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Impianti di cogenerazione da biomasse e Impianti di compostaggio

BIOGAS e Compostaggio MATERIE PRIME E PRINCIPI FONDAMENTALI

BIOMASSE DI ALIMENTAZIONE Le materie prime per una filiera di biogas possono essere diverse:

Materia prima da industria ed agricoltura Materiali di scarto da industria alimentare:

Materiali di scarto industria non-alimentare:

• lavorazione delle carni

• alghe marine o coltivate •acque nere produzione della carta • legno scarti • tessile • settore cartaceo • acque di scarto del settore chimico organico • altri

•Lavorazione del pesce • latte e formaggi: siero e scotta •Lavorazione della frutta - agrumi • inscatolati • sughi di fermentazione • amido • zucchero • lavorazione del caffè •Lavorazione dell’uva e del vino • acque di scarto:fanghi biologici

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Inoltre:

Nella progettazione del deposito delle materie prime occorre prestare grande attenzione non solo alle disposizioni di legge in materia ma anche a garantire sufficiente spazio per la gestione materie prime e buona accessibilità ai mezzi di trasporto.

DESCRIZIONE DEL PROCESSO

La tecnologia della degradazione microbiologica delle sostanze organiche ad alto contenuto di sostanza organica volatile, indice di putrescibiltà, permette di utilizzare tali materie prime per la produzione di biogas in una centrale di cogenerazione che produce energia elettrica e calore.

Il calore residuo derivante dal cogeneratore viene disaccoppiato dal processo ed utilizzato separatamente in forma di acqua calda (90°C) oppure con tecnica sussidiaria in forma di vapore e/o freddo.

Il residuato della digestione anaerobica può essere ulteriormente stabilizzato a valle del digestore in un impianto di compostaggio per la produzione di fertilizzante organico stabilizzato ad alta valenza agronomica. In questo modo si evitano anche costosi e nauseabondi stoccaggi.

Il biogas è prodotto attraverso un processo di conversione microbiologico in assenza di ossigeno che consiste nella demolizione delle sostanze organiche CCLG ENERGY SPA VIA ETTORE BENINI , 4 – 47121 FORLI TEL. +39 0543 84173 Fax +39 0543 83272 info@cclg.it www.cclg.it

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complesse (lipidi, protidi, glucidi) contenute nei vegetali e nei sottoprodotti animali ad opera di micro-organismi.

Il gas ottenuto è versatile quanto il gas naturale ed è costituito abitualmente per il 50-70% da metano e per la restante parte da CO2.

Il potere calorifico del gas varia a seconda del metano contenuto e mediamente è di circa 23.000 kj/nm3. Il biogas così prodotto viene pulito, accumulato e può essere utilizzato come combustibile per alimentare caldaie a gas accoppiate a turbine per la produzione di energia elettrica o in centrali a ciclo combinato o motori a combustione interna.

Il biogas può inoltre essere elevato a bio metano con la separazione delle parti non metano.

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SCHEMA DI FLUSSO SISTEMA INTEGRATO

CARICO ORGANICO: Organici liquidi Organici solidi

MISCELAZIONE

DIGESTIONE ANAEROBICA

BIOGAS

COGENERAZIONE

ENERGIA ELETTRICA

REFLUI LIQUIDI

LIQUIDO

IMPIANTO DEPURAZIONE

ISPESSIMENTO FANGHI SOLIDO

CALORE + Acqua Calda

SEPARAZIONE FANGHI

ACQUA DEPURATA

FANGHI PRESSATI

COMPOSTAGGIO

FERTILIZZANTI ORGANICI Scarti del legno, sfalci e materiale Organico solido

IDROLISI E DIGESTIONE

Il processo di metanizzazione: Prima di questa fase all’interno del digestore vengono create tutte le condizioni sia fisiche che chimiche perché il ciclo del Biogas abbia inizio.

I batteri metanigeni utilizzano gli acidi organici ed i sali prodotti nelle fasi precedenti e li trasformano direttamente in metano e anidride carbonica. Questi batteri sono caratterizzati da una crescita molto lenta che avviene solamente in ambiente anaerobico. Il metano prodotto deriva per il 70% dalla fermentazione di acido acetico operata dai batteri metanigeni acetoclastici, mentre il rimanente 30% può derivare dalla riduzione dell’anidride carbonica ad opera di batteri H2 ossidanti o dalla riduzione del metanolo eventualmente prodotto della prima fase. Le reazioni di metanizzazione sono catalizzate dagli enzimi presenti nelle proteine, che favoriscono il progredire della trasformazione. Gli acidi, gli alcoli ed i sali possono essere trasformati mediante differenti reazioni: -

per fermentazione acida: CH3COOH → CH4 + CO2 per riduzione ad opera del biossido di carbonio: 4CH3CH2OH + CO2 → 3CH4 + 3CH3COOH

Ognuna delle precedenti reazioni avviene con emissione di energia che viene utilizzata dai batteri per le loro funzioni vitali. Alla fine del processo di fermentazione CCLG ENERGY SPA VIA ETTORE BENINI , 4 – 47121 FORLI TEL. +39 0543 84173 Fax +39 0543 83272 info@cclg.it www.cclg.it

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della biomassa il biogas prodotto è essere raccolto in appositi gasometri mentre il materiale residuo della digestione chiamato “digestato”, in cui sono ancora presenti sostanze organiche non completamente stabilizzate, potrà essere utilizzato come fertilizzante per i terreni meglio ancora se viene completamente stabilizzato con un sistema microbiologico in fase aerobica per la produzione di ammendante di alta qualità e valenza agronomica in un impianto di compostaggio.

Il funzionamento del digestore continuo può essere assimilato a quello dell’apparato digerente. In esso i materiali organici vengono inseriti regolarmente da un estremo mentre i residui della digestione vengono estratti dalla parte opposta. I batteri presenti nel suo interno vengono nutriti con continuità e la temperatura si mantiene su valori costanti.

Le materie prime disponibili devono essere introdotte insieme ad un effluente liquido, che fa sì che i batteri anaerobi si trovino in assenza di ossigeno libero.

In un digestore continuo è necessario che il materiale introdotto sia composto da una mistura diversificata che comprende sia sostanze organiche deperibili che una parte di fibre vegetali, in questo modo si aumentano le prestazioni del digestore e le rese.

PULIZIA DEL GAS

Il gas deumidificato e depurato viene utilizzato nei motori a gas dei gruppi di cogenerazione Il BIOGAS passando per la fase di depurazione, viene inviato al cogeneratore.

Qui, tramite un sistema di regolazione, viene fornito ai motori a gas dove viene combusto. I gas di scarico derivanti possono essere portati a emissioni inferiori di CO e NOx con l’impiego di un catalizzatore ossidante o di un termoreattore entro i limiti prescritti. Una marmitta di scarico come pure un silenziatore di aspirazione sono comunque di solito compresi nella fornitura. Nel percorso del gas di scarico e per il raffreddamento di motore e miscela sono collocati scambiatori di calore per l’utilizzo del calore di cogenerazione che possono essere azionati secondo le richieste del gestore.

UTILIZZO DEL GAS CCLG ENERGY SPA VIA ETTORE BENINI , 4 – 47121 FORLI TEL. +39 0543 84173 Fax +39 0543 83272 info@cclg.it www.cclg.it

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Anche il processo della politica ambientale, che riguarda pure il settore della valorizzazione energetica delle biomasse, attivatosi a seguito della conferenza di Kyoto sulla riduzione dell’inquinamento atmosferico da gas serra (di cui il metano è uno dei principali), può accentuare l’attenzione sul recupero del biogas, come pure il recente regolamento Ce n. 1774/2002 sui sottoprodotti di origine animale, che individua la digestione anaerobica come uno dei processi biologici che ne consentono il riciclo come fertilizzanti. Gli incentivi in tal senso sono molti: un miglioramento della sostenibilità ambientale degli allevamenti, un’integrazione di reddito dall’energia verde, una riduzione dei problemi ambientali legati alle emissioni in atmosfera e agli odori, una migliore utilizzazione agronomica degli elementi fertilizzanti presenti nei liquami.

Dopo aver subito i trattamenti necessari il biogas viene utilizzato in diverse modalità: a) per la produzione di calore e/o freddo; b) per la cogenerazione di energia elettrica e termica in bi o tricogenerazione c) come biocarburante (BIOMETANO) o al posto del metano dopo il processo di purificazione ed upgrading.

Dalla stessa filiera si ricavano fanghi digeriti che possono essere usati in agronomia o come materia prima per la produzione di Compost, un prodotto ad alto contenuto organico ed ammendante per il terreno e che può avere caratteristiche di alto livello specie se si produce del compost fitosoppressivo.

La filiera del compost e dei fertilizzanti agronomica, ambientale ed economica

organici

ha

un’alta

valenza

Dalla stessa filiera del biogas si ricavano fanghi digeriti ( digestato) che possono essere usati in agronomia oppure meglio come materia prima per la produzione di ammendante organico di alta qualità (compost).

Il digestato all’uscita dai digestori viene quindi utilizzato immediatamente e ulteriormente stabilizzato sotto forma di fertilizzante organico di altissima valenza agronomica (elevati contenuti di nutrienti per il terreno,) ambientale ovvero nessuna formazione di odori ed economica perché il prodotto perfettamente stabile può esser venduto sia sfuso che confezionato in vari modi ovvero sia nella GDO che all’estero dove viene molto apprezzato Questo è un prodotto ad alto contenuto organico ed funziona molto bene come ammendante - fertilizzante per il terreno e può avere caratteristiche di alto livello in quanto si può produrre del compost fitosoppressivo.

La filiera del compost e dei fertilizzanti organici ha una valenza economica molto alta se consideriamo le rese e i possibili mercati di richiesta oltre a permettere l’ottenimento per il trasformatore di una tariffa maggiorata nella vendita della energia elettrica.

La frazione solida del digestato, insieme al solfato d’ammonio derivato dallo strippaggio dell’ammoniaca dal liquido in circolazione, può essere sparsa nei campi come ammendante naturale salvo tuttavia la necessità di stoccarla nei lunghi periodi in cui non si può accedere ai campi, con problemi legati al fatto che il digestato non è un CCLG ENERGY SPA VIA ETTORE BENINI , 4 – 47121 FORLI TEL. +39 0543 84173 Fax +39 0543 83272 info@cclg.it www.cclg.it

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materiale biologicamente stabilizzato, la formazione di odori e la proliferazione di animali e insetti non graditi.

La soluzione del compostaggio permette di ottenere un fertilizzante di alta qualità agronomica e fitosoppressivo partendo dal digestato come materiale di base. Il processo avviene attraverso una ulteriore fermentazione, questa volta aerobica, completamente controllata e confinata in un locale tecnico con appositi sistemi di ventilazione e canalizzazione dell’aria: il fabbricato fa parte integrante e tecnologica dell’impianto.

I cumuli di biomassa vengono movimentati ciclicamente da apposite attrezzature e arieggiati al fine di mantenere un rapporto di aria che attraversa il materiale in fermentazione ossigenando la massa in lavorazione per una migliore stabilizzazione evitando, nel contempo, la produzione di odori.

Sia le materie prime altamente fermentescibili che le masse in lavorazione vengono sempre immesse e tenute all’interno dei fabbricati chiusi e leggermente in depressione. L’aria fresca entra ma poi esce dal locale solo tramite condotta che porta ad un biofiltro in modo da perdere ogni impurità o sostanza organica residua.

Anche le zone di scarico e stoccaggio dei materiali si trovano all’interno del locale, per cui all’esterno non è presente alcun tipo di materiale biologico non stabilizzato, evitando così qualsiasi problema di odori, insetti, animali sgradevoli.

La tecnologia applicata, sia di movimentazione, sia di gestione della umidità che del contenuto di ossigeno delle masse, fa si che non si formino molecole maleodoranti ed in ogni caso tutte le arie esauste passeranno attraverso il bio filtro come descritto più avanti.

Il materiale ormai stabilizzato deve essere stoccato all’esterno per un periodo di 30-90 giorni.

Tale materiale ormai privo di odore e pienamente stabilizzato può essere sparso nei campi come fertilizzante naturale di altissima qualità, fitosoppressivo oppure commercializzato sia sfuso che confezionato in vari modi.

I biofiltri sono adeguatamente dimensionati per servire tutte le parti di impianto interessate. Il biofiltro è costituito da una vasca che può essere interrata oppure appoggiata sul terreno con un adeguato spessore di massa filtrante e biologicamente attiva in modo che l’aria passando lentamente si depuri in modo definitivo eliminando tutte le molecole odoranti. L’odore finale è simile a quello dell’ humus.

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CONTROLLO

1. Il controllo dell’intero impianto è automatico, assistito da computer sulla base di un PLC e consente al gestore di ricevere esclusivamente funzioni di controllo.

Tutti i flussi sono regolati in modo totalmente automatico al fine di impiegare sempre le temperature di reazione ottimali e generare la potenza elettrica voluta.

Per il controllo tutti i moduli sono dotati di armadi individuali delle apparecchiature di comando che sono connessi tramite collegamenti di potenza, di controllo e informatici con il controllo centrale in sala quadri. I quadri elettrici per la gestione dell’intero impianto e i ripartitori di potenza sono collocati in un locale apposito. L’impianto funziona in modo completamente automatico. Per il controllo funzionale e per gli interventi necessari in caso di anomalie di funzionamento è predisposto un PC in un osservatorio che consente di monitorare tutti i valori e di intervenire su tutti i comandi tramite anche telecontrollo. E‘ previsto un impianto di alimentazione elettrica indipendente per l’avvio e i controlli dell’impianto. Viene installata un’interfaccia per il controllo remoto della gestione attraverso internet.

2. Tutta la filiera viene monitorata oltre che dal punto di vista strumentale anche da una serie di controlli chimico, fisici e microbiologici in laboratorio al fine di ottimizzare i processi lungo la filiera stessa.

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