Requisiti di un substrato da inviare a digestione anaerobica: aspetti agronomici, tecnici, normativi e sanitari. Calcolo del potenziale metanigeno dei principali substrati di origine agricola e civile.

1. Presentazione Libro
SOTTOPRODOTTI PER LA
DIGESTIONE ANAEROBICA:
VANTAGGI E CRITICITA’
BIOGAS:
PICCOLI IMPIANTI
Analisi della convenienza
economica e tre casi reali di
studio
Lorella ROSSI
Venerdì 7 Febbraio 2014 Centro Ricerche Produzioni Animali – C.R.P.A. S.p.A.
Fieragricola Verona
Centro Ricerche Produzioni Animali – C.R.P.A. S.p.A.

2. REQUISITI DI UN SUBSTRATO
DA INVIARE A DIGESTIONE ANAEROBICA
 QUALITA’ DELLA “SOSTANZA ORGANICA”
• caratterizzazione chimico-fisica adeguata (zuccheri, lipidi,
frazioni fibrose, ..)
• test BMP in batch
• test in continuo
 ASSENZA DI “INDESIDERATI”
• plastiche, sassi, metalli, altro,…
 REGOLARITA’ DI PRODUZIONE IN TERMINI DI
QUANTITA’ E QUALITA’ , CONSERVABILITA’
 PREZZO «CONGRUO»!

3. COMPOSIZIONE DELLE BIOMASSE
Biogas!!

4. I componenti dei SOLIDI TOTALI


Solidi volatili (Solidi totali – ceneri)
Ceneri
SOLIDI VOLATILI
 Proteine (Azoto totale e ammoniacale)
 Lipidi
 Carboidrati strutturali- CS (frazioni
fibrose, fibre degradabili e fibre
indegradabili)

Carboidrati non strutturali – NSC
(zuccheri, amido, pectine)

5. LE FRAZIONI FIBROSE
Frazioni fibrose suddivise in diverse componenti a
degradabilità differente:
• NDF: fibra neutro detersa = emicellulosa + cellulosa + lignina
• ADF: fibra acido detersa = cellulosa + lignina
• ADL: lignina
Emicellulose (mediam. degradabili)= NDF – ADF
Cellulosa (lentam. degradabile) = ADF – ADL
Lignina = ADL

6. 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

7. Metodi di valutazione: BMP statico
Biogas (CH4+CO2+H2+H2O)
Substrato da valutare
+
Inoculo
+
Soluzione madre
Digestato
Peso ingresso (Xin) ≈ Peso biogas (X1out) + peso digestato (X2out)

8. TECNOPOLO di RE
Laboratorio biogas CRPA - Test BMP statico
A norma UNI EN ISO
11734:2004

9. BMP: informazioni ottenibili
Resa produttiva biogas: Nm3/t SV o Nm3/t tq
Resa produttiva metano: Nm3/t SV o Nm3/t tq
Percentuale metano: %
Degradabilità dei solidi volatili: %
Digestato producibile: t digestato/t biomassa
Azoto equivalente: kgN/Nm3CH4

10. Rese produttive (BMP): Nm3/t SV

11. Degradabilità massima (Fmax): % SV

12. Potenziale Biochimico Metanigeno - BMP
su MAIS di ottima qualità
NDF: 37,86% ST
ADF: 25,75% ST
ADL: 2,88% ST

13. SANSA DI OLIVA 2 fasi
Solidi
totali
Solidi volatili
Azoto
BMP
Metano
Degradabil
ità SV
(g/kg)
(g/kg)
(%ST)
(mg/kg)
(%ST)
(m3
CH4/tSV)
(%)
(%)
256
237
92,2
4300
1,7%
201
69%
32,1%

14. SANSA DI OLIVA 3 fasi
Solidi
totali
Solidi volatili
Azoto
BMP
Metano
Degradabil
ità SV
(g/kg)
(g/kg)
(%ST)
(mg/kg)
(%ST)
(m3
CH4/tSV)
(%)
(%)
360
334
92,9
5700
1,6%
192
66%
32,8%

15. SANSE 2 FASI e SANSA 3 FASI
 VARIABILITA’ COMPOSITIVA!!
NDF
ADF
ADL
Lipidi
[% ST]
[% ST]
[% ST]
[% ST]
Sansa di olive
"2 fasi"
52,0
46,9
35,1
14,7
Sansa di olive
"3 fasi"
65,3
58,6
36,8
9,8
NDF: Fibra neutro detersa (lignina, cellulosa, emicellulose)
ADF: Fibra acido-detersa (lignina e cellulosa)
ADL: Lignina

16. 400
30
22,9
22,6
20,4(giorno): 2,9
19,7 Kmax 20,4
18,5
300
200
Velocità produzione
[Nm3 CH4/tSV/giorno]
Produzione CH4 [Nm3/t SV]
SANSA DI OLIVA DENOCCIOLATA
BMP21 [Nm3/tSV]: 264
BMP [Nm3/tSV]: 313
20
11,9
9,7
7,9
7,7
10
5,5
100
4,1
3,3
0,0
0
0
0
5
10
15
20
25
30
35
Produzione cumulativa di metano [Nm3/tSV]
Solidi
totali
Solidi volatili
40
Giorni
Azoto
BMP
Metano
Degradabil
ità SV
(g/kg)
(g/kg)
(%ST)
(mg/kg)
(%ST)
(m3
CH4/tSV)
(%)
(%)
278
260
93,6
3800
1,4%
312
64%
56%

17. SANSA DI OLIVA DENOCCIOLATA E DEFIBRATA
400
40
BMP [Nm3/tSV]: 432
30
300
20
14,2
200
9,9
8,9
8,2
100
6,5
4,9
10
4,1
0,0
0
0
Solidi
totali
5
10
15
20
Produzione cumulativa di metano [Nm3/tSV]
Solidi volatili
25
Azoto
30
35
Velocità produzione
[Nm3 CH4/tSV/giorno]
37,4
35,3
Kmax (giorno): 8,1 BMP21 [Nm3/tSV]:
31,3
368
27,4
26,8
25,6 24,6
25,3
500
0
40
Giorni
BMP
Metano
Degradabil
ità SV
(g/kg)
(g/kg)
(%ST)
(mg/kg)
(%ST)
(m3
CH4/tSV)
(%)
(%)
199
164
82,2
4000
2%
431
64%
79%

18. GRASPI D’UVA

19. Valore economico di una biomassa: altri
principi da considerare
Stagionalità di produzione
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

20. SOTTOPRODOTTI E VALORE ECONOMICO
ST
METANO Energia netta
(% ST) (Nm3/t tq)
Equivalenza
Valore
r = 40%
(%)
SV
energetica
50% TO
(kWh/t tq)
(t/ t silomais)
(euro/t tq)
Insilato di mais
33,0 94,0
104
411
1,00
58
Sottoprod. ind. molitoria
87,7 93,9
277
1.093
0,38
153
Polpe di bietola
24,5 94,9
71
280
1,47
39
Liquame bovino
10,1 82,2
19
76
5,44
11
Pollina
44,0 64,1
81
320
1,28
45
LA STIMA DEL VALORE ECONOMICO BASATA SUL
SOLO VALORE ENERGETICO NON È «COMPLETA»

21. SOTTOPRODOTTI E VALORE ECONOMICO
Equivalenza
Valore
Digestato
energetica
50% TO
(t/ t silomais) (euro/t tq) (t/t tq IN)
Insilato di mais
Sottop. ind.
molitoria
Polpe di bietola
Liquame bovino
Pollina
Digestato - equiv
energ.
AZOTO equiv energ.
(t)
(%)
(kg)
(%)
1,00
58
0,75
0,75
--
4,16
--
0,38
1,47
5,44
1,28
153
39
11
45
0,38
0,82
0,96
0,83
0,14
1,20
5,22
1,06
-81
61
600
43
7,45
8,50
23,20
26,17
79
104
458
529
Per l’attribuzione del VALORE ECONOMICO ad un
sottoprodotto si devono CONSIDERARE ANCHE:
- Volume di digestato
- Azoto totale apportato

22. Le fasi del processo
Idrolisi
carboidrati, grassi e proteine sono
ridotti a molecole mono-disaccaridi,
acidi grassi e aminoacidi ad opera di
eso enzimi
Acidogenesi
Monomeri sono convertiti ad H2, CO2,
acidi grassi volatili e alcoli per
fermentazione
Acetogenesi
Metanogenesi
H2, CO2, acidi grassi volatili sono
parzialmente trasformati ad acido
acetico
H2, CO2, acido acetico sono convertiti
a CH4 e CO2
Elevata sensibilità a pH, T, VFA
Vera fase limitante!!

23. Trasformazioni dell’azoto

24. ESEMPI DI MISCELE CON SOTTOPRODOTTI
Matrice
pH
[-]
Solidi
Solidi Volatili
Azoto Totale Kjeldahl
Totali
[g/kg tq] [g/kg tq] [% ST] [mg/kg tq] [% ST]
Liquame
bovino
7,3
68,1
54,1
79,4
-
-
Silomais
4,0
326,6
312,2
95,6
-
-
Sansa 2
fasi
4,6
256,8
236,7
92,2
4298,0
1,7
Sansa 3
fasi
5,3
360,3
334,8
92,9
5702,0
1,6
Pastazzo
di agrumi
3,2
174,6
167,9
96,2
2016,0
1,2

25. BIOMASSE TRATTATE
Miscele oggetto di monitoraggio
Tesi
Matrici
Rapporto in
peso
tal quale
[% miscela]
Rapporto in
peso
Solidi Volatili
[% miscela]
Tempo di
ritenzione
(HRT)
[d]
Carico org. vol.
(COV)
[kg SV/m3/d]
1
Liq.bov.:Sansa
2: Silomais
30:40:30
8:46:46
50
4,1
2
Liq.bov.:Sansa
3: Silomais
40:30:30
10:46:44
50
4,3
3
Liquame bovino
100
100
30
1,7
4
Liq.bov.:Past.agr
: Silomais
30:40:30
9:38:53
50
3,5

26. PRODUZIONE SPECIFICA DI BIOGAS
(Nm3/t di SOLIDI VOLATILI CARICATI)
METANO (Nm3/t SV added)
400
350
300
250
200
150
100
50
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Settimana
Tesi 1 ( Sansa 2 fasi + liquame bovino + silomais)
Tesi 2 ( Sansa 3 fasi + liquame bovino + silomais)
Tesi 3 (Liquame bovino)
Tesi 4 (Pastazzo di agrumi + liquame bovino + silomais)

27. PARAMETRI DI PROCESSO
pH
FOS/TAC
FOS
TAC
[-]
[-]
[mgHAceq/l]
[mgCaCO3/l]
Tesi 1
7,7 ± 0,08
0,306 ± 0,04
3540 ± 380
11562 ± 2029
Tesi 2
7,7 ± 0,06
0,284 ± 0,04
3382 ± 291
12131 ± 1905
Tesi 3
7,8 ± 0,04
0,219 ± 0,02
2896 ± 298
13362 ± 1316
Tesi 4
7,7 ± 0,15
0,317 ± 0,15
3782 ± 1650
12098 ± 1074
FOS/TAC: rapporto tra acidi organici volatili e alcalinità
totale

28. PARAMETRI DI PROCESSO
Tesi 4
16000
7000
14000
6000
12000
5000
10000
4000
8000
3000
6000
2000
FOS
4000
TAC
1000
2000
0
0
0
10
20
30
Giorni
Tesi 4 - con pastazzo d’agrumi
40
50
60
TAC(mgCaCO3/l)
18000
8000
FOS (mg HAceq/l)
9000

29. SOTTOPRODOTTI: quanti e quali?
•
Carico organico volumetrico [kg SV/m3 *g] e
contributo dello specifico sottoprodotto
•
Tempo di ritenzione (se «diminuisce», occorre
valutarne le possibili ripercussioni)
•
Tipo di sottoprodotto ed effetti attesi in
relazione alla sua composizione
•
Carico «graduale» della nuova biomassa

30. CONCLUSIONI - 1
DISPONIBILI QUANTITÀ INTERESSANTI di
scarti e sottoprodotti organici dal comparto
agroindustriale, ma “da individuare”;
QUALITÀ OTTIMA per la stabilizzazione
biologica per via ANAEROBICA, ma VARIABILE
e da valutare (umidità, azoto, test BMP)
 LA CODIGESTIONE DI SOTTOPRODTTI
DIVERSI E’ LA STRADA CORRETTA
IMPIANTO “PRONTO” A “RICEVERLI”

31. CONCLUSIONI - 2
 PIANI DI ALIMENTAZIONE PONDERATI
 SEZIONI DI RICEZIONE, STOCCAGGIO E
PRETRATTAMENTO ADEGUATE
 NON SOTTOVALUTARE IL “RISCHIO” DI
GESTIRE “RIFIUTI”
 NON SOTTOVALUTARE
“ODORI”
IL
RISCHIO

32. CONCLUSIONI - 3
 VERIFICARE PIANO DI ALIMENTAZIONE
“AUTORIZZATO” O “COMUNICATO” con la PAS
 IL RICORSO AI “SOTTOPRODOTTI” DAL PUNTO DI
VISTA “FORMALE” è da ritenersi una “VARIANTE NON
SOSTANZIALE” (confermato dal MISE)
 IN EMILIA-ROMAGNA IL DIGESTATO ottenuto anche
con SOTTOPRODOTTI ai sensi dell’art. 184 bis NON è
un RIFIUTO, ma un FERTILIZZANTE AZOTATO che
rientra nel campo di applicazione del Reg.28/10/11
n.1

33. Grazie per l’attenzione!!
Lorella Rossi
Presentazione Libro
BIOGAS:
PICCOLI IMPIANTI
Analisi della convenienza
economica e tre casi reali di
studio
l.rossi@crpa.it
Centro Ricerche Produzioni Animali – C.R.P.A. S.p.A.
Venerdì 7 Febbraio 2014
Fieragricola Verona
Centro Ricerche Produzioni Animali – C.R.P.A. S.p.A.