UNACOMA
Bologna, 27 Aprile 2006
“GESTIONE DEI REFLUI
ZOOTECNICI,
DIGESTIONE ANAEROBICA E
RECUPERO DEL BIOGAS”
Claudio Fabbri, Sergio Piccinini
Centro Ricerche Produzioni Animali
Reggio Emilia, www.crpa.it
La digestione anaerobica
 è un processo biologico per mezzo del quale, in
assenza di ossigeno, la sostanza organica viene
trasformata in biogas (energia rinnovabile)
costituito principalmente da metano e anidride
carbonica;
 la percentuale di metano nel biogas varia a
secondo del tipo di sostanza organica digerita e
delle condizioni di processo, da un minimo del
50% fino all’80% circa.
Schema
riassuntivo di
decomposizione
anaerobica delle
sostanze
organiche
durante la
digestione.
CARBOIDRATI
GRASSI
PROTEINE
Zuccheri
semplici
Glicerolo
Acidi grassi
Gruppi
sub proteici
Amminoacidi
ACIDI VOLATILI
ALCOOLI
ACIDI VOLATILI
METANO
ANIDR. CARBONICA
Amine
Ammoniaca
Azoto
Mercaptani
Indolo
Skatolo
Idrogeno solf.
Biomasse e scarti organici avviabili a DA e loro resa in
Biogas (m3 per ton di solidi volatili)
Materiali
m3 biogas/t SV
Deiezioni animali (suini, bovini, avi-
200 - 500
cunicoli)
Residui colturali (paglia, colletti
350 - 400
barbabietole..)
Scarti
organici
agroindustria
(siero, scarti vegetali, lieviti, fanghi e
reflui di distillerie, birrerie e cantine..)
Scarti
organici
macellazione
(grassi,
contenuto
stomacale
intestinale,
sangue,
fanghi
flottazione…)
ed
di
400 - 800
550 - 1000
Fanghi di depurazione
250 - 350
Frazione organica rifiuti urbani
400 - 600
Colture energetiche (mais, sorgo
550 - 750
zuccherino…)
La trasformazione del biogas in energia
Può avvenire per:
 combustione diretta in caldaia, con
produzione di sola energia termica ;
 combustione in motori azionanti gruppi
elettrogeni per la produzione di energia
elettrica;
 combustione in cogeneratori per la
produzione combinata di energia elettrica e di
energia termica;
 uso per autotrazione come metano al 95%.
La diffusione in Europa
La sua diffusione è incominciata nel settore della
stabilizzazione dei fanghi di depurazione (si stimano circa
1600 digestori operativi attualmente nei paesi dell’Unione
Europea).
E’ considerata una delle tecnologie migliori per il
trattamento delle acque reflue industriali ad alto carico
organico ( in Europa sono operativi circa 400 impianti di biogas
su questi reflui).
Il recupero di biogas dalle discariche per rifiuti urbani
rappresenta in Europa, in particolare in Gran Bretagna, la
più importante fonte di energia alternativa da biomasse,
con circa 450 impianti operativi.
La diffusione in Europa
 Numerosi sono anche i digestori anaerobici operanti su
liquami zootecnici: attualmente oltre 2300 impianti sono
operativi nei paesi della Comunità Europea, in
particolare in Germania (oltre 2000), Austria, Italia,
Danimarca e Svezia.
 Sta crescendo anche l’utilizzo della digestione anaerobica
nel trattamento della frazione organica dei rifiuti urbani,
in miscela con altri scarti organici industriali e con
liquami zootecnici (co-digestione). In Europa circa 130
impianti di digestione anaerobica trattano ciascuno più
di 2500 t/anno di frazione organica di rifiuti urbani e/o
residui organici industriali.
Impianti di biogas su liquami zootecnici in Europa
15
67
4
4
21
<15
<15
>2.000
10
5
69
139
2
>100
n.f.
1
La Germania
La Germania è il Paese europeo nel quale la digestione
anaerobica ha avuto il maggior impulso. I dati al 2003,
parlano di circa 2.000 impianti esistenti con una potenza
elettrica installata di circa 400 MW.
Circa il 94% degli impianti di biogas operano in
codigestione, trattando assieme ai liquami zootecnici altri
substrati organici, scarti dell’agroindustria, scarti domestici
e della ristorazione, soprattutto colture energetiche (mais,
sorgo zuccherino, barbabietola da foraggio, patate ecc.) e
residui colturali.
Importante per lo sviluppo del settore è stata la politica di
incentivazione del Governo tedesco, che ha fissato un prezzo
per l’energia elettrica da biogas fino a 21,5 centesimi di
euro/kWh per un periodo di 20 anni ed eroga in genere
anche un contributo sull’investimento.
Sviluppo degli impianti di biogas in Germania:
Numero e Potenza elettrica installata
La situazione in Italia
BIOMASSE INTERESSATE:
• Deiezioni animali :
187.000.000 t/a.
• Scarti agro- industriali: 12.000.000 t/a.
• Scarti di macellazione: 2.000.000 t/a.
• Fanghi di depurazione: 2-3.000.000 t/a.
• Fraz.org. dei R.U.:
9.000.000 t/a.
• Residui colturali:
10.000.000 t SS/a
• Colture energetiche: 230.000 ha set aside
La situazione in Italia
Impianti di biogas per liquami zootecnici
Un censimento condotto nel 1999 mostrava che 72
impianti di biogas funzionavano con liquami zootecnici
in Italia . Cinque di questi sono impianti centralizzati e
67 sono impianti aziendali. La quasi totalità degli
impianti è localizzata nelle regioni del nord (39 in
Lombardia, 7 in Emilia-Romagna, 12 in Trentino-Alto
Adige).
Attualmente, fine 2004, gli impianti sono oltre 100 di cui
circa 70 sono impianti semplificati e a basso costo,
realizzati sovrapponendo una copertura di materiale
plastico ad una vasca di stoccaggio dei liquami
zootecnici.
12
39
3
7
2
Digestori
anaerobici
operanti su
liquami
zootecnici
in Italia (1999):
72 impianti
censiti.
1
2
1
1
1
3
Schema di impianto di biogas semplificato, senza
riscaldamento
rotovaglio
serbatoio di stoccaggio
biogas agli utilizzi
sistema galleggiante di
raccolta gas
frazione solida
vasca di raccolta
e sollevamento
lagone o vasca di accumulo
La produzione di metano ottenibile è di circa 15 m3/anno
per 100 kg di peso vivo suino (circa 25 m3/anno di biogas)
Schema di impianto di biogas semplificato con
riscaldamento
sistema di copertura e
raccolta biogas a singola
o a doppia membrana
rotovaglio
biogas agli utilizzi
frazione solida
vasca di raccolta
e sollevamento
acqua calda
energia
elettrica
biogas
sistema di riscaldamento
cogeneratore
La produzione di metano ottenibile è di circa 21 m3/anno
per 100 kg di peso vivo suino (circa 35 m3/anno di biogas)
PAVIMENTO TOTALMENTE FESSURATO
FOSSA DI STOCCAGGIO SOTTOSTANTE
(PTF)
CON
PAVIMENTO TOTALMENTE
FESSURATO (PTF) E
RIMOZIONE DEI LIQUAMI CON SISTEMA A VACUUM
PAVIMENTO TOTALMENTE FESSURATO (PTF) CON
RICIRCOLO DEI LIQUAMI IN TUBI O CUNETTE SENZA
STRATO LIQUIDO
Controllo
automatico
Valvola di
apertura
Collettore
ripartitore
Condotta di
ricircolo
Pompa di
ricircolo
Vasca di
arrivo e
ripresa
Collettore di
raccolta
Az. Mengoli
Castenaso (BO)
Bovini da latte
(100 capi in
produzione)
2 digestori (1200
m3 ciascuno)
1 cogen. 110 kWe
Progetto per allevamento bovino da latte 520 capi in produzione
PRODUZIONE BIOGAS
Input totale DA
3
29 ha
Insilato di mais
Resa 0,42 m biogas/kg ST
3
4,4 t/d
5,8 m /d
3
3
44,1 m /d
4506 kg ST/d
1437 kg ST/d
1896 m biogas/d
3
1120 m CH4/d
170 kWe
Digestione anaerobica
Liquame bovino
520 capi in produzione
3
38,3 m /d
3069 kg ST/d
Volume 1680 m
HRT 38 d
3
3
44,1 m /d
3
VASCA
POLMONE
2613,5 kg ST/d
Carico 2,50 kg ST/m
CHIARIFICATO
VASCA
POLMONE
3
40,3 m /d
SEPARATORE
1698,7 kg ST/d
914,7 kg ST/d
3,05 t/d
3
3,8 m /d
STOCCAGGIO
STOCCAGGIO
USO AGRONOMICO
Bilancio Economico
EE netta prodotta = 1.159.000 kWh/anno
Ricavi:
Valore EE ceduta (0,085 €/kWh) = 98.515 €/anno
Valore CV (0,109 €/kWh) = 140.363 €/anno
Totale ricavi = 238.878 €/anno
Costi esercizio:
Service cogeneratore (0,02 €/kWh) = 25.755 €/anno
Esercizio impianto = 40.000 €/anno
Produzione mais al netto premi PAC (11,24 €/t) = 17.900 €/anno
Totale esercizio = 83.655 €/anno
Costo investimento circa 670.000 €
PBT=4,3 anni (3 anni con un contributo del 30%)
NB: +21 ha per uso agronomico digestato per presenza insilato di
mais
Progetto per allevamento suinicolo ciclo chiuso 1500 t p.v.
PRODUZIONE BIOGAS
Input totale DA
17 ha
Insilato di mais
3
Resa 0,44 m biogas/kg ST
3
2,6 t/d
4,0 m /d
3
3
71,5 m /d
6250 kg ST/d
850 kg ST/d
2740 m biogas/d
3
1725 m CH4/d
220 kWe
Digestione anaerobica
Fango
Peso vivo suino
1500 t p.v.
3
67,5 m /d
5400 kg ST/d
Volume 2500 m
HRT 35 d
3
3
71,5 m /d
3
3500 kg ST/d
Carico 2,5 kg ST/m
Liquame suino
3
200 m /d
FLOTTATORE
CHIARIFICATO
3
66,7 m /d
Chiarificato
8250 kg ST/d
SEPARATORE
2345 kg ST/d
3
1155 kg ST/d
3,85 t/d
3
4,8 m /d
132,5 m/d
STOCCAGGIO
2850 kg ST/d
V totale 35856 m
3
USO AGRONOMICO
STOCCAGGIO
USO AGRONOMICO
Bilancio Economico
EE netta prodotta = 1.504.000 kWh/anno
Ricavi:
Valore EE autocons (365.000 kWh a 0,107 €/kWh) = 39.055 €/anno
Valore EE ceduta (0,085 €/kWh) = 96.815 €/anno
Valore CV (0,109 €/kWh) = 191.840 €/anno
Totale ricavi = 327.710 €/anno
Costi esercizio:
Service cogeneratore (0,02 €/kWh) = 35.200 €/anno
Esercizio impianto = 48.000 €/anno
Produzione mais al netto premi PAC (11,24 €/t) = 10.670 €/anno
Totale esercizio = 93.870 €/anno
Costo investimento circa 950.000 €
PBT=4,1 anni (2,8 anni con un contributo del 30%)
NB: + 12 ha per uso agronomico liquame per presenza insilato di
mais
Grazie per l’attenzione