Consiglio Nazionale delle Ricerche Istituto di Biologia e Biotecnologia Agraria ASPETTI BIOTECNOLOGICI DELL AVVIAMENTO DI IMPIANTI DI BIOGAS Giacomo Bucchi Master in Gestione delle biomasse e dei processi per la produzione di energia
ASPETTI MICROBIOLOGICI DELLA DIGESTIONE ANAEROBICA Materie organiche complesse (carboidrati, proteine, grassi) Molecole organiche solubili (zuccheri, amminoacidi, acidi grassi) 1 1 2 3 4 Idrolisi Acidogenesi Acetogenesi Metanogenesi 2 Acidi grassi volatili Acido acetico 3 H 2 + CO 2 CH 4 + CO 2 4 4
ASPETTI MICROBIOLOGICI DELLA DIGESTIONE ANAEROBICA IDROLISI ED ACIDOGENESI METANOGENESI
ACIDOGENESI ED ACETOGENESI Microorganismi del dominio Bacteria Phyla maggiormente rappresentati: Proteobacteria, Chloroflexi, Firmicutes, Spirochete e Bacteroidetes Alte velocità di duplicazione (<3 gg) Variabilità relativamente alta nei processi di digestione anaerobica Ampia variabilità di processi metabolici di degradazione di substrati complessi fino ad acidi organici volatili a catena corta e gas (H 2 e CO 2 ) Assenza di vie metaboliche di produzione del metano
METANOGENESI Microorganismi del dominio degli Archaea Phylum maggiormente rappresentato: Euryarchaeota Basse velocità di duplicazione (5 6 giorni) Minore variabilità nei processi di digestione anaerobica Minore variabilità di vie metaboliche Metanogenesi acetoclastica o idrogenotrofa Sintrofia con batteri acidogeni e acetogeni omoacetogeni
ARCHAEA METANOGENI Classe Ordine (Genere) Morfologia Cellulare Fisiologia Methanobacteria Methanobacteriales (Methanobacterium) Bastoncelli Filamenti Idrogenotrofi Mesofili o termofili Methanococci Methanococcales (Methanococcus) Cocci irregolari Idrogenotrofi Mesofili o termofili Methanomicrobiales (Methanoculleus) Cocci irregolari Bastoncelli Cell. ovali piatte Idrogenotrofi Mesofili Methanomicrobia Methanosarcinales (Methanosarcina, Methanosaeta) Filamenti Bastoncelli Cell. ovali piatte Acetoclasti ristretti (Methanosaeta)o facoltativi (Methanosarcina) Mesofili o termofili
VARIAZIONI COMUNITA MICROBICHE Archaea Bacteria
PARAMETRI DI PROCESSO IN AVVIAMENTO (1) Caso studio: Avviamento di un impianto alimentato a liquame suino + insilati da 635 kw, inoculo con liquame e digestato Miscelazione Temperatura Composizione del gas CH 4 CO 2 O 2 H 2 H 2 S Azoto ammoniacale Carico organico volumetrico ph Aumento iniziale e stabilizzazione Aumento iniziale e stabilizzazione Diminuzione e stabilizzazione Leggero aumento Aumento e stabilizzazione
PARAMETRI DI PROCESSO IN AVVIAMENTO (2) Acidità totale e alcalinità totale Rapporto acidità/alcalinità
Biogas prodotto (m3/d) PARAMETRI DI PROCESSO IN AVVIAMENTO (3) 6,0 T ( C); Energia prodotta (MWh/d) 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 COV (kgsv/m3/d) 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 0,0 VFA/ALK (adim.)
PARAMETRI DI PROCESSO IN AVVIAMENTO (4)
GRAZIE PER L ATTENZIONE Ringrazio: la Dott.ssa Castelli e il Dott. Sala e quanti hanno contribuito all organizzazione e allo svolgimento del Master in «Gestione delle biomasse e dei processi per la produzione di energia» Sebigas S.p.A. Ecomondo Consorzio Italiano Biogas
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