L'intervento di Efisio Antonio Scano, responsabile scientifico Laboratorio Biocombustibili e biomasse di Sardegna Ricerche, nell'ambito del seminario "Biomasse, Biocombustibili e Biogas" organizzato dallo Sportello Energia di Sardegna Ricerche il 1° luglio a Cardedu (OG).

1. Il settore del biogas.
Il caso dei residui ortofrutticoli
Efisio A. Scano
Cardedu 1 luglio 2014

2. Impieghi del biogas

3. Il biogas è una fonte affidabile ed ecocompatibile di energia oltre che una
sicura fonte di reddito indispensabile per il futuro dei sistemi agroindustriali
Impieghi del biogas

4. Gli impianti per la produzione di biogas devono essere considerati
come fonte di benefici per i comuni e per l’economia nazionale
Impieghi del biogas

5. Produzione del biogas
La produzione di Biogas richiede la disponibilità di ingenti quantità di
materie prime per l’alimentazione degli impianti di digestione
anaerobica
Un impianto di digestione anaerobica con la potenza di 1 MW necessita
di 55-60 t/d di un feedstock costituito per esempio da silomais con un
contenuto in sostanza secca dell’ordine del 35 %
Data la scarsa disponibilità di terra arabile (9,4 % dell’intero pianeta) e
l’impegno fondamentale nella produzione sempre crescente di derrate
alimentari, risulta fondamentale reperire altre materie prime
Una soluzione al problema è rappresentata dall’impiego di residui
agroindustriali reperibili nel corso di tutto anno ed a costi decisamente
limitati

6. Produzione del biogas da residui ortofrutticoli
Gli scarti di frutta e vegetali sono prodotti in enormi quantità dai mercati
ortofrutticoli all’ingrosso e rappresentano un’importante categoria di residui
difficili da smaltire a causa della loro elevata deperibilità
Sono facilmente degradati dalla flora microbica contaminante con una velocità
dipendente dalla presenza di danni meccanici o da un eccessivo grado di
maturazione
Questo determina complicazioni ambientali notevoli ed elevati costi per i mercati
ortofrutticoli sia per lo smaltimento che per le perdite economiche dovute alla
mancata vendita dei prodotti
La Digestione Anaerobica può
rappresentare la tecnologia più
adeguata per lo smaltimento e la
valorizzazione energetica di questi
residui!

7. Produzione del biogas da residui ortofrutticoli
I lavori di ricerca, condotti su scala di laboratorio ed in qualche caso su scala pilota,
riportati nella letteratura scientifica evidenziano grandi difficoltà nel trattamento di
questi residui a causa della presenza di zuccheri semplici che promuovono una
rapida acidificazione all’interno dei reattori con l’inibizione dei microrganismi
metanigeni
Per superare questo problema sono aggiunti co-substrati che assicurano il
mantenimento della stabilità del processo
Data la particolare localizzazione dei mercati ortofrutticoli risulta abbastanza
difficile garantire la disponibilità di altri substrati per la codigestione
Una soluzione praticata nell’attività sperimentale di seguito descritta è stata quella
di alimentare i reattori con miscele equilibrate di frutti e vegetali
L’adozione di un processo bi-stadio, inoltre, migliora la stabilità del processo, ma
richiede impianti di trattamento più complessi e costosi

8. Produzione del biogas da residui ortofrutticoli

9. Frutta (%) Solidi Totali (%wb) Solidi Volatili (%TS) PCs (MJ/kg)ss
Start-up 33.4 5.4-16.5 (Med: 9.6) 80.8-90.8 (Med: 85.0) 16.1-17.6
Fase 1 33.1 4.4-16.1 (Med: 8.8) 78.8-90.5 (Med: 86.4) 15.3-17.5
Fase 2 28.4 3.4-13.2 (Med: 7.1) 81.3-90.0 (Med: 84.9) 13.7-16.6
Fase 3 60.6 4.3-21.8 (Med: 9.5) 81.7-93.8 (Med: 87.9) 15.0-17.1
Fase sperimentale Produzione specifica
di Biogas
Resa Specifica in
Metano
Start- up 0.81 Nm3/Kgsv 0.47 Nm3/Kgsv
Fase 1 0.72 Nm3/Kgsv 0.39 Nm3/Kgsv
Fase 2 0.76 Nm3/Kgsv 0.43 Nm3/Kgsv
Fase 3 0.84 Nm3/Kgsv 0.44 Nm3/Kgsv
Produzione del biogas da residui ortofrutticoli

10. Fase
sperimentale
FVWs Produzione
Biogas
Digestato
[Kg] [MJ] [Nm3] [MJ] [Kg] [MJ]
Start- up 943 1829 55 229.5 861 215
Fase 1 941 1458 51 189.9 863 216
Fase 2 952 1189 43 173.5 883 221
Fase 3 715 1018 46 172.5 643 161
Produzione del biogas da residui ortofrutticoli

11. Fase
sperimentale
NH3 H2S H2O CH4 CO2 O2
Start- up 170 ppm 444 ppm 0.3 ppm 58.2 % 41.6 % 0.2 %
Fase 1 99 ppm 395 ppm 0.1 ppm 54.4 % 45.4 % 0.2 %
Fase 2 11 ppm 262 ppm 0.1 ppm 58.2 % 41.5 % 0.3 %
Fase 3 0 ppm 43 ppm 0.1 ppm 55.0 % 44.8 % 0.2 %
Produzione del biogas da residui ortofrutticoli

12. Fase sper.
Energia elettrica Energia termica
Consumo Produzione Consumo Produzione
[kWh]
[kWh/
kg]
[kWh]
[kWh/
kg ]
[kWh]
[kWh/
kg]
[kWh]
[kWh/
kg]
Start- up 47.4 0.050 63.8 0.067 76.5 0.081 207.2 0.220
Fase 1 45.5 0.048 52.8 0.056 47.3 0.050 180.8 0.186
Fase 2 48.3 0.051 48.2 0.049 30.2 0.032 156.7 0.160
Fase 3 37.6 0.053 47.9 0.071 27.4 0.038 155.8 0.232
Produzione del biogas da residui ortofrutticoli

13. Produzione del biogas da residui ortofrutticoli
Gli scarti di frutta e vegetali contengono un’elevata percentuale di
sostanza organica che può essere convertita in biogas con una resa elevata
La presenza dei principali micro, macro ed elementi in tracce permette lo
svolgimento del processo senza aggiunta di additivi o di altri materiali
organici come co-substrati
E’ importante che frutti e vegetali siano miscelati in proporzioni adeguate
per bilanciare l’eccesso o il difetto dei nutrienti e di altre sostanze inibenti,
o limitare l’apporto di sostanze indesiderate quali lo zolfo
I contenuti di H2S e acqua nel biogas sono più bassi dei limiti
suggeriti per l’uso nei motori a combustione interna
(IEA Bioenergy, Task 37)

14. Volume complessivo Digestore 270 m3
Produzione media di Biogas 525.2 Nm3/d
Produzione media di Metano 289.6 Nm3/d
Produzione di energia primaria 2859.6 kWh/d
Potenza del cogeneratore 41.7 kW
Produzione di energia elettrica lorda 1000.9 kWh/d
Produzione di energia termica lorda 1429.8 kWh/d
Consumo di energia elettrica 90 kWh/d
Consumo di energia termica 86.4 kWh/d
Produzione di energia elettrica netta 910.9 kWh/d
Energia termica disponibile 1343.4 kWh/d
Produzione del biogas da residui ortofrutticoli

15. Trattamento del digestato
1. Studio del reimpiego per lo sfruttamento dell’energia residua
2. Studio per l’impiego agronomico
Incremento dell’uso di biomasse residuali
1.Messa a punto di processi di trattamento per biomasse singole ed in mix fra loro
Recupero dell’energia termica
1.Studio per l’impiego in altri processi agroindustriali (concentrazione,
essiccamento, pastorizzazione, riscaldamento, refrigerazione)
Frazione organica dei rifiuti solidi urbani (FORSU)
1. Messa a punto di processi trattamento specifici
2. Studio per il dimensionamento di impianti di piccola taglia utilizzabili per la
generazione distribuita di energia
Sviluppi nel settore del BIOGAS

16. Fonte BiogasHeat project 2012

17. Grazie per l’attenzione !