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RISPARMIO ENERGETICO ED ENERGIE RINNOVABILI IN ZOOTECNIA (CORSO REER) prof. Massimo Lazzari Dip. VSA- Veterinaria e Sicurezza alimentare - Università Milano.

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Presentazione sul tema: "RISPARMIO ENERGETICO ED ENERGIE RINNOVABILI IN ZOOTECNIA (CORSO REER) prof. Massimo Lazzari Dip. VSA- Veterinaria e Sicurezza alimentare - Università Milano."— Transcript della presentazione:

1 RISPARMIO ENERGETICO ED ENERGIE RINNOVABILI IN ZOOTECNIA (CORSO REER) prof. Massimo Lazzari Dip. VSA- Veterinaria e Sicurezza alimentare - Università Milano

2 2 DI CHE COSA CI OCCUPEREMO PROGRAMMA ARGOMENTO Fermentazione anaerobica Fasi della digestione anaerobica Tempo di ritenzione e relativi parametri Tipi di deiezioni e caratteristiche medie Vantaggi ambientali Cenni sullevoluzione tecnologica

3 3 FERMENTAZIONE ANAEROBICA PROCESSO BIOCHIMICO CONSISTENTE NELLA DEMOLIZIONE - PER OPERA DI MICRORGANISMI POSTI IN DETERMINATE CONDIZIONI DI TEMPERATURA, DI PRESSIONE E DI ACIDITÀ - DI SOSTANZE ORGANICHE COMPLESSE (LIPIDI, GLUCIDI E PROTIDI) IDENTIFICABILI CON LA QUANTITÀ DI SOLIDI VOLATILI (SV). DEIEZIONI ZOOTECNICHE (REFLUI) o ALTRE BIOMASSE rapporto C/N < 30 Solidi Totali (ST) - 30% sul tal quale biogas (o gas biologico) 50 < CH 4 < 70% CO PCI 6700 kcal/m 3 effluente deodorizzato (fango)

4 CH 4 Bovini 55-60% Suini 65-75% Galline 65-75% CH 4 CO 2 altri gas – H 2 S FERMENTAZIONE ANAEROBICA

5 1° FASE IDROLISI - attacco enzimatico polimeri organici monomeri 2° FASE ACIDOGENESI - composti idrolizzati acidi grassi volatili, CO 2, NH 3 e H 2 ; 3° FASE METANOGENESI composti semplici a mezzo di batteri anaerobici CH 4 e CO 2 FASI della DIGESTIONE

6 cellulosa emicellulosa proteine grassi carboidrati - + La velocità di degradazione della sostanza organica non è eguale per tutta la sostanza organica: e varia anche in funzione della temperatura adottata nel processo tempi medi (gg) - psicrofilo < 25°C mesofilo °C termofilo °C FASI DELLA DIGESTIONE lignina

7 FASI DELLA DIGESTIONE

8 8 DIGESTIONE di SV nel TEMPO PRODUZIONE BIOGAS AUMENTA con lAUMENTO DEL TEMPO di RITENZIONE BATTERI ETEROTROFI 4-40 °C con optimum a 30°C TEMPI DI RITENZIONE

9 Nella maggior parte degli impianti si adotta il processo mesofilo, con tempi di ritenzione di liquami suinicoli 20 giorni liquami bovini 30 giorni co-digestione giorni La presenza di materiali cellulosici impone laumento del tempo di ritenzione a giorni. Il processo termofilo, pur consentendo di ridurre il tempo di permanenza della biomassa nel digestore giorni - e conseguentemente il volume richiesto per il reattore - non è molto usato nel comparto zootecnico perché biologicamente meno stabile. TEMPI DI RITENZIONE

10 Per una stima approssimata della produzione di biogas nella digestione anaerobica si possono assumere i seguenti indici di trasformazione della biomassa in biogas 1 m 3 biogas = 3 kg solidi volatili immessi PARAMETRI PRODUTTIVI

11 La produzione di biogas dalle diverse categorie di animali è influenzata dallalimentazione, dalla presenza o meno di paglia nei liquami e dal tempo di permanenza nella stalla delle deiezioni. Infatti, da un lato, anche la paglia utilizzata come lettiera può contribuire alla produzione di biogas, anche se con tempi di digestione più lunghi dei liquami e con qualche problema in più per la movimentazione degli stessi; dallaltro, più tempo intercorre tra la produzione e il loro convogliamento nel digestore maggiore è la degradazione della sostanza organica, che inizia a fermentare in tempi molto brevi. PARAMETRI PRODUTTIVI

12 Mentre nelle stalle per bovini non si hanno di norma grandi problemi a disporre dei liquami con tempestività, dato il generalizzato utilizzo dei raschiatori meccanici azionati anche più volte al giorno, lo stesso non si ha nelle stalle per suini, nelle quali la permanenza delle deiezioni animali nella stalla si ha anche per tempi lunghi, con conseguente abbassamento della quantità di solidi volatili disponibile per la produzione di biogas. PARAMETRI PRODUTTIVI

13 m³/kg s.o. deiezioni animali bovini 0,2-0,3 suini 0,2-0,5 avicoli galline 0,35-0,6 La produzione specifica di biogas altre biomasse paglia 0,35-0,45 erba 0,40-0,55 insilato di mais 0,45-0,60 insilato di erba 0,40-0,55 scarti di patate 0,4-0,5 scarti di frutta 0,2-0,5 grassi e olii 0,7-1,5 residui alimentari 0,5-0,6 siero di latte 0,8-0,9 IL PROCESSO PARAMETRI PRODUTTIVI

14 Al fine di procedere a una corretta analisi di fattibilità di un impianto per la produzione di biogas, è necessario quantificare con precisione la disponibilità di sostanza organica o solidi volatili (SV). Allo scopo, il CRPA ha calcolato il volume di effluenti zootecnici, della sostanza secca e organica prodotti in un allevamento bovino da latte destinato alla trasformazione in formaggio Parmigiano-Reggiano, avente una consistenza zootecnica pari a circa 310 capi, di cui 130 in lattazione e 30 in asciutta. È risultato che la sostanza organica potenzialmente disponibile sarebbe sufficiente per installare circa 0,27- 0,30 kWe/capo

15 PARAMETRI PRODUTTIVI

16 VANTAGGI AMBIENTALI

17 Se i vantaggi di ordine energetico sono di pubblico dominio e facilmente quantificabili anche in termini economici, non a tutti sono noti i vantaggi di ordine ambientale ed agronomico: la stabilizzazione e deodorizzazione dei liquami = sensibile diminuzione del carico organico > 50% = disponibilità di N in una quota identica a quella contenuta nei liquami di origine e in forma ammoniacale = eliminazione dei fenomeni di fitotossicità = devitalizzazione dei semi di piante infestanti la drastica riduzione della carica patogena dei liquami VANTAGGI AMBIENTALI

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20 La distribuzione in copertura di liquami zootecnici digeriti non costituisce problema per le colture agrarie, dato che il prodotto non risulta più fitotossico. La distribuzione va, comunque, fatta seguendo le norme del codice di buona pratica agricola - non con il lancio a distanza con il carrobotte. VANTAGGI AMBIENTALI

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23 La distribuzione in copertura con impianti ad ala mobile di liquami digeriti può risultare più semplice rispetto a liquami tal quali, per minori problemi di intasamento degli ugelli. Il problema odori molesti per un liquame correttamente digerito è circoscritto. VANTAGGI AMBIENTALI

24 Il deposito di materiale organico digerito sulle foglie di mais non presenta rallentamenti vegetativi. VANTAGGI AMBIENTALI

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27 anni 75-85: sviluppo delle tecnologie e prime applicazioni nel settore zootecnico obiettivo: recupero energetico anni 85-90: realizzazione di impianti semplificati con teli galleggianti obiettivo: energetico-ambientale CENNI SULLEVOLUZIONE TECNOLOGICA

28 dagli anni 90: rilancio degli impianti per lagricoltura (prima in Europa e oggi in Italia); co-digestione reflui zootecnici con altre biomasse obiettivi energetici : recupero di energia ambientali : minori odori, igienizzazione del liquame agronomici: distribuibilità in copertura per leliminata fitotossicità (resta inalterato il potere fertilizzante) CENNI SULLEVOLUZIONE TECNOLOGICA

29 Nel 1981 si è realizzato un trattore alimentato a biogas (compresso a 220 bar) con la collaborazione della ditta Tessari in un progetto di ricerca della Regione del Veneto CENNI SULLEVOLUZIONE TECNOLOGICA

30 In questo periodo si sono realizzati impianti a basso costo (e basso livello di coibentazione) soprattutto in allevamenti suinicoli, anche solo con copertura di normali vasche di stoccaggio di liquami. CENNI SULLEVOLUZIONE TECNOLOGICA

31 Gli impianti a tecnologia semplificata sono costituiti da vasche, anche a tipologia prefabbricata, coperte con teli galleggianti, aventi la duplice funzione di garantire le condizioni di anaerobiosi e di raccogliere il biogas prodotto. In questi impianti, operando prevalentemente a temperatura ambiente, per una accettabile stabilizzazione dei liquami è necessario un tempo di ritenzione dei liquami di giorni, tenuto conto del fatto che nel periodo invernale il processo si mantiene ad una efficienza minimale, non riuscendo a superare i 20°C anche nel caso di utilizzo del biogas per il riscaldamento del digestore, per le elevate dispersioni dellimpianto non isolato. Data la bassa efficienza del processo, anche la produzione di biogas è, di conseguenza, decisamente inferiore a quella dei normali impianti operanti a regime mesofilo. CENNI SULLEVOLUZIONE TECNOLOGICA

32 A partire dagli anni 90 lobiettivo è quello di aumentare la produzione di energia degli impianti con la co-digestione. Viene scoperto il silomais come biomassa energetica. Con un ettaro di mais ceroso si può arrivare alla produzione di kWh di energia elettrica. CENNI SULLEVOLUZIONE TECNOLOGICA


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