Tecniche di verifica di efficienza dei trattamenti su biomasse e digestato

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1 L ottimizzazione degli impianti biogas: tecnologie per massimizzare sostenibilità economica e ambientale degli impianti Tecniche di verifica di efficienza dei trattamenti su biomasse e digestato Claudio Fabbri, Mirco Garuti Venerdi 11 novembre 2016 ECOMONDO, Fiera di Rimini

2 Potenziale metanigeno producibile: premessa fondamentale In linea generale per la conversione in biogas di una generica materia prima vale la seguente relazione stechiometrica. (G,E, Symons and A,M, Buswell, 1932) C n H a O b N c S d + (n-a/4-b/2+7/4c+d/2) H 2 O (n/2-a/8+b/4-5/8c+d/4) CO 2 + (n/2+a/8-b/4-3/8c-d/4) CH 4 + dh 2

3 Metodi di valutazione: BMP statico A norma UNI EN ISO 11734:2004 Sistema manometrico

4 BMP: informazioni ottenibili Resa produttiva biogas: Nm 3 /t SV o Nm 3 /t tq Resa produttiva metano: Nm 3 /t SV o Nm 3 /t tq Percentuale metano: % Degradabilità dei solidi volatili: % Digestato producibile: t digestato/t biomassa Azoto equivalente: kgn/nm 3 CH4 K max : intervallo di tempo per raggiungere la massima velocità di produzione (giorni) F 50% : intervallo di tempo per raggiungere il 50% della produzione (giorni) F 90% : intervallo di tempo per raggiungere il 90% della produzione (giorni)

5 Nm3 CH4/t SV Rese produttive (BMP): Nm 3 CH 4 /tsv Fonte: archivio CRPA, oltre 2000 BMP

6 Frequenza (%) RBP - potenziale metanigeno residuo nel digestato è un parametro biologico che rappresenta la quantità di biogas potenzialmente ancora producibile dalla materia organica presente nel digestato alla fine del processo di digestione anaerobica condotto nell impianto aziendale. Ed è quindi uno dei migliori sistemi per valutare le tecnologie di ottimizzazione 35% 30% 25% 20% 15% 10% 5% 0% Resa metano (Nm 3 /tsv) RBP (valore medio, n. 96 ) = 89 ± 35,4 Nm 3 CH 4 /t s.v.

7 Tecniche di pretrattamento Obiettivi Effetto del pretrattamento sulle biomasse a) substrato senza pretrattamento b) incremento nella velocità di produzione di biogas c) aumento nella quantità di biogas prodotto d) incremento della velocità di produzione e della quantità di biogas Adattamento da Montgomery et al. (2014) IEA Task 37 Technical Brochure.

8 Tecniche di pretrattamento Panoramica Fisico Chimico Biologico Combinato - Meccanico - Termico - Disintegrazione elettrocinetica - Acido - Basico - Microbiologico - Enzimatico - Estrusione - Steam Explosion - Termochimico - Ultrasuoni - Cavitazione

9 Informazioni ottenute Come valutare i pretrattamenti test in batch test in continuo impianto pilota scala reale COD,sCOD viscosità, granulometria Tempo e investimento nella sperimentazione

10 Perdita di efficienza biologica in relazione al potenziale metanigeno dell alimentazione e al RBP Il potenziale metanigeno residuo (Rbp) è strettamente correlato al potenziale metanigeno delle biomasse utilizzate (Bmp) e l incrocio di queste due variabili consente di individuare la perdita di efficienza dell impianto.

11 Bilancio di massa di un digestore Biomassa 4 Considerando una percentuale di metano nel biogas del 53%, se la quantità in peso del biogas producibile dal digestato è pari a 0,65t, questo significa una riduzione del 6,5% di efficienza di conversione dei solidi volatili al carico. L inserimento di una tecnologia di trattamento potrebbe migliorare la conversione e abbassare la perdita di efficienza. Biomassa 3 Biomassa 2 Biomassa 1

12 Esempi di calcolo Il significato L analisi dell RbP va letto sempre in relazione al contenuto energetico medio delle biomasse al carico. A parità di RbP le perdite di efficienza del sistema saranno tanto più elevate quanto minore è il BMP medio delle biomasse al carico

13 Correlazione fra potenziale metanigeno della miscela di matrici caricate (BMP), potenziale metanigeno residuo del digestato (RBP) e perdita di efficienza biologica. Per poter usare questa tecnica è necessario una attenta valutazione dell omogeneità di funzionamento dell impianto per un congruo periodo

14 POR-FESR ASSE 1 Ricerca e innovazione Progetto GoBioM Ottimizzazione tecnologica filiera biometano Grazie per l'attenzione La seconda vita dei residui Progetti innovativi dalla Rete Alta Tecnologia dell Emilia-Romagna Venerdì 11 novembre 2016 ECOMONDO, Fiera di Rimini

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