RISULTATI DI PRODUZIONE DI BIOGAS

DA DIVERSE BIOMASSE

Massimo Brambilla (Università degli studi di Milano, Dip. VSA)

Fabio Araldi, Barbara Bertazzoni e Matteo Zagni (ERSAF Lombardia)

PRODUZIONE DI BIOGAS DA BIOMASSE VEGETALI E REFLUI ZOOTECNICI

RISULTATI DEL PROGETTO “PROBITEC”

Cremona, 15 dicembre 2009

Perché la digestione anaerobica:

• nelle zone a forte concentrazione zootecnica sono frequenti le problematiche ambientali connesse all’elevata concentrazione di allevamenti. Il digestato, oltre ad avere minori emissioni di gas serra, rispetto all’effluente di partenza, presenta pure:

– potenziale odorigeno decisamente inferiore

– una migliore igienizzazione

– una migliore efficienza fertilizzante

• L’interesse di tali impianti è destinato ad aumentare ulteriormente nel momento in cui saranno operative le modifiche in corso di approvazione al Decreto MIPAF 07/04/2006 nel quale si prospetta la possibilità che gli effluenti di allevamento dopo la digestione anaerobica non siano piùconsiderati tali, ma un prodotto intermedio, da utilizzare ovviamente sempre nel quadro del Codice di buona Pratica Agricola:

– evitando di superare i fabbisogni delle colture

– senza sottostare, nelle zone vulnerabili, al limite assoluto dei 170 kg/ha/anno di azoto al campo da effluente di allevamento

Strumentazione realizzata nell’ambito del progetto:

• Piattaforma di Laboratorio totalmente automatizzata e dotata di minidigestori in batch grazie alla quale è possibile confrontare, operando secondo procedimenti standardizzati, le varie biomasse disponibili per valutarne rese, sinergie nonché eventuali controindicazioni.

– quattro moduli interconnessi:

• tre ospitano le strutture termostatate all’interno delle quali sono collocati i mini digestori in batch e i supporti per il l’alloggiamento dei sacchetti che fungono da gasometro (un sacchetto per ogni minidigestore)

• La quarta ospita il sistema per l’essicazione del biogas, il contatore a tamburo per la misurazione diretta della quantità prodotta e il sistema di analisi per la misurazione della sua qualità in termini percentuali di ossigeno, anidride carbonica e metano

• Il sistema è stato progettato per essere facilmente ampliabile aggiungendo altri moduli con i minidigestori in modo tale da potere incrementare il numero di campioni utilizzando il medesimo modulo con gli apparati di misura

Piattaforma di laboratorio presso ERSAF

Particolare dei minidigestori in batch

Il quadro di controllo

Il funzionamento

• A regime, tutte le operazioni legate alla gestione della fermentazione, al campionamento e all’analisi sono svolte in automatico sotto il controllo di un computer dotato di un software dedicato che ha cura anche della predisposizione del database di riferimento in base al quale è possibile elaborare, per ciascuna biomassa testata, curve di produzione cumulata del biogas in cui in ascissa èrappresentato il tempo intercorrente fra campionamento e l’inizio della prova, e, in ordinata, la produzione specifica di biogas espressa come normal m3 prodotti per tonnellata di solidi volatili della matrice

Validazione dello strumento …

• Ad assemblaggio ultimato il corretto funzionamento della piattaforma è stato verificato “caricando” tutti e 36 i minidigestori con la medesima quantità di inoculo e di matrice in modo tale da evidenziare eventuali possibili malfunzionamenti:– Inoculo: 3000 g di digestato filtrato

• (ST: 4.5% del tal quale, SV: 68% dei ST)

– Matrice: 76,9 g di farina di mais

• (ST: 87.7%; SV: 98% dei ST)

20151050

Giorni

50.0

40.0

30.0

20.0

10.0

0.0

Risultati della validazione: la produzione cumulata di biogas

nei tre moduli della piattaforma

3

2

1

Modulom3/tsv

Giorni

Confronto delle produzioni nei singoli moduli

Modulo Media Deviazione std.

Produzione media per

Campionamento (m3/tSV)

1 2.6 1.07

2 4.7 1.02

3 5.2 1.23

Numero campionamenti

1 14.40 4.2

2 8.73 0.90

3 7.00 0.71

Produzione cumulata

1 37.5 7.0

2 41.0 3.8

3 36.4 4

Nessuna differenza significativa di produzione fra i tre moduli

Composizione

del biogas

20151050

70.0

56.0

42.0

28.0

14.0

0.0

70.0

56.0

42.0

28.0

14.0

0.0

70.0

56.0

42.0

28.0

14.0

0.0

CO2

CH4

CO2

CH4

Giorni

Modulo 3

Modulo 2

Modulo 1

%

•Durante la fermentazione

in batch, la composizione

del biogas ha un

andamento simile in tutti e

tre i moduli della

piattaforma:

•in principio la percentuale

di metano è bassa mentre

quella dell’anidride

carbonica è relativamente

alta poiché in questa fase

prevalgono i processi

idrolitici che, degradando le

molecole organiche,

portano alla formazione di

CO2

%CH4 e %CO2 mediamente riscontrate nel biogas prodotto

Gas Modulo Media Min. Max.

Max %CH4

1 60.4 ± 4.4 53.0 65.6

2 62.8 ± 4.2 52.0 67.0

3 60.9 ± 8.7 46.4 67.9

Min % CO2

1 19.4 ± 3.0 15.4 26.3

2 19.6 ± 2.1 16.5 22.2

3 19.2 ± 3.6 13.1 21.9

Validazione nei confronti della letteratura

• Questo secondo test ha permesso di validare la procedura automatizzata mediante il confronto del potenziale metanigeno di alcune colture energetiche con i risultati ottenuti sulle medesime matrici sia da altri laboratori, sia con quelli riportati in letteratura – insilato di mais

– insilato di sorgo

– insilato di triticale

• La prova è stata condotta mantenendo i digestori alla temperatura di 38�C

Matrice

Potenziale metanigeno

misurato

(m3/tss)

Riferimenti medi presenti in

letteratura e ottenuti da altri laboratori (m3/tss)

Minimo Massimo

Insilato di

mais658 ± 196 380 ± 21 784 ± 27

Insilato di Sorgo

560 ± 19 545 ± 23 601 ± 80.3

Insilato di Triticale

669 ± 181 320 ± 87 665 ± 22

Esempi di curva di produzione restituita dal software

• Rottura di Risom3/tsv

Giorni

Nei 37 giorni di prova si vede che le produzioni sono piuttosto regolari fino

al 25� giorno, poi la produttività dei singoli

batch tende a diminuire finché la produzione media cumulata di biogas si

assesta intorno a669 ± 63 m3/tSV

Variabilità di composizione del biogas prodotto

Giorni

%• Rottura di Riso

Esempi di curva di produzione restituita dal software

• Soia Frantumatam3/tsv

Giorni

Nei 37 giorni di prova si vede che le produzioni sono sempre piuttosto

regolari e si interrompono bruscamente

La produzione media cumulata di biogas si assesta intorno a

594 ± 37 m3/tSV

Variabilità di composizione del biogas prodotto

Giorni

%• Soia Frantumata

Esempi di curva di produzione restituita dal software

• Pasta per la pizzam3/tsv

Giorni

Nei 37 giorni di prova si vede che le produzioni sono sempre piuttosto

regolari e si riducono significativamente intorno

al 20� giorno.La produzione media cumulata di biogas non si

assesta intorno a508 ± 6.5 m3/tSV

Variabilità di composizione del biogas prodotto

Giorni

%• Pasta per la pizza

Esempi di curva di produzione restituita dal software

• Insilato di Maism3/tsv

Giorni

Nei 45 giorni di prova le produzioni, seppur con una certa variabilità, si riducono

dal 30� giorno in poi.La produzione media

cumulata di biogas si assesta intorno a638 ± 142 m3/tSV

Variabilità di composizione del biogas prodotto

Giorni

%• Insilato di Mais

Esempi di curva di produzione restituita dal software

• Triplo concentrato di pomodoro

m3/tsv

Giorni

Nei 45 giorni di prova le produzioni, si riducono dal

20� giorno in poi.La produzione media

cumulata di biogas si assesta intorno a567 ± 69 m3/tSV

Variabilità di composizione del biogas prodotto

Giorni

%• Triplo concentrato

di pomodoro

Risultati produttivi

0100200300400500600700800900

Ris

o Verd

eP

ollin

a

Rottu

ra d

i ris

o

insi

lato

di m

ais

Sca

rto E

ssic

cato

io

Soi

a Fra

ntum

ata

Pom

odoro

trip

lo c

onc

insi

lato

di t

ritic

ale

insi

lato

di s

orgo

Pas

ta P

izza

Pas

ta C

otta

Sfa

lcio

di P

rato

siero

Farin

acci

a di

Ris

oP

asta

Cru

da

0102030405060708090

Conclusioni

• Alla fine del progetto PROBITEC è stata messa a punto una

strumentazione che può essere messa al servizio

dell’energicoltore

• Le rese in biogas ottenute solo in parte confermano i dati

bibliografici

– Esistenza di peculiarità legate alle caratteristiche intrinseche delle

biomasse testate

• Deve essere ancora perfezionata la standardizzazione del

protocollo di analisi

• Al momento, una certa importanza, in fase di allestiemnto

delle prove, è rivestita dall’adattamento dell’inoculo

utilizzato

Ringraziamenti

• Gli autori desiderano ringraziare per il supporto ricevuto durante le fasi di messa a punto della piattaforma– l’Ing. Claudio Guidotti (ditta Ambrasistemi s.r.l.)

– Sig.ri Damato e Desimio (ditta TGE s.r.l.)

• Un sincero ringraziamento va anche al Dr. Garbati (ditta HACH LANGE Italia) per la collaborazione e l’interesse mostrati nel progetto

• A tutto il personale tecnico ERSAF che ha reso possibile la prova.