il biogas: nuovi approcci tecnico- scientifici per lo...
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Il Biogas: nuovi approcci tecnico-scientifici
per lo studio delle biomasse e del
IL BIOGAS, LE MATRICI ORGANICHE
E LA GESTIONE DEL DIGESTATOParco Tecnologico PadanoVenerdì 15 Gennaio, 2010
processo biologico.
F. Adani, A. Schievano, G. D’ImporzanoGruppo RICICLA - Di.Pro.Ve.
[email protected]: http://users.unimi.it/ricicla/Università degli Studi di Milano, Via Celoria 2, 20133 Milano
La digestione anaerobica si distingue tra le filiere agroenergetiche per la versatilità e per l’efficienza.
Tecnologia adatta a “spremere” il contenuto energetico“spremere” il contenuto energeticodi materiale organico anche residuale (es. reflui zootecnici, rifiuti organici)
prima della conclusione del ciclo del carbonio
NOI
Efficienza :Filiere energetiche a confronto
ProduzionetonTS ha
-1Resa energetica
Mjoule ha-1
Resa energetica TEP ha
-1Resa
elettrica Kwh ha
-1
Pioppo (Legna combustibile)
20 250 800 5.97 12 640
Girasole2 78 584 1.87 7 701
Girasole(produzione olio)
2 78 584 1.87 7 701
Mais(Etanolo)
3 810 510 1.94 8 216
Mais(Biogas)
21 237 047 5.64 23 231
Il nostro approccioGruppo di lavoro eterogeneo:
agronomi, biologi, ingegneri, scienze ambientali.chimica del suolo, agronomia, biologia, scienze ambientali, ingegneria ambientale
gestione dei rifiuti, compostaggio, digestione anaerobica, chimica del suolo, chimica ambientale, bioremediation,
Ricerca applicata:
Aziende
chimica del suolo, chimica ambientale, bioremediation, biorefinering……ed altro
Università
Trasferimento know-how consulenza
Esigenze del mercato Collaborazioni
Mondo ScientificoAmm.pubblica
Ricerca
Sviluppo
Feed-back
Il nostro approccioRicerca applicata alla digestione anaerobica
Impianti aziende agricole
Impianti smaltimento FORSU
Impianti di Biogas Esigenze
Soluzioni nel mercato attuale
Sviluppo Know-how
Qualità miscele di ingestato
Monitoraggio processo
Consulenza Ricerca applicata Risposte contingenti
Risposte a lungo termine
Performance di processo
Processo biologico
Massimizzazione delle produzioni di biogas
nell’impianto
Attività
Scelta del substrato organico ottimale
di processobiologico Attività Imprenditoriale
1. Scelta del substrato organico ottimale
� 1. Produzione potenziale di biogas;
� 2. Costo delle matrici organiche;
� 3. Disponibilità.
Acque di processo di impianti di depurazione
Matrici organiche disponibili
F.O.R.S.U.
Quale ingestato?
Verde
Fanghi di depurazione
COLTURE
SOTTOPRODOTTI
€€
Acque di processo di impianti di depurazione
Deiezioni animali e scarti industria allevamento
Scarti lavorazione olii
Scarti agricoli e colture energetiche
Scarti industria alimentare
Carta
Sottoprodotti organiciRIFIUTI
Quale ingestato e quale digestato ?....
Quanto costa la matrice ????......scelta imprenditoriale
Quanto biogas produce la matrice?Quale è il rendimento di processo?
........metodi per la sua stima
Anaerobic biogasification potential test
ABP (L biogas kgTS-1)Incubazione a 37°°°°C in inoculo in fase metanigena
60 giorni
Test biologico: Gruppo Ricicla
ABP
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100days
ml b
ioga
s*g
TS
-1
Biomasse a confrontoABP (Potenziale di Biogas)
600
800
1000
1200
bio
gas *
kg
-1 T
S)
Colture energetiche
0
200
400
AB
P (
NL
bio
gas
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
Sottoprodotti industria agro-alimentare
Deiezioni animali
FORSU e scarti organici
……CMP = costo del metano producibile: €/m3……….
Costo biomassa Biogas potenziale
producibile: €/m3……….
CEP = ……CEP = costo dell’energia elettrica producibile: €/kWhEE……….
1 m3 CH4 = 3 kWh EE
0.28 €/kWhEE
…….EE/ton x 0.28 €/kWhEE
2. Processo biologico
� Parametri di processo.
Parameters valueParameter Ranges Measure unity
Methane percentage in biogas >50 %
pH 7-8
VFA concentration <6000 mg acetic acid/l
Ammonia concentration <3000 mg/l
Rate VFA/Total alkalinity <0.4
C/N ratio 10-30 C/N ratio 10-30
NaCl concentration <500 mM
Sulphur concentration <22 mg/l
Possible problems
Percentuale di metano nel biogas
pH 1. Sovraccarico del sistema
pH Ammonia> 3000
2. Accumulo di ammoniaca
Ammonia<3000 3. salinità
Identificazione di problemi di processo
pH AGV/ alkalinità> 0.3
pH AGV/ alkalinità < 0.3
4. Presenza di inibitori (antibiotici, fitofarmaci,acidi organici, metalli pesanti…)
1. Sovraccarico del sistema
Possible solution
2. Accumulo di ammoniaca
3. salinità
1. Sovraccarico del sistema
Interruzione alimentazione
Diluizione della concentrazione di AGV (Ricircolo di digestato )
Aggiunta di agenti alcalinizzanti (NaCO3)
Interruzione del ricircolo di digestato Diluizione della concentrazione di ammoniaca � Diluizione con acqua
Identificazione di problemi di processo
3. salinità
4. Presenza di inibitori (antibiotici, fitofarmaci,acidi organici, metalli pesanti…)
� Diluizione con acqua� Aumento dell’alimentazione( se le condizioni lo permettono)
Controllo dei materiali in ingresso
Resa di processo = quanto biogas potenzialmente producibile è prodotto
nell’impianto ????
3. Performance di processo
Resa biogas =
[(BMP in x SS in) – (BMPout x SSout )] / BMP in
Resa biogas =
[(BMP in x SS in) – (BMPout x SSout )] / BMP in
OK
Metodo Ricicla -DiProVe
?????????
IMPIANTI IN SCALA REALEIMPIANTI IN SCALA REALE
• Impianto AA1.2 MWColture + scarti
agroindustriali + liquame suino
• Impianto BB1 MWFORSU
• Impianto CC• Impianto CC1 MW
Liquame suino e bovino + colture + siero di latte
4 mesi di osservazione
BILANCIO DI MASSA (BILANCIO DI MASSA ( full scalefull scale))
Prod En. Elettrica Impianto A Impianto B Impianto C
GWh el/anno 8.5 6.3 6.2
Metodo I: Perdita biogas
Moli di metano
Peso Perso Impianto A Impianto B Impianto C
ton / anno 5156 4284 4211
Moli di metano
Moli di biogas + Acque condensa
Metodo II:Conservazione Ceneri
ceneri
VS
ceneri
biogas
VS
H2O
H2O
Impianto A Impianto B Impianto CTS
(g kg-1)IN
OUT184.1 ± 11.557.7 ± 4.9
120.9 ± 16.837.0 ± 5.2
129.6 ± 12.352.5 ± 19.0
VS(g kg-1 TS)
INOUT
912.5 ± 13.3697.7 ± 24.7
877.8 ± 36.7660.8 ± 49.4
890.3 ± 10.3722.5 ± 27.5
Peso Perso Impianto A Impianto B Impianto C
ton / anno 5156 4284 4211
ceneri ceneri
Metodo I – Misura dell'energia prodotta in impianto
Impianto A Impianto B Impianto C
Perdita Peso 13.4% 9.5% 9.3%
BILANCIO DI MASSA (BILANCIO DI MASSA ( full scalefull scale))
Metodo II – Ipotesi di conservazione delle ceneri
Impianto A Impianto B Impianto C
Perdita Peso 13.6% 8.9% 8.9%
!!CONGRUENZA!!
BILANCIO DI MASSA (Metodo III)BILANCIO DI MASSA (Metodo III)
39 Campioni• colture energetiche
98,8%
99,0%
99,2%
99,4%
99,6%
99,8%
100,0%
varia
zion
e pe
so (
%)
12345678910111213141516171819
• liquami suini
• glicerine
• ingestati e digestati
97,6%
97,8%
98,0%
98,2%
98,4%
98,6%
98,8%
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
giorni
varia
zion
e pe
so (
%)
18192021222324252627282930313233343536373839
Biogas prodotto
Peso
Regressione lineareRegressione lineare
y = 0.0012x + 0.0301
R 2 = 0.9498
80%
100%
120%
TS
ing
esta
to)
biogas prodotto Nl kg-1TS
perdita di peso kg kg-1TS
0%
20%
40%
60%
0 200 400 600 800 1000
Biogas prodotto (Nl kg-1TS ingestato)
Per
dita
pes
o (
kg k
g-1
TS
ing
esta
to)
25°°°°C, 1 atm
Confronto tra i 3 metodiConfronto tra i 3 metodi
Metodo I – Misura dell'energia prodotta in impianto
Metodo II – Ipotesi di conservazione delle ceneri
Impianto A Impianto B Impianto C
Perdita Peso 13.4% 9.5% 9.3%
Metodo III – Modello lineare ottenuto in laboratorio
Impianto A Impianto B Impianto C
Perdita 14.9% 10.8% 10.6%
Impianto A Impianto B Impianto C
Perdita Peso 13.6% 8.9% 8.9%
Per informazioni, contatti e collaborazioni::
[email protected] GROUP WEB SITEhttp://users.unimi.it/ricicla