Il settore del biogas. Il caso dei residui ortofrutticoli

Efisio A. Scano

Cardedu 1 luglio 2014

Impieghi del biogas

Il biogas è una fonte affidabile ed ecocompatibile di energia oltre che unasicura fonte di reddito indispensabile per il futuro dei sistemi agroindustriali

Impieghi del biogas

Gli impianti per la produzione di biogas devono essere consideraticome fonte di benefici per i comuni e per l’economia nazionale

Impieghi del biogas

Produzione del biogas

La produzione di Biogas richiede la disponibilità di ingenti quantità dimaterie prime per l’alimentazione degli impianti di digestioneanaerobica

Un impianto di digestione anaerobica con la potenza di 1 MW necessitadi 55-60 t/d di un feedstock costituito per esempio da silomais con uncontenuto in sostanza secca dell’ordine del 35 %

Data la scarsa disponibilità di terra arabile (9,4 % dell’intero pianeta) el’impegno fondamentale nella produzione sempre crescente di derratealimentari, risulta fondamentale reperire altre materie prime

Una soluzione al problema è rappresentata dall’impiego di residuiagroindustriali reperibili nel corso di tutto anno ed a costi decisamentelimitati

Produzione del biogas da residui ortofrutticoli

Gli scarti di frutta e vegetali sono prodotti in enormi quantità dai mercatiortofrutticoli all’ingrosso e rappresentano un’importante categoria di residuidifficili da smaltire a causa della loro elevata deperibilità

Sono facilmente degradati dalla flora microbica contaminante con una velocitàdipendente dalla presenza di danni meccanici o da un eccessivo grado dimaturazione

Questo determina complicazioni ambientali notevoli ed elevati costi per i mercatiortofrutticoli sia per lo smaltimento che per le perdite economiche dovute allamancata vendita dei prodotti

La Digestione Anaerobica puòrappresentare la tecnologia piùadeguata per lo smaltimento e lavalorizzazione energetica di questiresidui!

Produzione del biogas da residui ortofrutticoli

I lavori di ricerca, condotti su scala di laboratorio ed in qualche caso su scala pilota,riportati nella letteratura scientifica evidenziano grandi difficoltà nel trattamento diquesti residui a causa della presenza di zuccheri semplici che promuovono unarapida acidificazione all’interno dei reattori con l’inibizione dei microrganismimetanigeni

Per superare questo problema sono aggiunti co-substrati che assicurano ilmantenimento della stabilità del processo

Data la particolare localizzazione dei mercati ortofrutticoli risulta abbastanzadifficile garantire la disponibilità di altri substrati per la codigestione

Una soluzione praticata nell’attività sperimentale di seguito descritta è stata quelladi alimentare i reattori con miscele equilibrate di frutti e vegetali

L’adozione di un processo bi-stadio, inoltre, migliora la stabilità del processo, marichiede impianti di trattamento più complessi e costosi

Produzione del biogas da residui ortofrutticoli

Frutta (%) Solidi Totali (%wb) Solidi Volatili (%TS) PCs (MJ/kg)ss

Start-up 33.4 5.4-16.5 (Med: 9.6) 80.8-90.8 (Med: 85.0) 16.1-17.6

Fase 1 33.1 4.4-16.1 (Med: 8.8) 78.8-90.5 (Med: 86.4) 15.3-17.5

Fase 2 28.4 3.4-13.2 (Med: 7.1) 81.3-90.0 (Med: 84.9) 13.7-16.6

Fase 3 60.6 4.3-21.8 (Med: 9.5) 81.7-93.8 (Med: 87.9) 15.0-17.1

Fase sperimentale Produzione specificadi Biogas

Resa Specifica in Metano

Start- up 0.81 Nm3/Kgsv 0.47 Nm3/Kgsv

Fase 1 0.72 Nm3/Kgsv 0.39 Nm3/Kgsv

Fase 2 0.76 Nm3/Kgsv 0.43 Nm3/Kgsv

Fase 3 0.84 Nm3/Kgsv 0.44 Nm3/Kgsv

Produzione del biogas da residui ortofrutticoli

Fasesperimentale

FVWs ProduzioneBiogas

Digestato

[Kg] [MJ] [Nm3] [MJ] [Kg] [MJ]

Start- up 943 1829 55 229.5 861 215

Fase 1 941 1458 51 189.9 863 216

Fase 2 952 1189 43 173.5 883 221

Fase 3 715 1018 46 172.5 643 161

Produzione del biogas da residui ortofrutticoli

Fasesperimentale

NH3 H2S H2O CH4 CO2 O2

Start- up 170 ppm 444 ppm 0.3 ppm 58.2 % 41.6 % 0.2 %

Fase 1 99 ppm 395 ppm 0.1 ppm 54.4 % 45.4 % 0.2 %

Fase 2 11 ppm 262 ppm 0.1 ppm 58.2 % 41.5 % 0.3 %

Fase 3 0 ppm 43 ppm 0.1 ppm 55.0 % 44.8 % 0.2 %

Produzione del biogas da residui ortofrutticoli

Fase sper.

Energia elettrica Energia termica

Consumo Produzione Consumo Produzione

[kWh][kWh/

kg][kWh]

[kWh/kg ]

[kWh][kWh/

kg][kWh]

[kWh/kg]

Start- up 47.4 0.050 63.8 0.067 76.5 0.081 207.2 0.220

Fase 1 45.5 0.048 52.8 0.056 47.3 0.050 180.8 0.186

Fase 2 48.3 0.051 48.2 0.049 30.2 0.032 156.7 0.160

Fase 3 37.6 0.053 47.9 0.071 27.4 0.038 155.8 0.232

Produzione del biogas da residui ortofrutticoli

Produzione del biogas da residui ortofrutticoli

Gli scarti di frutta e vegetali contengono un’elevata percentuale disostanza organica che può essere convertita in biogas con una resa elevata

La presenza dei principali micro, macro ed elementi in tracce permette losvolgimento del processo senza aggiunta di additivi o di altri materialiorganici come co-substrati

E’ importante che frutti e vegetali siano miscelati in proporzioni adeguateper bilanciare l’eccesso o il difetto dei nutrienti e di altre sostanze inibenti,o limitare l’apporto di sostanze indesiderate quali lo zolfo

I contenuti di H2S e acqua nel biogas sono più bassi dei limitisuggeriti per l’uso nei motori a combustione interna(IEA Bioenergy, Task 37)

Volume complessivo Digestore 270 m3

Produzione media di Biogas 525.2 Nm3/d

Produzione media di Metano 289.6 Nm3/d

Produzione di energia primaria 2859.6 kWh/d

Potenza del cogeneratore 41.7 kW

Produzione di energia elettrica lorda 1000.9 kWh/d

Produzione di energia termica lorda 1429.8 kWh/d

Consumo di energia elettrica 90 kWh/d

Consumo di energia termica 86.4 kWh/d

Produzione di energia elettrica netta 910.9 kWh/d

Energia termica disponibile 1343.4 kWh/d

Produzione del biogas da residui ortofrutticoli

Trattamento del digestato1. Studio del reimpiego per lo sfruttamento dell’energia residua2. Studio per l’impiego agronomico

Incremento dell’uso di biomasse residuali1.Messa a punto di processi di trattamento per biomasse singole ed in mix fra loro

Recupero dell’energia termica1.Studio per l’impiego in altri processi agroindustriali (concentrazione,

essiccamento, pastorizzazione, riscaldamento, refrigerazione)

Frazione organica dei rifiuti solidi urbani (FORSU)1. Messa a punto di processi trattamento specifici2. Studio per il dimensionamento di impianti di piccola taglia utilizzabili per la

generazione distribuita di energia

Sviluppi nel settore del BIOGAS

Fonte BiogasHeat project 2012

Grazie per l’attenzione !