Digestione anaerobica e produzione di biogas Che cos

Digestione anaerobica e produzione di biogas

Che cos’è il biogas �una delle fonti alternative più utilizzate per la produzione di energia rinnovabile; �il risultato della digestione anaerobica di varie sostanze organiche ad opera di numerosi batteri; �l'energia racchiusa nei legami chimici è poi rilasciata e immagazzinata principalmente in metano(CH 4) il quale, assieme all'anidride carbonica (CO 2) è il principale costituente del biogas; � altre sostanze presenti in minor percentuale sono CO, N, H, H 2 S; �possiede un alto potere calorifico e può essere convertito in elettricità e calore.

�Il residuo della fermentazione è il digestato, un materiale liquido, completamente inodore e ad altissimo valore agronomico, con caratteristiche migliorative rispetto al materiale di partenza. �Il biogas è indicato dall'U. E. tra le fonti energetiche rinnovabili non fossili che possono garantire non solo autonomia energetica, ma anche la riduzione graduale dell'attuale stato di inquinamento dell'aria e quindi dell'effetto serra.

Che cos’è il biometano �un gas derivato dal biogas che ha subito un processo di upgrading (raffinazione e purificazione) portando la concentrazione di metano CH 4 a superare il 98%. �al pari del gas naturale (metano fossile) il Biometano può: • contribuire alla riduzione emissione gas serra; • essere utilizzato come biocombustibile per veicoli a motore; • immesso nella rete di distribuzione nazionale; • trasportato e stoccato per la successiva produzione di energia anche in luoghi molto distanti dal sito produttivo.

I plus del Biometano: • fonte rinnovabile programmabile; • riduzione della dipendenza dalle importazioni; • sviluppo dell’economia locale; • sostenibilità ambientale; • un circuito chiuso; • massima flessibilità.

Il biometano è un ulteriore opportunità di sviluppo per tutti i produttori di biogas, con un alto grado di efficienza. Potenziale relativo alla produzione di biometano: sarebbe possibile arrivare a coprire nel medio termine il 10% del consumo nazionale di gas, attraverso la produzione di 7 -8 miliardi di metri cubi all’anno di biometano agricolo. Considerato che l’Italia importa 70 miliardi di metri cubi di gas naturale l’anno il biometano è fondamentale per ridurre la dipendenza energetica italiana.

Come funziona un impianto? All'interno di un apposito contenitore, il fermentatore, vengono convogliate varie sostanze naturali. � Letame � Liquame � Pollina � Siero lattiero-caseario � Scarti vegetali � Sottoprodotti agricoli Colture quali silo mais, frumento, sorgo, granella, in combinazione con liquami e letami, sono ottime materie prime. Inoltre possono essere utilizzati anche scarti dell'industria agroalimentare.

Nel fermentatore, in assenza di ossigeno e a temperatura controllata, un grande numero di batteri degrada la sostanza organica. Il risultato di questa degradazione è triplice: biogas, calore e digestato (fertilizzante liquido naturale) � Il biogas viene convertito in energia elettrica grazie a un cogeneratore e ceduto alla rete nazionale. Una parte è convertita in ulteriore calore. � Il calore, oltre che per il processo di fermentazione stesso, è utilizzato per il riscaldamento di alcuni locali dell'azienda, come stalle e uffici (o addirittura per un processo industriale). � Il digestato viene utilizzato come fertilizzante

Il biogas fa dell’azienda agricola un cerchio veramente perfetto Da sempre agricoltura e allevamento hanno utilizzato i sottoprodotti agricoli integrandoli nel ciclo produttivo, prevalentemente sotto forma di concime, ma non solo. Purtroppo tale integrazione non è mai stata pienamente efficiente, fino a diventare un costo anziché un valore.

Analisi del processo

Fasi del processo

Parametri di stabilità del processo: Temperatura � batteri psicrofili (10 -25°C) �batteri mesofili (20 -40°C) �batteri termofili (45 -55°C) I processi mesofili e termofili sono i più efficienti L’intervallo di temperatura ottimale è di pochi gradi, basta poco per rallentare o bloccare il processo, è importante il sistema di riscaldamento e di isolamento del digestore

Acidi grassi volatili (AGV). Acidi organici prodotti nel corso della degradazione della sostanza organica. La concentrazione di AGV è espressa come concentrazione di acido acetico nel volume di materiale (mg/L), dipende dalla quantità e qualità del materiale caricato nel digestore e dall’equilibrio tra batteri acidogeni e batteri metanigeni. Come parametro di stabilità non viene assunta la concentrazione assoluta ma le variazioni di concentrazione: incrementi repentini di concentrazione indicano che il processo volge verso la fase acidogenica piuttosto che metanogenica. In generale un incremento degli AGV è conseguente

�Alcalinità. La capacità del sistema di accettare protoni ed è espressa come concentrazione di carbonato di calcio. E’ determinata dalla coesistenza di ammoniaca, originata dalla degradazione proteica, e bicarbonato, derivato dalla dissoluzione dell’anidride carbonica (CO 2) nel mezzo, che formano un sistema in grado di tamponare l’abbassamento del p. H dovuto dall’accumulo degli acidi grassi volatili.

�Concentrazione di ammoniaca. L’ammoniaca è prodotta durante la degradazione delle proteine. Un’alta concentrazione può inibire i batteri acidogeni e metanigeni. Intervalli di concentrazione: • 200 -1. 500 mg/L: mai tossica; • 1. 500 -3. 000 mg/L: inibente se il p. H è sotto 7, 4; • 3. 000 mg/L: sempre inibente. La presenza di ammoniaca è importante per tamponare il sistema dentro al digestore e compensare l’accumulo di acidi grassi volatili mantenendo un p. H stabile.

� p. H Il valore dipende dai parametri visti in precedenza: concentrazione di acidi grassi volatili, ammoniaca, alcalinità. In un digestore in fase stabile il valore di p. H dovrebbe aggirarsi intorno a 6, 5 -8. Cadute del valore di p. H sotto 6, 5 indicano un accumulo di acidi grassi volatili (spesso a causa della sovralimentazione del digestore).

Caratteristiche chimiche delle biomasse � Il contenuto di sostanza secca indica quanto è concentrato il materiale introdotto nel digestore. Per i sistemi Cstr (digestori completamente miscelati) il contenuto di sostanza secca all’interno del digestore deve essere inferiore al 10% � Il contenuto di solidi volatili indica la quantità di sostanza organica contenuta nella biomassa e potenzialmente trasformabile in biogas. colture energetiche + del 90% della sostanza secca totale, materiali predigeriti (liquami zootecnici maturati e i fanghi di depurazione) 60 - 70%. Il carbonio rappresenta una parte di tutta la sostanza organica presente (approssimativamente il 50%).

�Il contenuto di N in particolare il rapporto ottimale tra carbonio e azoto per la digestione anaerobica è indicato < 30. Un C/N > 30 rallenta il tasso di crescita microbica e tutte le reazioni di trasformazione del substrato in biogas. �La richiesta di P e K è più limitata rispetto a quella di azoto, il range ottimale C/P (carbonio/fosforo) è indicato tra 120 e 150. �Il rapporto C/K invece è indicato tra 45 e 100

Tempo di ritenzione idraulico HTR Hydraulic Retention Time �E’ il tempo in giorni di permanenza del substrato all’interno del digestore �Dipende dalla miscela organica in digestione e dalla temperatura �Aumenta in modo direttamente proporzionale alla quantità di sostanza secca

Tecniche di digestione in base alla sostanza secca �Digestione a umido (wet) sostanza secca inferiore al 10% �Digestione a secco (dry) sostanza secca superiore al 20% �Digestione a semisecco (emi-dry) sostanza secca introno al 12 -18%