CORSO PER TECNICI da impianti di biogas Paolo Mantovi Centro Ricerche Produzioni Animali Reggio Emilia, 22 gennaio 2013 Centro Ricerche Produzioni Animali C.R.P.A. S.p.A.
Di cosa stiamo parlando Produzioni animali Agro-industria DIGESTIONE ANAEROBICA (DA) Settore energia Produz. vegetali (food, non food) Digestato INTERFACCIA BIOGAS / PRODUZIONI VEGETALI DIRETTIVA NITRATI
Cosa succede nell'interfaccia DA / produzioni vegetali La produzione di biogas genera un residuo (il digestato); La digestione anaerobica non riduce il contenuto di nutrienti (N, P) dei materiali utilizzati nel processo; Il digestato ha buone proprietà fertilizzanti ma il suo utilizzo agronomico presenta costi significativi (trasporto, migliori tecniche per spandimento); Il digestato compete con altri fertilizzanti (di sintesi, effluenti zootecnici, fanghi di depurazione, compost, ecc.); Quando si fa uso di colture energetiche nella produzione di biogas i nutrienti non escono dal sistema ma vengono riciclati sui terreni; È concreto il rischio che l'uso del digestato si concentri nelle aree ove sorgono gli impianti di biogas, che generalmente coincidono con le aree ad elevata densità zootecnica...
Il digestato. Cos è Il digestato è il residuo del processo di digestione anaerobica. Può derivare dalla digestione di: - effluenti zootecnici; - biomasse vegetali (di scarto o dedicate); - sottoprodotti di origine animale (SOA); - frazione organica dei rifiuti solidi urbani (FORSU); - fanghi di depurazione. Può essere considerato un buon materiale fertilizzante, ad effetto concimante più o meno pronto a seconda della sua origine.
Il digestato, un sottoprodotto della DA La Legge 134/2012 all art. 52, comma 2 bis, prevede che: Ai sensi dell articolo 184-bis del decreto legislativo 152/2006, è considerato sottoprodotto il digestato ottenuto in impianti aziendali o interaziendali dalla digestione anaerobica, eventualmente associata anche ad altri trattamenti di tipo fisico-meccanico, di effluenti di allevamento o residui di origine vegetale o residui delle trasformazioni o delle valorizzazioni delle produzioni vegetali effettuate dall agro-industria, conferiti come sottoprodotti, anche se miscelati fra loro, e utilizzato ai fini agronomici.
Il digestato, un fertilizzante La Legge 134/2012 all art. 52, comma 2 bis, prevede che: Con decreto del Ministero delle politiche agricole alimentari e forestali, di concerto con il Ministero dell ambiente e della tutela del territorio e del mare, sono definite le caratteristiche e le modalità di impiego del digestato equiparabile, per quanto attiene agli effetti fertilizzanti e all efficienza di uso, ai concimi di origine chimica, nonché le modalità di classificazione delle operazioni di disidratazione, sedimentazione, chiarificazione, centrifugazione ed essiccatura
Caratteristiche chimiche di digestati
Il processo di digestione anaerobica Determina una riduzione della sostanza organica meno stabile; Non riduce i quantitativi di azoto e fosforo; Trasforma parte dell'azoto organico in azoto ammoniacale.
ST 100 kg SV 84 kg Riduzione della sostanza organica In Biogas 50 kg SV degradabili (59-60% SV) Out Ceneri 16 kg SV/ST in in 84% SV Ceneri 16 kg Digestori Efficienza DA quasi 60% SV 34 kg Ceneri 16 kg SV/ST out 68%
Trasformazioni dell azoto
Trasformazioni dell azoto suino bovino bovino+silomais Rif. Mantovi P., Soldano M., Fabbri C., Piccinini S. (2009). La separazione del digestato aumenta il potere fertilizzante. L Informatore Agrario, 43: 55-58.
Il digestato ai fini agronomici I principali vantaggi dell uso del digestato come fertilizzante: distribuzione di materiale stabilizzato; apporto di sostanza organica ai suoli; apporto di N-P-K (sostituzione di fertilizzanti chimici); riduzione emissioni gas serra.
Stabilizzazione = meno odori Misure sulle concentrazioni di odore Tesi 1: Liquame bovino da stabulazione libera, senza paglia, NON digerito Tesi 2: Liquame bovino da stabulazione libera, senza paglia, digerito Rif. Immovilli A., Valli L., Fabbri C., (2008). La digestione anaerobica riduce gli odori dei liquami. L Informatore Agrario, 43: 66-69.
Apporti di sostanza organica ai terreni Contenuti di sostanza organica dei terreni Organic Carbon content in topsoil in Italy (from JRC)
Prove di fertilizzazione con digestato Es. produzioni ettariali di triticale (pianta intera)
Prove di fertilizzazione con digestato Es. rese di orzo (kg/ha) ottenute in Svezia (Odlare et al.)
Emissioni di CO 2 dal terreno Rif. Monaco S., Pelissetti S., Sacco D., Mantovi P., Bonazzi G., Grignani C. (2011). Separare i solidi dai liquidi migliora la qualità dei liquami. L Informatore Agrario, 20: 46-49.
Il digestato ai fini agronomici Possibili problematiche legate all uso agronomico del digestato: - emissioni di ammoniaca in atmosfera (qualora non venga distribuito con le Migliori Tecniche Disponibili); - perdite di nitrati nelle acque (qualora si ecceda negli apporti e si applichi in periodi non opportuni).
Emissioni ammoniacali Misure sulle emissioni di ammoniaca Tesi 1: Liquame bovino da stabulazione libera, senza paglia, NON digerito Tesi 2: Liquame bovino da stabulazione libera, senza paglia, digerito Rif. Immovilli A., Valli L., Fabbri C., (2008). La digestione anaerobica riduce gli odori dei liquami. L Informatore Agrario, 43: 66-69.
Migliori Tecniche Disponibili - esempi
Separazione solido-liquido 10-15% in peso del digestato. Tenore di s.s. del 20% circa. Concentra sostanza organica, azoto organico e fosforo. 85-90% in peso del digestato. Tenore di s.s. tra 1,5 e 8% circa. Mantiene in se i composti solubili tra cui l azoto ammoniacale (sino al 70-90% dell azoto totale presente).
Separazione solido-liquido Caratteristiche delle due frazioni: 1) CHIARIFICATA: fertilizzante a buona disponibilità di N. Contiene un elevata percentuale di azoto ammoniacale sull azoto totale, rapporto N/P piuttosto elevato. 2) SOLIDA: buone proprietà ammendanti. Concentra in sé la sostanza organica del digestato e contiene un elevata percentuale di azoto organico sull azoto totale (e buona parte del fosforo).
Separazione solido-liquido Frazione solida o addensata: - possibilità di stabilizzazione in platea (maturazione); - maggiore facilità di trasporto e di trasferimento di nutrienti fuori dall azienda; - possibilità di distribuzione con spandiletame o spandicompost; - utilizzo come ammendante (ad esempio nel rinnovo di impianti di colture arboree).
Separazione solido-liquido Frazione liquida chiarificata: - ridotto fabbisogno di volume di stoccaggio; - maggiore facilità di miscelazione e pompaggio; - minori rischi di intasamento delle tubature; - ridotta formazione di 'cappello o crostone' nello stoccaggio; - minori emissioni di odori; - possibilità di ricircolo in stalla ("flushing"); - possibilità di uso su colture in atto e uso fertirriguo; - ridotto imbrattamento delle colture.
Separazione solido-liquido La separazione solido-liquido dei liquami zootecnici e dei digestati può essere effettuata per gravità, in bacini o vasche di sedimentazione, oppure per mezzo di specifiche attrezzature meccaniche. Tra queste ultime quelle più comunemente adottate nel settore agro-zootecnico sono: - vagli (statici, vibranti, rotativi), - separatore a rulli contrapposti, - separatore a compressione elicoidale, - centrifuga, - flottatore.
Separazione solido-liquido Tipologia di separatore Tipo di solidi separati Effluente trattato (in genere) Vagli grossolani (>0,1 mm) suino Rulli contrapposti grossolani bovino, digestato Compressione elicoidale grossolani bovino, digestato Centrifuga grossolani e fini suino, digestato Flottatore grossolani e fini suino
Separatore a compressione elicoidale Sistema meccanico costituito essenzialmente da un filtro cilindrico composto da sottili barre in acciaio entro cui ruota una vite senza fine azionata da un motore elettrico. Il liquame viene progressivamente compresso dalla vite senza fine entro il filtro cilindrico. La frazione liquida passa attraverso le fessure del filtro e viene scaricata sul fondo della macchina, mentre quella solida viene pressata dalla vite contro un regolatore di portata posizionato all uscita del materiale.
Separatore a compressione elicoidale
Separatore a rulli contrapposti Sistema meccanico costituito da un vaglio cilindrico rotante in metallo su cui ruotano, all esterno, due rulli pressori in gomma e, all interno, due controrulli e una spazzola. L effluente viene filtrato attraverso il vaglio; la funzione dei rulli pressori è quella di disidratare ulteriormente la frazione solida che non passa attraverso le fessure. La spazzola interna mantiene pulite le fessure del vaglio cilindrico.
Centrifuga ad asse orizzontale
Flottatore
Efficienze di separazione nella frazione solida (%) Tipologia di separatore Effluente Peso Sostanza secca Azoto Fosforo Vagli suino 3-5 20-25 4-7 8-12 Rulli Suino, bovino, 2-30 15-55 5-35 5-35 contrapposti digestato Compressione Suino, bovino, 2-25 15-55 5-30 10-35 elicoidale digestato Centrifuga Suino, bovino, 5-20 40-80 10-40 30-80 digestato Flottatore suino 15-35 40-70 20-35 40-80
Efficienza di separazione in peso
Efficienza di separazione in peso
Efficienza di separazione sostanza secca
Efficienza di separazione sostanza secca
Efficienza di separazione azoto
Efficienza di separazione azoto
Caratteristiche chimiche di frazioni solide di digestati
Le frazioni chiarificate Essendo generalmente ben dotate di azoto ammoniacale, manifestano pronto effetto nutritivo per le colture. Il loro utilizzo in luogo del digestato tal quale può ridurre le emissioni di ammoniaca in atmosfera per la più facile infiltrazione nel suolo. Talvolta si prestano ad un uso sulle colture in atto con tecniche di fertirrigazione o nuove tecniche di distribuzione.
Caratteristiche chimiche di frazioni chiarificate di digestati
Nitrificazione dell azoto apportato al suolo (a 30 giorni) Valore comparabile a quello ottenuto con urea, nella stessa prova Nitrato ammonico è arrivato a 150-160% Rif. Monaco S., Pelissetti S., Sacco D., Mantovi P., Bonazzi G., Grignani C. (2011). Separare i solidi dai liquidi migliora la qualità dei liquami. L Informatore Agrario, 20: 46-49.
Efficienza d uso dell azoto nel lungo periodo Mais insilato Mais granella N input (kg ha -1 ) N input (kg ha -1 ) MIN: urea S: liquame bovino F: letame bovino Rif. Monaco S. (2005). Effects of rotation and fertilization managements in maize cropping systems. PhD thesis - University of Turin, pp 114. Grignani C., Zavattaro L., Sacco D., Monaco S. (2007). Production, nitrogen and carbon balance of maize-based forage systems. European Journal of Agronomy, 26: 442-453.
Caratteristiche agronomiche degli effluenti Rif. Monaco S., Pelissetti S., Sacco D., Mantovi P., Bonazzi G., Grignani C. (2011). Separare i solidi dai liquidi migliora la qualità dei liquami. L Informatore Agrario, 20: 46-49.
Tecniche di fertirrigazione con digestato con manichetta con ala piovana
Tecniche di fertirrigazione con digestato Filtrazione a sabbia Manichetta fuori terra
Fertirrigazione con digestato zootecnico
Il messaggio La digestione anaerobica... modificando la composizione delle forme azotate, rende a più pronto effetto l azoto di effluenti zootecnici e biomasse; la separazione solido/liquido dei digestati da effluenti zootecnici, assieme alla copertura degli stoccaggi, esaltano ulteriormente questo effetto, concentrando nella frazione chiarificata l'azoto ammoniacale più prontamente disponibile.
I nitrati NO 3 - Cosa sono: forma minerale dell elemento azoto, solubile in acqua. Dove sono: si formano nel terreno e si solubilizzano in acqua, NON si trovano negli effluenti zootecnici ma si possono formare a partire dall azoto contenuto in questi. A cosa servono: alla nutrizione azotata vegetale (sviluppo verde).
Inquinamento delle acque da nitrati Interessa: acque superficiali eutrofizzazione (fioriture algali, morie di pesci e altri organismi) acque sotterranee tossicità per utilizzo idropotabile Nitrati Nitriti Tossicità - acuta (metaemoglobinemia) - cronica (nitrosammine) Sulla base del rischio di insorgenza della metaemoglobinemia infantile fissato limite per potabilità a 50 mg/l di nitrati (Dir. 98/83/CEE)
La Direttiva Nitrati 91/676/EEC Richiede: 1) designazione delle Zone Vulnerabili all inquinamento da nitrati di origine agricola; 2) definizione di Programmi d Azione da applicare nelle Zone Vulnerabili; 3) monitoraggio dello stato di qualità delle acque e dell applicazione dei Programmi d Azione.
Zone Vulnerabili da Nitrati (ZVN) ZVN Percentuale del territorio di pianura Piemonte 54% Lombardia 56% Emilia-Romagna 57% Veneto 60% Friuli Venezia Giulia 53% da 12.701 km 2 (anno 2003) a 27.541 km 2 (anno 2008)* * Regioni: Lombardia, Emilia-Romagna, Veneto, Piemonte e Friuli Venezia Giulia Fonte Ministero dell Ambiente, elaborazione dati delle Regioni
La Direttiva Nitrati 91/676/EEC Fissa a 170 kg/ha per anno il limite massimo di apporto al campo dell azoto da effluenti zootecnici nelle zone vulnerabili. L utilizzo dei concimi minerali non è soggetto alle stesse limitazioni ma deve essere effettuato nel rispetto del Codice di Buona Pratica Agricola (bilancio dell azoto). Nell allegato III della Direttiva si prevede la possibilità di richiedere deroghe rispetto al limite dei 170 kg N/ha anno (qualora lo stato di applicazione della Direttiva sia rispettato e se si verificano certe condizioni agroambientali).
La Direttiva Nitrati 91/676/EEC All'art. 2 definisce come effluente di allevamento: le deiezioni del bestiame o una miscela di lettiera e di deiezioni di bestiame, anche sotto forma di prodotto trasformato. Stante questa definizione gli effluenti zootecnici, quand'anche sottoposti al trattamento di digestione anaerobica, ai fini della Direttiva restano effluenti zootecnici.
Recepimento Direttiva Nitrati - Livello nazionale D.Lgs n. 152 del 11 maggio 1999 - Disposizioni sulla tutela delle acque dall'inquinamento - Livello nazionale Decreto ministeriale 7 aprile 2006 su Criteri e norme tecniche generali per la disciplina regionale dell utilizzazione agronomica degli effluenti di allevamento - Livello regionale Programmi d azione per le zone vulnerabili ai nitrati di fonte agricola
Decreto ministeriale 7 aprile 2006 L ambito di applicazione riguarda l intero ciclo di utilizzazione agronomica degli effluenti di allevamento
Decreto ministeriale 7 aprile 2006 La disciplina dell'utilizzo agronomico degli effluenti di allevamento e dei fertilizzanti commerciali (Dlgs 75/2010) viene specificata nell'allegato V su Comunicazione e Piano di Utilizzazione Agronomica (PUA). La procedura PUA deve contemplare: - il fabbisogno prevedibile di N delle colture - l'apporto alle colture di N dal suolo e dalle fertilizzazioni
Decreto ministeriale 7 aprile 2006 Chiarito un principio importantissimo: quando destinati a uso agronomico, gli effluenti di allevamento NON sono RIFIUTI e quindi non assoggettati al DLgs 152/06 (Parte IV) e s.m.i., nè al Reg. CE 1774/02 (art. 3, comma 1 e art. 1, comma 4) e s.m.i.
Decreto ministeriale 7 aprile 2006 La disciplina dell'utilizzo agronomico degli effluenti di allevamento e dei fertilizzanti commerciali (Dlgs 75/2010) viene specificata nell'allegato V su Comunicazione e Piano di Utilizzazione Agronomica (PUA). La procedura PUA deve contemplare: - il fabbisogno prevedibile di N delle colture - l'apporto alle colture di N dal suolo e dalle fertilizzazioni
Equazione di bilancio Y*b = Nm + Na + Nr + Ns + Fo*Ko + Fc Y: resa per ettaro della coltura (prodotto raccolto) b: percentuale di azoto nel prodotto raccolto Nm: azoto dalla mineralizzazione della sostanza organica del suolo Na: azoto da deposizioni atmosferiche Nr: azoto da coltura in precessione Ns: azoto da fertilizzazioni organiche precedenti Fo: azoto distribuito con fertilizzante organico (quì DIGESTATO) Ko: coefficiente di efficienza delle fertilizzazioni organiche (quì DIGESTATO) Fc: azoto distribuito con concimi minerali
Disciplina uso agronomico Digestione anaerobica di effluenti zootecnici, da soli o in miscela con biomasse di origine agricola: DIGESTATO = EFFLUENTE ZOOTECNICO Nota alla tab. 3.3. allegato 1 del DM 7 aprile 2006: il processo di digestione anaerobica, anche con l'aggiunta di colture energetiche e prodotti residuali delle produzioni vegetali, si configura come trattamento atto ad incrementare il valore fertilizzante. Sostanze vegetali di origine agroindustriale avviate a DA escono dalla normativa rifiuti se conferite come sottoprodotti.
Dosaggi digestato - principi fondamentali Il DM 7 aprile 2006 non precisa come vada considerata ai fini fertilizzanti la quota di azoto derivante dai materiali diversi dagli effluenti zootecnici. Per il solo AZOTO da EFFLUENTI ZOOTECNICI <= 170 kg/ha in Zone Vulnerabili <= 340 kg/ha in Zone NON Vulnerabili Quantità complessiva di AZOTO EFFICIENTE apportato (organico e minerale) non deve superare il FABBISOGNO DELLA COLTURA Nuovo Allegato IX al DM 7 Aprile 2006 dovrebbe colmare lacuna ma intanto ci sono disposizioni regionali
Dosaggi digestato - principi fondamentali USO AGRONOMICO del DIGESTATO MISTO (da effluenti zootecnici e altro): Zone VULNERABILI 1. N efficiente totale apportato non > fabbisogno della coltura 2. N da effluenti zootecnici <= 170 kg/ha 3. N totale da digestato da calcolare sulla base di un PUA, garantendo un coefficiente aziendale di media efficienza
Dosaggi digestato - principi fondamentali Quantità AZOTO AZOTO (t/a) (kg/a) (%) (kg/m3) Liquame suino 8.880 26.400 83 Insilato mais 1.100 5.500 17 TOTALE 9.980 31.900 100 3,20 N animale 2,65 kg/m 3 N vegetale 0,55 kg/m 3 Zona Vulnerabile, per cui: N zoot. <= 170 kg/ha Digestato distribuibile: 170/2,65 <= 64 m 3 /ha N totale max distribuito da digestato: 205 kg/ha
Messaggi Il digestato di impianti agrozootecnici è un buon materiale fertilizzante che può essere utilizzato sui terreni agricoli nel rispetto della normativa sugli effluenti zootecnici e specifiche norme regionali; In questo modo gli impatti ambientali dell'uso fertilizzante del digestato (leggi dispersione di nitrati) vengono ridotti, così come richiesto da Direttiva Nitrati; Le normative sull'utilizzo agronomico del digestato sono in evoluzione; a breve sarà disponibile la norma nazionale di riferimento (Allegato IX a DM 7 apr 2006).
da impianti di biogas CORSO PER TECNICI Grazie per l attenzione www.crpa.it p.mantovi@crpa.it Reggio Emilia, 22 gennaio 2013 Centro Ricerche Produzioni Animali C.R.P.A. S.p.A.