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Aula Magna Rettorato dell’Università di Xxxxxxx, Xxxxxx Xxx Xxxxx 0
Venerdì 15 febbraio 2019
Regione Toscana
Progetto finanziato con il contributo determinante dell’accordo di programma MIUR-Regione Toscana DGRT
1208/2012- Accordo di programma quadro MIUR-MISE-Regione Toscana DGRT 758/2013 PAR FAS 2007-2013
- Linea d’azione 1.1 Bando per il finanziamento di progetti di ricerca fondamentale, ricerca industriale e sviluppo sperimentale realizzati congiuntamente da imprese e organismi di ricerca in materia di nuove tecnologie del settore energetico, fotonica, ICT, robotica e altre tecnologie abilitanti connesse bando FAR-FAS 2014
Sea Risorse S.p.A.
CNR - ICCOM
Xxxx S.p.A
Cavalzani INOX
UNIFI-DIEF
PIN S.c.r.l.
Bioidrogeno e Biometano da co-digestione anaerobica di FORSU, produzione di fonti energetiche e fertilizzanti rinnovabili per l’efficientamento di impianti di pubblica utilità
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Xxx. Xxxxx Xxxxxx
PIN S.c.r.l. – Polo Universitario ‘Città di Prato’
« Test respirometrici dei digestati e performance di processo alla luce del nuovo regolamento fertilizzanti »
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Sommario
❑ Introduzione
❖ L’Economia Circolare e Bio2Energy
❖ I biofertilizzanti in Bio2Energy
❖ Quadro normativo fertilizzanti
❑ Test respirometrici
❖ Self Heating Test – Fattore di autoriscaldamento
❖ Tasso di assorbimento dell’ossigeno (Oxygen Uptake Rate) - OUR
❖ Indice Respirometrico Dinamico - IRD
❑ Risultati del progetto
❖ Risultati a scala pilota e pre-industriale
❖ Analisi dei digestati: caratteristiche agronomiche
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L’economia circolare e Bio2Energy
La transizione verso un’economia circolare è una opportunità per trasformare la nostra economia rendendola più sostenibile, contribuire agli obiettivi climatici e alla preservazione delle risorse del pianeta, creare occupazione sul territorio e generare vantaggi competitivi per l’Europa.
Nuova strategia di politica industriale dell’UE
«LINEARE»
PIANO d’AZIONE per l’ECONOMIA CIRCOLARE
« economia in cui il valore dei prodotti, dei materiali e delle risorse è mantenuto quanto più a lungo possibile e la produzione di rifiuti è ridotta al minimo »
BENE
SCARTO
RIFIUTO
Quando un rifiuto cessa
di essere tale?
END of WASTE
Cessazione della qualifica di
rifiuto
BENE
SCARTO
RISORSA
ECONOMIA ECONOMIA
«CIRCOLARE»
Xxx. Xxxxx Xxxxxx - PIN S.c.r.l. FAR FAS Bio2Energy 15 febbraio 2019
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L’economia circolare e Bio2Energy
Direttiva Quadro sui Rifiuti 2008/98/CE Art. 6 – Cessazione della qualifica di rifiuto
Comma 1 - «Taluni rifiuti cessano di essere tali quando siano sottoposti ad
un’attività di recupero, incluso il riciclaggio e soddisfino i seguenti criteri:
a) La sostanza o l’oggetto è comunemente utilizzato/a per scopi specifici;
b) Esiste un mercato o una domanda per tale sostanza od oggetto;
c) La sostanza o l’oggetto soddisfa i requisiti tecnici per scopi specifici e rispetta la normativa e gli standard;
d) Il suo utilizzo non porterà a impatti negativi sull’ambiente e sulla salute umana.
Comma 4 - «Se non sono stati stabiliti criteri a livello comunitario, gli Stati membri possono decidere, caso per
«La Digestione Anaerobica può costituire un processo
per la cessazione di qualifica di rifiuto (EoW)?»
Recupero del digestato
AMMENDANTE COMPOSTATO CON XXXXXX
caso, se un determinato rifiuto abbia cessato di essere tale tenendo conto della giurisprudenza applicabile.
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I biofertilizzanti in Bio2Energy
Uno degli obiettivi del progetto è la caratterizzazione dei prodotti di processo e la valutazione e lo studio dei fertilizzanti. Xxxx S.p.A. ha un’esperienza ventennale sulla produzione di ammendanti compostati misti ACM, compostati verdi e della loro collocazione sul mercato tramite l’azienda partecipata Valcofert S.r.l. (sub-contraente del Progetto Bio2Energy).
fertilizzanti chimici 6,8%
Compost | 8,278 ton |
Fertilizzanti Chimici | 606 ton |
Totale | 8,884 ton |
compost 93,2%
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I biofertilizzanti in Bio2Energy
Il digestato è il sottoprodotto della digestione anaerobica in cui la sostanza organica più labile, che può determinare i più alti impatti ambientali, è stata degradata biologicamente durante la produzione di biogas.
Caratteristiche del digestato:
Stabilità biologica della sostanza organica in esso contenuta (materiale igienizzato con bassi carichi organici residui)
Apporto di SOSTANZA ORGANICA stabilizzata:
- Effetti sul suolo (fisici, chimici, microbiologici)
- Rilascio graduale di nutrienti (N)
Concentrazione di elementi nutrienti: azoto, fosforo e potassio (N, P, K)
Apporto di NUTRIENTI assimilabili dalle colture
Il ritorno al suolo è quindi la sua destinazione per eccellenza perché consente di sfruttare al meglio il suo valore agronomico (sia in termini di apporto di sostanza organica che di elementi nutritivi).
Esso risulta essere un ottimo fertilizzante (solido: ammendante; liquido: concime) e un degno sostituto dei concimi di origine chimica.
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Quadro normativo fertilizzanti
FERTILIZZANTI NAZIONALI
D.Lgs. 75/2010
CONCIMI CE
Regolamento CE 2003/2003
Disciplina tutte le categorie di fertilizzanti ma solo a livello nazionale (compreso l’ACF)
Disciplina solo i concimi
Proposta REGOLAMENTO UE sui fertilizzanti COM(2016) 157
Disciplina tutte le categorie di fertilizzanti a livello UE
Obiettivo: Incentivare la produzione su larga scala nell'UE di concimi ottenuti da materie prime
nazionali, organiche o secondarie, conformemente al modello di economia circolare, mediante la trasformazione dei rifiuti in nutrienti per le colture.
Motivi della proposta:
✓ i prodotti fertilizzanti innovativi (contenenti nutrienti o materia organica riciclati da rifiuti organici) hanno difficoltà ad accedere al mercato interno a causa dell'esistenza di regole e norme nazionali
divergenti;
di applicazione del regolamento in vigore sui concimi. Ciò vale per quasi tutti i concimi prodotti a partire da materiali organici.
✓ circa il 50% dei concimi attualmente sul mercato è escluso dall'ambito
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Quadro normativo fertilizzanti
Allegato I
Categorie funzionali del prodotto («PFC»)
▪ PFC1 – Concimi: fornire nutrimento alle piante
▪ PFC3 – Ammendante: mantenere o migliorare proprietà fisico/chimiche, struttura, attività biologica o struttura del suolo
▪ PFC7 – Miscela fisica di prodotti fertilizzanti
Allegato II
Categorie di materiali costituenti («CMC»)
▪ CMC 3 – Compost: da compostaggio aerobico
▪ CMC 5 - Digestato diverso da quello di
colture energetiche: da digestione anaerobica
Quali PFC si ottengono in base alle CMC utilizzate?
CMC | PFC |
CMC 3: ACM o ACV CMC 5: Solido | PFC 1 A I: Concime Organico Solido PFC 3 A: Ammendante Organico |
CMC 5: Liquido | PFC 1 A II: Concime Organico Liquido |
- | PFC 7: Miscela fisica di prodotti fertilizzanti |
Categorie Funzionali del Prodotto | Umidità (%) | C (%) | N (%) | P2O5 (%) | K2O (%) | |
CONCIME ORGANICO | C. O. SOLIDO | <60 | >15 | 2,5 | 2 | 2 |
C. O. LIQUIDO | >60 | >5 | 2 | 1 | 2 | |
AMMENDANTE | A. ORGANICO | <60 | >7,5 | - | - | - |
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Quadro normativo fertilizzanti
Le Categorie di materiali costituenti («CMC») devono soddisfare almeno uno dei seguenti criteri di stabilità
CMC 3 - Compost
CMC 5 -Digestato
❑ Tasso di assorbimento dell’ossigeno indicatore del grado di decomposizione della materia organica biodegradabile durante un periodo di tempo determinato. Il metodo non è adatto per materiale contenente oltre il 20% di
particelle di dimensioni > 10 mm
❑ Tasso di assorbimento dell’ossigeno indicatore del grado di decomposizione della materia organica biodegradabile durante un
periodo di tempo determinato. Il metodo non è adatto per materiale contenente oltre il 20% di particelle di dimensioni > 10 mm
Limite: OUR ≤ 25 mmol O2/kg SV/h
❑ Fattore di autoriscladamento – Rottegrad
temperatura massima raggiunta da un compost in condizioni normalizzate che è indice della sua attività biologica aerobica
Limite: Rottegrad ≥ III
Limite: OUR ≤ 50 mmol O2/kg SV/h
❑ Potenziale di produzione di biogas residuo
gas rilasciato dal digestato in un periodo di 28 giorni e misurato in base ai solidi volatili contenuti nel campione
Limite ≤ 0,45 l biogas/g SV
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Test respirometrici
Self Heating Test -
Fattore di Autoriscaldamento
METODO INDIRETTO
Tasso di assorbimento dell’ossigeno – Oxygen Uptake Rate
Indice Respirometrico
Dinamico
METODO DIRETTO METODO DIRETTO
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Self Heating Test – Fattore di autoriscaldamento
Tipo Test: Indiretto – Statico Stato campione: Solido Peso: 1,5 L
Umidità: ottimale per lo sviluppo della biomassa
Temperatura: processo
Durata prova: da 5 a 10 giorni
CMC 3
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Termocoppie per la misura di:
▪ Temperatura della biomassa;
▪ Temperatura ambiente
Sistema di acquisizione ed elaborazione dati National
Instruments
Self Heating test [°C] | Classe di stabilità | Caratteristiche di stabilità biologica del materiale |
< 10 | V | Molto stabile |
Da 10 a 20 | IV | Moderatamente stabile |
Da 20 a 30 | III | Materiale in corso di degradazione |
Da 30 a 40 | II | Materiale immaturo |
> 40 | I | Materiale fresco |
Scala di Rottegrad
adiabatico di
Contenitore volume pari a
circa 1,5 litri
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Tasso di assorbimento dell’ossigeno (OUR)
UNI/TS 16087-1:2012
Ammendanti e substrati di coltivazione.
Determinazione dell’attività biologica
Parte 1: Tasso di assorbimento dell’ossigeno (OUR)
Tipo Test: Diretto – Statico Stato campione: Liquido Peso: 3 - 8 gr
Umidità: in sospensione Temperatura: 30°C Durata prova: 20 h
Xxxxxxx et al., 2007
CMC 3
CMC 5
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Sistema di acquisizione dati National Instruments che misura la concentrazione di DO, la temperatura della biomassa e garantisce un’aerazione ciclica della miscela con regolazione dell'accensione della pompa
Sonda per la misura dell’Ossigeno Disciolto con misura integrata della temperatura della soluzione
Pompa ad aria necessaria per l’aerazione del materiale. La pompa è temporizzata dal software di controllo per garantire
un’aerazione ciclica di 15 minuti.
La diffusione dell’aria nella soluzione è garantita per mezzo di
una pietra porosa
Agitatore magnetico con possibilità di regolazione della velocità di rotazione e della temperatura del piatto
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Indice Respirometrico Dinamico (IRD)
Tipo Test: Diretto – Dinamico
Stato campione: Solido
Peso: da pochi grammi fino a scala
industriale
Umidità: normalizzazione a 750 g/kg CIM
Temperatura: processo
IRDP [mg O2 kgTVS-1 h-1] | Caratteristiche materiale in termini di stabilità biologica |
< 500 | Elevatissimo grado di stabilita biologica |
Da 500 a 1.000 | Elevato grado di stabilita biologica |
Da 1.000 a 1.5000 | Medio-alto grado di stabilita biologica |
Da 1.500 a 3.000 | Medio-basso grado di stabilita biologica |
> 3.000 | Bassissimo grado di stabilita biologica |
Durata prova: da 2 a 4 giorni
CMC 3
CMC 5 solido
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Termocoppie per la misura di:
▪ Temperatura aria in ingresso;
▪ Temperatura della biomassa;
▪ Temperatura aria in uscita;
▪ Temperatura ambiente
Sistema di acquisizione ed elaborazione dati National Instruments
Regolatore di flusso e
misuratore portata d’aria:
▪ Flussimetro in ingresso con regolazione della portata in base alla concentrazione di O2 misurata in uscita (>14%);
▪ Flussimetro in uscita per la misura della portata d’aria
Caduta di condensa per
l’essiccazione dell’aria in ingresso
e in uscita dal respirometro
Sensoristica: sensori per la misura della concentrazione di O2 e di CO2 in uscita dal respirometro
Respirometro adiabatico con volume di 30 litri in acciaio INOX AISI 316 dotato di camicia ad acqua
Compressore ad aria: garantisce un flusso di aria in ingresso costante
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Potenziale di produzione di biogas residuo
Tipo Test: Batch test
Volume reattore: 1 litro (volume utile 0,5 litri)
Temperatura: 37,0 ± 0,1°C Degasaggio inoculo: da 5 a 7 giorni Produzione biogas: metodo manometrico Durata prova: 28 giorni
Numero prove: triplicato
CMC 5
SCALE UP STRATEGY
OO1 OO2.3
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OO2.4
OO2.4
CH4
1 litro >> 20 litri >> 600 litri >> 3000 m3
Xxx. Xxxxx Xxxxxx - PIN S.c.r.l. FAR FAS Bio2Energy 15 febbraio 2019
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Scenario 1 Scenario 2
DF
DA
DA
Risultati a scala pilota
OO2.3
20 litri
ηTVS = + 8,4 %
OUR = - 23,1 %
OUR [mg O2/gVS*h] | ɳSV (%] | |
Input - PUREA F&F | 33 ± 1 | - |
Scenario 1 - DA | 26 ± 1 | 61,0 ± 1,2 |
Scenario 2 -DF | 48 ± 3 | 54,5 ± 4,1 |
Scenario 2 –DA | 20 ± 4 | 69,4 ± 2,9 |
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Risultati a scala pre-industriale
OO2.4 OO2.4
1. Input – PUREA FANGHI/FORSU
2. Output reattore 600 litri
3. Output reattore 3,000 m3
GS [NL biogas/gVS] | ||
Input – PUREA F&F | 0,50 ± 0,06 | n = 10 |
Output 600 litri | 0,07 ± 0,00 | n = 7 |
Output 3,000 m3 | 0,12 ± 0,00 | n = 10 |
CH4
600 litri >> 3000 m3
Durata prove = 28 giorni Triplicato
Efficienza di processo sul reattore da 3,000 m3 pari a circa il 76 %
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Risultati a scala pre-industriale
OO2.4
OO2.4
OUR [mg O2/gVS*h] | ||
Input – PUREA F&F | 176 ± 24 | n = 10 |
Output 600 litri | 56 ± 10 | n = 7 |
Output 3,000 m3 | 40 ± 9 | n = 10 |
Aumento della stabilità del 68% sul reattore da 600 litri
CH4
Aumento della stabilità del 77% su 3,000 m3
600 litri >> 3000 m3
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3000 m3
Risultati a scala pre-industriale
OO2.4
OO2.4
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3 Output 3,000 m | |||
IRD [mg O2/kgVS*h] | 1,044 ± 326 | Medio-alto grado di stabilità | n = 4 |
Self Heating Test [°C] | 11 ± 4 | Classe di stabilità IV Moderatamente stabile | n = 4 |
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OO2.4
3000 m3
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Art. 211 - Autorizzazione alla sperimentazione
ACV
ACM
Digestato - D
Risultati a scala industriale - Valcofert
Miscele | |
D/ACV | 50% D – 50% ACV |
D/ACM | 50% D – 50% ACM |
D/ACV/ACM | 33% D – 33% ACV – 33% ACM |
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Caratteristiche agronomiche
ACV | ACM | D | D/ACV | D/ACM | D/ACV/ACM | |
Umidità (%) | 56,9 | 16,0 | 78,0 | 73,0 | 49,8 | 49,6 |
C (%) | 27,3 | 38,9 | 41,2 | 36,7 | 41,4 | 34,5 |
N (%) | 2,2 | 3,0 | 5,9 | 4,3 | 3,2 | 3,1 |
P2O5 espresso in P (%) | 0,3 | 0,4 | 1,8 | 1,1 | 0,8 | 0,5 |
K2O espresso in K (%) | 1,3 | 1,3 | 0,5 | 0,9 | 1,2 | 1,2 |
Limiti normativi
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Grazie per l’attenzione!
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