Il test BMP applicato ai sottoprodotti: risultati e applicazioni pratiche Piacenza 8 marzo 2012 Claudio Fabbri, Mariangela Soldano Centro Ricerche Produzioni Animali
Digestione anaerobica: tecnologia di conversione energetica molto versatile La tecnologia della digestione anaerobica può utilizzare quello che altre tecnologie di conversione energetica non possono utilizzare. Può utilizzare, infatti, matrici vegetali e/o animali, sottoprodotti o colture dedicate con tenore di solidi totali e volatili dal 2% al 100%.
Conversione energetica In digestione anaerobica il contenuto energetico di una matrice organica viene prima convertito in un biocombustibile per mezzo di una flora batterica e poi in energia elettrica e termica Sostanza organica Metano EE + ET 1 kwh 0,5-0,8 kwh η biologico η meccanico 0,12-0,32 kwh
Composizione delle matrici per biogas Tal quale (tq) Acqua (10-98% tq) ATTENZIONE però alla corretta valutazione del contenuto energetico lordo che può variare da 60 kwh/t tq (liquame suino) a 12.000 kwh/t tq (grasso animale) + Ceneri (2-50% ST) Indegradabile (10-70% SV) Solidi totali Solidi volatili (2-90% tq) (50-98% ST) Degradabile (30-90% SV)
Potenziale metanigeno Il potenziale metanigeno rappresenta la produzione di metano ottenibile dalla conversione di una matrice organica in un digestore anaerobico. Si esprime come Nm 3 per kg di sostanza organica (o solidi volatili, SV). E' importante considerare sempre e solo la sostanza organica e non il peso tal quale o la sostanza secca.
per... Potenziale metanigeno e analisi chimiche: perchè valutarli quantificare le biomasse necessarie verificare la compatibilità con la tipologia impiantistica e le strutture aziendali (stoccaggi, movimentazione, miscelabilità, tempi di ritenzione idraulici...) valutare le quantità di digestato da gestire valutare le quantità di azoto da gestire valutare i costi di produzione del metano
Potenziale massimo producibile 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
Potenziale metanigeno effettivo Il potenziale metanigeno massimo non è tecnicamente ed economicamente sempre raggiungibile a causa dei seguenti fattori: Degradabilità frazioni fibrose; Presenza di sostanza organica recalcitrante Presenza di fattori inibenti Velocità di degradazione
Metodi di valutazione: BMP statico Biogas (CH 4 +CO 2 +H 2 +H 2 O) Substrato da valutare + Inoculo + Soluzione madre Digestato Peso ingresso (Xin) Peso biogas (X 1 out) + peso digestato (X 2 out)
Laboratorio biogas di CRPA Lab
BMP: informazioni ottenibili Resa produttiva biogas: Nm 3 /tsv o Nm 3 /t tq Resa produttiva metano: Nm 3 /tsv o Nm 3 /t tq Percentuale metano: % Degradabilità dei solidi volatili: % Digestato producibile: t digestato/t biomassa Azoto equivalente: kgn/nm 3 CH4
BMP: indici di cinetica 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)
Esempio curva produttiva
Andamento della produzione
La variabilità delle matrici Nm 3 CH4/tSV N cmp Media Dev.ST CV Cereali insilati 69 344 49.7 14.5% SOA 5 465 227.8 48.9% Industria alimentare 10 351 105.6 30.1% Scarti vegetali 23 339 96.0 28.3% Effluenti zootecnici 20 212 74.3 35.1% Altri vegetali 3 259 35.5 13.7% Rifiuti organici 3 293 126.3 43.1% Digestato 7 74 12.2 16.5%
Rese produttive (BMP): Nm 3 /tsv
Picco di produzione (Kmax): giorni
Degradabilità massima (Fmax): %SV
Tempo necessario per 90% produzione (F 90% ): giorni
Silomais equivalente (SMeq): t prodotto/t SM st Per tenere in considerazione la resa in metano, il tenore di sostanza secca e le ceneri, è utile calcolare il valore energetico rispetto ad un prodotto di riferimento: SMst. Quantità equivalente di insilato di mais standard (SM st ) necessaria per produrre lo stesso volume di metano Valori standard di riferimento: tenore in solidi totali del 33%, ceneri pari al 4% e BMP pari a 350 Nm 3 /tsv
Silomais equivalente (SMeq): t prodotto/t SM st
Silomais equivalente (SM eq ): esempio economico Ipotesi: Silomais standard al costo di 50 /t Se SM eq = 2 (t/t SMeq) Se SM eq = 0,2 (t/t SMeq) Valore Valore energetico 50 50 x 2 = 100 100 /t /t Valore Valore energetico 50 50 x 0,2 0,2 = 10 10 /t /t
Valore economico di una biomassa: altri principi da considerare Conservabilità e relative perdite di valore energetico Incide sulla effettiva disponibilità del prodotto all'impianto di biogas: un prodotto non conservabile può essere ritirato solo entro i limiti quantitativi caricabili nei 2-5 giorni successivi
Valore economico di una biomassa: altri principi da considerare Volume di digestato prodotto m 3 digestato/m 3 metano Incide sui volumi di stoccaggio necessari e trasporti per uso agronomico. Considerando la variabilità delle biomasse i volumi di digestato possono andare da 1 a circa 50 volte a parità di metano prodotto
Valore economico di una biomassa: altri principi da considerare Quantità N prodotto kg N/m 3 metano Incide sulla SAU necessaria per uso agronomico e sui costi di distribuzione. Considerando la variabilità delle biomasse i quantitativi di N possono andare da 1 a circa 10 volte a parità di metano prodotto
Esempio applicazione BMP Produzione biogas da insilato di frumento raccolto in diverse epoche fenologiche SS [%] NDF [%SS] ADF [%SS] ADL [%SS] ADL/NDF [%] dndf [%NDF] Amido [%SS] Epoca 1 18,91 51,74 32,49 2,95 5,70 60,47 0,23 Epoca 2 26,14 55,44 34,80 3,26 5,88 48,70 0,00 Epoca 3 29,43 58,20 39,11 5,40 9,28 36,52 1,37 Epoca 4 36,95 49,31 32,59 4,78 9,69 33,09 12,65 Correlazione molto alta con fibra degradabile!
Esempio applicazione BMP Produzione biogas da insilato di frumento raccolto in diverse epoche fenologiche
Conclusioni Il valore energetico/economico di una biomassa dipende da: qualità della sostanza organica disponibile (degradabilità fibra, amido, proteine...) resa di conversione in metano (Nm3 /tsv) Velocità di degradazione Valore della biomassa di riferimento Costi correlati per gestione digestato
Grazie per l'attenzione c.fabbri@crpa.it m.soldano@crpa.it