Edizioni L Informatore Agrario

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2 MONITORAGGIO DI UN IMPIANTO A GALLIGNANO DI SONCINO (CREMONA) BIOGAS Biogas di taglia medio-piccola, la manutenzione è essenziale Foto 1 Il digestore anaerobico e il container con il cogeneratore dell impianto di biogas dell azienda agricola Mazzetti L impianto da 380 kw alimentato a insilato di mais e reflui zootecnici ha dato buone rese in biogas (630 m³/t s.v.) e conseguentemente in metano (314 m³/t s.v.). Si sono verificati, però, alcuni problemi di carattere meccanico e di assistenza che hanno fatto stimare una produzione potenziale annuale a pieno carico che si ferma a circa ore di Claudio Fabbri, Mauro Mazzetti Spesso la dimensione impiantistica influisce in modo significativo sulle performance reddituali di un impianto di biogas. La complessità della tecnologia, infatti, richiede l installazione di numerose attrezzature indipendentemente dalla dimensione, con un impegno gestionale praticamente uguale a quelle di un grande impianto. Negli ultimi due anni questa è stata una delle ragioni per cui si è sostenuto che gli impianti alimentati a biomasse dovessero avere la dimensione massima ammissibile per poter godere della tariffa omnicomprensiva di 280 euro/mwh. In realtà, nel settore del biogas da agrozootecnia ci sono molteplici aziende agricole che hanno deciso di avviare la propria esperienza di produttori di energia realizzando impianti di piccole-medie dimensioni, pur utilizzando quote prevalenti di biomasse da colture dedicate per la loro alimentazione. Il monitoraggio di impianti anche di piccole-medie dimensioni continua, quindi, a rappresentare una fonte informativa molto importante per coloro che intendono investire in questa tecnologia. Interessante per questo motivo l esperienza dell azienda agricola Mazzetti Mauro, un allevamento di bovini da carne in provincia di Cremona, che ha realizzato un impianto da 380 kw di potenza elettrica. Descrizione dell impianto L azienda Mazzetti, sita in località Gallignano di Soncino (Cremona), nasce all interno dell azienda di famiglia che produce carne bovina con un allevamento da 250 capi. Gli animali sono stabulati in ricoveri dotati di ruspette per l allontanamento delle deiezioni sotto forma di liquame. L impianto di biogas realizzato è in grado di alimentare una sezione cogenerativa da 380 kw di potenza elettrica ottenuta con un motore Man. L impianto è costituito da: un digestore Cstr (completamente miscelato e riscaldato) in acciaio del diametro di 25 metri e altezza di 6 metri, per una volumetria lorda di m 3 e m 3 netti (circa 7 m 3 /kwe installato), isolato sulle pareti laterali e funzionante in regime mesofilo (38-40 C); tre miscelatori: il primo ad albero inclinato con motorizzazione esterna e due pale lungo l albero stesso non orientabile, gli altri due movibili sul piano verticale e orientabili sul piano orizzontale, tutti con funzionamento temporizzato; sistema di carico a tramoggia (40 m 3 ) con fresa interna di movimentazione in modo da garantire lo sgretolamento del materiale caricato e l avviamento con coclee al digestore. Una volta al giorno la tramoggia viene riempita con la quantità di biomassa stabilita dalla dieta, il carico può essere programmato fino a 24 intervalli di funzionamento al giorno. La ripartizione del carico è garantita da un sistema di celle di pesatura; 16/2012 supplemento a L Informatore Agrario 17

3 Foto 2 Tramoggia di carico delle biomasse palabili da 40 m 3 TABELLA 1 - Produzione elettrica e autoconsumi del periodo monitorato ed estesi alla base annua Parametro Nel periodo monitorato Su base annua Produzione energia elettrica lorda (kwh) Potenza elettrica media (kw) 341 Ore a pieno carico (n.) (kwh) Autoconsumi totali: % della produzione 8,05 lorda ausiliari (kwh) digestore (kwh) Produzione ceduta in rete (kwh) Il motore ha mostrato un funzionamento di ore all anno per un totale di kwh immessi in rete. sistema di pompaggio per il carico del liquame con pompa centrifuga a girante aperta, programmabile fino a 24 intervalli di funzionamento al giorno; sistema di scarico a sifone con ausilio di un sistema di insufflazione dell aria: il condotto di scarico del digestato ha un pescaggio di circa 1,5 m sotto il livello del digestato, rastremato nella parte finale e accessoriato con un sistema di insufflazione di aria. Tale sistema, denominato «blub», ha la funzione di ridurre la densità del digestato per facilitarne la fuoriuscita; sistema di desolforazione biologica con insufflazione controllata di aria nello spazio di testa del digestore e filtro a carboni attivi (1 m 3 ) posizionato a monte del gruppo frigorifero; gasometro a doppio telo con controllo della tensione attraverso insufflazione di aria nella camera intermedia. Il supporto interno per lo sviluppo della flora microbica solfossidante è composto da cinghie di materiale sintetico fissate al palo centrale e al bordo periferico e da una soffiante con controllo manuale dell aria insufflata per l attività batterica solfossidante; valvola di sovra e sottopressione di sicurezza; sistema di trattamento del biogas (unità di raffreddamento e unità di compressione); torcia di emergenza; due trincee per lo stoccaggio delle colture dedicate insilate (50 m 18 m). La costruzione dell impianto è terminata a fine aprile 2011 e il primo avviamento del motore è avvenuto il 18 maggio Il programma di monitoraggio con la relativa raccolta dei dati produttivi è compreso fra il 1 settembre 2011 e il 28 febbraio GRAFICO 1 - Potenza elettrica e carico organico volumetrico del periodo monitorato Potenza elettrica Carico organico volumetrico s.v. = solidi volatili. Potenza elettrica (kw) 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 Carico organico volumetrico (kg s.v./m 3 /giorno) Performance dell impianto Durante i 6 mesi di monitoraggio l impianto ha prodotto mediamente 341 kwe (90% della potenza elettrica installata), equivalenti a circa ore/anno a pieno carico, per un totale di MWh lordi, che corrispondono a MWh/anno estendendo la performance monitorata all intero anno (grafico 1). Gli autoconsumi elettrici totali sono stati pari all 8,05% della produzione lorda ( kwh): per il funzionamento della sezione biologica (carico, miscelazione, pompaggi) sono stati consumati circa kwh (4,5% della produzione lorda), mentre gli autoconsumi per gli ausiliari al cogeneratore sono risultati pari a kwh (3,5% della produzione lorda). Nel periodo monitorato, la produzione elettrica ceduta in rete è risultata pertanto pari a MWh (tabella 1). Alimentazione del digestore Per l alimentazione del digestore l 87,2% del carico organico è derivato da insilati di mais, l 1,2% da pastone integrale e il rimanente 11,6% da effluenti bovini aziendali. Rapportando il carico organico al volume utile del digestore l impianto è stato alimentato con una «razione» pari a 2,63 kg solidi volatili/m 3 /giorno (grafico 1), mentre il tempo di ritenzione idraulica è risultato pari a circa 76 giorni. Resa in biogas-metano La resa in biogas-metano dell impianto è stata calcolata misurando periodicamente la concentrazione in metano del 18 supplemento a L Informatore Agrario 16/2012

4 BIOGAS TABELLA 2 - Matrici utilizzate per l alimentazione dell impianto Solidi Solidi Quantità Carico organico Produzione totali volatili tal quale volumetrico metano ( Matrice ) g/kg g/kg t/giorno kg/m³/ m³/ % % giorno giorno Liquame bovino 57,20 43,0 19,1 0,30 11, ,0 Insilato di mais 394,10 377,8 16,3 2,29 87, ,6 Pastone integrale 574,45 563,8 0,15 0,03 1,2 31 1,4 Totale 214,15 ( 2 ) 199,0 ( 2 ) 35,6 2,63 100, ,0 ( 1 ) Per il liquame bovino è stata ipotizzata una resa in gas metano pari a 220 m³/t solidi volatili (s.v.), per gli insilati di mais di 330 m³/t s.v. e per il pastone di mais di 360 m³/t s.v. ( 2 ) Media ponderata sulla quantità di matrice. Più del 90% del metano prodotto deriva dalla fermentazione anaerobica dell insilato di mais. TABELLA 3 - Caratteristiche del digestato ph 7,55 Solidi totali (s.t.) g/kg 70,04 % tq 7,04 Solidi volatili (s.v.) g/kg 51,3 % s.t. 75,8 Azoto totale (NTK) mg/kg % s.t. 5,9 Azoto ammoniacale mg/kg (N-)NH 4 % NTK 43,3 biogas (52% sul volume totale del biogas) e considerando un rendimento elettrico del cogeneratore pari al 36,5%: la resa di conversione è risultata mediamente intorno a 630 m 3 biogas/t s.v. ovvero 314 m 3 metano/t s.v. Come sempre accade nei casi di impianti che lavorano in codigestione, il valore medio ricavato dalla stima è la risultante della conversione delle diverse matrici caricate, ognuna delle quali con un potenziale di conversione differente. Pur non essendo possibile definire esattamente le rese di ciascuna matrice con le attività del monitoraggio condotte, in tabella 2 sono state fatte alcune ipotesi di resa delle singole matrici utilizzando i valori medi riscontrabili comunemente. La produzione calcolata è stata verificata con l effettiva produzione di biogas. Tale elaborazione è stata condotta per cercare di definire l importanza che ciascuna delle matrici utilizzate ha nella produzione di metano e, quindi, di energia elettrica. Da questo scenario emergono alcune interessanti osservazioni: l utilizzo degli effluenti aziendali consente di produrre mediamente 181 m 3 metano/giorno: a fronte di una quota del carico organico volumetrico (COV) dell 11,6%, gli effluenti zootecnici contribuiscono per l 8% della produzione totale di metano, ovvero per 27 kw di potenza elettrica; la produzione di metano ed energia elettrica con colture energetiche aziendali è risultata pari a m 3 /giorno (92% della produzione totale), equivalente a 312 kwe; l efficienza di conversione dei solidi volatili è risultata pari a circa l 80% (5,74 t/giorno di biogas prodotto a fronte di 7,2 t/giorno di solidi volatili caricati). Il digestato prodotto ha caratteristiche tipiche e medie degli impianti in codigestione con prevalenza di colture dedicate; i principali valori sono riportati in tabella 3. Intoppi al funzionamento Nel corso del periodo di monitoraggio sono stati riscontrati alcuni eventi particolarmente importanti che hanno influenzato le performance produttive: turbina di compressione del biogas al cogeneratore: nella fase di avviamento e collaudo è stato riscontrato un difetto di costruzione ed è stata repentinamente sostituita; conduzione non corretta di una manutenzione ordinaria del cogeneratore: nel mese di novembre 2011, a seguito di Adeguata progettazione e manutenzione garantiscono anche in piccoli e medi impianti ottime rese di conversione biologica Foto 3 Il generatore elettrico abbinato al cogeneratore un tagliando al cogeneratore che prevedeva la sostituzione di olio e candele e la regolazione delle valvole, la squadra di tecnici non è stata in grado di completare correttamente le operazioni e ciò ha comportato l uscita di un tecnico motorista specializzato. L operazione ha determinato un fermo motore di 5 giorni (120 ore) e una perdita di produzione nei giorni seguenti per riportare il sistema a pieno regime; guasto al motore: nel mese di gennaio 2012 la mancanza di una quantità adeguata di liquido antigelo nel circuito di raffreddamento ha determinato la rottura del radiatore di dissipazione con conseguente fermo impianto. La sosta è durata circa 3 giorni (72 ore) e anche in questa occasione ha determinato una perdita di produzione nelle giornate successive. In questo caso, il ripristino delle normali condizioni di funzionamento è stato più lungo a causa del periodo freddo e di problemi subentrati nella miscelazione; problemi di miscelazione: il sistema di miscelazione installato è risultato idoneo fino a una concentrazione di sostanza secca del digestato presente nel reattore di circa il 7-7,5%, oltre tale livello si sono iniziati a manifestare fenomeni di addensamento eccessivo della zona superficiale del digestato con conseguenti innalzamenti del livello interno. La modifica dei tempi di miscelazione e la diluizione del mix al carico ha permesso di tenere controllato il problema; 16/2012 supplemento a L Informatore Agrario 19

5 BIOGAS APPROFONDIMENTO Progetto Sebe Questo articolo è stato realizzato nell ambito del programma di divulgazione del Progetto Sebe (Sustainable and innovative european biogas environment), di cui il Crpa è partner. Sebe è finanziato dall Unione Europea nell ambito del Programma Central Europe. filtrazione del biogas: il filtro a carboni attivi installato a monte dell unità di raffreddamento si è rapidamente occluso a causa di un significativo impaccamento del materiale filtrante che ha impedito alla soffiante di vincere le perdite di carico. Lo svuotamento del filtro con relativa frantumazione dei blocchi, l asciugatura e il nuovo carico hanno permesso di ripristinare il problema. Tale operazione è stata acquisita come routine con frequenza bimestrale. Considerazioni conclusive rattere meccanico e biologico del tutto simili a quelle degli impianti di taglia maggiore. Tale considerazione non può essere trascurata pena la riduzione della redditività dell investimento. Claudio Fabbri Crpa, Reggio Emilia Mauro Mazzetti Azienda agricola Mazzetti Per commenti all articolo, chiarimenti o suggerimenti scrivi a: redazione@informatoreagrario.it Per consultare gli approfondimenti e/o la bibliografi a: 12ia16_6291_web ALTRI ARTICOLI SULL ARGOMENTO Più biogas integrando i reflui zootecnici con silomais. Pubblicato sul supplemento Energia Rinnovabile a L Informatore Agrario n. 5/2012 a pag Alimentazione che rende di piú! Per tutti gli impianti (da 7m³ fino a 246m³) Fliegl Agrartechnik GmbH, Paul Trenkwalder, paul.trenkwalder@fliegl.com Il Nr.1 nella costruzione di Alimentazioni! La produzione di biogas da colture dedicate in codigestione con effluenti zootecnici in impianti di media taglia (380 kw di potenza elettrica installata) consente di ottenere performance produttive interessanti sotto il profilo dell efficienza biologica di conversione, ma l eccessiva semplificazione impiantistica può rappresentare un problema nel garantire la continuità di produzione. Nell esperienza illustrata sono stati messi in evidenza buoni risultati in termini di resa produttiva (630 m 3 biogas/t s.v., ovvero 314 m 3 metano/t s.v.). In termini di costanza produttiva, invece, l impianto ha mostrato alcuni limiti legati a problemi di carattere sia meccanico sia di assistenza, che hanno portato a stimare una produzione potenziale annuale a pieno carico a valori vicini a ore (340 kw medi su 380 kw potenzialmente producibili). Il monitoraggio ha reso evidente il fatto che gli impianti alimentati con colture dedicate, anche se di medie-piccole dimensioni, hanno esigenze di cawww.fliegl.com 20 supplemento a L Informatore Agrario 16/2012