Processi di recupero per la produzione di fertilizzanti

a base di proteine idrolizzate derivanti da sottoprodotti

delle fasi di calcinaio e concia chromium-free

Franco CavazzaDirettore Industriale ILSA Spa

UNIDO (2000), Wastes generated in the leather products industry

Sottoprodotti del ciclo conciario storicamente avviati a processi di recupero

R13/R3 nel Distretto Vicentino:

- 100% Carniccio (grassi ed idrolizzati proteici)

- 100% Rifili e rasature conciate Cr (Fertilizzanti, biostimolanti e idrolizzati proteici)

OBIETTIVI DEL PROGETTO IN CAPO AD ILSA

caratterizzazione e valorizzazione dei sottoprodotti provenienti da

• Bagni di calcinaio innovativi (DANI + MASTROTTO)

• Rifili e rasature conciate «chromium free» (DANI + IKEM)

a) Caratterizzazione dal punto di vista chimico, fisico, microbiologico dei campioni provenienti da

ogni processo (qualità/contenuto)

b) Studiare la loro possibile separazione attraverso trattamenti meccanici/fisici

c) Sviluppare tecniche di trasformazione e lavorazione per il loro reimpiego in altri settori.

d) Test agronomici in ambienti controllati su suolo e piante, in vitro e poi successivamente in vivo

per comprendere l’eventuale valore agronomico di questi prodotti.

e) Applicazione di processi di trasformazione industriale (es idrolisi termica o enzimatica) per

portare ad un miglioramento delle prestazioni nutrizionali degli scarti ricevuti.

a) Caratterizzazione dal punto di vista chimico, fisico, microbiologico dei campioni

provenienti da ogni processo (qualità/contenuto)

Campioni di sostanza talquale, e secca centrifugabile proveniente dai campioni dai calcinai testati presso DANI e MASTROTTO

Prove di chiarifica e coagulazione della sostanza proteica su campioni di acque di calcinaio DANI e MASTROTTO

Calcinaio ossidativo Dani

BAGNO DI FINE CALCINAIO 100 gr pH =12,8

s.s. =13,5 gr

PELO TAL QUALE

s.s. = 30,5%

CENTRIFUGAZIONE

RESIDUO solido 8,5 gr

CENTRIFUGATO LIQUIDO 91,5 gr

ESSICAZIONE +

MACINAZIONE

RESIDUO ESSICCATO

1,6 gr

ESSICAZIONE +

MACINAZIONE

PELO

ESSICCATO

MACINATO

RESIDUO SOLIDO

(pannello filtro) 40,5 gr

LIQUIDO FILTRATO

51 gr 9.8 gr di solidi

disciolti

FILTRAZIONE

RESIDUO ESSICCATO

2,1 gr

ESSICAZIONE +

MACINAZIONE

Indicatore di progresso

“ …Month 18: Recovery of products

with industrial value for farming use:

at least 8-10% of dry biomass”

Coefficiente di recupero

27,4% della sostanza secca

presente nelle acque per

sola separazione fisica del

bagno tq

Campione

Parametro*Residuo essiccato

(Campione medio raccolto per

prove agronomiche)

Liquido filtrato

*Pelo essiccato(Campione medio raccolto

per prove agronomiche)

Ctot (%) 24,7 1,3 37,1

Ntot (%) 2,0 0,8 8,3

Namm (%) <0,1 <0,1 <0,1

Sostanza proteica (%) 12,6 5,0 52,1

Stot (SO3) (%) 0,5 0,4 4,4

P (P2O5) (%) 6,2 <0,5 <0,1

Na (Na2O) (%) 2,4

Ca (CaO) (%) 0,2

Mg (MgO) (%) 0,01

Cl- (%) 2,2

BAC <0,05ppm sul bagno t.q.

DDAC <0,05ppm sul bagno t.q.

pH 10,5

BAGNO DI FINE CALCINAIO 100 gr pH =12,5

s.s. =11,3 gr

PELO TAL QUALE

s.s. = 30,5%

CENTRIFUGAZIONE

RESIDUO NON FILTRABILE

2,8 gr

CENTRIFUGATO LIQUIDO

97,2gr

ESSICAZIONE +

MACINAZIONE

RESIDUO ESSICCATO

1,4 gr

ESSICAZIONE +

MACINAZIONE

PELO

ESSICCATO

MACINATO

RESIDUO NON FILTRABILE

22,0 gr

LIQUIDO FILTRATO

75,2 gr Solidi disciolti =

8,3gr

FILTRAZIONE

POLVERE ESSICCATA

1,6 gr

ESSICAZIONE +

MACINAZIONE Coefficiente di recupero

26,5% per sola separazione

fisica del bagno tq

(1,4g + 1,6g)

Calcinaio con recupero del bagno MASTROTTO

Campione

Parametro*Residuo essiccato

(Campione medio raccolto per

prove agronomiche)

Liquido filtrato

*Pelo essiccato

macinato(Campione usato per prova

d’idrolisi enzimatica)

Ctot (%) 24,1 2,5 52,6

Ntot (%) 1,6 0,85 9,1

Namm (%) <0,1 <0,1 <0,1

Sostanza proteica (%) 10 5,3 56,8

Stot (SO3) (%) 2,1 1,2 6,9

P (P2O5) (%) 0,2 <0,1 <0,1

Na (%) 2,1

Ca (%) 0,25

Mg (%) 0,015

Cl- (%) 2,3

BAC <0,05 ppm sul bagno t.q.

DDAC <0,05 ppm sul bagno t.q.

pH 9,8

BAGNO DI FINE CALCINAIO 100 gr pH =12,5

s.s. =12,2 gr

PELO TAL QUALE

s.s. = 31,5%

CENTRIFUGAZIONE

RESIDUO NON FILTRABILE

3,5 gr

CENTRIFUGATO LIQUIDO 96,5 gr

ESSICAZIONE +

MACINAZIONE

RESIDUO ESSICCATO

1,9 gr

ESSICAZIONE +

MACINAZIONE

PELO

ESSICCATO

MACINATO

RESIDUO NON FILTRABILE

40,9gr

LIQUIDO FILTRATO

55,6gr Solidi disciolti =

7,6 gr

FILTRAZIONE

RESIDUO ESSICCATO

1,4 gr

ESSICAZIONE +

MACINAZIONE

Coefficiente di recupero

27% per sola separazione

fisica del bagno tq

(1,9g + 1,4g)

Calcinaio enzimatico IKEM

Risultati raggiunti

- Coefficiente di recupero di sostanza secca, raggiunto per sola separazione fisica (centrifugazione/filtrazione) dei bagni di calcinaio, del 27% circa. In corso

valutazioni agronomiche sul pelo tq essiccato.(Indicatore di progresso progetto: 8-10% al mese 18).

- Completata la caratterizzazione chimico-fisica di base di tutti i campioni tal quali

- Primi risultati di coagulazione della sostanza proteica disciolta nei bagni per mezzo di aggiunta di acido fosforico fino a pH 5 (su calcinaio Dani)

- Avviati ed in corso ci completamento i prime test agronomici in-vitro e in vaso su campioni di materiale da calcinaio non modificati: (solo essiccati)

Parametro Valore (% s.s.)

Ctot 37,0

Ntot 9,4

Sostanza proteica 59

Stot (SO3) 2,7

P (P2O5) 8,5

Utilizzo di sostanza proteica per la produzione di fertilizzanti

a) Trattamenti necessari richiesti dalla Normativa SOA (Sottoprodotti di origine Animale, Reg.

1069/2009/CE

b) Idrolisi della frazione proteica presente necessaria per renderla aggredibile dalla pedo-

microflora, valutando l’assenza di prodotti/residui tali da inibire l’attiva batterica stessa.

c) studio su come rendere disponibile il contenuto di N e C organico, fino alla valutazione “in

vivo” della sua degradabilità che termina con la ossidazione alla forma Nitrica, preferita dalle

piante nella fase di assorbimento per via radicale

d) Valutazione di NUE (Nitrogen use efficiency) e/o eventuali effetti fitotossici

IL LAVORO FUTUROIPOTESI DI TRATTAMENTO E ARRICCHIMENTO

IDROLISI DELLE PROTEINE PER LA PRODUZIONE DI IDROLIZZATI PROTEICI E AMINOACIDI

L’IDROLISI ENZIMATICADalla reazione stechiometrica alla biocatalisi

Idrolizzato proteico di rasatura

Idrolizzato proteico di pelo DANI (keratine idrolizzate)

KERATINE IDROLIZZATE OTTENUTE DA PELO DI CALCINAIO QUALI OPPORTUNITA’?

Prezzo di mercato: 11-65 Euro/Kg a seconda dello stato fisico (solido-liquido)Settori di applicazione: cosmetica-zootecnia-fertilizzanti

Idrolizzato proteico di pelo DANI (keratine idrolizzate)

0%

10%

20%

CHERATINA

COLLAGENE

PROFILO AMINOACIDICO TIPICO DELL’IDROLIZZATO PROTEICO

UTTENUTO DA PELO (KERATINA)

Profili aminoacidici determinati con HPLC UVVIS e ELSD – Acquisto progetto greenLIFE ILSA

SINTESI E CARATTERIZZAZIONE DI IDROLIZZATI CHIMICI/ENZIMATICI DI CHERATINA

IDROLISI CHIMICO ENZIMATICA su pelo gruppo Dani (prelievo del 17/10/2015) idrolisi alcalina con eccesso di calce

NTOT = 4,3%; CTOT = 13,4%;

°Brix = 47;grado d’idrolisi = 18,2%.

pH = 4,4

IDROLISI CHIMICO-ENZIMATICA su pelo gruppo MastrottoIdrolizzato enzimatico liquido:

NTOT = 4,7%; CTOT = 16,7%;

°Brix = 47;grado d’idrolisi = 11,5%.

pH = 5,7

RICETTA DI IDROLISI

Materie prime NOTE

Acqua T = 60 °C

Pelo macinato

tq/ess N = 8,7%

Calce fino a pH 11

Enzima

Greasex Ultra L + Savinase Ultra

16XL

Prodotto estratto da reattore: ~12 Kg

Residuo non filtrato: ~3 Kg

Miscela filtrata (da concentrare): ~8 Kg (N

= 0,39%)

Prodotto concentrato: 0, 600 Kg (N = 4,-

7%)

N in entrata = kg pelo * %N nel pelo

N in uscita = kg prodotto concentrato *

%N nel prodotto

Resa: N in uscita / N in entrata * 100:

~20%

Resa di idrolisi sulla materia prima: ~27%

IL LAVORO FUTUROIPOTESI DI TRATTAMENTO E ARRICCHIMENTO

BAGNO DI FINE CALCINAIO

COAGULATO CON ACIDO FOSFORICO

pH 5/5,5

PELO TAL QUALE

CENTRIFUGAZIONE

PROCESSI D’IDROLISI: -TERMICA

- CHIMICO-ENZIMATICA

RESIDUO NON

FILTRABILE

BAGNO

CHIARIFICATO

ESSICAZIONE +

MACINAZIONE

POLVERE

ESSICCATA

GRANULAZIONE /

PELLETTATURA

PELLET,

GRANULI/MICROGRANULI

IDROLIZZATO DI

CHERATINA

BAGNO CHIARIFICATO

IDROLIZZATO

PROTEICO

LIQUIDO

IDROLISI +

CONCENTRAZIONE

RECUPERO DI SOTTOPRODOTTI CONCIATI CON PRODOTTI CHROMIUM FREE

Gelatina idrolizzata di rifili e rasature Chromium free con processo FCH® ILSA

Agosto 2015

CAMPIONENtot

(%)Ctot

(%)S(SO3)

(%)Proteina

%Umidità

(%)

camp. medio polvere 16,0 49,2 3,3 97 2,7

camp. medio granulare 14,8 45,8 2,8 90 9,5

RECUPERO DI SOTTOPRODOTTI CONCIATI CON PRODOTTI CHROMIUM FREE

Gelatina idrolizzata di rifili e rasature Chromium free con processo FCH® ILSA

Frazione microgranulare e granulare

Biosaggi: pre-test per

individuazione criticità

Biosaggi: allestimento

Prove in camera

climatica

Prove agronomiche

in serra

Studio articoli scientifici

Schema di ricerca: effetti su pianta e

suolo

Lana di vetro

Sabbia (5 g)

Suolo + Sabbia (25 g)(1/1, m/m)

Sabbia (5 g)

Siringa da60 mL

Prove in vitro: Curve di mineralizzazione, studio del rilascio dell’azoto nel suolo (in corso)

Prove in vitro: Curve di mineralizzazione, analisi di forme azotate sui lisciviati (in corso)

Prove agronomiche in camera climatica: allevamenti in idroponica

Prove con Zea mays in soluzione idroponica

Prove agronomiche in camera climatica: allevamenti « soil-like» (in corso)

Prove con piante modello e diversi substrati

(analisi dei dati in corso)

Prove agronomiche in serra ( in corso)

Luogo: Quinto Vicentino

Specie: Insalata

Prodotti in prova:

Calcinaio MastrottoCalcinaio DaniPolvere L (Leather)Polvere WB (Wet Blue)Polvere WW (Wet White)Testimone minerale (urea)Testimone minerale (MCU2)Testimone non trattato

Descrizione della prova: substrato SPSS (standard Purity Silica Sand)concimazione ad un livello N = 70 kg/hapareggiati P e KSub irrigazione

Rilievi: DIABiomassa area finaleBiomassa radicale finale

Prove agronomiche in serra ( in corso)

Luogo: Quinto Vicentino

Specie: Rucola

Prodotti in prova:

Calcinaio MastrottoCalcinaio DaniPolvere L (Leather)Polvere WB (Wet Blue)Polvere WW (Wet White)Testimone minerale (urea)Testimone minerale (MCU2)Testimone non trattato

Descrizione della prova: substrato SPSS (standard Purity Silica Sand)concimazione ad un livello N = 70 kg/hapareggiati P e KSub irrigazione

Rilievi: DIABiomassa area finaleBiomassa radicale finale

L’Economia Circolare all’interno dell’attività di ILSA e del progetto greenLIFE

L’Economia Circolare all’interno dell’attività di ILSA e del progetto greenLIFE

Il 2 dicembre è stato pubblicato il «Circular Economy package» della CommissioneEuropea http://ec.europa.eu/environment/circular-economy/index_en.htm

Il pacchetto comprende di azioni legislative e non per il quinquennio 2015-2019 inambito di:

• Produzione• Consumo• Gestione dei rifiuti• Mercato delle materie prime secondarie• Settori prioritari (plastica, scarti alimentari, materie prime critiche, costruzioni e

e demolizioni, biomasse e prodotti organici)• Innovazione ed investimenti• Monitoraggio del progresso

L’Economia Circolare all’interno dell’attività di ILSA e del progetto greenLIFE

Azioni dirette del pacchetto sulle attività di ILSA ed il progetto greenLIFE:

• sviluppo di norme di qualità per le materie prime secondarie al fine diaumentare la fiducia degli operatori nel mercato unico;

• misure nell'ambito del piano di lavoro 2015-2017 sulla progettazioneecocompatibile;

• revisione del regolamento relativo ai concimi, per agevolare il riconoscimentodei concimi organici e di quelli ricavati dai rifiuti nel mercato unico e sostenere ilruolo dei bionutrienti;

• revisione delle proposte legislative sui rifiuti• serie di azioni in materia di riutilizzo delle acque, tra cui una proposta

legislativa sulle prescrizioni minime per il riutilizzo delle acque reflue.

• CARATTERIZZAZIONE COMPLETA DELLE MATRICI RICEVUTE

(dopo stabilizzazione delle fasi di produzione a monte)

• AUMENTO DELLE % DI RECUPERO DELLE COMPONENTI PROTEICHE ALLO STATO

SOLIDO (coagulazione, chiariflocculazione)

• PRODUZIONE DI IDROLIZZATI PROTEICI LIQUIDI da acque di calcinaio e pelo (idrolisi

enzimatica o mista)

• TEST AGRONOMICI IN VITRO E IN SERRA/CAMPO SU MATRICI MODIFICATE DEFINITIVE

(prossimo ciclo privavera-estate)

• ANALISI FINALE DEI PRINCIPALI REQUISITI E INDICATORI DI FATTIBILITA IDUSTRIALE

giu-14 set-14 gen-15 mag-15 set-15 gen-16 mag-16 set-16 gen-17 mag-17

LIFE+2013 PROGETTO LIFE13 ENV/IT/000840definire il sistema di catalogazione/raporti di prova dei campioni in ingresso

Informativa ai partner sulle modalità e tempi richiesti per la consegna dei…Realizzare modulo tracciabilità campioni ricevuti sottoposti al progetto

Realizzare modulo di accettazione campioni - elenco analisiRicevimento ed analisi campioni

definizione ipotesi di trasformazione per la produzione di prototipirealizzazione delle traformazioni pilota previste

Utilizzo dei provini per prove di sperimentazione in vitroUtilizzo dei provini per prove di sperimentazione in vivo

Utilizzo dei provini per altre prove di sperimentazione agronomicaAnalisi dei footprint in appoggio ad AdC

Relazione inizialeRelazione metà progetto

Relazione finaleFiere, siti web, comunicazione

Coordinamento interno, meeting di avanzamento con BeneficiariRaccolta preventivi finali equipment per approvazione finale

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