Digestione anaerobica di effluenti di allevamento e altri co-substrati: massimizzazione delle rese energetiche per il controllo dell'azoto

Documenti analoghi
Biogas: i parametri tecnico economici per lo studio di fattibilità

STABULUM Sistema integrato di TrattAmento di reflui BUfalini, volto al recupero idrico ed al risparmio energetico (DRD n. 773 del 28/12/2010)

LE BIOMASSE UTILI ALLA PRODUZIONE DI BIOMETANO

LA VALORIZZAZIONE DEL SOLIDO SEPARATO DI LIQUAMI BOVINI NELLA DIGESTIONE ANAEROBICA

Biogas/Biometano in Italia: situazione e prospettive

Biogas e sostenibilità: situazione e prospettive

LA DIGESTIONE ANAEROBICA NEL TRATTAMENTO DELLA FORSU

1000+ Il Biogas.

TSenergyGroup

Produzione di Biofuel mediante digestione anaerobica della frazione organica del rifiuto solido urbano

Biogas in Italia. Biogas in Italia: lo stato dell arte

convegno nazionale POLYGEN: COGENERAZIONE DIFFUSA E TRIGENERAZIONE paesaggi e territori progettare, costruire, ristrutturare:dallo scavo all edificio

Il ruolo del settore agricolo e agroalimentare italiano nella produzione del biogas-biometano

ACCETTABILITA SOCIALE DEGLI IMPIANTI A BIOGAS UNA CORRETTA COMUNICAZIONE E UN PIANO DI CERTIFICAZIONE VOLONTARIA

ENERGIE RINNOVABILI IN AGRICOLTURA: IL BIOGAS

PARTE PRIMA. Elementi e caratteristiche dei piccoli impianti

Valorizzazione dei materiali derivanti dal trattamento del digestato: applicazioni tecniche e normativa di riferimento

Le tecnologie per la conversione delle biomasse

Filiere agro-energetiche aziendali: casi concreti e indirizzi progettuali

Il biogas in Italia, stato dell arte e possibili sviluppi per il biometano

Il recupero energetico derivante dalla raccolta dei rifiuti urbani: la termovalorizzazione e il compostaggio anaerobico

Biometano per uso agricolo, potenzialità e vincoli

Comune di Gattatico Energie rinnovabili in campo agricolo

VEICOLI A BIOMETANO, LA SFIDA DEL FUTURO

Il biogas: situazione e prospettive in Italia

LA GEOTERMIA NELLA MARCA. Il contributo dei sistemi di geoscambio in campo agricolo zootecnico

Un mix di qualità garantisce la resa

di energia e/o di materia

Claudio Fabbri Centro Ricerche Produzioni Animali - CRPA SpA

Produzione biologica di idrogeno da miscele di residui

LO STUDIO DI FATTIBILITA' PER IMPIANTI BIOGAS NEL SETTORE AGRO-ZOOTECNICO. Claudio Fabbri

Giornata dimostrativa La fertirrigazione con il digestato Azienda Sperimentale Tadini, Gariga di Podenzano (PC), 27 luglio 2010

LCA (Life Cycle Assessment Analisi LCA in allevamenti suinicoli da ingrasso

ANALISI DEI COSTI/BENEFICI DERIVANTI DALLA REALIZZAZIONE DI UN IMPIANTO A BIOGAS

Il punto sul biometano Convegno

Life CONCLUSIONI. Cycle Analisys per la valutazione economica della sostenibilità ambientale della filiera del biogas in Lombardia

Lactosan Gmbh & Co.KG. Ricerca & Sviluppo di Additivi per Insilati

BIOMASSE AVVIABILI ALLA PRODUZIONE DI BIOGAS. RESE ENERGETICHE ELEVATE E CERTE COSTO di PRODUZIONE o di APPROVVIGION.

Impianto di biogas per la produzione di energia

Manifesto per un energia da rifiuti senza CO 2 LA DIGESTIONE ANAEROBICA

Cogenerazione Enti locali e regionali ecc.)

Caratteristiche del digestato per l'equiparazione ai concimi chimici

Il Biometano Emissioni a confronto. F. Valerio Chimico Ambientale

PROGETTAZIONE, PREVEDIBILITÀ E PROGRAMMABILITÀ DELLE FONTI RINNOVABILI

BIOSONATOR. La tecnologia ad Ultrasuoni applicata agli impianti a biogas

Aspetti di sostenibilità economica e ambientale della filiera del biogas Quale futuro per gli impianti dopo il economica

COGENERAZIONE DA FONTI RINNOVABILI

Esperienze nella distribuzione del digestato

LE ESPERIENZE CHE CONTANO FRI-EL GREEN POWER

Idrolisi verde della cheratina della lana: scale-up di processo

Energia e agricoltura

Trattamento della biomassa all ingresso del fermentatore: Il sistema IKTS

4 BIOGAS SRL NOI LO RENDIAMO FACILE. Impianti NOVA da 50 a 300 kwp

Integration of anaerobicaerobic digestion of organic wastes: GHG emission impacts at micro and macro scale

I sottoprodotti nel biogas. Opportunità e normative

Energia dalle Biomasse - Parte A

Trattamenti del digestato finalizzati all utilizzo agronomico

Piano di Gestione del fiume Po: riesame e aggiornamento

Biogas. 12 novembre2015 WORKSHOP: L ATTIVITA DI CONTROLLO PRESSO LE AZIENDE ZOOTECNICHE SOGGETTE AIA (IPPC 6.6) Silvia R.

MANNIENERGY: ENERGIA DALLA NATURA

La digestione anaerobica dei rifiuti urbani: rassegna delle tecnologie impiantistiche europee e trend evolutivi

Agenda / Inhalt. Soluzione integrata per l abbattimento o, in alternativa, il recupero dei nutrienti nei digestati

RELAZIONE TECNICO-AGRONOMICA Allegata alla richiesta di autorizzazione unica per la realizzazione e gestione di un impianto di biogas da 999 kwe

Ricerca finanziata dalla Regione Piemonte

Biogas e biometano per la competitività dell azienda agricola

Centrali di Produzione Biometano

Ing. Riccardo Castorri

Applicazioni del biochar in zootecnia

BARRIERE ALLA MICROCOGENERAZIONE. Giuseppe Tomassetti

Gino Magni Bracchitta Mirko Pioneer hi-bred Italia. Le buone conoscenze agronomiche per un biogas fatto bene

IL DIGESTATO E IL SUO VALORE AGRONOMICO

L energia da biomasse e biogas nel mix energetico Alessandro Casula

LA FILIERA AGRO-ENERGETICA DA COLTURE DEDICATE: ANALISI TERMO-ECONOMICA DI SISTEMI PER LA PRODUZIONE DI ENERGIA. Mirko Morini, Ph.D.

ENERGIA DA BIOGAS: regole, esperienze e prospettive per uno sviluppo sostenibile

Da cosa è composto. Metano (CH 4 ), di norma al 50-55% Anidride carbonica (CO 2 ), di norma al 35-40%

Ottimizzare l uso del Digestato in Campo: l approccio integrato utilizzando le analisi del terreno

Agri Power Plus S.r.l.

ENERGIA DALLE FONTI RINNOVABILI ASPETTATIVE DALLE NUOVE TECNOLOGIE LE BIOMASSE

Aspetti impiantistici e di sistema nel settore delle agroenergie

Caso studio: L impianto di gassificazione di Malagrotta

GRAINCOURT. La filiera completa per FORSU e il trattamento del digestato. Ravenna 27 settembre Ing. Ottavio Micheletti

PIANIFICAZIONE ENERGETICA DI UN COMUNE DI PICCOLE DIMENSIONI

BIOdry: Analisi e valutazione di dati tratti dall impianto di essiccazione Andretta

La valorizzazione energetica e fertilizzante delle frazioni solide da liquami bovini

Naltre matrici: azoto contenuto nelle altre matrici caricate al digestore. per tenere conto delle emissioni in atmosfera nella fase di stoccaggio.

Prof. Paolo Pavan Dipartimento di Scienze Ambientali, Informatica e Statistica D.A.I.S. Ca Foscari Venezia

Stoccaggio e spandimento dei reflui zootecnici: emissioni e nuove tecniche di riduzione

Compost da digestato di effluenti zootecnici

Biogas, l importanza di una buona codigestione

Il progetto SEBE e il trend di crescita del biogas in Italia

Il Biogas: nuovi approcci tecnicoscientifici. per lo studio delle biomasse e del processo biologico.

La produzione di idrogeno da idrocarburi

Presentazione della domanda e rinnovo. Entro il 15 febbraio 2014 nuova domanda o rinnovo con presentazione della comunicazione completa

Caratteristiche, trattamenti ed uso dei digestati provenienti da impianti anaerobici

Elementi di valutazione per lo studio di fattibilità di impianti di biogas

Sviluppi futuri e prossime sperimentazioni

Impianto a digestione anaerobica alimentato con deiezioni animali.

CONVERSIONE TERMOCHIMICA

Allegato A METODOLOGIA DI CALCOLO DEL BILANCIO ENERGETICO COMUNALE (B.E.C.)

Taglia i costi Dimezza le emissioni

Transcript:

Digestione anaerobica di effluenti di allevamento e altri co-substrati: massimizzazione delle rese energetiche per il controllo dell'azoto David Bolzonella Università degli Studi di Verona Treviso, 21 ottobre 2011 1

Alla luce di quanto descritto nelle relazioni precedenti appare evidente la necessità di massimizzare la produzione di energia del processo di digestione anaerobica così da massimizzare i ritorni economici del processo e quindi i margini per l applicazione di processi ad alta efficienza per il controllo dell azoto nei flussi effluenti secondo la logica prima illustrata: Treviso, 21 ottobre 2011 2

Treviso, 21 ottobre 2011 3

Treviso, 21 ottobre 2011 4

kwh Treviso, 21 ottobre 2011 5

kwh NH 3 Treviso, 21 ottobre 2011 6

kwh NH 3 Treviso, 21 ottobre 2011 7

kwh NH 3 Treviso, 21 ottobre 2011 8

kwh NH 3 Treviso, 21 ottobre 2011 9

Il processo di digestione anaerobica Treviso, 21 ottobre 2011 10

Il processo di digestione anaerobica porta alla bio-conversione, in assenza di ossigeno, della sostanza organica complessa in biogas Materia organica complessa Biogas (CH 4 +CO 2 ) Digestato (azoto org + NH 4 ) Treviso, 21 ottobre 2011 11

Il processo si sviluppa attraverso tre fasi distinte ma contestuali Idrolisi Acidogenesi Metanogenesi Treviso, 21 ottobre 2011 12

Il loro contenuto energetico è però differente: Idrocarburi Grassi e oli Proteine Contenuto di energia Grado di ossidazione Carboidrati Treviso, 21 ottobre 2011 13

Il tutto avviene in un reattore chiuso, opportunamente scaldato e miscelato, e in assenza di ossigeno Treviso, 21 ottobre 2011 14

Configurazione generale di un impianto operante in Azienda Agricola (Source www.thoeni.at) Treviso, 21 ottobre 2011 15

Costruzione di impianti ex-novo Courtesy of C. Banks Treviso, 21 ottobre 2011 16

Oppure il digestore anaerobico può essere ottenuto mediante revamping di vasche esistenti (ex stoccaggi) Schema di copertura di vasca di stoccaggio riscaldata Treviso, 21 ottobre 2011 17

Copertura delle vasche e captazione del biogas Treviso, 21 ottobre 2011 18

Sistemi di riscaldamento e miscelazione Treviso, 21 ottobre 2011 19

Miscelazione e riscaldamento in reattori circolari Treviso, 21 ottobre 2011 20

Miscelazione Treviso, 21 ottobre 2011 21

Alimentazione del reattore: tramoggia di carico per substrati palabili (insilato, residui agro-industria.) Courtesy of C. Banks Treviso, 21 ottobre 2011 22

Tramogge di carico Courtesy of R.Waltenberger Treviso, 21 ottobre 2011 23

Substrati liquidi Treviso, 21 ottobre 2011 24

Separazione solido/liquido del digestato Treviso, 21 ottobre 2011 25

Controllo della presenza di acido solfidrico nel biogas - In fase gas, mediante dosaggio di aria per reazione tra H 2 S ed O 2 fino a S 8 - In fase liquida mediante aggiunta di sali di Fe 2+ Treviso, 21 ottobre 2011 26

Produzione di energia elettrica e calore 1 m 3 biogas (60% metano) 6 kw 2 kw e.e. 3 kw e.t. 1 kw perdite Treviso, 21 ottobre 2011 27

Bilanci di materia Courtesy of R.Waltenberger Treviso, 21 ottobre 2011 28

Bilanci di energia Courtesy of R.Waltenberger Treviso, 21 ottobre 2011 29

Parametri operativi per impianti aziendali Temperatura 37-42 C Carico Organico Tempo di ritenzione < 3 kgvs/m 3 al giorno > 45 giorni Si possono incrementare le rese del sistema operando sui parametri operativi e/o sul mix in alimentazione Treviso, 21 ottobre 2011 30

La corretta progettazione nasce dalla buona conoscenza e dall equilibrio tra tre componenti fondamentali Progettazione Alimentazione Treviso, 21 ottobre 2011 31

Oggi si parte da uno di questi elementi (vincolo) e a ritroso si determinano gli altri.. Progettazione Alimentazione Treviso, 21 ottobre 2011 32

Problema che nasce da una tariffa pari a 0,28 per kwh fino a 1 MW ee installato Diverso sarebbe con un sistema a scaglioni e con incentivo al recupero di calore (es. UK) Potenza elettrica, kw Tariffa, per kwh < 250 0,145 250 500 0,130 > 500 0,094 Incentivo per il calore 0,065 per kwh Treviso, 21 ottobre 2011 33

Analizziamo nel dettaglio le tre componenti: alimentazione, energia, digestato Alimentazione I substrati disponibili in Azienda (o reperibili) sono essenzialmente di tre tipologie: - Effluenti di allevamento - Colture dedicate: insilati di mais, triticale. - Residui dell agro-industria: residui vegetali, scarti dell industria alimentare, glicerolo (non nel Veneto), scarti di macellazione. Treviso, 21 ottobre 2011 34

Il patrimonio zootecnico regionale è notevole (dati ARPAV 2007) 950,000 capi 53 milioni di capi 800,000 capi 5 milioni di abitanti Treviso, 21 ottobre 2011 35

La produzione di biogas da effluenti di allevamento è contenuta Biogas per capo 1 mucca (500 kg) = 0,5 m 3 di biogas/d 1 maiale (90 kg) = 0,10 m 3 di biogas/d 1 gallina (2 kg) = 0,01 m 3 di biogas/d 1 cavallo (300 kg) = 0,09 m 3 di biogas/d 1 pecora (50 kg) = 0,07 m 3 di biogas/d Treviso, 21 ottobre 2011 36

Mais Colture dedicate (energy crops) Rese fino a 40-50 ton/ha per anno Costi di 20-30 per ton Richiedono terreno, acqua, fertilizzanti, lavoro. Triticale Treviso, 21 ottobre 2011 37

Attenzione!!! La visione della Comunità Europea (ref. David Baxter, leader di IEA Bioenergy) sull uso di energy crops sta cambiando. Nella nuova Direttiva sulle energie rinnovabili (revisione della 2009/28/EC) si introduce il concetto di sostenibilità dei bio-combustibili, e, in base alle procedure di calcolo definite dalla CE, quelli derivati da colture dedicate risultano perdenti.. Treviso, 21 ottobre 2011 38

Treviso, 21 ottobre 2011 39

Scarti agro-industriali Mais dolce Fagiolini Piselli Pomodoro Treviso, 21 ottobre 2011 40

Insalata Patate Cipolle Marco-frutta Treviso, 21 ottobre 2011 41

Stagionali ma in grado di corpire quasi tutto l anno (ma spesso necessitano modifiche di impianto!) Tomatoes Peas, beans, maize Apples, pears Apricots,peaches Fruit marc Vinasses Livestock effluents Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Occorre chiarezza (e semplicità) negli iter autorizzativi Treviso, 21 ottobre 2011 42

Presentano caratteristiche e potenziale in biogas simili a quelli degli energy crops Parameters Total Total volatile TVS/TS COD N P solids (TS) solids (TVS) Substrates g/kg g/kg % g/kg dm mg/kg dm mg/kg dm Dairy manure (solid) 260-350 250-315 78-84 880-930 34-49 6.0-7.8 Dairy manure (liquid) 89-97 69-76 76-89 910-1020 31-41 7.6-8.1 Piggery 60-90 47-76 66-83 860-965 18-42 4.2-8.5 Poultry (litter) 467-688 397-530 72-87 751-1000 27-47 11.8-20.1 Duck (liquid) 124-190 105-155 81-88 802-871 27-39 10.7-11.6 Rabbit manure 192-255 154-213 80-84 803-970 19-21 8.0-10.7 Maize silage 272-453 262-440 89-96 545-1170 11-17 2.2-3.1 Triticale silage 190-315 167-282 87-95 990-1160 13-19 1.1-4.8 Fruit marc 220-255 210-230 96-98 1120-1250 25-35 1.2-3-2 Potatoes 157-192 167-180 92-94 980-1050 20-26 2.2-3-9 Onions 103-130 96-104 91-94 880-996 20-34 3.0-3.3 Vegetables (e.g., lettuce) 40-80 31-70 80-91 765-1050 21-36 6.4-7.7 ADSW&EC, Vienna 2011 43

Presentano caratteristiche e potenziale in biogas simili a quelli degli energy crops Parameters Total Total volatile TVS/TS COD N P solids (TS) solids (TVS) Substrates g/kg g/kg % g/kg dm mg/kg dm mg/kg dm Dairy manure (solid) 260-350 250-315 78-84 880-930 34-49 6.0-7.8 Dairy manure (liquid) 89-97 69-76 76-89 910-1020 31-41 7.6-8.1 Piggery 60-90 47-76 66-83 860-965 18-42 4.2-8.5 Poultry (litter) 467-688 397-530 72-87 751-1000 27-47 11.8-20.1 Duck (liquid) 124-190 105-155 81-88 802-871 27-39 10.7-11.6 Rabbit manure 192-255 154-213 80-84 803-970 19-21 8.0-10.7 Maize silage 272-453 262-440 89-96 545-1170 11-17 2.2-3.1 Triticale silage 190-315 167-282 87-95 990-1160 13-19 1.1-4.8 Fruit marc 220-255 210-230 96-98 1120-1250 25-35 1.2-3-2 Potatoes 157-192 167-180 92-94 980-1050 20-26 2.2-3-9 Onions 103-130 96-104 91-94 880-996 20-34 3.0-3.3 Vegetables (e.g., lettuce) 40-80 31-70 80-91 765-1050 21-36 6.4-7.7 ADSW&EC, Vienna 2011 44

Biogas potenziale 0,6 BMP P, m 3 CH4/kgVS 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 ADSW&EC, Vienna 2011 45

Biogas potenziale 0,6 BMP P, m 3 CH4/kgVS 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 ADSW&EC, Vienna 2011 46

Corretto mix per massimizzare le rese senza eccedere. (credits: prof Juan Lema) Treviso, 21 ottobre 2011 47

. E controllare il processo!!! (credits: prof Juan Lema) Treviso, 21 ottobre 2011 48

Energia circa il 50% della sostanza organica è convertito a biogas questo ha un contenuto in metano del 50-55% circa Il contenuto energetico è di circa 20 MJ per m3 o 6 kw Treviso, 21 ottobre 2011 49

Treviso, 21 ottobre 2011 50

Uso in co-generazione Una unità di co-generazione da 1 MW ee (22MWh al giorno) necessita di circa 10,000 m 3 di biogas al giorno. Con tariffa omnicomprensiva genera un ritorno di 6,000 al giorno (ca. 2 milioni di all anno) Treviso, 21 ottobre 2011 51

Digestato Treviso, 21 ottobre 2011 52 52