““GESTIONE DEI REFLUI GESTIONE DEI REFLUI ZOOTECNICI, ZOOTECNICI,

DIGESTIONE ANAEROBICA E DIGESTIONE ANAEROBICA E RECUPERO DEL BIOGAS”RECUPERO DEL BIOGAS”

Claudio Fabbri, Sergio Piccinini Centro Ricerche Produzioni Animali

Reggio Emilia, www.crpa.it

UNACOMA Bologna, 27 Aprile 2006

La digestione anaerobica

è un processo biologico per mezzo del quale, in assenza di ossigeno, la sostanza organica viene trasformata in biogas (energia rinnovabile) costituito principalmente da metano e anidride carbonica;

la percentuale di metano nel biogas varia a secondo del tipo di sostanza organica digerita e delle condizioni di processo, da un minimo del 50% fino all’80% circa.

CARBOIDRATI GRASSI PROTEINE

Zuccheri semplici

Gruppisub proteici

Glicerolo Acidi grassi

ACIDI VOLATILI ALCOOLI

ACIDI VOLATILI

Amminoacidi

AmineAmmoniaca

AzotoMercaptani

IndoloSkatolo

Idrogeno solf.METANO

ANIDR. CARBONICA

Schema Schema riassuntivo riassuntivo

di di decomposizidecomposizi

one one anaerobica anaerobica

delle delle sostanze sostanze

organiche organiche durante la durante la digestione.digestione.

Materiali m3 biogas/t SV

Deiezioni animali (suini, bovini, avi-cunicoli)

200 - 500

Residui colturali (paglia, colletti barbabietole..)

350 - 400

Scarti organici agroindustria (siero, scarti vegetali, lieviti, fanghi e reflui di distillerie, birrerie e cantine..)

400 - 800

Scarti organici macellazione (grassi, contenuto stomacale ed intestinale, sangue, fanghi di flottazione…)

550 - 1000

Fanghi di depurazione 250 - 350

Frazione organica rifiuti urbani 400 - 600

Colture energetiche (mais, sorgo zuccherino…)

550 - 750

Biomasse e scarti organici avviabili a DA e loro resa in Biogas (m3 per ton di solidi

volatili)

La trasformazione del biogas in energia

Può avvenire per: combustione diretta in caldaia,

con produzione di sola energia termica ;

combustione in motori azionanti gruppi elettrogeni per la produzione di energia elettrica;

combustione in cogeneratori per la produzione combinata di energia elettrica e di energia termica;

uso per autotrazione come metano al 95%.

La diffusione in Europa La sua diffusione è incominciata nel settore della stabilizzazione dei fanghi di depurazione (si stimano circa 1600 digestori operativi attualmente nei paesi dell’Unione Europea).

E’ considerata una delle tecnologie migliori per il trattamento delle acque reflue industriali ad alto carico organico ( in Europa sono operativi circa 400 impianti di biogas su questi reflui).

Il recupero di biogas dalle discariche per rifiuti urbani rappresenta in Europa, in particolare in Gran Bretagna, la più importante fonte di energia alternativa da biomasse, con circa 450 impianti operativi.

La diffusione in Europa Numerosi sono anche i digestori

anaerobici operanti su liquami zootecnici: attualmente oltre 2300 impianti sono operativi nei paesi della Comunità Europea, in particolare in Germania (oltre 2000), Austria, Italia, Danimarca e Svezia.

Sta crescendo anche l’utilizzo della digestione anaerobica nel trattamento della frazione organica dei rifiuti urbani, in miscela con altri scarti organici industriali e con liquami zootecnici (co-digestione). In Europa circa 130 impianti di digestione anaerobica trattano ciascuno più di 2500 t/anno di frazione organica di rifiuti urbani e/o residui organici industriali.

>2.000

5

67

139

1

4<15

n.f.

15

69

21

4

>100

<15

10

2

Impianti di biogas su liquami zootecnici in Europa

La Germania è il Paese europeo nel quale la digestione anaerobica ha avuto il maggior impulso. I dati al 2003, parlano di circa 2.000 impianti esistenti con una potenza elettrica installata di circa 400 MW.Circa il 94% degli impianti di biogas operano in codigestione, trattando assieme ai liquami zootecnici altri substrati organici, scarti dell’agroindustria, scarti domestici e della ristorazione, soprattutto colture energetiche (mais, sorgo zuccherino, barbabietola da foraggio, patate ecc.) e residui colturali.Importante per lo sviluppo del settore è stata la politica di incentivazione del Governo tedesco, che ha fissato un prezzo per l’energia elettrica da biogas fino a 21,5 centesimi di euro/kWh per un periodo di 20 anni ed eroga in genere anche un contributo sull’investimento.

La Germania

Sviluppo degli impianti di biogas in Germania:

Numero e Potenza elettrica installata

La situazione in ItaliaBIOMASSE INTERESSATE:• Deiezioni animali : 187.000.000 t/a.• Scarti agro- industriali: 12.000.000 t/a.• Scarti di macellazione: 2.000.000 t/a.• Fanghi di depurazione: 2-3.000.000 t/a. • Fraz.org. dei R.U.: 9.000.000 t/a.• Residui colturali: 10.000.000 t

SS/a• Colture energetiche: 230.000 ha set aside

La situazione in ItaliaImpianti di biogas per liquami zootecnici

Un censimento condotto nel 1999 mostrava che 72 impianti di biogas funzionavano con liquami zootecnici in Italia . Cinque di questi sono impianti centralizzati e 67 sono impianti aziendali. La quasi totalità degli impianti è localizzata nelle regioni del nord (39 in Lombardia, 7 in Emilia-Romagna, 12 in Trentino-Alto Adige).

Attualmente, fine 2004, gli impianti sono oltre 100 di cui circa 70 sono impianti semplificati e a basso costo, realizzati sovrapponendo una copertura di materiale plastico ad una vasca di stoccaggio dei liquami zootecnici.

39

12

3

7

2

3

1

11

1

2Digestori anaerobici operanti su liquami zootecniciin Italia (1999): 72 impianti censiti.

Schema di impianto di biogas semplificato, senza riscaldamento

La produzione di metano ottenibile è di circa 15 m3/anno per 100 kg di peso vivo suino (circa 25 m3/anno di biogas)

lagone o vasca di accumulo

frazione solida

sistema galleggiante di raccolta gas

biogas agli utilizzi

serbatoio di stoccaggio

vasca di raccolta e sollevamento

rotovaglio

Schema di impianto di biogas semplificato con riscaldamento

La produzione di metano ottenibile è di circa 21 m3/anno per 100 kg di peso vivo suino (circa 35 m3/anno di biogas)

frazione solida

vasca di raccolta e sollevamento

rotovaglio

sistema di copertura e raccolta biogas a singola

o a doppia membrana

biogas agli utilizzi

sistema di riscaldamento

energia elettrica

biogas

cogeneratore

acqua calda

PAVIMENTO TOTALMENTE FESSURATO (PTF) CON PAVIMENTO TOTALMENTE FESSURATO (PTF) CON

FOSSA DI STOCCAGGIO SOTTOSTANTEFOSSA DI STOCCAGGIO SOTTOSTANTE

PAVIMENTO TOTALMENTE FESSURATO (PTF) E PAVIMENTO TOTALMENTE FESSURATO (PTF) E

RIMOZIONE DEI LIQUAMI CON SISTEMA A VACUUMRIMOZIONE DEI LIQUAMI CON SISTEMA A VACUUM

PAVIMENTO TOTALMENTE FESSURATO (PTF) CON PAVIMENTO TOTALMENTE FESSURATO (PTF) CON

RICIRCOLO DEI LIQUAMI IN TUBI O CUNETTE SENZA RICIRCOLO DEI LIQUAMI IN TUBI O CUNETTE SENZA

STRATO LIQUIDOSTRATO LIQUIDO

Pom pa d iric irco lo

Vasca d iarrivo e ripresa

C ollettore d iraccolta

C ollettoreripartitore

Valvola d iapertura

C ondotta d iric irco lo

C ontro lloautom atico

Az. MengoliCastenaso (BO)

Bovini da latte (100 capi in produzione)2 digestori (1200 m3 ciascuno)1 cogen. 110 kWe

Progetto per allevamento bovino da latte 520 capi in produzione

SEPARATORE

STOCCAGGIO

USO AGRONOMICO

PRODUZIONE BIOGAS

Resa 0,42 m3 biogas/kg ST

1896 m3 biogas/d

1120 m3 CH4/d

170 kWe

Input totale DA

44,1 m3/d

4506 kg ST/d

Digestione anaerobica

Volume 1680 m3

HRT 38 d

Carico 2,50 kg ST/m3

STOCCAGGIO

1437 kg ST/d

29 haInsilato di mais 4,4 t/d 5,8 m

3/d

Liquame bovino520 capi in produzione

3069 kg ST/d 2613,5 kg ST/d

1698,7 kg ST/d

40,3 m3/d

38,3 m3/d 44,1 m

3/d

914,7 kg ST/d3,05 t/d3,8 m

3/d

CHIARIFICATO

VASCA POLMONE

VASCA POLMONE

Bilancio Economico

EE netta prodotta = 1.159.000 kWh/annoRicavi:Valore EE ceduta (0,085 €/kWh) = 98.515 €/annoValore CV (0,109 €/kWh) = 140.363 €/annoTotale ricavi = 238.878 €/annoCosti esercizio:Service cogeneratore (0,02 €/kWh) = 25.755 €/annoEsercizio impianto = 40.000 €/annoProduzione mais al netto premi PAC (11,24 €/t) = 17.900 €/annoTotale esercizio = 83.655 €/annoCosto investimento circa 670.000 €

PBT=4,3 anni (3 anni con un contributo del 30%)

NB: +21 ha per uso agronomico digestato per presenza insilato di mais

FLOTTATORESEPARATORE

STOCCAGGIO

Fa

ng

oC

hia

rifi

ca

to

USO AGRONOMICO

PRODUZIONE BIOGAS

Resa 0,44 m3 biogas/kg ST

2740 m3 biogas/d

1725 m3 CH4/d

220 kWe

USO AGRONOMICO

Input totale DA

71,5 m3/d

6250 kg ST/d

Digestione anaerobica

Volume 2500 m3

HRT 35 d

Carico 2,5 kg ST/m3

STOCCAGGIO

V totale 35856 m3

850 kg ST/d

17 haInsilato di mais 2,6 t/d 4,0 m

3/d

Peso vivo suino1500 t p.v.

Liquame suino

200 m3/d

8250 kg ST/d

5400 kg ST/d

2850 kg ST/d

3500 kg ST/d

2345 kg ST/d

66,7 m3/d

67,5 m3/d 71,5 m

3/d

132,5 m3/d

1155 kg ST/d3,85 t/d4,8 m

3/d

CHIARIFICATO

Progetto per allevamento suinicolo ciclo chiuso 1500 t p.v.

Bilancio Economico

EE netta prodotta = 1.504.000 kWh/annoRicavi:Valore EE autocons (365.000 kWh a 0,107 €/kWh) = 39.055 €/annoValore EE ceduta (0,085 €/kWh) = 96.815 €/annoValore CV (0,109 €/kWh) = 191.840 €/annoTotale ricavi = 327.710 €/annoCosti esercizio:Service cogeneratore (0,02 €/kWh) = 35.200 €/annoEsercizio impianto = 48.000 €/annoProduzione mais al netto premi PAC (11,24 €/t) = 10.670 €/annoTotale esercizio = 93.870 €/annoCosto investimento circa 950.000 €

PBT=4,1 anni (2,8 anni con un contributo del 30%)

NB: + 12 ha per uso agronomico liquame per presenza insilato di mais

Grazie per l’attenzione