Diapositiva 1

CORSO
Metodo per la selezione
razionale dei sottoprodotti per
impianti di biogas
Esempi pratici
© Mario A. Rosato 2016 – Tutti I diritti riservati
AdMil srl, str. Savonesa 9, 15057 Tortona (AL)
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DOCENTE
Ing. Mario A. Rosato
• Titolare di un brevetto sul trattamento anaerobico di acque residue organiche e di un brevetto su una
nuova tipologia di digestori.
• Ingegnere elettrico, elettronico e ambientale.
• Ex docente e ricercatore universitario.
• 30 anni di esperienza internazionale nel settore delle energie rinnovabili.
• Esperienza in progetti di ricerca 7º Programma Quadro UE.
• Giornalista scientifico tesserato AECC (Madrid), ACCC (Barcellona) e ESN-Pan European Network of
Journalists.
• Diversi premi alla ricerca nazionali ed esteri.
• Titolare di un laboratorio di ricerca sul biogas a Latisana (UD) e Barcellona (Spagna).
• Responsabile della rubrica «Bioenergia» del portale Agronotizie.it .
• Autore del libro Manuale per il Gestore dell’Impianto di Biogas, editoriale Delfino, Milano 2015.
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BMP di una miscela di SP: 2+2 ≠4
200
180
160
140
Nml/gSV
120
100
80
60
40
20
0
0
5
10
15
20
25
giorni
letame bov.+coniglio 3:2 (Nml/gSV)
Letame bov. + coniglio 1:4 (Nml/gSV)
Letame coniglio (Nml/g SV)
Letame bovino fresco c/paglia (Nml/gSV)
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Ottimizzazione del rapporto C/N
Esempio:
• Alimentazione ipotizzata = liquami suini + paglia
• Rapporto C/N liquame = 4% / 0,4%
• Rapporto C/N paglia = 50% / 0,5% = 100
• Rapporto C/N ideale = 150/5 = 30
• La quantità di paglia per ton di liquame, x ,sarà:
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Rapporti C/N indicativi
Sostanza
N (% s.t.q.)
C/N
letame bovino
1,6 - 1,8
17 - 25
letame equino
2,3
25
letame suino
2,8 - 3,8
6,2 - 13,7
Pollina
3,7 - 6,3
5 - 9,6
0,8
27,4
Stecchi di mais
1
49,9
Resti da cucina
1,9
28,6
Canne di mais
1,2
56,6
letame di pecora
3,8
33
Cavoli
3,6
12,5
Pomodori
3,3
12,5
Paglia di frumento
0,5
100
4
12
Guano anatra
Erba (fieno)
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PRATICA VIRTUALE CON L'AMPTS
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SIMULAZIONE PRATICA
VIRTUALE CON L'AMPTS
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Si raccomanda di utilizzare Google Chrome.
Aprire http://demo.ampts.com Entrare con
Username: user e Password: bpc
Selezionare un reattore.
Definire il contenuto di SV di inoculo e substrato.
Definire il rapporto di SV inoculo/substrato (fra 2 e
3).
Selezionare un altro reattore.
Impostare il test su “bianco” (definire 0 come
rapporto inoculo substrato)
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SIMULAZIONE PRATICA
VIRTUALE CON L'AMPTS
8.
9.
10.
11.
Definire il mix ratio ed iniziare l’esperimento.
Verificare le grafiche.
Scaricare un rapporto
MAI TOCCARE LE IMPOSTAZIONI DI
SERVIZIO
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Miscele probiotiche
• Alcuni costruttori ricorrono a queste miscele per poter
raggiungere elevati carichi organici specifici. I loro
impianti non possono funzionare senza.
• La stabilità e l’alta capacità di carico organico (fino a 7
kg SV/m3.g, secondo un costruttore che produce anche i
batteri) vengono forzate con l’aggiunta di una miscela di
enzimi, micronutrienti e batteri liofilizzati.
• Dati da fonti veramente indipendenti che consentano
una valutazione corretta non se ne trovano.
• TESTARE DI VOLTA IN VOLTA: I risultati dipendono
dalle caratteristiche dell’inoculo!
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Miscele probiotiche
Dati non ufficiali della miscela ZorgEnzym , tratti da
http://www.scribd.com/doc/54249525/Bio-Gas
• Prezzo = 42 EUR /kg.
• Dose consigliata: 50-100 g/ton SV oppure 1-2 g/kW
elettrico installato.
• Esempio: per un impianto con 60 t/giorno d’insilato (20
t/giorno di SV), aggiungere da 1 a 2 kg di prodotto.
L’incremento della produzione, secondo il fabbricante,
sarà di 3000-4000 m3/giorno.
N.B.: Non è specificato se si tratta dell’incremento del
biogas o del metano netto, o quale sia la composizione
del gas.
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Dati sperimentali ricavati dal docente, prodotti Neusol
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Influence of additive in the BMP
1800,0
1600,0
1400,0
1200,0
Nml
Esempio di studio di
biodigestione
comparativa:
digestore “al naturale”
(giallo) e con additivi
Neusol Byo2 e Neusol
AD (blu). Sono state
utilizzate matrici di
riferimento (BMP
teorico, magenta).
1000,0
800,0
600,0
400,0
200,0
0,0
0
50
100
150
200
hs.
Avrge. Addit. [Nml]
11
theoretical yield
Avrg. Blank [Nml]
250
Dati sperimentali ricavati dal docente, prodotti Neusol
Analisi dei risultati
1. Il biocatalizzatore Byo2 ha favorito l’aggressione della
sostanza non degradata presente nell’inoculo.
2. I batteri aggiunti al Neusol AD hanno riequilibrato
l’ecosistema che ormai si era sbilanciato nell’inoculo
utilizzato.
3. Per questo motivo il BMP raggiunto in 10 gg è quasi il
doppio rispetto al teorico: i batteri hanno consumato
sia il substrato di riferimento che i resti di quello reso
digeritbile dal prodotto.
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Dati sperimentali ricavati dal docente, prodotti Neusol
Analisi dei risultati
4. Si è simulato un digestore in fase di collasso biologico.
Nella vita reale, l’applicazione dei prodotti EVITA LA
NECESSITÀ DI SVUOTARE E RIAVVIARE IL
DIGESTORE.
5. Va verificato con prove caso per caso.
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Biocatalizzatori
• Si tratterebbe di sostanze tensioattive che abbassano la
viscosità del fango e favoriscono lo scioglimento dei nutrienti
o l’aggressione del substrato da parte degli enzimi, o
promuovono la produzione di questi ultimi.
• Un fabbricante indica un aumento dell’efficienza di rimozione
dei SV pari all’8,9%, e nel contempo un aumento del 105%
della produttività di biogas (non indica le proporzioni di
metano).
• Consiglio: realizzare prima i test in laboratorio!
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Biocatalizzatori
• Tensioattivo: sostanza che agisce sulla tensione
superficiale o la tensione interfacciale.
• Esempi di tensioativi: detersivi, agenti bagnanti,
emulsificanti, schiumogeni e disperdenti (plastificanti).
• Nei digestori si utilizzano quelli di tipo bagnante e/o
plastificante, con lo scopo di facilitare l’accesso degli
enzimi ai substrati da digerire ed evitare la formazione di
flocculi troppo grossolani e schiume.
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Polielettroliti
Come funzionano.
Sono molecole dalla struttura molto complessa, dette
anfifilliche, composte da una “testa” idrofillica ed una o più
“code” idrofobiche
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Polielettroliti
Come funzionano.
Si attaccano alla materia organica, ai batteri e alle bolle di
gas, formando granuli, nei quali le reazioni di scambio
ionico avvengo più velocemente.
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Agenti antischiuma
Prassi da seguire in caso di abbondanti
schiume:
• Interrompere l’alimentazione.
• Ridurre l’agitazione.
• Aggiungere piccole dosi di olî vegetali
(ma possono generare inibizione).
• Funzionano meglio i prodotti tipo
Neusol FOG (enzimi + agenti bagnanti)
• Si può anche utilizzare PAX-21 (Sali di
polialluminio). Evitare Polimetilsiloxano,
in quanto causerà poi problemi al
motore.
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Oligoelementi o micronutrienti
• Secondo l’azienda tedesca Bioreact, l’aggiunta di un “cocktail”
di Cl3Fe in soluzione al 30% (per neutralizzare SH2), NaCO3
(per incrementare il potere buffer) e tracce di Ni, Mo, Co, W,
Zn… porta all’aumento (2%) del tenore di metano.
• Kumar et al.(2006) consigliano l’addizione di Ni e Cd in
quantià < 2,5 mg/l. Non indica aumento (che cosa?)
corrispondente di produttività. Anche Zn e Mn sembrano avere
effetto benefico a dosaggi simili.
• Secondo l’azienda spagnola Neusol, il prodotto MB&T
(miscela di 20 aminoacidi, 12 vitamine ed oligoelementi
minerali) aumenta la resistenza dell’impianto a fenomeni di
inibizione (consigliabile in impianti che usano solo un numero
limitato di matrici).
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Oligoelementi: perché, quando e quanto
• Gli oligoelementi (Fe, Co, Ni…) sono necessari per le funzioni
catalitiche di alcuni enzimi. Se mancano, o se non sono
assimilabili dai batteri, l’attività enzimatica si blocca.
• In impianti alimentati prevalentemente a insilati di cereali,
aumenta la concentrazione di acido fitico, potente agente
chelante, il quale sequestra i metalli pesanti, impedendo la
loro assimilazione.
Acido fitico. http://it.wikipedia.org/wiki/Acido_fitico
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Oligoelementi: perché, quando e quanto
• La flora batterica del rumine possiede gli enzimi per demolire
l’acido fitico. Aggiungere rumine, o almeno letame bovino, in
quantità sufficienti, elimina o riduce la necessità di aggiungere
oligoelementi.
• Le concentrazioni ideali di oligoelementi, secondo Lebuhn et
al, 2008
Elemento
Concentrazione (g/m3 o mg/l)
0,3 ÷ 13.000
0,3 ÷ 4.800
0,005 ÷ 5
0,001 ÷ 10
0,001 ÷ 50
Zolfo (S)
Ferro (Fe)
Nichel (Ni)
Cobalto (Co)
Molibdeno (Mo)
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Caso pratico: la digestione della sansa
Articolo: http://agronotizie.imagelinenetwork.com/bio-energie-rinnovabili/2015/07/24/lrsquoimprevedibile-bmpdelle-sanse/45160
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Caso pratico: la digestione della morchia oleicola
Articolo: http://agronotizie.imagelinenetwork.com/bio-energie-rinnovabili/2014/07/02/mitologia-e-folklore-sulpotenziale-metanigeno-bmp-di-morchia-e-sansa/38843
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Caso pratico: la digestione della morchia oleicola
Influenza degli additivi e dell’inoculo
1400
1200
Nml/g SV
1000
800
600
400
200
0
0
10
Morchia [Nml/gSV]
20
Morchia + B [Nml/gSV]
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30
giorni
40
Morchia + X [Nml/gSV]
50
Morchia + BL [Nml/gSV]
60
Caso pratico: la digestione del fico d’India
Articolo:
http://agronotizie.imagelinenetwork.com/bio-energie-rinnovabili/2014/02/13/il-fico-drsquoindia-unabiomassa-trascurata/36494
BMP fico d'India
400
350
300
250
Nml/g SV
200
150
100
50
0
0
5
10
15
20
25
-50
giorni
media fico s/fibra [Nml/gSV]
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media fico scarto [Nml/gSV]
30
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Caso pratico: la digestione dell’A. donax
Articolo:http://agronotizie.imagelinenetwork.com/bio-energie-rinnovabili/2014/04/11/dal-friuli-i-cloni-diarundo-ad-alta-produttivita-agroenergetica/37645
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Caso pratico: la digestione dell’A. donax
Cloni selezionati vs. fenotipi selvatici (studio allegato)
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Caso pratico: sfalci d’erba
Articolo sul progetto europeo Grass to Green Gas:
http://agronotizie.imagelinenetwork.com/bio-energie-rinnovabili/2015/01/30/da-rifiuto-a-risorsa-biogas-da-sfalcidrsquoerba/41659
•Secondo prove all’Univ. di Verona: massimo teorico
pari a 400 kWh termici per ogni tonnellata di sfalci
processati (40 Nm3 CH4/ton t.q.).
•Solo in Italia: problemi con interpretazioni di alcune
Amministrazioni, che considerano gli sfalci «rifiuto» e
non «sottoprodotto» (vedasi Codice ambientale).
•Conferenza di chiusura del progetto il 05/02/2016,
ore14, alla Fiera Agricola di Verona (vedasi programma
allegato).
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Caso pratico: la digestione glicerolo
Articolo: http://agronotizie.imagelinenetwork.com/autori/mario-rosato/1517
120
100
80
Nm3/ton SV
60
40
20
0
0
5
10
15
20
25
-20
-40
giorni
Silomais (Nm3/t t.q.)
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Glicerina equivalente (Nm3/t t.q.)
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Caso pratico: la digestione glicerolo
Articolo: http://agronotizie.imagelinenetwork.com/autori/mario-rosato/1517
300
250
Nm3/ton t.q.
200
150
100
50
0
0
5
10
15
20
25
giorni
Silomais (Nm3/t t.q.)
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glicerina ridotta (Nm3/ ton t.q.)
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Caso pratico: la digestione del pannello di jathropha
Sottoprodotto importato, impossibile da coltivare in Italia
Volume cumulato normalizzato
250
200
Nml/g SV
150
100
50
0
0
5
10
15
20
giorni
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25
30
35
Caso pratico: la digestione degli scarti di macellazione
Scarti sterilizzati mediante bollitura, brodo (7%) e solidi (23%)
100
90
80
Nm3 CH4/ton t.q.
70
60
50
40
30
20
10
0
0
24
48
72
96
120
144
168
192
216
240
264
288
312
336
ore
media brodo (Nml7g t.q.)
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media paté solo (Nml/g t.q.)
360
384
408