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
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
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
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
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
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
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
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Soi
a Fra
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Pom
odoro
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insi
lato
di t
ritic
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lato
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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.
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