GRUPPO RICICLA La gestione della frazione organica dei rifiuti con digestione anaerobica: energia e fertilizzanti rinnovabili GRUPPO RICICLA Università degli Studi di Milano via Celoria 2, 20133 Milano - Tel.02 50316546 Fax. 02 503 16521 http://users.unimi.it/ricicla - e-mail: gruppo.ricicla@unimi.it
LA SFIDA: PRODUZIONE DI ENERGIA RECUPERO DI MATERIA AMBIENTE VALORE ECONOMICO
DIGESTIONE ANAEROBICA PER PRODURRE ENERGIA DA FORSU La Digestione Anaerobica è un efficace sistema di conversione energetica per materiali ad alta umidità
ENERGIA PRODOTTA: DIGESTIONE ANAEROBICA E INCENERIMENTO FORSU ENERGIA PER ESSICCARE Energia consumata (%PCI) Energia prodotta (%PCI) Rendimento del processo INCENERIMENTO -65% 100% 35% DIGESTIONE ANAEROBICA - 70% 70% ENERGIA IN FORMA DI CARBURANTE GASSOSO
ENERGIA CONSUMATA E PRODOTTA DIGESTIONE ANAEROBICA E COMPOSTAGGIO Anaerobic digestion Plant 1 Composting plant Energy consumption: Electricity 1 320 260 Natural gas 2 240 Thermal energy 3 Gasoline 4 Total consumption 560 260 Energy production: Biogas 5 1520 0 Net production 960 ( 269 kwh) -260 (73kwh) (MJ/Ton) 1 1MJ primary energy (MJ p ) equals 0.44 MJ e, based on the average electrical recovery rate and the average fuels used in 1996 for the production of electricity in the Netherlands 2 conversion from natural gas to primary energy consumption on the basis of the average higher heating value of the natural gas in the Netherlands (= 35.1 MJ p /Nm 3 ) 3 the amount of thermal energy used is calculated based on the difference between the water flow temperatures of the cooling and heating system of the reactors 4 the amount of gasoline used is converted into primary energy consumption on the basis of the higher heating value of the gasoline (=3.66*10 3 MJ/Nm 3 ) ENERGIA CONSUMATA ENERGIA PRODOTTA 5 the amount of biogas produced is converted to primary energy production on the basis of 55% (average methane concentration of biogas plant 1) and 41% (average methane concentration of biogas plant 2) of the higher heating value of methane (39.8 MJ p /Nm 3 ) Energy consumption and production (MJ p /ton Vegetable, Fruit and Garden wastes) (from De Groot and Van Lierop, 1999 modified)
IMPATTI AMBIENTALI Environmental impacts of different organic waste treatment technologies. (EC: enclosed tunnel composting; OC: open windrow composting, DE: Digestion with enclosed composting, DO: Digestion with open composting, DP: digestion with aerobic post treatment, IS: incineration plant) heavy metal (hm) = influence of hm export from soil by water; +/-gas = influence of emission of NH 3, N 2 O e H 2 S into air. from Edelmann et al (2004), modified
IMPATTI AMBIENTALI :CONFRONTO DIGESTIONE ANAEROBICA- COMPOSTAGGIO Total CO 2 emission reduction (kg CO 2 /ton Vegetable, Fruit and Garden wastes) Anaerobic digestion Plant 1 Composting plant Due to energy production/consumption Due to potential peat substitution 71-19 12 18 Total CO 2 emission reduction 83-1 (from De Groot and Van Lierop, 1999 modified)
TECNOLOGIE
PROCESSI A UMIDO Il disegno di impianto dei reattori è molto semplice CSTR (Completely Stirred Tank Reactor). Ingresso uscita 10-15% ST 3-7% ST Milano 15 settembre 2010 Digestione anaerobica della frazione organica dei rifiuti urbani 9
Milano 15 settembre 2010 Digestione anaerobica della frazione organica dei rifiuti urbani 10
BILANCIO ACQUE SISTEMA SECCO- SISTEMA UMIDO ST iniziali del materiale (%) ST per trattamento WET (%) Acqua aggiunta (m 3 /ton FORSU trattata) ST a termine trattamento AD (%) Acqua da asportare 2 (m 3 /ton FORSU in ingresso) WET 25 12 0.6-1.1-6.6 1-1.5 DRY 25 35-17 0.4
PROCESSI A SECCO: reattori plug flow verticali Inoculum recycling Ingresso uscita 25-50% ST 15-20% ST Feed Digestate Feed Digestate
PROCESSI A SECCO: reattori plug flow orizzontali Inoculum recycling Ingresso uscita 25-50% ST 15-20% ST Feed Digestate Feed Digestate
VANTAGGI E SVANTAGGI DEL SISTEMA DRY 14
PROCESSI A SECCO: biocelle Semplicità e bassi costi di investimento Bassi consumi (no movimentazione) Elevate superfici necessarie (miscelazione con inoculo al 50%) Processo da ottimizzare per le produzioni di biogas 15
FATTORI CHE VINCOLANO LA SCELTA DIGESTIONE SECCO-UMIDO Non esiste una migliore tecnologia. La scelta tra sistemi a a secco e a umido si basa sulle condizioni di contesto Rifiuto da raccolta differenziata non ad elevato grado di purezza ( es cassonetto stradale, raccolta condominiale) Vicinanza e disponibilità di conferire la frazione liquida a un depuratore Tariffe applicate dal depuratore per il trattamento della frazione liquida Necessità di codigerire rifiuti liquidi (impianti depurazione acque)
Distribuzione della tecnologia WET e DRY 17
OPPORTUNITA DEI SISTEMI DRY A BIOCELLE 1) Pretrattamenti: flessibile ed adatto anche a rifiuti meno selezionati. I pretrattamenti necessari cui sottoporre il rifiuto sono meno onerosi rispetto ad un sistema WET, e più semplici. (es. apertura sacchi senza vagliatura). La raffinazione avviene al termine del trattamento per ottenere compost di qualità e comporta scarti di processo più contenuti. 2) Consumo di acqua: la digestione dry consente di non addizionare acqua al rifiuto, contrariamente a quella WET 3) Semplicità di impianto : con pochi dispositivi mobili e grande robustezza. Milano 15 settembre 2010 Digestione anaerobica della frazione organica dei rifiuti urbani 18
OTTIMIZZAZIONE DEL PROCESSO A BIOCELLE: ATTORI COINVOLTI GRUPPO RICICLA ECODECO REGIONE LOMBARDIA
OTTIMIZZAZIONE DEL PROCESSO A BIOCELLE: DIGESTORE PILOTA OBIETTIVI RICERCA Ottimizzazione produzione di biogas Ottimizzazione della stabilizzazione FORSU Riduzione dei volumi (100% rifiuto in biocella)
OTTIMIZZAZIONE DEL PROCESSO A BIOCELLE: >70% del potenizale
SISTEMA INTEGRATO: RECUPERO ACQUA NUTRIENTI ENERGIA Flusso di digestato 21 giorni BIOCELLE PERCOLATRICI 10-12 giorni Digestore CSTR Flusso di percolato
Flusso di digestato 21 giorni BIOCELLE PERCOLATRICI 10-12 giorni Digestore CSTR Flusso di percolato Acqua rigenerata Sistema di ultrafiltrazione/osmosi Corpo idrico superficiale Separato solido/ritentato Strippaggio (NH 4 ) 2 SO 4
CONCEPT RENEWABLE WATER untreated Partially untreated treated
CONCEPT IMPIANTO OI E STRIPPAGGIO RENEWABLE NUTRIENTS SOLFATO DI AMMONIO
SVILUPPI FUTURI: BIOMETANO RIFIUTI ORGANICI (FORSU) DI 300.000 ABITANTI 1400 PRODUCONO CARBURANTE PER UN ANNO PER 1400 AUTO DI MEDIA CILINDRATA CHE PERCORRONO 20.000KM/ANNO
GOTEBORG, STOCCOLMA E LINKÖPING: FLOTTA DEL TRASPORTO PUBBLICO ALIMENTATA A BIOMETANO
STOCCOLMA E INTERLAND 273 autobus
SVILUPPI FUTURI: BIOMETANO IN SVEZIA IL 54% DEL GAS METANO PER AUTOTRAZIONE VIENE DALLA DIGESTIONE ANAEROBICA
SCENARI DI DOMANI QUANDO MILANO AVRA UN IMPIANTO DI DIGESTIONE ANAEROBICA Rifiuto (ton/anno) Elettricità (Kwh) Biometano (Kg) Auto che percorrono 20.000 km/anno AUTOBUS che percorrono 20.000 km/anno TEP di origine fossile risparmiate Equivalenti di CO2 di origine fossile non emessi (ton) Azoto rinnovabile (ton) Valore sotitutivo urea (euro) 45,000 7,909,65 0 1,150,20 0 1,438 111 1,479 5,537 216 64,800
DOMANI. RACCOLTA DELL UMIDO E UN VANTAGGIO PER TUTTI