: caratteristiche agronomiche SV C ORG N-tot N-org N-amm %N C/N %ss %ss %ss %ss %ss amm/tot 85,33±1,25 41,56±0,72 1,87±0,2 1,74 0,13±0,01 6,95 22,22 77,99±0,10 47,64±3,25 1,61±0, ,56±1,60 45,57±1,41 1,77±0,01 1,32 0,45±0,01 25,42 25,75 87,51±0,15 44,90±0,25 2,23±0 1,25 0,98±0,00 43,94 20,13 83,95±0,48 50,35±0,30 1,71±0 1,29 0,42±0,02 24,56 29,44 90,16±0,11 49,78±0,85 1,69±0 1,24 0,44±0,03 26,03 29,45 89,68±0,19 31,50±4,70 1,91±0,01 1,22 0,69±0,02 36,12 16,49 90,75±0,02 45,60±0,65 1,64±0,05 1,16 0,49±0,01 29,87 27,80 82,02±1,84 51,10±0,66 2,05±0,20 1,71 0,34±0,02 16,59 24,93 95,35±0,17 45,80±1,03 0,89±0,09-0,23±0,03 25,84 51,46 87,03±4,94 45,38±5,67 1,74±0,36 1,37±0,23 0,46±0,25 26,15±11 27,73±9,42

40 Caratteristiche frazioni solide separate: contenuto di metalli a confronto con compost. Matrice Cd Ni Cu Pb Zn Hg (mg/kg) A 0,35±0,02 6,15±1,37 54,86±0,02 2,58±0,44 209±16 - B 0,09±0 6,90±2,93 24,55±1,06 1,25±0,18 117±1 0,01±0 C 0,24±0,01 2,52±1,61 35,01±1,34 0,42±0,05 240±2 - D 0,29±0,02 5,33±0,29 50±1 0,63±0,01 293±2 0,33±0,05 E 0,0015±0 4,06±0,13 24,80±1,06 0,27±0,18 82,6±0,7 0,12±0,01 F 0,14±0,01 108±5 0,8±0,03 16,36±0,63 72±1 0,16±0,02 G 0,16±0,03 8,00±0,00 2,63±0,5 50,10±19,69 245±10 0,03±0 H 0,04±0,01 3,91±0,08 0,81±0,09 84,37±2,01 292±15 0,05±0 I 1,27±0,3 8,55±0,54 31,45±0,54 2,67±0,18 226±1 - L 0,02±0,01 1,28±0,15 18,56±0,3 1,23±0,11 29,78±7,38 ± media 0,26±0,37 15,47±36 24,35±19 15,99±28 180,64±96 0,12±0,1 limite max < 1,5 < 100 < 230 < 140 < 500 < 1,5

41 Drying Source: BTS Source: bss-system.nl Dried digestate Less water to deal with. More usable solid (PELLET or flake form) using heat from AD plant

42 Pellets: fertilizzante Vantaggi: Riduzione dei volumi Più attrattivo Più vendibile Igienizzato (>70 C, per 1h) Facile da trasportare Photo: enterprise-europe-network.ec.europa.eu

43 Regione Lombatrdia CARILPLO BIOREFILL - project ID Picture II Integrated bio-refinery chart (green) with the products obtainable (light blue)

44 Soci fondatori: - Università degli Studi di Milano - - Politecnico di Milano - Innovhub SSI - Consorzio Italbiotech LOMBARDY GREE CHEMISTRY ASSOCIATIO Costituito il 17 ottobre, 2013 N

45 Gli strumenti operativi I Gruppi tematici Competenze Tecniche: dalla genetica all agronomia Competenze Tecniche: impiantistica, processi industriali Scientifiche: biotecnologie industriali Industriali: scaling up Competenze Tecniche: monitoraggio studio dei mercati Scientifiche: analisi degli standard tecnici Competenze Tecniche: politiche a supporto della ricerca, green public procurement, normative

46 Fabrizio Adani Full Professor Fulvia Tambone Researcher Barbara Scaglia Biologist Andrea Schievano Environmental Engineer Silvia Salati Environmental Scientist Giuliana D Imporzano Agronomist Claudio Ledda Biotechnologist Valentina Orzi Agronomist Ester Manzini Agronomist Padiglione/Hall B7, Stand 155/159 Tommy Pepè Sciarria Biologist Arjana Doda Pharmacist Samuele Lonati Agronomist Laura Terruzzi Natural scientist Carlo Riva Agronomist Michele Pognani Agronomist Luca Corno Agronomist