Presentazione Tecnologie emissione biogas

Studio di nuove tecnologie applicate alla individuazione e caratterizzazione delle

emissioni di biogas da discaricaCandidato: MANZO CIRO

Siena 14 Dicembre 2012

SCUOLA SUPERIORE S. CHIARASCUOLA DI DOTTORATO IN SCIENZE E TECNOLOGIE APPLICATE ALL’AMBIENTE

SEZIONE TECNOLOGIE INNOVATIVE PER LA GESTIONE DEL TERRITORIO(XXV CICLO)

Tutor: Prof. SALVINI RICCARDOCo-Tutor: Prof. DISPERATI LEONARDO

Ing. MANLIO PACITTI

Outline

1. Premessa

2. Obiettivi

3. Attività di ricerca

4. Fasi di sviluppo

5. Work-flow misure

6. Conclusioni

13/04/2023 Discussione dottorato di Manzo Ciro 2

Framework

• Progetto Valutazione e individuazione di metodologie di caratterizzazione delle emissioni di biogas da discarica (acronimo BIOGAS-CGT), previsto nell’Accordo di Programma Quadro Ricerca e Trasferimento Tecnologico per il Sistema Produttivo tra Centro di Geotecnologie dell’Università di Siena (Capofila dell’ATS) e la Regione Toscana


BIOGAS DA DISCARICA

La qualità e i componenti del biogas sono influenzate da:• tipi e merceologia del rifiuto

• quantità e tipi di composti organici

• U% e TEMP. del rifiuto


Il biogas si genera dalla decomposizione della parte organica dei Rifiuti Solidi Urbani durante la fase anaerobica

Farquhar e Rovers, 1973

III III IV V t

Gas (% vol) Fasi metanigene

Discarica Reattore

R

A

B

P

R = RifiutoA = AcquaB = BiogasP = Percolato

E’ possibile tramite modelli teorici «stimare» il biogas producibile dalla discarica

QCH4 =ijktt

n

i j

eM

KL

101

1

1,00

ProblemaOpportunità

Premessa


RifiutiSource EDGAR 4.0 (JRC/PBL.2009)

Tg C

H4

Premessa


Strategico disporre di diversi metodi di misura indipendenti

dal momento che a priori non è noto il valore “vero” di emissione

Approssimazione modelli di max produzione di LFG Misura puntuale della emissione diffusa COSTOSA E CON QUALITA’ STRETTAMENTE f:griglia e tempo di misura

• LFTGN03 è la guida tecnica per la valutazione dell’emissione per i siti ormai chiusi diffusa dall’EA (Environmental Agency)

?

Non tutto il BIOGAS può essere captato

Metano generato = Estratto + Emesso + Migrato + Ossidato + differenza nello stoccaggio del metanoDiossido di Carbonio generato = Estratto + Emesso + Migrato +

Ossidazione Metano + Combustione metano + CO2 nel percolato + differenza nello stoccaggio del metano

Modificato da Bogner & Scott, 1997

Obiettivi

1. Messa a punto di METODOLOGIE DI RILEVAMENTO

DIVERSE/ALTERNATIVE rispetto a quelle correnti

2. Confronto dei valori ottenuti con diverse metodologie di

misura

3. Stima dei valori globali di emissione in base ai dati rilevati



Tuneable diode Laser

Attività di ricerca

Termocamera

FTIR Multigas Analyzer

Rilevatore a ionizzazione di fiamma (FID)

Anemometro 3dsonico

Spettroradiometro


13/04/2023 9Discussione dottorato di Manzo Ciro

0,35-2,5 mm



Slank + Metano

ml

1 50

cm

Metano

Alloggiamento Fibra Ottica 8° IFOV



ml



ppm CH4

ml

Idea progettuale

Campo di vento sull’area della discarica



Low conc

High conc

Discarica

BIOGAS

Vento

•Griglia o percorsi di misura sul lato sottovento della discarica•Intercettazione del plume emissivo


Low conc

High conc

Discarica

BIOGAS

Vento

•Griglia o percorsi di misura sul lato sottovento della discarica•Intercettazione del plume emissivo•Misura concentrazioni metano sui nodi della griglia•Modellazione all’indietro per la determinazione delle sorgenti e dell’emissione totale


Idea progettuale



Low conc

High conc

Discarica

BIOGAS

Vento



Idea progettuale



Discarica

BIOGAS

Vento

Low conc

High conc

Tuneable Diode Laser

•Griglia o percorsi di misura sul lato sottovento della discarica•Intercettazione del plume emissivo•Misura concentrazioni metano lungo percorsi ottici•Modellazione all’indietro per la determinazione delle sorgenti e dell’emissione totale


Idea progettuale



Discarica

BIOGAS

Vento

Low conc

High conc

Retroriflettore posto a terra

Retroriflettori posti su carrello

elevatore

Misura diretta del plume

Raggio IR che esegue una singola misura


•Griglia o percorsi di misura sul lato sottovento della discarica•Intercettazione del plume emissivo•Misura concentrazioni metano lungo percorsi ottici•Modellazione all’indietro per la determinazione delle sorgenti e dell’emissione totale


Idea progettuale



Low conc

High conc

Discarica

BIOGAS

Vento



Idea progettualeIdea progettuale


Sistema di campionamento basato sull’impiego di un vettore aerostatico

Messa a punto del pallone aereostatico Osservazioni:-Elevato numero di analisi sul lato della discarica-Campioni acquisiti tutti nelle medesime condizioni atmosferiche-Uso multiplo di micropompe radiocomandate per migliorare la produttività del sistema

Campionamento su sezione verticale


Fasi di sviluppo e misure





Sacco di nalophanda 8 L

Messa a punto del pallone aereostatico




650 ml/min Sacco di nalophanda 8 L

Osservazioni:-Elevato numero di analisi sul lato della discarica-Campioni acquisiti tutti nelle medesime condizioni atmosferiche-Uso multiplo di micropompe radiocomandate per migliorare la produttività del sistema

Messa a punto del pallone aereostatico



Strumento FTIR Gasmet DX 4030


Sacco di nalophanda 8 L

Osservazioni:-Elevato numero di analisi sul lato della discarica-Campioni acquisiti tutti nelle medesime condizioni atmosferiche-Uso multiplo di micropompe radiocomandate per migliorare la produttività del sistema

Confronto Gasmet vs GC MS




Esempio di applicazione


Esempio di applicazioneCampionamento su sezione verticale


N

Section of the plume= 40 m2

Average conc. = 8 mg/m3

Wind Speed = 3,2 m/s 1,02 g/s??

Legend

Grid

CH4

mg/mc

0,714 - 1,08

1,08 - 1,77

1,77 - 2,2

2,2 - 2,4

2,4 - 2,91

2,91 - 3,6

3,6 - 4,68

4,68 - 6,04

6,04 - 9,12

9,13 - 13,44

#0 #0 #0

#0 #0 #0

#0 #0 #0

#0#0 #0

#0 #0

#0

#0#0 #0

#0

#0

4786782 4786785 4786788 4786791 4786794 4786797 4786800 4786803 4786806

342

345

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351

354

357

Legend

Grid

CH4

mg/mc

0,714 - 1,08

1,08 - 1,77

1,77 - 2,2

2,2 - 2,4

2,4 - 2,91

2,91 - 3,6

3,6 - 4,68

4,68 - 6,04

6,04 - 9,12

9,13 - 13,44

#0 #0 #0

#0 #0 #0

#0 #0 #0

#0#0 #0

#0 #0

#0

#0#0 #0

#0

#0

4786782 4786785 4786788 4786791 4786794 4786797 4786800 4786803 4786806

342

345

348

351

354

357


40 m2

Partial plume

section



1-4 mm

Coeff. di attenuazione

Irradianza spettrale

Range di misura: 0 – 5,000 ppmDetection limit: 0,29 – 0,56 ppm*mRapidità e numerosità delle misure

Discarica

BIOGAS

Vento

Low conc

High conc

Retroriflettore posto a terra

Retroriflettori posti su carrello

elevatore

Misura diretta del plume

Raggio IR che esegue una singola misura

Fasi di sviluppo

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/04/Beer_lambert.png

Campagne test con il TDL


• Indentificare il miglior array di misura del metano


Path measurement array

13/04/2023

horizontal

vertical

33Discussione dottorato di Manzo Ciro



13/04/2023

horizontal

vertical




13/04/2023

horizontal

vertical

35Discussione dottorato di Manzo CiroCornercube 100m Retroriflettori fino a 500m



13/04/2023

horizontal

vertical


Fasi di sviluppo


Concentrazione media di metano in funzione del tempo sul percorso ottico

Valutazione delle emissioni

1. Definizione della distribuzione sul piano orizzontale


b=A*c

A = matrice di convoluzione

c = concentrazione

b = misure lungo i percorsi ottici

2. I valori delle emissioni sono scalati rispetto ad una misura di riferimento• Assegnazione di un valore di riferimento ad una sotto-area (massimo assoluto)• Applicazione di un modello di dispersione (Calpuff)


3. Calcolo dei flussi e dei valori integrati sul piano verticale sottovento all’area sorgente



3. Calcolo dei flussi e dei valori integrati sul piano verticale sottovento all’area sorgente


4. Stima globale dell’emissione• Calcolo totale dell’emissione e della varianza

•Applicazione di un modello di dispersione (Calpuff), in corrispondenza di una serie di misure meteorologiche

•Calcolo di un fattore di scala per l’emissione di ogni sotto-area

Gasfinder 2.0


Work-flow misure

Campagne misure effettuate• Tecniche utilizzate:

– Laser– Sezione Verticale– FID con camera di flusso


Discussione dottorato di Manzo Ciro

Campagne misure effettuate

13/04/2023 44

Le analisi sono state effettuate in 3 differenti tipologie di discarica per Rifiuti NP: Sito in attività Discarica chiusa In fase di chiusura

Work Flow

Studio della discarica (Conf. t/a, Lotti etc…)

Analisi Termografica e Walk Over

Campagna di misure

Elaborazione dati meteo e modellazione

EMISSIONE GLOBALE13/04/2023 Discussione dottorato di Manzo Ciro 45

Studio della discarica


Studio della discarica


Rifiuti conferiti e Modelli predittivo produzione totale biogas

Analisi Termografica


Analisi Termografica


Area Emissiva?

Walk Over


FID Gastec TM

Rilievi puntuali effettuati con il FID effettuati sulla superfice della discarica in maniera speditiva.

Walk Over




Esempi di rilievi puntuali nelle altre discariche

Walk Over


• Gasmet DX4030– Analisi di miscele di gas a 1.5m dal suolo

Aprile 2011

Misure di emissione puntuale secondo i criteri della EA 2003


Ottobre 2010

0,259 g/s 6,35 g/s

Strumentazione FID Gastec con camera di flusso Magnano

Misure puntuali con camera CGT e nuovo

FID Gastec

Condizioni Meteo

hour

mba

r

Definizione dell’emissione globaletramite Laser


16,2 g/s

Risultati ottenuti per diverse tipologie di discarica

Tipologia di discarica Emissione (g/s) Sigma (g/s) CV (%)

In attività 16,18 6,20 38 %

In gestione post chiusura da più di 5 anni

2,81 0,32 11 %

In fase di chiusura 25,31 7,60 30 %


1a campagna laser – Luglio 2010

Risultati ottenuti per diverse tipologie di discarica

Tipologia di discarica Emissione (g/s) Sigma (g/s) CV (%)

In attività 28,85 10,9 38%

In gestione post chiusura da più di 5 anni

2,55 1,24 49%

In fase di chiusura 37,2 7,9 21%


2a campagna laser – Febbraio 2011


Tipologia di discarica Emissione (g/s)

In attività 0.259

In gestione post chiusura da più di 5 anni -

1a Campagna misure camera di flusso – Ottobre 2010

Tipologia di discarica Emissione (g/s)

In attività 6,35

In gestione post chiusura da più di 5 anni 0.83

2a Campagna misure camera di flusso – Aprile 2011

Risultati


Applicazione del Modello BIO5 (Magnano, 2010) ad una delle discariche e confronto con i dati misurati

6213/04/2023 Discussione dottorato di Manzo Ciro

Risultati



Risultati


TDL GasFinder Measures

Pro• Ampio dataset di misure per path• Misura contemporanea di ampie

aree della discarica• Non è necessario captare

integralmente il plume emissivo• È possibile proporlo come SME

(sistema di monitoraggio delle emissioni)

Contro• Risulta necessaria una fase di post

processing• Costo dello strumento elevato

Sezione verticale di dispositivi di campionamento aeriforme

Pro• valutazione diretta del plume

emissivo• Poco complessa l’elaborazione

emissione• Meno costosa della precedente

Contro• Necessita di strade di accesso• Necessarie molte risorse umane in

campagna• Più sensibile alle variazioni delle

condizioni meteo• Sezioni campionate non coeve

Conclusioni


Conclusioni

• Il confronto tra gli approcci di misure adottati ci ha permesso di concludere che:– Il metodo EA può non essere esaustivo nella valutazione

delle emissioni– La tecnica laser permette di ottenere risultati che

prendono in considerazione le variabili ambientali– Tecnica della sezione verticale con array di misura

fornisce valori di flusso approssimati Per il futuro…• Resta da ampliare la casistica delle misure su base annuale e su

un più ampio dataset di discariche



• Pacitti P., Disperati L., Lodi M., Manzo C., Robasto G., Salerno R., Veggi S., Vannucci F., Colombo A.,Rotella G., Borghero N. (2011). Development and implementation of new techniques for landfill biogas emission assessment SETAC Europe 21st Annual Meeting Abstract Book, 15-19 May 2011, pp 8 (Special Session) [oral presentation]

• Pacitti P., Disperati L., Lodi M., Manzo C., Robasto G., Salerno R., Veggi S., Vannucci F."Laser

technique as new frontier on landfill biogas emission assessment in Italy" Atti del Field Laser Application in Industry and Research (FLAIR) Congress, Murnau 11-17 September 2011 pp 112 [poster presentation]

• Pacitti P., Disperati L., Lodi M., Manzo C., Robasto G., Salerno R., Veggi S., Vannucci F. “New techniques for landfill biogas emission assessment in Italy” 34th International Geological Congress Brinsbane, 5-11 Agosto 2012 [oral presentation]

• Giornata di studio su “Valutazione ed individuazione di metodologie di caratterizzazione delle emissioni di biogas da discarica (Progetto CIPE)”, San Giovanni Valdarno (Ar), 7 Marzo 2012

Grazie per l’attenzione.



luce alogena calda (3000°K) da 500 watt con picco di irradianza a 1110 nm.

2

1

3Slank + Metano

Slank


Hitran, 2004

Attività di ricercaImplementazione della

camera di flusso secondo

la LFTGN 03 dell’Agenzia

per l’Ambiente Inglese

(EA)


Campionamento biogas in discarica


Campionamento biogas da sorgente puntuale

Campionamento biogas da sistema di captazione

Esempi di array in altre discariche


µ

Discarica B Discarica C

µ

IN ITALIANon esistono allo stato attuale

normative tecniche nazionali atte a definire un metodo analitico preciso e ripetibile.

Allegato II del D.Lgs. 36/2003, relativo ai piani di sorveglianza e controllo, al punto 5.4 è precisato che “ deve essere previsto un monitoraggio delle emissioni gassose, convogliate e diffuse, della discarica stessa, in grado di individuare anche eventuali fughe di gas esterne al corpo della discarica”.

Normativa tecnica dell’Agezia per l’Ambiente Inglese (EA):

Guidance for Monitoring Landfill Gas Surface Emissions – LFTGN07

Fornisce i dettagli tecnici sulla metodologia e strumentazione da applicare e sull’elaborazione dei dati

Identifica i limiti di accettabilità per le emissioni in atmosfera di metano attraverso la superficie:

Temporary Capping (TC): 10-1 mg/m2/sec

Permanent Capping (PC): 10-3 mg/m2/sec

Normativa tecnica


Condizioni meteo durante le misure


15 luglio 2010

15 Febbraio 2011ora

ora

°C

°C

mbar

mbar

Condizioni meteo durante le misure

13/04/2023 Discussione dottorato di Manzo Ciro79

19 Aprile 2011

8 ottobre 2010

ora

°Cmba

r

ora

°Cmba

r


Confronto misurato/captato

Presentazione Tecnologie emissione biogas

Technology

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