Alia Servizi Ambientali S.p.A.
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
Bioidrogeno e Biometano da codigestione anaerobica
di FORSU, produzione di fonti energetiche e fertilizzanti rinnovabili per l’efficientamento di impianti di pubblica utilità
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Presentazione del progetto Bio2Energy:
un progetto di Bioeconomia
Sea Risorse S.p.A.
Alia Servizi Ambientali S.p.A.
UNIFI-DIEF
ICCOM
PIN SOC. CONS. A R.L.
Cavalzani INOX
Xxx. Xxxxxxxx Xxxxxx SEA Risorse, Viareggio
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Sommario
❖ Obiettivi del progetto
❖ Bioeconomia e Bioraffinerie
❖ Fasi del progetto
Xxx. Xxxxxxxx Xxxxxx
Sea Risorse SpA
E-Mail: xxxxxxxx.xxxxxx@xxxxxxxxxx.xx
❖ Risultati attesi
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Obiettivi del progetto
❖ Studiare i meccanismi di gassificazione dei rifiuti organici e la conseguente produzione di bioidrogeno
❖ Produrre energia rinnovabile sottoforma di bioidrogeno e biometano da rifiuti organici
❖ Codigerire anaerobicamente scarti proventi da impianti di pubblica utilità
❖ Recuperare materia dai rifiuti, in particolare dal digestato che può essere utilizzato come fertilizzante rinnovabile
❖Applicare per la prima volta il processo di produzione di bioidrogeno e biometano a scala preindustriale e valutare i fenomeni e le sinergie con la linea acque di un depuratore
❖ Portare le risultanze
dello studio
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Sea Risorse SpA
E-Mail: xxxxxxxx.xxxxxx@xxxxxxxxxx.xx
all’attenzione degli enti di programmazione regionali e scrivere delle linee guida per l’esportazione del processo in altre realtà territoriali
Bioeconomia
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L’emblema industriale che determina la transizione della società verso uno sviluppo sostenibile basato sulla bioeconomia è rappresentato dalla bioraffineria integrata, dove la sorgente fossile è sostituita da una matrice organica rinnovabile e i rifiuti o sottoprodotti di un’industria diventano risorse per un’altra.
Il progetto BIO2Energy rispetta i principi di base della bio-based industry utilizzando FORSU e FANGHI (bio-waste) per ottenere:
❖ Bio-energia – bio-combustibili gassosi: bioidrogeno (da DF) e biometano (da AD) con contenuto energetico maggiore rispetto allo scenario attuale – ENRGIA DA FONTI RINNOVABILI
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❖ Bio-materiali – bio-fertilizzanti: digestato (output finale del processo di co-digestione) ricco di nutrienti (N e C) grazie ad una giusta miscelazione FORSU e FANGHI – FONTE RINNOVABILE DI FERTILIZZANTE e RICICLO DEI NUTRIENTI
❖ Bio-prodotti - bio-polimeri: PHA per bio-plastiche
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Fasi del progetto
Di seguito le fasi fondamentali del progetto:
❖Obiettivo Operativo 1: Produzione
bioidrogeno e biometano a scala di laboratorio
- attività di ricerca fondamentale relative alla co-digestione di FORSU e fanghi
❖Obiettivo Operativo 2: Produzione di bioidrogeno e biometano a scala pilota e preindustriale – attività di ricerca industriale e trasferimento tecnologico
❖Obiettivo Operativo 3: Caratterizzazione dei prodotti e studio dei fertilizzanti rinnovabili
❖Obiettivo Operativo 4: valutazione dell’efficientamento energetico dell’impianto di depurazione
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❖Obiettivo Operativo 5: Life Cycle Assessment (LCA) e Life Cycle Cost (LCC) e sostenibilità economica ambientale - Valutazione della sostenibilità economico- ambientale
Rewamping dei trattamenti della linea fanghi del depuratore di Viareggio di SEA RISORSE S.p.A. con l’introduzione del processo di co-digestione anaerobica dei fanghi e della FORSU per la valorizzazione energetica dei biocombustibili prodotti
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Sea Risorse SpA
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2016 | 2017 | 2018 | |||||||
III | IV | I | II | III | IV | I | II | III |
Fasi del progetto
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Obiettivo Operativo 1 Produzione bioidrogeno e biometano a scala di laboratorio - attività di ricerca fondamentale relative alla co-digestione di FORSU e fanghi | BMP BHP | CSTR | ||||
Obiettivo Operativo 2 Produzione di bioidrogeno e biometano a scala pilota e preindustriale – attività di ricerca industriale e trasferimento tecnologico | Impianto pilota | Impianto pre- industr | ||||
Obiettivo Operativo 3 Caratterizzazione dei prodotti e studio dei fertilizzanti rinnovabili | Test in sito | |||||
Obiettivo Operativo 4 Valutazione dell’efficientamento energetico dell’impianto di depurazione | Micro- turbina | |||||
Obiettivo Operativo 5 LCA e LCC e sostenibilità economica ambientale - Valutazione della sostenibilità economico-ambientale | Report | |||||
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Obiettivo Operativo 1: Produzione di bioidrogeno e biometano a scala di laboratorio
- attività di ricerca fondamentale relative alla co-digestione di FORSU e fanghi
❖ Attività 1.1: Caratterizzazione matrici in ingresso – almeno 5 diversi substrati
❖ Attività 1.2: Studio della produzione al variare del pH – almeno 3 test a diversi valori del pH
❖ Attività 1.3: Studio della modellistica di produzione del bioidrogeno
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❖ Attività 1.4: Studio rapporti ottimali FORSU/FANGHI nella dark fermentation
Partner coinvolti:
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Obiettivo Operativo 1: Produzione di bioidrogeno e biometano a scala di laboratorio
- attività di ricerca fondamentale relative alla co-digestione di FORSU e fanghi
❖ Attività 1.1: Caratterizzazione matrici in ingresso – almeno 5 diversi substrati
✓ Chimico-fisica
pH
Solidi totali Solidi volatili
Azoto totale ridotto (TKN) Azoto ammniacale
TOC e COD
Caroidrati
✓ BMP e BHP
Inoculo (popolazioni batteriche selezionate) Substrato (carboidrati o zuccheri)
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T = 55°C e 37°C (condizioni termofile ottimali)
Partner coinvolti:
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Obiettivo Operativo 1: Produzione di bioidrogeno e biometano a scala di laboratorio
- attività di ricerca fondamentale relative alla co-digestione di FORSU e fanghi
❖ Attività 1.2: Studio della produzione al variare del pH - almeno 3 test a diversi
valori di pH
✓ Esecuzione di prove di DA con processi a singolo e
doppio stadio
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✓ Valutazione preliminare dello scale-up del processo
Partner coinvolti:
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Obiettivo Operativo 1: Produzione di bioidrogeno e biometano a scala di laboratorio
- attività di ricerca fondamentale relative alla co-digestione di FORSU e fanghi
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Sea Risorse SpA
E-Mail: xxxxxxxx.xxxxxx@xxxxxxxxxx.xx
❖ Attività 1.3: Studio della modellistica di produzione del biodrogeno
Partner coinvolti:
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Obiettivo Operativo 1: Produzione di bioidrogeno e biometano a scala di laboratorio
- attività di ricerca fondamentale relative alla co-digestione di FORSU e fanghi
❖ Attività 1.4: Studio dei rapporti attimali FORSU/FANGHI nella dark fermentation
Rapporto Substrato/inoculo | |
Substrato/inoculo | 10/90 (w/w) |
Substrato/inoculo | 25/75 (w/w) |
Substrato/inoculo | 50/50 (w/w) |
Substrato/inoculo | 75/25 (w/w) |
No inoculo | 100 substrato (w/w) |
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Partner coinvolti:
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Obiettivo Operativo 1: Produzione di bioidrogeno e biometano a scala di laboratorio
- attività di ricerca fondamentale relative alla co-digestione di FORSU e fanghi
Substrato | pH | F/M (p:p) |
Food Waste | 5.5 | 1:3 |
Food Waste | 5.5 | 1:1 |
Food Waste | 6.5 | 1:3 |
Food Waste | 6.5 | 1:1 |
Food Waste | 7.5 | 1:3 |
Food Waste | 7.5 | 1:1 |
Test batch BHP:
Studio di pH e
rapporto F/M
Studio controllo del pH
Substrato | pH | F/M (p:p) | Controllo pH |
Food Waste | 5.5 | 1:1 | AUT NaOH 2M |
Saccarosio | 5.5 | 1:1 | AUT NaOH 2M |
FW1 | 5.5 | 1:1 | S. Tampone MES 0.5M |
Saccarosio | 5.5 | 1:1 | X. Xxxxxxx MES 0.5M |
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Studio tipologia di inoculo
Substrato | pH | F/M (p:p) | Controllo pH | Tipologia inoculo |
Food Waste | 5.5 | 1:1 | AUT NaOH 2M | Fanghi attivi |
Saccarosio | 5.5 | 1:1 | AUT NaOH 2M | Fanghi attivi |
Food Waste | 5.5 | 1:1 | AUT NaOH 2M | Digestato |
Saccarosio | 5.5 | 1:1 | AUT NaOH 2M | Digestato |
Partner coinvolti:
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Obiettivo Operativo 2: Produzione di bioidrogeno e biometano a scala pilota e
preindustriale
Attività di ricerca industriale e di sviluppo sperimentale
Scala pilota: per non inficiare il sistema a scala reale
FORSU
H2O + fanghi H2; CO2 CH4; CO2
Separatore fasi
Digestato
miscelatore
CSTR DA
CSTR DF
pH
Xxx. Xxxxxxxx Xxxxxx
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✓
✓ Scala preidustriale
Ricircolo (fase liquida)
Xxxxxxxx et al., 2012
Partner coinvolti:
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Obiettivo Operativo 2: Produzione di bioidrogeno e biometano a scala pilota e
preindustriale
Attività di ricerca industriale e di sviluppo sperimentale
❖ Attività 2.1: Processo a scala pilota – dimensionamento impianto pilota
❖ Attività 2.2: Processo a scala preindustriale
✓ Realizzazione Mixer
✓ Istallazione Presso-estrusore
❖ Attività 2.3: Conduzione prove a scala pilota
Test tossicità
Partner coinvolti:
❖ Attività 2.4: Conduzione prove a scala preindustriale
presso l’impianto di depurazione di Viareggio
e
MIX fanghi
FORSU
Presso- estrusore
Reattore Bioidrogeno
Reattore Biometano
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Obiettivo Operativo 2: Produzione di bioidrogeno e biometano a scala pilota e
preindustriale
❖ Attività 2.2: Processo a scala preindustriale
✓ Realizzazione Mixer
✓ Istallazione Presso-estrusore
Partner coinvolti:
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Obiettivo Operativo 3: Caratterizzazione dei prodotti e studio dei fertilizzanti
rinnovabili
Attività di ricerca industriale –sostenibilità economico-ambientale del progetto
❖ Attività 3.1: Studio output da reattore pilota – Caratterizzazione dell’effluente prodotto
❖ Attività 3.2: Studio output da reattore preindustriale – Caratterizzazione
dell’effluente prodotto
❖ Attività 3.3: Studio potenzialità di recupero del digestato – Individuazione applicazioni industriali da inserire nella filiera del recupero
Partner coinvolti:
DIGESTATO
▪ Elevata stabilità biologica
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Sea Risorse SpA
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▪ Proprietà ammendanti
▪ Proprietà fertilizzanti (presenza N, P, K, Mg)
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Obiettivo Operativo 3: Caratterizzazione dei prodotti e studio dei fertilizzanti
rinnovabili
Attività di ricerca industriale –sostenibilità economico-ambientale del progetto
Analisi chimico- fisiche per definire digestato
Almeno 10 diversi campioni:
✓ Contenuto sostanza organica e nutrienti
(N, P, K, Mg)
✓ Elementi potenzialmente tossici
✓ Presenza materiali estranei inquinanti
✓ Presenza patogeni
5 da reattore pilota e 5 da reattore preindustriale
Xxx. Xxxxxxxx Xxxxxx
Sea Risorse SpA
E-Mail: xxxxxxxx.xxxxxx@xxxxxxxxxx.xx
Partner coinvolti:
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Obiettivo Operativo 4: valutazione dell’efficientamento energetico della linea fanghi
dell’impianto di depurazione di Viareggio
❖ Attività 4.1: Studio degli utilizzatori ottimali per il recupero energetico (EE e ET)
del biocombustibile
✓ Analisi dei fabbisogni energetici dell’impianto depurazione e individuazione principali utilizzatori
✓ Survey delle tecnologie utilizzabili per produzione congiunta EE e ET
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Sea Risorse SpA
E-Mail: xxxxxxxx.xxxxxx@xxxxxxxxxx.xx
❖ Attività 4.2: Studio dell’efficienza energetica dell’impianto e ottimizzazione dei consumi energetici – determinazioni di eventuali interventi migliorativi
Partner coinvolti:
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Obiettivo Operativo 5: Life Cycle Assessment (LCA) e Life Cycle Cost (LCC) e sostenibilità economica ambientale - Valutazione della sostenibilità economico- ambientale
Valutazione della sostenibilità economica ed ambientale dell’applicazione a scala reale delle soluzioni tecnologiche proposte dal Progetto Bio2Energy in particolare in riferimento alle soluzioni utilizzate e/o presenti nello stato dell’arte.
Partner coinvolti:
❖ Attività 5.1: Life Cycle Assessment del processo e studio della sostenibilità ambientale
Xxx. Xxxxxxxx Xxxxxx
Sea Risorse SpA
E-Mail: xxxxxxxx.xxxxxx@xxxxxxxxxx.xx
Partner coinvolti:
❖ Attività 5.2: Life Cycle Costing del processo e analisi dei costi benefici
Risultati
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❖introduzione di termini di guadagno - mancati smaltimenti e costi di conferimento dei fanghi e del digestato (costi attuali di 150-180 €/t), produzione energia rinnovabile e riduzione consumi
❖produzione di energia elettrica e termica richiesta da impianto di depurazione pre-esistente
❖bassi costi di investimento e sfruttamento delle infrastrutture esistenti già ammortizzata e già esistente c/o un impianto di pubblica utilità (utilizzo delle capienze residue dei reattori della linea fanghi del depuratore di Viareggio – nessun investimento importante ex-novo)
❖reale riduzione dei costi sia in termini economici che ambientali - creazione di una sinergia fra ciclo acque e ciclo rifiuti con il processo di codigestione e ottimizzazione gestionale dell’impianto di depurazione acque
❖inserimento del digestato quale fonte di nutrienti sul mercato dei fertilizzanti, con recupero di
materia e produzione di fertilizzanti organici rinnovabili
❖trattamento FORSU vicino al luogo di produzione (diminuzione sia dei costi di trasporto che del traffico veicolare e quindi del conseguente inquinamento)
❖ottimizzazione del recupero energetico ed efficientamento energetico dell’impianto di co-
digestione e di depurazione
fertilizzanti organici
rinnovabili
20 NlH2/kgTS
Xxx. Xxxxxxxx Xxxxxx
Sea Risorse SpA
E-Mail: xxxxxxxx.xxxxxx@xxxxxxxxxx.xx
300 NlCH4/kgTS 450 kW per
tonnellata di
FORSU
Mancati smaltimenti e costi di conferimento dei fanghi e del digestato