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1. Il biogas pu essere destinato a diversi utilizzi e applicazioni Significativa riduzione dei gas serra Presenta un ciclo di vita pi efficiente Significativa riduzione delle emissioni sul costi rispetto ad altre opzioni maleodoranti bioenergetiche Produce un digestato sanificato e ricco di nutrienti Massimizzazione dei benefici del riciclo A causa della sua complessit 11 successo di un impianto di digestione anaerobica dipende da differenti parametri alcuni di questi vengono influenzati dai governi come il prezzo di acquisto per l energia prodotta utilizzando biogas ed eventuali sussidi altri dipendono dall azienda agricola e dal progetto la quantit e la composizione della deiezione animale utilizzabile la disponibilit di altro materiale organico digeribile il consumo e il costo dell elettricit utilizzata dall azienda agricola l uso finale del compost e la situazione finanziaria 20 Capitolo 2 STATO DELL ARTE DEI PICCOLI IMPIANTI DEL MONDO E PROSPETTIVE DI SVILUPPO FUTURO 2 1 Introduzione La diffusione di questa tecnologia su piccola scala ha avuto inizio negli anni 70 e ad oggi si contano milioni di impianti tra cui moltissimi in Cina e India sebbene in questi due Paesi si sia constatata la maggior diffusione in altri parti del mondo il biogas non ha riscosso molto successo a causa della carenza di informazione e di manutenzione Bond T e Templeton M R 2011 In queste parti del mo
2. Figura 3 25 Digestore posizionato nella fossa Figura 3 24 Operatori intenti a posizionare il digestore nella fossa 91 3 3 7 Carica del digestore Dopo aver alloggiato il digestore nella fossa si procede a riempirlo con un volume di acqua pari ad 1 3 del volume che in fase di progetto stato calcolato destinato al materiale in digestione Il volume pari ai 2 3 restanti dello spazio adibito al materiale in digestione viene colmato con l inserimento della miscela vera e propria costituita da acqua con sterco di maiale bovino o di porcellino d India Dopodich si inserisce il contenuto del rumine di uno o pi bovini circa 200 L che funge da inoculo di biomassa metanigena di cui densamente popolato in questo modo si riduce il tempo di acclimatazione della biomassa e avvio del processo bel alle Ea CORE St AU Sean 4 Pi 5 CVS grin x B UPE TU MEE n a Bee X A Yi he DA a 4 by f 7 E eS i 3 Figura 3 26 Fasi dell operazione di carica del digestore Una volta sistemato il digestore nella sede predisposta si procede col fissare stabilmente le tubazioni di alimentazione e scarico va tenuto presente che la fuoriuscita della frazione liquida del digestato avviene secondo il principio dei vasi comunicanti Per tale ragione il livello del pelo libero del digestato deve essere inferiore di 50 60 cm rispetto al livello di ingresso dell ingestato 3 3 8 Installazione delle tubazioni di colle
3. Risultavano installati 4 32 milioni di impianti familiari ovvero circa 1l 36 del 2010 potenziale indiano FONTE Lawbuary J e Governmnet of India Secondo gli studi e le ricerche condotti nel 2004 da Chanakya et al per ASTRA si possono demarcare differenti fasi nelle quali 11 biogas venne sfruttato per vari scopi 49 1 Il biogas nacque come alternativa al gas metano utilizzato per l illuminazione 2 Successivamente la forzante che spinse nella diffusione dei digestori fu il miglioramento delle condizioni igienico sanitarie trattamento dei reflui dapprima civili e poi anche zootecnici oltre all uso gi bel collaudato del biogas per illuminazione 3 La possibilit di poter ottenere un abbondante raccolto grazie all impiego del digestato come fertilizzante 4 Durante la crisi energetica 1973 1975 1 digestori vennero visti come mezzi di decentralizzazione energetica e ci furono importanti studi a scala di laboratorio sull introduzione di altri substrati in alimentazione al digestore per mezzo di questi 1 ricercatori indiani giunsero alla conclusione che le biomasse residue presenti in India fossero idonee per il processo e che quindi fosse possibile allargare il target composto solo da allevatori 5 Gli obiettivi centrali furono la sostenibilit ambientale e il riscaldamento globale in aggiunta agli scopi precedenti Una strategia molto valida applicata nei vari programmi e campagne e adottata soprattut
4. Pragati Ganesh Janata Deenbandhu Tamburo galleggiante costituto da cemento rinforzato prefabbricato Tamburo galleggiante costituito da poliestere rinforzato con fibre di vetro Lawbuary J 50 In tabella 2 1 vengono forniti 1 parametri gestionali e 1 costi degli impianti forniti dal Governo Indiano e dal Ministry of New Renevable Energy Tabella 2 12 Parametri operativi e costi in funzione della volumetria dell impianto QUANTIT DI STIMA DEI COSTI AL N DI BOVINI VOLUMETRIA STERCO BOVINO RICHIESTI 2010 11 PARTE RICHIESTO CENTRALE DEL PAESE FONTE Government of India Costi aumentano dal 30 al 50 per zone collinari e montuose In india il biogas ha avuto successo sia per gli sforzi eseguiti tra sussidi e campagne divulgative sia per la vocazione prettamente agricola National Biogas and Manure Management Programme NBMMP Plants in No till 2011 BT arget E Achievement 2 000 4000 6000 8000 10 000 12 000 14000 16000 18000 20 000 Figura 2 24 Previsioni e risultati dei piccoli impianti di biogas in India FONTE Government of India Nepal Nel 1955 in Kathmandu fu installato 11 primo digestore Gautam R et al 2007 realizzato a scopo dimostrativo in una scuola da Padre B R Saubolle l impianto pilota perfettamente funzionante era costituito da due serbatoi metallici di 200 litri uno come reattore e l altro come gasometro 51 Successivamente altre associazio
5. letteratura rielaborati Questo dovuto al fatto di aver considerato valori superiori di S T e S V rispetto a quelli di laboratorio riportati in tabella 4 29 inoltre 11 BMP ottenuto dall elaborazioni dei valori bibliografici potrebbe essere sovrastimato rispetto al valore reale che si pensa possa essere approssimativamente quello considerato in fase di progetto come spiegato nel commento alla tabella 4 29 Produzione di biogas del secondo biodigestore in aprile giugno 2013 10 04 2013 12 04 2013 14 04 2013 16 04 2013 18 04 2013 20 04 2013 22 04 2013 24 04 2013 26 04 2013 28 04 2013 30 04 2013 02 05 2013 04 05 2013 06 05 2013 08 05 2013 10 05 2013 12 05 2013 14 05 2013 16 05 2013 18 05 2013 20 05 2013 22 05 2013 24 05 2013 26 05 2013 28 05 2013 30 05 2013 01 06 2013 03 06 2013 en ed N x st O 00 O Figura 4 25 Produzione di biogas del secondo digestore in aprile giugno 2013 Per capire se ci sia una correlazione tra la temperatura esterna e la produzione di biogas come gia stato fatto in precedenza bisogna analizzare ed elaborare 1 dati ottenuti dai sensori di temperatura che acquisiscono la misura ogni ora e la memorizzano in un datalogger 143 I valori medi di temperatura ambiente calcolati su base giornaliera per aprile giugno 2013 sono rappresentati in figura 4 26 gia rappresentati in figura 4 10 Produzione di biogas del secondo digestore e temperature medie giornalier
6. stato mai pesato in questo periodo Confronto con i valori di letteratura La variabilit delle caratteristiche dei reflui suinicoli dipende da differenti fattori come gi descritto nel capitolo uno inoltre il range dei valori di BMP dipende anche dalla temperatura a cui stata condotta la prova e le metodiche di analisi Tabella 4 6 Valori di BMP dei reflui suinicoli riportati in letteratura FONTE ST SV d 3 P Dati della Fabbrica della Bioenergia S T TU TERMICO C R P A Fabbri C 2008 2 8 6 63 77 0 45 0 55 MESOFILIA Danieli e Aldovrandi 2011 3 2 75 0 56 MESOFILIA Grignani et al 2012 4 6 69 5 0 37 MESOFILIA Del Risco et al 2011 7 79 4 0 53 MESOFILIA Chae et al 2007 2 4 68 4 0 67 MESOFILIA Alstals et al 2011 5 70 0 31 MESOFILIA CEPIS 0 42 MESOFILIA CEPIS osoa SA 20 25 C CEPIS T a 20 25 C Peseretal 0010 0 34 ROL 20 25 C I valori di letteratura utilizzati per 11 calcolo della produzione potenziale di biogas sono stati 0 48 m biogas ye kg S V 32 m biogas presi mediando 1 BMP 1n mesofilia 1 BMP in psicrofilia kg SV 114 successivamente 1 due risultati ottenuti sono stati ancora una volta mediati per ottenere un 0 4 m3 biogas kg S V poich all interno del digestore sono state rilevate temperature di circa 25 C quindi il unico dato utilizzato poi in tabella 4 7 Questa elaborazione stata necessaria processo al confi
7. un substrato organico predigerito e proveniente da un impianto che possibilmente stia gi utilizzando la biomassa da valutare e da una soluzione di sali per tamponare una produzione di acidi e fornire 1 micronutrienti essenziali al corretto sviluppo del consorzio batterico Fabbri C et al 2012 Le metodiche possono essere classificate in base al metodo impiegato per la misura del volume prodotto che pu essere effettuata a pressione costante metodi volumetrici o a volume costante metodi manometrici o ancora determinando per via gascromatografica la concentrazione dei singoli gas nello spazio di testa di reattori chiusi In questo studio stato utilizzato 11 metodo volumetrico qui di seguito brevemente descritto Metodo volumetrico Con questo metodo tenendo costante la pressione si misura il volume del biogas prodotto pi precisamente del metano in questo modo dal reattore fuoriesce il biogas prodotto nel tempo attraverso un tubicino questo convoglia 11 flusso in una soluzione di idrossido di sodio NaOH per depurare il biogas dalla CO che reagisce con la soda Dopo questo passaggio si ottiene solo o quasi CH che si accumula in piccole campanelle di volume noto immerse in un bagno d acqua quando una di queste si riempie si alza per effetto della spinta di galleggiamento ed un contaimpulsi consente di sapere quante volte quel tal volume di metano si prodotto nel tempo Il volume di gas poi quantificato m
8. un rischio per la salute e l ambiente Si riportano di seguito 1 principali materiali impiegati per la costruzione dell impianto previsto da progetto e le parti del sistema in essi realizzati 76 Cloruro di polivinile PVC o Digestore in geomembrana dello spessore di 1 mm o Gasometro in geomembrana dello spessore di 0 6 mm o Tubazioni di alimentazione refluo ed estrazione digestato dello spessore di 3 mm o Tubazioni di convogliamento biogas dello spessore di 3 mm Polietilene a bassa densit LDPE per isolamento termico e igroscopico a contatto con le pareti della fossa Polistirene espanso per isolamento termico a contatto diretto con il digestore tubolare Pietre e mattoni in terra cruda adobes per realizzare la struttura della serra Listoni in legno di eucalipto per la realizzazione dell intelaiatura del tetto della serra Polietilene a bassa densit LDPE per realizzare le falde del tetto della serra consentendo alla radiazione solare di penetrare e riscaldare il digestore Paglietta in ferro da impiegare come filtro per l idrogeno solforato Cemento e laterizi per la costruzione dei pozzetti di carico e scarico dell ingestato digestato PVC Il cloruro di polivinile PVC noto anche come polivinilcloruro una H LI delle materie plastiche di maggior n c consumo al mondo H H Figura 3 2 Struttura chimica del PVC Viene considerato stabile e sicuro nelle applicazioni tecnologiche a temperatura ambiente
9. 12 07 2013 14 07 2013 16 07 2013 18 07 2013 20 07 2013 22 07 2013 24 07 2013 26 07 2013 28 07 2013 30 07 2013 en dl O N x 0 O x N Figura 4 32 pH del digestato del secondo digestore in giugno luglio 2013 I valori di pH oscillano in campo acido con una media di 6 08 0 2 questo andamento giustifica l ipotesi di un sovraccarico del digestore Per tale ragione stato deciso di diminuire il substrato in ingresso da 20 a 10 kg e di diluirlo con il biol 70 L invece che con acqua di rete dall 1 8 2013 Inoltre possibile supporre valori bassi di alcalinit del substrato tuttavia per poterne essere sicuri sarebbe necessario valutare il rapporto tra acidi grassi dato mancante e alcalinit misurata come CaCOj 151 4 2 3 Valutazioni finali sul secondo biodigestore Tabella 4 37 Parametri di valutazione del secondo biodigestore in aprile giugno 2013 SECONDO BIODIGESTORE I FASE del monitoraggio avviamento 8 4 2013 4 6 2013 cmperatura ambiente Temperatura medi emperatura ampiente P 16 16 C 1 3 18 5 C 13 1 C Temperatura del Temperatura media volume liquido media fra strato 29 5 C 23 3 C superiore e inferiore Escursione termica Escursione termica Temperatura max Temperatura min giornaliera nc Produzione media Produzione max Produzione min d DEIN d d Tabella 4 38 Efficienza del secondo biodigestore in aprile giugno 2013 CONFRONTO TRA PRODUZIONE DI BIOGAS REALE E QU
10. 17 06 2013 22 06 2013 27 06 2013 02 07 2013 07 07 2013 12 07 2013 17 07 2013 22 07 2013 27 07 2013 Figura 4 22 Produzione di biogas del primo digestore nelle due fasi di monitoraggio Nella seconda fase del monitoraggio il tasso di biogas pi stabile e non sono stati registrati giorni in cui la produzione si azzerata Nella primo periodo il digestore non ancora a regime generalmente raggiunto dopo tre mesi dall avviamento che corrispondono alla seconda fase del piano di monitoraggio e mostra un andamento pi variabile Nella prima fase 1 valori di pH in un range acido sono da considerarsi normali dovuti all assestamento del processo mentre nella seconda fase di regime indicano un probabile sovraccarico per tale ragione dal 1 8 2013 1l digestore stato alimentato con un minor O L R terza fase del monitoraggio dati ancora non disponibili Andamento del pH del digestato del primo reattore nelle due fasi del piano di monitoraggio avviamento e regime e pH del digestato del primo biodigresto re in aprile giugno 2013 6 2 ee pH del 6 2 digestato del secondo digestore in giugno luglio 2013 08 04 2013 13 04 2013 18 04 2013 23 04 2013 28 04 2013 03 05 2013 08 05 2013 13 05 2013 18 05 2013 23 05 2013 28 05 2013 02 06 2013 07 06 2013 12 06 2013 17 06 2013 22 06 2013 27 06 2013 02 07 2013 07 07 2013 12 07 2013 17 07 2013 22 07 2013 27 07 2013 Figura 4 23 Andamento del pH de
11. 180 Considerazioni finali e sviluppi futuri L installazione dei due digestori pilota ha suscitato un vero e proprio interesse da parte della popolazione locale che si mostrata durante un workshop a cui ho preso parte incuriosita e volenterosa nell apprendimento del funzionamento di questa tecnologia sostenibile a basso costo questo progetto ha certamente permesso di ottenere dei buoni risultati sia in termini umanitari scopo della cooperazione internazionale fornendo alla popolazione locale una tecnologia semplice ed economica sia in termini di efficienza energetica Tuttavia dal punto di vista sociale difficile radicare questa nuova tecnologia rinnovabile nella comunit apurimefia poich l economia della regione sta subendo un brusco cambio di rotta da quella che era una vocazione agricola la popolazione sta migrando verso il settore minerario che garantisce una paga fissa e cospicua Inoltre esistono combustibili alternativi alle biomasse legnose come per esempio le bombole di GPL che possono essere acquistate ad una modica cifra e che non implicano il duro lavoro in fattoria semina irrigazione raccolto di frutta e ortaggi cura degli animali stabulati raccolta del refluo attivit connesse all impianto di digestione anaerobica Senza dubbio dal lato ingegneristico c un ampio margine di miglioramento della produttivit del sistema sia per la possibilit di sfruttamento dei risultati di questa ricerca sia per
12. 19 19 19 20 2 STATO DELL ARTE DEI PICCOLI IMPIANTI DEL MONDO E PROSPETTIVE DI SVILUPPO FUTURO 2 1 Laz 20 2 4 2 5 2 6 2 7 2 8 2 9 Introduzione Funzionamento dell impianto Tipologie di impianto Condizioni di applicabilit Vantaggi e svantaggi Storia della produzione di biogas Situazione nel Mondo 2 7 1 AFRICA 2 7 2 ASIA 2 7 3 CENTRO AMERICA 2 7 4 SUD AMERICA Accenno alla cooperazione internazionale 2 6 1 Aiuto allo sviluppo 2 8 2 Cooperazione allo sviluppo 2 8 3 Organizzazione non lucrativa di utilit sociale Onlus 2 6 4 Organizzazione Non Governativa ONG Apurimac Onlus 2 10 Contesto territoriale sociale ed economico del progetto 3 1 32 2 10 1 Apurimac 2 10 2 Descrizione del progetto di cooperazione MATERIALI E METODI Introduzione alla tecnologia dei digestori tubulari in materiale plastico Plastic Tubular Digester PTD 3 1 1 Caratteristiche del digestore tubulare 3 1 2 Materiali impiegati per la costruzione 3 1 3 Installazione e costi 3 1 4 Uso e manutenzione Procedimento per la progettazione di un digestore tubolare di tipo plug flow 21 21 21 25 30 31 32 32 33 40 58 60 64 64 64 65 65 66 67 67 2 75 75 76 76 79 79 SO 3 3 Fasi costruttive di un digestore tubolare plug flow di basso costo 3 3 1 Ubicazione 3 3 2 Scavo della fossa di alloggiamento del digestore 3 3 3 Elevazione delle pareti della struttura della serra 3 3 4 I
13. 521 sa 1865 Dopo 43 giorni PorcellnoA PorcellinoB__ Midia 3898 SH 545 4 162 Rateo di produzione specifica di metano ml CH4 g S V d e e FP FP m e N WwW AS U 10 amp O 3 m m pem amp N 7 zm S TUM O e N WwW A Ui DN OO WO MEL 9 0 9 9 9 9 9 9 0 0 rU M A ie JA ii 7 1616 2m 35 40 Figura 4 44 Rateo di produzione specifica di metano Il rateo di produzione maggiore stato registrato nella prima settimana come riscontrato in letteratura Fabbri C et al 2012 con un picco al quarto giorno mentre dall ottavo a seguire il valore rimane costante fino al 43 giorno in cui il rateo medio stato talmente basso Ca mL CH4 0 3 mL CH4 gSV xd da decidere di concludere la prova oppure una produzione di Produzione cumulata lorda di metano ml CH4 e Porcellino A ex Porcellino B ex Inoculo Figura 4 45 Produzione cumulata lorda di metano 163 Tabella 4 45 Valori di BMP ottenuti dalla prova condotta in laboratorio RISULTATI JM METANO OO BIOGAS OTTENUTI DALLA PROVA L aoe ne 3 pi Lpiogas kg S V BMP di porcellino 108 3 0 108 196 9 196 9 0 196 d India dopo 30d BMP di porcellino 121 4 0 121 220 8 220 8 d India dopo 43d I valori stimati di produzione specifica di biogas sono stati calcolati ipotizzando un contenuto di metano nel biogas del 60 gt Confronto coni valori di letteratu
14. 692 069 444 187 ALLEGATO A2 Sensori e apparecchiature installate ed impiegate per il monitoraggio SENSORE DI TEMPERATURA DI TIPO PT 100 e Sensore in ceramica tre fili tipo Platinum 100 ohm corpo adatto per movimento o vibrazione e Coefficiente di temperatura 0 00385 Ohm C e Temperatura di esercizio 20 C 100 C e Grado di precisione CLASSE B STANDARD IEC 751 e Materiale Acciaio Inox 85316 di diametro 1 4 e lunghezza 3 pollici e Con 10 m di cavo su tre fili con rivestimento in PVC rinforzato con tubo flessibile in acciaio inox INTERFACCIA OTTICA USB IR Marca NOVUS Modello IR LINK3 Riferimento 8813099050 N p d e Comunicazione a infrarossi con il PC usando l interfaccia di comunicazione IrLink3 collegata alla Porta USB e Il software Logchart II consente la configurazione la raccolta la visualizzazione l analisi e l esportazione dei dati 138 DATA LOGGER A DUE CANALI Marca NOVUS Modello LogBox AA Riferimento 8813002001 Origine Brasile Caratteristiche tecniche e Due ingressi universali individualmente configurabili per PtlOO Termocoppia tipo J K T E N R S o B tensione 0 50 mV o 0 10 V o corrente 0 20 mA o 4 20 mA e Precisione 0 2 del range massimo di misura per Pt100 sia in tensione che in corrente e Risoluzione di ingresso 14 bit e Inizio di acquisizione immediata o programmabile e Fine delle acquisizion
15. Le pareti insieme alla copertura costituiscono la struttura di una serra con lo scopo di conservare al suo interno una parte del calore trasmesso dal sole per irraggiamento in questo modo possibile aumentare la temperatura all interno del digestore favorendo le cinetiche dell attivit batterica con risvolti positivi sul rendimento del processo Le pareti sono costituite da uno spessore s di 40 cm circa ovvero due strati di mattoni vincolato alle dimensioni degli adadobesrealizzati artigianalmente dal personale in loco 40 cm x 20 cm x 15 cm matte Oro aca Figura 3 16 Produzione artigianale di adobes 88 E possibile classificare il modello utilizzato nel progetto come una copertura ad un solo spiovente La parete Nord dunque pi bassa di quella Sud la differenza di elevazione tra le due dipende dalla larghezza della fossa secondo la seguente relazione A 1 b 2A 22 an hsua m Anord Tale angolo di inclinazione consente di ricevere l energia radiante in direzione ortogonale nelle ore pi calde della giornata ed inoltre risulta sufficientemente efficace per far scorrere l acqua piovana e la grandine senza il rischio di perforazione della pellicola plastica costituente il tetto polietilene Le pareti Est ed Ovest sono state erette in modo da unire quelle di Nord e Sud Ps b Figura 3 17 Sezione della struttura a serra dell impianto Figura 3 18 Elevazione delle pareti della serr
16. Negli anni 90 alcune associazioni interessate al biogas collaborarono sinergicamente per creare un ente dedicato al supporto e alla diffusione di questa tecnologia attraverso anche la formazione di staff tra ingegneri e contadini ISAT e GTZ En Biogas Digest Volume IV 1999 Un ulteriore punto di forza che permise una notevole diffusione fu l impegno del Governo nel National Programme Domestic Biogas in Bangladesh che si rese disponibile nell istituire sussidi di 120 alle famiglie interessate al biogas per poter affrontare l investimento iniziale Van Nes W J 2006 40 Tabella 2 8 Organizzazioni coinvolte nel programma sul biogas e i loro contributi nello sviluppo e nella promulgazione su piccola scala 38 773 Sebbene la vocazione in termini di agricoltura e allevamento 1 risultati furono poco incoraggianti in quanto al 2008 erano presenti solo 38 773 impianti Nel 2009 la Netherlands Development Corporation diede origine ad un programma nazionale nel quale era prevista l installazione di altri 36 450 impianti viste le potenzialit del Paese Rofiquil Islam M et al 2008 tuttavia non si hanno ancora dei dati sull esito di questa attivit La previsione futura degli esperti del SNV stima la realizzazione di 150 000 impianti con un efficienza del processo di digestione anaerobica del 85 41 Cambogia Il potenziale dei benefici che la Cambogia trarrebbe dall impiego del biogas tutt oggi enor
17. d 2 E _ ew MANES MY VII i 08 04 2013 10 04 2013 12 04 2013 14 04 2013 16 04 2013 18 04 2013 20 04 2013 22 04 2013 24 04 2013 26 04 2013 28 04 2013 30 04 2013 02 05 2013 04 05 2013 06 05 2013 4 08 05 2013 10 05 2013 12 05 2013 14 05 2013 16 05 2013 18 05 2013 20 05 2013 22 05 2013 24 05 2013 26 05 2013 28 05 2013 30 05 2013 01 06 2013 03 06 2013 Figura 4 37 Rateo di produzione di biogas dei due digestori nella fase di avviamento Temperature medie giornaliere all interno delle serre dei due digestori durante la fase di avviamento es Temperature die ei li Pw PX AG an wem o della Bawah TAA mn het AVA eun RI mad Rm mend S S NIV eiie Temperature medie giornaliere all interno della serra del digestore 2 08 04 13 10 04 13 12 04 13 14 04 13 16 04 13 18 04 13 20 04 13 22 04 13 24 04 13 26 04 13 28 04 13 30 04 13 02 05 13 04 05 13 06 05 13 08 05 13 10 05 13 12 05 13 14 05 13 16 05 13 18 05 13 20 05 13 22 05 13 24 05 13 26 05 13 28 05 13 30 05 13 01 06 13 03 06 13 Figura 4 38 Temperature medie giornaliere interne alle serre due digestori nel periodo di avviamento 157 Analizzando le temperature all interno della serra si nota una trend decrescente per entrambi 1 reattori figura 4 38 in quanto il periodo si avvicina alla stagione secca che la pi fredda maggio settembre Si osserva che il primo biodigestore present
18. stata degradata biologicamente circa 11 70 dei S V In agronomia questa frazione idonea in sostituzione del letame contribuisce a mantenere il quantitativo di sostanza organica costante al suolo e rilascia 1 nutrienti in modo pi graduale 18 1 6 Soluzioni impiantistiche 1 6 1 Principio di funzionamento Il principio di funzionamento alla base di qualsiasi Impianto di digestione anaerobica il seguente 1 substrati vengono posizionati in un reattore a tenuta stagna nel quale mediante un processo di digestione operato da opportuni batteri viene prodotto il biogas questo viene raccolto in un serbatoio in modo da garantire una fornitura costante 1 6 2 Componenti di un digestore Indipendentemente dal tipo di alimentazione un impianto di produzione del biogas generalmente costituito da serbatoio di accumulo dell ingestato reattore gasometro strumentazione e accessori Serbatoio di accumulo Poich la produzione dei reflui continua mentre l alimentazione del digestore non lo si rende necessaria la presenza di un serbatoio di accumulo o una vasca di raccolta posizionata a monte del digestore qui possono essere svolte anche altre funzioni come la diluizione l agitazione la correzione del pH o preriscaldamento dei reflui Reattore Il serbatoio di digestione deve avere una forma regolare in modo che si evitino 1 depositi causando variazioni del tempo di ritenzione inoltre devono essere ermetici
19. stato eseguito un censimento dal Instituto Nacional de Estadistica e Informatica del Per INED per analizzare la situazione socio economico peruviana nella quale emerso che la regione apurimegna ben sotto il livello nazionale classificandosi come la regione pi povera qui di seguito vengono riportati 1 principali aspetti considerati nella valutazione Tabella 2 15 Risultati del censimento del 2007 in Peru INDICE DI VILUPPO UMANO IN PERU E IN APURIMAC 2007 H D I Speranza di Reddito Popolazione Human vita alla Alfabetismo familiare n Development nascita 96 Index anni PERU 20207970 0 5976 103 72 APURIMAC 418882 0 5209 70 25 FONTE Carre o C et al GVC Gruppo Volontariato Civile 2009 In tabella 2 16 vengono riportati parametri principali e 1 risultati del censimento in Apurimac per ogni singola provincia si deduce che quelle province pi in difficolt sono Cotabambas e Grau 70 Tabella 2 16 Risultati del censimento del 2007 in Apurimac per distretto INDICE DI SVILUPPO UMANO IN APURIMAC PER PROVINCE 2007 H D I Speranza di Reddito APURIMAC rOpolazione Human vita alla Alfabetismo familiare n Development nascita 906 I ndex anni mese 101599 0 5603 70 25 FONTE Carrefio C et al GVC Gruppo Volontariato Civile 2009 2 10 2 Descrizione del progetto di cooperazione Vilcabamba b3 Vilcamba paese in cui stato condotto il progetto fu fondato nel 20 feb
20. viene assorbita dall atmosfera durante la crescita delle biomasse L anidride carbonica prodotta dalla combustione del biogas permette di pareggiare il bilancio in atmosfera infatti la stessa fissata dalla piante o assunta dagli animali in maniera indiretta tramite le piante a differenza di ci che accadrebbe con la combustione dei carburanti fossili con 1 quali si immetterebbe anidride carbonica ex novo 16 1 5 2 Il digestato Il digestato il sottoprodotto del processo di digestione anaerobica nella quale si determina una riduzione della sostanza organica putrescibile e s1 assiste alla mineralizzazione dell azoto organico ad ammoniacale in funzione delle caratteristiche iniziali della biomassa senza alterare significativamente l apporto di nutrienti quali fosforo potassio e azoto Composizione Il substrato di risulta della digestione anaerobica appare pi omogeneo in confronto alle biomasse che lo hanno generato ed composto da due fasi una liquida e una solida generalmente separate per semplicit gestionale e a frazione solida 10 15 in peso sul tal quale ha un tenore di solidi totali relativamente alto con valori tra il 15 e il 30 in funzione del substrato in ingresso e concentra in s quantitativi maggiori di sostanza organica e 1 nutrienti a lento rilascio La consistenza pastosa e palabile e La frazione chiarificata 85 90 in peso sul tal quale generalmente caratterizzata da tenori di
21. 2013 06 07 2013 08 07 2013 10 07 2013 12 07 2013 14 07 2013 16 07 2013 18 07 2013 20 07 2013 22 07 2013 24 07 2013 26 07 2013 28 07 2013 30 07 2013 Figura 4 16 Temperatura media giornaliera ambiente di giugno luglio 2013 131 Produzione di biogas del primo digestore e temperatura media 1 2 O Temperatur a media 10 giornaliera giugno 0 8 luglio 2013 0 6 0 4 A produzione di biogas giornaliera giugno 0 0 luglio 2013 0 2 10 06 2013 12 06 2013 14 06 2013 16 06 2013 18 06 2013 10 07 2013 12 07 2013 14 07 2013 16 07 2013 18 07 2013 Figura 4 17 Temperatura esterna media giornaliera e produzione di biogas in giugno luglio 2013 Si osserva una debole dipendenza della produzione di biogas dalla temperatura Nei giorni in cul stata registrata una scarsa produzione di biogas le condizioni meteorologiche hanno previsto tempo nuvoloso misto a pioggia inoltre stata trovata dell acqua vapore acqueo che si condensato a seguito della differenza di temperatura nella tubazione che ha ostacolato 1l passaggio del gas sebbene siano stati installati con una pendenza dell 1 per farla defluire pH del digestato del primo reattore in giugno luglio 2013 14 06 2013 16 06 2013 18 06 2013 20 06 2013 22 06 2013 24 06 2013 26 06 2013 28 06 2013 30 06 2013 02 07 2013 04 07 2013 06 07 2013 08 07 2013 10 07 2013 12 07 2013 14 07 2013 16 07 2013 18 07 2013 20 07 2013 22 07 20
22. 2013 22 04 2013 24 04 2013 26 04 2013 28 04 2013 30 04 2013 02 05 2013 04 05 2013 06 05 2013 08 05 2013 10 05 2013 12 05 2013 14 05 2013 16 05 2013 18 05 2013 20 05 2013 22 05 2013 24 05 2013 26 05 2013 28 05 2013 30 05 2013 01 06 2013 Figura 4 27 Temperatura media giornaliera in due punti del volume liquido del secondo digestore in aprile giugno 2013 144 Analizzando le temperature all interno del digestore grazie all installazione di due sensori uno nello strato superiore del volume liquido e un altro in quello inferiore si osservano comportamenti molto simili Le temperature medie all interno del secondo biodigestore sono riportate in tabella 4 31 Tabella 4 31 Temperatura media giornaliera del volume liquido valutato in due punti del secondo digestore in aprile giugno 2013 TEMPERATURE MEDIE INTERNE DEL SECONDO DIGESTORE PERIODO APRILE GIUGNO 2013 Strato superiore 28 1 C 2 1 Strato inferiore 25 4 C 1 7 pH del digestato del secondo reattore in aprile giugno 2013 7 40 foo NHN Wr en ed O N we O O N 10 04 2013 12 04 2013 14 04 2013 16 04 2013 18 04 2013 20 04 2013 22 04 2013 24 04 2013 26 04 2013 28 04 2013 30 04 2013 02 05 2013 04 05 2013 06 05 2013 08 05 2013 10 05 2013 12 05 2013 14 05 2013 16 05 2013 18 05 2013 22 05 2013 24 05 2013 26 05 2013 28 05 2013 30 05 2013 01 06 2013 03 06 2013 05 06 2013 Figura 4 28 pH del digestato
23. 23 24 Figura 4 6 Temperatura media oraria del volume liquido del primo digestore all interno del primo digestore valutata in due punti in luglio agosto 2012 117 L andamento medio orario della temperatura sempre per lo stesso periodo all interno della serra mostrato nel Figura 4 7 L efficacia della struttura evidente dalla differenza di circa 35 C fra la temperatura ambiente e il valore all interno della serra valutate nell ora pi calda 13 00 Temperatura oraria all interno della serra del primo digestore in luglio agosto 2012 62 762 5 269 47 Wa Figura 4 7 Temperatura media oraria all interno della serra del primo digestore in luglio agosto 2012 Per ridurre le fluttuazioni nella produzione di biogas e ottimizzare la conservazione del calore si ricorso all utilizzo quotidiano di un rivestimento posto al di sopra del tetto della serra dalle ore 17 00 momento in cui si nota una diminuzione della temperatura media oraria ambiente per evitare che l escursione termica fra il di e la notte possa influenzare negativamente il processo di digestione anaerobica Figura 4 8 Copertura del primo digestore con un telo di nylon Grazie all uso della coperta mostrata in figura 4 8 possibile evitare dispersioni di calore nel reattore e aumentare cosi l efficienza del processo 118 4 1 2 Considerazioni sul primo biodigestore alimentato con letame bovino nel periodo di studio aprile gi
24. Biomass amp Bioenergy 22 pp 305 317 Bond T Templeton M R History and future of domestic plants in developing world 2011 Sustainable Development 15 pp 347 354 192 Bonomo L Trattamento delle acque reflue McGraw Hill ISBN 978 88 386 65 18 9 Brown J Wastewater treatment The experience of the Scientific Research Council in Jamaica 2002 Buysman E Mol A P J Market based biogas sector development in least developed countries The case of Cambodia 2013 Energy Policy Carre o C Kalafatovich C Vision de Apurimac GVC Gruppo Volontariato Civile Prima edizione Aprile 2009 Chanakya H N Rajabapaiah P Modak J M Evolving biomass based biogas plants The ASTRA Experience Current Science Vol 87 No 7 10 October 2004 Chen Y Yang G Sweeney S Feng Y Household biogas use in rural China A study for opportunities and constrains 2010 Renewable an Sustainable Energy Reviews Chinh B V Ly L V Tao N H Phuc N G Biogas technology transfer in small scale farms in Northern provinces of VietNam Proceedings Biodigester Workshop 2002 C R P A Biogas l analisi di fattibilita tecnico economica Opuscolo C R P A 6 20 N 4 2008 C R P A Digestato un utile sottoprodotto del biogas Conoscere per competere Settembre 2012 C R P A Effluenti di stalla e digestati separati rendono di piu Conoscere per c
25. Improved stoves dung 19 300 4 LA 39 7 Biogas stoves 55 57 8 52 2 8 5 1 Gasifier stoves 27 1 48 0 46 1 7 Natural Gas 55 90402 20 65 1 84 91 4 166 2 LPG 55 106900 21 11 1 88 107 9 196 2 Kerosene 45 155500 28 05 4 18 157 4 349 7 CO gt e CO equivalent for 100 yr time horizon FONTE Bhattacharya et al 2002 Il suggerimento che possibile dare in seguito a questo studio il cambiamento della cucina con una di tipo domestico che ha consumi inferiori se 11 budget non prevedesse ulteriori spese si consiglia di cuocere 1 cibi ad una distanza di circa 2 cm dalla fiamma 4 7 Proposte migliorative del disegno del digestore 4 7 1 Disegno della serra In uno ricerca condotta nel contesto montano andino da Garfi et al nel 2011 sono stati confrontati due tipi serre in cui alloggiare il digestore una a forma di cupola chiamata per semplicit D1 e un altra con il tetto a spiovente chiamata per semplicit D2 come nel progetto di studio per valutare l incidenza sulle temperature e sulla produzione di biogas La sperimentazione ha previsto l installazione di due impianti pilota perfettamente identici in Cajamarca Peru a 2800 m s l m I parametri di processo dei due digestori sono riportati in tabella 4 59 174 Tabella 4 59Parametri di processo dello studio condotto da Garfi et al del 2011 sul miglior disegno della serra di un digestore familiare Concentrazione dei solidi 906 OLR 227 m3 x d
26. R 04 kg S V riferito al volume totale m xd Fonte usata nel progetto 0 575 EUH La produzione di biogas media ottenuta l 86 di quella calcolata con 1 valori di laboratorio questo risultato da considerarsi molto buono dato il contesto semplificato le condizioni psicrofile e la miscelazione discontinua manuale Si pu dunque ritenere il processo di digestione prossimo alla completezza e considerare corretto 11 BMP di letteratura utilizzato in fase di progettazione Tuttavia bisogna anche considerare che il substrato in ingresso al digestore viene pesato con frequenza settimanale quindi non da escludere la possibilit che si sia alimentato un quantitativo maggiore di refluo rispetto a quello stabilito da progetto che puo far cadere le conclusioni appena esposte Confronto con i valori di letteratura Sono stati considerati gli stessi valori di letteratura precedentemente rielaborati per il periodo aprile giugno 2013 Tabella 4 35 Parametri considerati per il calcolo della produzione di biogas del secondo biodigestore con i valori di letteratura per il periodo giugno luglio 2013 e e e e e e e k l t b j Quantit di letame bovino in ingresso al biodigestore 2 UR did nini 18 1 tal quale elaborazione dei dati di letteratura tabella 4 12 Solidi Volatili 30 5 ST elaborazione dei dati di letteratura tabella 4 12 Produzione specifica di biogas 0 285 m biogas elaborazione dei da
27. a regime 161 4 4 Risultati della prova BMP dello sterco di porcellino d India In figura 4 43 stata riportata la produzione specifica media cumulata dei due campioni Porcellino A e Porcellino B ottenuta durante la prova di laboratorio che stata protratta da 30 a 43 giorni poich 11 valore misurato risultava molto basso In questo intervallo di tempo aggiuntivo sono stati prodotti circa 59 ml di CH in pi pari al 10 della produzione totale tuttavia per poter svolgere un confronto con 1 valori di letteratura stato utilizzato 11 valore riferito ai 30 giorni Il valore del BMP per lo sterco di porcellino d India stato calcolato sottraendo il contributo di biogas dell inoculo da entrambi 1 valori lordi cumulati e successivamente stata fatta una media divisa poi per 1 grammi di S V presenti nel campione Confronto fra il BMP di 30 e di 43 giorni ml CH4 g S V e BMP di 30 giorni Oooo O aM OOOO AN ex BMP di 43 giorni n m Dn Figura 4 43 Confronto fra il BMP di 30 e di 43 giorni Tabella 4 44 Valori ottenuti al termine della prova di laboratorio PRODUZIONE DI METANO lorda A PARTIRE DALLO STERCO DI PORCELLINO D INDIA ml Dopo 30 giorni Porcellino A Media E dS 519 7 Dopo 43 giorni Porcellino A Media 6023 Ss 5785 PRODUZIONE DI METANO netta depurata dal contributo dell inoculo A PARTIRE DALLO STERCO DI PORCELLINO D INDIA ml Dopo 30 giorni Porcellino A Media
28. alfalfa e Lettiera in pellets nel progetto solo gabbiette di legno e Prova condotta in mesofilia reattore ideale 105 Figura 3 46 Porcellini d India dello ZooMegastore di Cremona N E stato scelto il negozio di animali ZooMegastore di Cremona nelle vicinanze della Fabbrica della Bioenergia del Politecnico di Milano laboratorio in cui stata eseguita la prova I porcellini d India il cui numero variato dai 4 ai 6 durante il periodo di formazione del campione poich allevati per fini commerciali sono stati alimentati dal personale del negozio con 30 g al giorno di erba medica per un periodo di tre settimane Figura 3 47 Lettiera dei Figura 3 48 Separazione Figura 3 49 Campione tal quale porcellini d India manuale del campione da sottoporre alle prove preliminari Prove preliminari 1 A partire dalla lettiera di tre settimane stata fatta una separazione manuale di 150 g di sterco successivamente il campione stato pestato per omogeneizzarlo e infine pesato in una bilancia analitica chiusa con leggibilit 0 1 mg E molto importante annotarsi il peso di partenza 106 Figura 3 50 Pestatura e omogeneizzazione del Figura 3 51 Pesatura del campione campione 2 Il campione stato riposto in un contenitore di alluminio precedentemente riscaldato e poi raffreddato per eliminare gli eventuali residui di umidit e messo per circa un ora in stufa a 105 C per ottenere il valore di S T val
29. alimentazione 7 2 HRT 200 300 d 0 15 025 m m reattore Costo 180 University of Stuttgart Produzione di biogas Caratteristiche tipo del Glass Fiber Reinforced Plastics GRP Figura 2 22 Tipologia di reattore GRP attualmente in commercio in Cina In figura 2 22 viene riportata una tipologia di digestore attualmente in commercio in Cina proposta dalla Puxin il corpo principale del reattore composto da materiale plastico con un rinforzo in acciaio mentre il gasometro costituito da una camera in fibra di vetro Il digestore ha una capacit fra 1 6 e 1 10 m e il gasometro di 1 m Chen Y et al 2010 ut GRP Tabella 2 10 Confronto tra il digestore in cemento e quello in plastica GRP Conduttivit c Tipologia termica osto Materiali Manutenzione W Impianto m x K anni Digestore 20 1800 mattoni e muratura cemento Digestore 20 30 1700 rinforzata con fibre di FONTE Chen Y et al 2010 Argilla Plastica vetro 2 3 volte all anno Non necessita manutenzione 46 Dai dati riportati in tabella 2 11 si pu affermare che il GRP ha un coefficiente di conduttivit termico pi basso una durata maggiore e minore richiesta di manutenzione Durante le numerose campagne di promozione del biogas furono sviluppati dei sistemi integrati di diverso tipo Chen Y et al 2010 e Three in One eco agricultural model figura 2 23 che combina il d
30. carenza di alcalinit per tale ragione dall 1 8 2013 1l digestore stato alimentato con un minor O L R terza fase del monitoraggio dati ancora non disponibili pH del digestato del secondo reattore nelle due fasi del monitoraggio avviamento e regime euis pH del digestato del secondo biodigestore in aprile giugno 2013 exilium pH del 59 digestato del secondo 5 d to biodigestore in giugno luglio 2013 L o Oo vw 10 04 2013 15 04 2013 20 04 2013 25 04 2013 30 04 2013 05 05 2013 10 05 2013 15 05 2013 20 05 2013 25 05 2013 30 05 2013 04 06 2013 09 06 2013 14 06 2013 19 06 2013 24 06 2013 29 06 2013 04 07 2013 09 07 2013 14 07 2013 19 07 2013 24 07 2013 29 07 2013 Figura 4 36 pH del digestato del secondo reattore nelle due fasi del piano di monitoraggio 155 4 3 Confronto prestazionale tra i due biodigestori 4 3 1 Primo periodo di monitoraggio l avviamento aprile giugno 2013 Per poter confrontare l efficienza dei due digestori nella fase di avviamento ovvero da aprile a giugno 2013 stato necessario valutare l andamento della produzione giornaliera normalizzata sul volume del digestore rateo di produzione di biogas rappresentato in figura 4 37 Tabella 4 42 Parametri di processo dei due biodigestori durante la fase di avviamento 1 2 SOM EN BIODIGESTORE BIODIGESTORE di d 10 8 6 72 m Quantit di letame bovino 30 20 kg BMP ipotizzato valore di p
31. di avviamento per valutare altre possibili cause di un andamento cosi instabile con particolare attenzione nei giorni dal 7 9 maggio e 14 5 in cui non c stata alcuna produzione di biogas necessario analizzare le temperature interne del reattore e 11 pH del digestato assunto uguale a quello del volume liquido interno al digestore misurato con frequenza settimanale Temperatura media giornaliera in due punti all interno del volume liquido del primo digestore in aprile giugno 2013 eig temperatura media giornaliera dello slurry sensore superiore temperatura media giornaliera dello slurry sensore inferiore 08 04 2013 10 04 2013 12 04 2013 14 04 2013 16 04 2013 18 04 2013 20 04 2013 22 04 2013 24 04 2013 26 04 2013 28 04 2013 30 04 2013 02 05 2013 04 05 2013 06 05 2013 08 05 2013 10 05 2013 12 05 2013 14 05 2013 16 05 2013 18 05 2013 20 05 2013 22 05 2013 24 05 2013 26 05 2013 28 05 2013 30 05 2013 01 06 2013 03 06 2013 Figura 4 13 Temperatura media giornaliera all interno del primo reattore in due punti del volume liquido nel periodo aprile giugno 2013 Analizzando le temperature all interno del digestore grazie all installazione di due sensori uno nello strato superiore del reattore e un altro in quello inferiore si osservano comportamenti molto simili ad eccezione del giorno 21 5 data in cui il sensore superiore ha registrato un notevole decremento della temperatura del volume liquido 2
32. di fornire proposte migliorative per un ottimizzazione del processo su piccola scala nel settore agricolo in generale La struttura della tesi prevede un breve accenno alla digestione anaerobica una panoramica sullo stato dell arte dei piccoli impianti semplificati nei Paesi in via di sviluppo una descrizione del contesto di studio la presentazione del piano di monitoraggio la prova di metanizzazione a partire dallo sterco di porcellino d India e un confronto fra 1 due biodigestori I DIGESTIONE ANAEROBICA 1 1 1 2 1 3 1 4 Concetti generali Fasi del processo 1 2 3 1 2 1 Idrolisi e acidogenesi 1 2 2 Acetogenesi Metanogenesi Parametri di processo Substrati 1 3 1 LIZ 1 3 3 1 3 4 1 4 1 1 4 2 1 4 3 1 4 4 1 4 5 1 4 6 1 4 7 1 4 8 1 4 9 Temperatura pH Tempo di residenza idraulico HRT Carico organico volumetrico O L R Definizione di biomassa Parametri di caratterizzazione della biomassa Classificazione delle matrici Colture dedicate Energy crops Scarti dell industria agro alimentare FORSU Frazione Organica dei Rifiuti Solidi Urbani Fanghi di depurazione civile Effluenti zootecnici Codigestione I 5 Prodotti del processo 1 5 1 LOZ Biogas Digestato 1 6 Soluzioni impiantistiche 1 6 1 1 6 2 Principio di funzionamento Componenti di un digestore 1 7 Vantaggie svantaggi di questa tecnologia OO N N N A A WA A ALU LU t N N N N M Oo 14 14 17
33. di substrato e temperatura anche dagli strumenti di utilizzo del biogas Considerando che in Per come in altri Paesi in via di sviluppo il biogas utilizzato soprattutto in cucina diviene fondamentale valutare il tipo di bruciatore pi idoneo poich uno dei parametri che ha una forte influenza sull efficienza del sistema oltre alla pressione del gas dimensione e materiale dei tegami e distanza dalla fiamma Studi condotti sulle Ande Peruviane e contestualizzati al caso in esame hanno mostrato come con il tipo di bruciatore utilizzato nella cucina di Vilcabamba diffusore verticale si possa ottenere 1l maggior rendimento con una pentola di 18 cm di diametro e una distanza dalla fiamma di 2 cm Suggerimenti Si consiglia nell eventualit di costruzione di nuovi impianti di sfruttare il disegno della serra a forma di cupola risultata la migliore sotto ogni aspetto prestando tuttavia attenzione alla localizzazione dell impianto per sfruttare la massimo la radiazione solare Nei microimpianti come quelli di Vilcabamba diviene essenziale non alimentare il digestore con deiezioni ricche di residui antibiotici situazione differente accade nei grandi impianti a scala industriale come ampiamente riportato in letteratura quindi necessario prestare attenzione alla provenienza delle deiezioni e pianificare la vaccinazione somministrando l antibiotico solo a parte dell allevamento Sebbene la produzione di biogas a partire
34. dung fermentation A Floor level Slurry level Figura 2 12 Digestore tubolare plastico Plastic Figura 2 13 Componenti pr mepa di un digestore Tubular Digester tubolare plastico Questa tipo di reattore definito flusso pistone plug flow viene applicato principalmente per digestori di effluenti zootecnici liquidi e di piccola taglia in vasche longitudinali prive di miscelazione teoricamente la quantit di substrato in ingresso deve essere uguale alla quantit di digestato in uscita ma non sempre cos perch non si tratta di un sistema ideale ma reale I digestori a flusso pistone che trattano substrati liquidi inferiori al 10 di solidi totali possono essere soggetti a stratificazione quando le componenti pi pesanti sedimentano mentre 1l biogas favorisce la flottazione delle componenti pi leggere ad esempio le fibre organiche formando spesse croste e richiedendo interventi periodici di manutenzione del reattore Il digestore tubolare fu sviluppato negli anni 80 da Preston e Botero basandosi sul Taiwan model Essendo ridotti 1 costi di costruzione e di installazione questa tecnologia si rende appropriata per le applicazioni in famiglie povere in zone rurali negli stati in cui non vi siano stati supporti e sussidi nel settore del biogas Questa tecnologia si diffuse moltissimo in Vietnam e in Sud America 1 substrati in alimentazione sono prettamente liquami suinicoli e letame bovino 1 Automa
35. fibrosi 11 gasometro tende ad Nessun problema di ruggine se trattato incastrarsi nello strato di schiuma che si viene a creare sul pelo libero dei fanghi Digestore tubolare Baloon plants o Tubular plants L impianto costituito da una sacca di plastica polietilene o PVC alle cui estremit vi sono due tubi uno per l ingresso del substrato e uno per l uscita del digestato Nella parte centrale vi una tubazione che permette di trasportare il biogas fino al gasometro dove viene immagazzinato Il digestore se installato in regioni con elevata escursione termica notturna viene solitamente collocato in una fossa e protetto da una serra Questa struttura costruita in mattoni o legno e ricoperta da uno strato di materiale sintetico permette l isolamento termico affinch la digestione anaerobica non venga influenzata negativamente dall abbassamento della temperature invece se la regione d interesse tropicale occorre comunque fornire al reattore una struttura che lo possa riparare dalla elevata radiazione solare diretta dall intemperie e dagli animali 27 Biogas outlet entrance of effluent into Biobolsa Difference of in amp outlet level Gasholder exit of biogas into resevoir bag Slurry inlet Slurry outle ta b gt EV PUES 4 Mee Artis re niro vi in A E n AE mo oe J LI d LI i seh n1 gt H 452 ps o cts equ caa ZII VI exit of Biol e siete s water
36. in condizioni psicrofile 0 09 m biogas kg S V BMP di letteratura in condizioni psicrofile media dei valori di tabella 4 46 0 055 m biogas kg S V BMP di laboratorio in condizioni mesofile media dei valori di tabella 4 45 0 2 m biogas kg S V Il BMP di progetto superiore del 33 dei valori riscontrati da Garfi et al in condizioni e contesto simile ed 11 50 del valore ottenuto dalla prova di laboratorio in condizioni ottimali mesofilia pH neutro e aggiunta di sali con lo sterco di porcellino d India pretrattato triturazione manuale e diluizione in acqua Considerando 1 dati di progetto ovvero numerosit dell allevamento quantit di deiezioni giornaliere S T S V riportati in tabella 4 47 possibile confrontare la produzione di biogas potenziale ipotizzando un rendimento del 50 con 1 BMP di tabella 4 48 Tabella 4 49 Produzione potenziale di biogas in funzione del BMP di sterco di porcellino d India utilizzato PRODUZIONE POTENZIALMENTE OTTENIBILE BMP di progetto 0 514 m biogas in condizioni psicrofile d BMP di letteratura 3 r e 0 314 m biogas in condizioni psicrofile media dei valori di tabella 4 46 d BMP di laboratorio in condizioni mesofile media dei valori di tabella 4 45 d 1 142 M ogai La notevole differenza in termini di produzione di biogas consiste nel lavorare nei due regimi termici inoltre evidente che il BMP ipotizzato in fase progettuale sia stato sov
37. incrementare la debole pressione del biogas in uscita dal digestore Figura 3 35 Sistema di compressione a carrucola Figura 3 33 Posizionamento dell agrofilm Figura 3 34 Gasometro Sul gasometro installato in posizione verticale stata predisposta una carrucola per ricreare un movimento tipo pistone per comprimere il biogas stoccato permettendogli di raggiungere agevolmente 1 bruciatori della cucina quest ultima ubicata non lontano dal gasometro Nel progetto 1 gasometri e la cucina sono stati alloggiati in due vani separati ma con una parete in comune opportunamente forata per consentire il passaggio della tubazione di mandata 96 3 3 14 Installazione del contatore del gas del manometro e dei bruciatori Inizialmente il progetto l installazione del contatore a monte del prevedeva gasometro tuttavia si notato che il biogas in uscita aveva una pressione insufficiente per mettere in funzione l apparecchio Si pertanto optato per l ubicazione del contatore a valle del gasometro e per comodit s1 deciso di porlo in cucina Figura 3 37 Manometro Figura 3 38 Bruciatori adattati al funzionamento con biogas Figura 3 36 Contatore del gas Accanto ad esso stato posizionato un manometro in questo modo la signora del fattore incaricata di cucinare i pasti pu comodamente controllare il corretto funzionamento dell impianto verificando la pressione del bi
38. inferiore Escursione termica Escursione termica Temperatura max Temperatura min giornaliera nac Produzione media Produzione max Produzione min ROUIOOHOORDIORAS SEA e E m d udis d d Tabella 4 22 Efficienza del primo biodigestore in aprile giugno 2013 CONFRONTO TRA PRODUZIONE DI BIOGAS REALE E QUELLA IPOTIZZATA CON Valori di progetto 68 Valori di laboratorio Valori di letteratura Tabella 4 23 Parametri di valutazione del primo biodigestore in giugno luglio 2013 PRIMO DIGESTORE II FASE del monitoraggio fase di regime 8 6 2013 31 7 2013 cmperatura ambiente Temperatura medi emperatura ampiente P 13 8 C 32 15 6 C 11 7 C Temperatura interna del Temperatura medi volume liquido media fra strato superiore 24 3 C 26 1 C 23 6 C Escursione termica giornaliera Produzione media Produzione max Produzione min Produzione di biogas 0 686 m biogas 402 0 2 m biogas 1 014 m biogas d e d d Tabella 4 24 Efficienza del primo biodigestore in giugno luglio 2013 CONFRONTO TRA PRODUZIONE DI BIOGAS REALE E QUELLA IPOTIZZATA CON Valori di progetto 10 Valori di laboratorio 68 6 Valori di letteratura 134 Valutazione in funzione del substrato sottoposto a digestione fase di avviamento E possibile analizzare quale tipo di substrato sia il pi idoneo per il sistema oggetto di studio ovvero si pu valutare con quale dei due reflui zootecnici si raggiunge un rendimento maggiore poich 1
39. la Germania e quindi l arrivo del GTZ Gesellschaft fur Technische Zusammenarbeit venne istituito il Biogas Extension Service BES 1 cui obiettivi molto simili a quelli della CAMARTEC prevedevano inoltre di costituire un team di tecnici tra cui esperti sociologi meccanici ed ingegneri 37 Nel 1990 erano presenti 200 biodigestori costruiti all interno del programma BES e al 92 furono registrati 600 impianti in tutta la Tanzania Ci furono altre due associazioni coinvolte nel progetto di diffusione del biogas quali la chiesa mediante l organizzazione ELCT Evangelical Lutheran Church of Tanzania e il Ministry of Water Energy and Minerals questi non collaborarono n con il BES n fra di loro a causa della diversit di prospettive Mwakaje A G 2008 Nel 1988 la ELCT forniva il 50 dell investimento iniziale per digestori a cupola fissa a quelle famiglie che possedevano almeno due vacche La divergenza d idee si fondava sulla inaccessibilita dei digestori proposti dalla CAMARTEC per gli agricoltori in quanto troppo cari La novit introdotta rispetto agli Paesi in via di sviluppo analizzati in questo studio bibliografico fu quella della standardizzazione non solo dello schema dell impianto tipologia a cupola fissa volumetrie offerte 8 12 16 30 50 m ma anche delle procedure amministrative con I introduzione di garanzie sul funzionamento del biodigestore 2 anni ISAT e GTZ En Biogas D
40. m3 biogas 0 063m3biogas DLE Lu 22 202 riferito al volume totale questa quantit insufficiente 4 5 individui di cui si pu stimare un fabbisogno teorico in cucina di circa Si pu valutare il contenuto energetico del biogas ottenuto mediante la formula proposta da Fantozzi F e Buratti C nel 2009 Q Ven X Pen X PClcg Dove Q energia prodotta MJ Vey volume di metano nel biogas in condizioni normali Nm 0 715 2 m PClcg potere calorifico inferiore del metano Pcy densita del metano 50 MJ k E Per poter valutare 1l contenuto energetico del biogas bisogna portarsi nelle condizioni normali ovvero effettuare una trasformazione della temperatura da 16 6 C media del periodo a 0 C mediante la legge dei gas perfetti 11 volume di metano ipotizzando una concentrazione del 60 0 38 Nm biogas nel biogas ottenuto in condizioni normali e di con un contenuto energetico di 13 58 MJ 2 3 Confronto con i valori di progetto Tabella 4 4 Parametri di progetto considerati per il calcolo della produzione di biogas del primo digestore a d Solidi Totali m valore di letteratura CEPIS valore di letteratura CEPIS Rn 0 35 m biogas kg S V 1 35 35 partire dai liquami suini luglio agosto 2012 Quantit di liquame in alimentazione al biodigestore 1 valore di letteratura CEPIS A dala 3 bi Produzione per m di reattore 0 125 m bi
41. mantiene il calore durante l inverno e lo rilascia durante l estate conservando una temperatura fresca in tutte le stagioni Pu sciogliersi con la pioggia per cui generalmente richiede una manutenzione continua che solitamente si effettua con strati di fango Figura 3 5 Adobes in essicazione al sole Legno di eucalipto Eucalyptus globulu Originario del Sud Est asiatico tra 11 Nuovo Galles del Sud e la Tasmania stato importato alla fine del secolo XIX dall Australia per arginare il dissesto idrogeologico date le robuste e profonde radici e come materiale da costruzione delle traversine della rete ferroviaria allora in costruzione 720 k 0 er ee P DE l x J viene impiegato in edilizia poich leggero ma molto resistente m Di bassa densit 78 3 1 3 Installazione e costi L installazione del digestore tubolare plastico pu essere effettuata autonomamente dall utente senza la necessit di personale tecnico Tutte le operazioni possono essere eseguite manualmente con il supporto di strumenti comuni e mediamente due persone possono installare un digestore familiare 5 10 m in 2 3 giorni La semplicit di costruzione permette una trasmissione diretta della conoscenza esperienza da campesino a campesino AI contrario un digestore come quello a cupola fissa richiede l aiuto di esperti per eseguire correttamente l installazione ed allo stesso tempo aumentano 1 costi L investimento inizial
42. medie e grandi dimensioni ben lontani dall applicazione su piccola scala per soddisfare le necessit quotidiane delle famiglie giamaicane 2 7 4 SUD AMERICA Nonostante in America Latina non ci fossero stati dei veri e proprio programmi nazionali per la diffusione del biogas ci furono differenti applicazioni di biodigestori in Bolivia Brasile Colombia ed Equador Herrero J M 60 Bolivia Nel 1986 il GTZ in collaborazione con l Universidad Mayor de San Simon UMSS diede origine al primo progetto di diffusione del biogas in Bolivia Con l uscita di scena del GTZ nel 1990 il progetto venne incluso nel Bolivian Special Energy Programme il cui fine era incorporare 1 biodigestori nella produzione agricola per costituire un Integreted Farming System ISAT e GTZ En Biogas Digest Volume IV 1999 con il raggiungimento di questo obiettivo si poteva assicurare una produzione decentralizzata di energia e di fertilizzante naturale migliorare le condizioni di vita delle fasce pi deboli e ridurre 1l fenomeno della deforestazione Le attivit principali in Bolivia sono l agricoltura e l allevamento come mostrato nella tabella 2 15 con le stime ottenute dal censimento degli allevamenti boliviani s1 pu affermare che sono potenzialmente realizzabili 170 000 biodigestori KTH Royal Institute of Technology 2012 www kth se Tabella 2 14 Risultati del censimento degli allevamenti in Bolivia CENSIMENTO DEL NU
43. molto sottovaluta Kiplagat J K et al 2011 36 Marocco Le prime attivit riguardanti il biogas risalgono al 1983 grazie ad un accordo fra 11 CDER Centre de Developpement des Energie Renouvellables e l ORMVA Office R gionale de Mise en Valeur Agricole di inviare in Cina all epoca gi all avanguardia tre esperti marocchini per poter partecipare ad un corso di formazione sul biogas ISAT e GTZ En Biogas Digest Volume IV 1999 Dal 1983 al 1990 vennero costruiti dall ORMVA 60 impianti a cupola fissa per scopi dimostrativi successivamente il Ministero dell Agricoltura 11 CDER e l ORMVA s impegnarono in una collaborazione sinergica per diffondere 1 biodigestori fu 1stituito anche un centro di formazione all Ecole Nationale de Agricoltura Dai sondaggi condotti dal CDER risultavano 255 reattori installati a cupola fissa con una capacit media di 10 m e due biodigestori di grandi dimensioni uno costruito dal CDER con un volume di 150 m per scopi di ricerca e uno per la comunit di Marrakesh anch esso di 150 m Il sondaggio condotto dall ORMVA della regione South Mass stim in funzione del numero di allevamenti presenti una potenzialit di 20 000 biodigestori di cui ipoteticamente 7 146 di 12 m 4 422 di 20 m 4 584 di 30 m 2 346 50 m e 1 416 di 85 m ISAT e GTZ En Biogas Digest Volume IV 1999 L impegno degli enti locali ma anche di associazioni straniere come UNICEF e GTZ venne ge
44. per evitare l infiltrazione di aria nei digestori in cui il processo avviene all aperto la schiuma che si forma sul pelo libero che garantisce l anaerobiosi I reattori di tipo indistriale sono solitamente provvisti di dispositivi di agitazione e di riscaldamento per migliorare la resa di biogas Gasometro Il serbatoio di raccolta del gas chiamato gasometro pu rappresentare una parte del digestore stesso formando una cupola di gas oppure una struttura separata collegata tramite una tubazione al digestore E fondamentale predisporre una valvola di non ritorno che impedisce le inversioni di flusso nel digestore e una valvola di sicurezza a pressione che permette la fuoriuscita del gas quando il serbatoio completamente riempito 19 1 7 Vantaggi e svantaggi di questa tecnologia La filiera di produzione del biogas oramai abbastanza consolidata a tal punto da poter individuare chiaramente 1 diversi benefici nel trattamento delle matrici organiche a fini bioenergetici Nella tabella 1 21 sono riportati 1 principali benefici inquadrati riguardo ai quattro aspetti fondamentali economici energetici ambientali e rispetto al trattamento dei reflui Tabella 1 21 Vantaggi e svantaggi della digestione anaerobica BENEFICI RISPETTO AL Processo naturale di trattamento dei Processo con produzione netta di rifiuti energia Richiede minori trattamenti rispetto al Genera un combustibile rinnovabile di compostaggio alta qualit
45. pi in generale Ci sono milioni di piccoli impianti in tutti 11 mondo figura 2 16 questa tecnologia si diffusa specialmente in Asia ma anche in America Latina e in Africa grazie a donatori programmi di sviluppo e cooperazione estera Buysman E et Mol A P J 2013 In India il biogas ha rimpiazzato 6 milioni di tonnellate di legna e in Cina 7 milioni di piccoli impianti riforniscono il 4 della popolazione in questi due Paesi il biogas una tecnologia ormai consolidata Mwakaje A G 2008 Tuttavia bisogna prestare attenzione nel considerare il numero di digestori installati come indice di valutazione della diffusione altrettanto necessario aver un dato sul numero di impianti realmente funzionanti Ni J Q et Nyns E J 1995 infatti una mancata manutenzione o difetti tecnici si ripercuotono sull operativit del sistema complessivo Buysman E et Mol A P J 2013 Segue un analisi bibliografica dello stato di fatto dei piccoli impianti di biogas nei Paesi in via di sviluppo 32 Small Scale Anaerobic Digesters 100000000 10000000 1000000 100000 10000 Gio 1000 a a 100 Figura 2 16 Istantanea della situazione degli impianti semplificati nel Mondo Herrero J M 2010 2 7 1 AFRICA Il continente africano ha bisogni energetici nettamente superiori di quelli dei Paesi sviluppati in quanto l energia gioca un ruolo fondamentale nella crescita di uno stato in tutti gli asp
46. realizzare una decina di piccoli impianti di digestione anaerobica per la produzione di biogas distribuiti omogeneamente sul territorio provinciale di Grau con l obiettivo di sopperire alla mancanza di fonti energetiche pulite e rinnovabili a basso costo Al momento le fonti primarie impiegate per la cottura dei cibi e la generazione di calore nell ambito domestico sono le biomasse legnose le quali secondo uno studio condotto dalla Organizzazione Mondiale della Sanit sono una delle fonti principali di malattie respiratorie e di mortalit nelle famiglie contadine Al contempo parte del biogas prodotto sar Impiegato per la produzione di energia elettrica per altri usi domestici mediante un motore a combustione adattato per il funzionamento a biogas Inizialmente le attivit sono state concentrate nella localit di Vilcabamba con l installazione di due impianti come mostrati in figura 2 41 Al momento del mio coinvolgimento il progetto era in fase di avviamento il primo era stato avviato nel giugno del 2012 con buoni risultati 72 d s T rere E beim gt 1 g on a a r EA ss Cico ee ia gt re Sea Y dans f g 7 e go 5 Figura 2 41 Situazione del progetto al mio arrivo Gli obiettivi definiti da progetto sono e Produrre biogas utilizzabile come combustibile alternativo alle biomasse ligno cellulosiche per la cottura del cibi a partire dal primo biodigestore e Gene
47. scuole e negli uffici ISAT e GTZ En Biogas Digest Volume IV 1999 Nel 1993 il Directorat G n ral d Eau et d nergie DGEE durante un sondaggio registr 206 impianti su piccola scala la maggior parte compresi fra i 4 e i 16 m e 84 su grande scala gt 100 m il 100 di questi impianti era perfettamente funzionante nel 2004 Nonostante questo Paese abbia un clima tropicale situato approssimativamente 3 sotto l equatore la sua morfologia collinare montuosa influisce sulle temperature interne al reattore nel quale si registrano valori massimi di 20 C per tale ragione le volumetrie dei digestori sono maggiori per permetter una corretta degradazione del substrato alimentato In Burundi si diffuse soprattutto il digestore a cupola fissa realizzato in mattoni con una 0 1 m bi produzione media di biogas stimata all incirca T 47 ISAT e GTZ En Biogas Digest Volume IV 1999 La diffusione ebbe successo grazie alla formazione del personale specializzato all istituzione di 1m reattore x d un apposito ente e alla creazione di un banco di credito per l investimento 34 Costa d Avorio Nel 1980 con la collaborazione del GTZ vennero installati 1 primi due biodigestori nella regione del Korhogo questi di tipo tubolare erano alimentati con 1 residui di un macello per produrre energia elettrica da riutilizzare all interno della stessa azienda Successivamente nel 1982 vennero costruiti alt
48. sostanza secca inferiori e concentra in s 1 composti solubili tra cui l azoto in forma ammoniacale a pi pronto effetto concimante La quantit di digestato che risulta dal processo pari in prima approssimazione alla quantit di effluente utilizzato meno la quantit di biogas prodotto bilancio di massa Tabella 1 18 Caratteristiche medie di alcuni digestati CARATTERISTICHE MEDIE DI ALCUNI DIGESTATI Sostanza Sostanza Azoto Azoto Potassio Matrici caricate totale i HP secca organica ammoniacale kg K3 O all impianto 1 S T EJ Nor UY Liquame suino 2 4 40 60 2 5 70 85 0 5 4 15 5 Liquame bovino 4 8 65 80 2 4 5 40 65 1 2 2 2 5 6 Colture energetiche pi sotto prodotti agro industriali 5 10 65 80 3 5 7 30 65 3 8 FONTE Vismara R et al Biogas da agrozootecnia e agroindustria Nel digestato di origine zootecnica la quota maggiore dell azoto in forma ammoniacale mentre per quelli derivanti dalle colture energetiche prevale ancora l azoto organico 17 Tabella 1 19 Caratteristiche delle frazioni solide dei liquami suini e bovini COMPOSIZIONE DELLE FRAZIONI SOLIDE DEI DIGESTATI DI ORGINE ZOOTECNICA Sostanza Sostanza Azoto Fosforo Potassio secca organica totale ammoniacale kg P 0 Matrici caricate ke K O all impianto Ex 9 9 S T 5 mr t t Liquame bovino 14 26 80 90 20 40 FONTE Vismara R et al Biogas d
49. x a UM TUM Sade n T E ue XP eie 2 2 dois e a 3 4 23s 24 st L tayy a os E dir eran scd IM pe sa bf pd fa sagt cd a k ONTI dl P D Vd X dt s i ps Figura 4 50 Risultato della sperimentazione dopo 3 settimane 10 dicembre 2012 Successivamente il 26 dicembre 2012 sono state svolte le analisi di laboratorio 1 cui risultati sono riportati in tabella 4 54 Figura 4 51 Alloggiamento dei campioni di biol per il trasporto da Vilcabamba a Cusco sede del laboratorio di analisi 170 Tabella 4 54 Risultati delle analisi sul digestato liquido ottenuto dal primo digestore nel dicembre 2012 CARATTERISTICHE DEL BIOL FRESCO A PARTIRE DAI LIQUAMI SUINI OTTENUTO DAL PRIMO BIODIGESTORE ANALISI DI LABORATORIO Parametro analizzato Solidi totali j 7 5 Solidi volatili Azoto totale P20 Fosforo z K5O Potassio LL T g L T 1 1 L m L e 01 3 Il parametro pi importante che conferisce ad un digestato chiarificato le propriet fertilizzanti la concentrazione di azoto totale in particolare N NH3 si evince dalla tabella 4 54 riportante 1 risultati delle analisi di laboratorio eseguite sui diversi campioni di biol fresco che le concentrazioni di azoto sono un ordine di grandezza inferiore rispetto agli standard forniti dal C R P A tabella 4 53 il confronto pu essere svolto se si ipotizza una densit del digestato pari a quella dell acqua Questo pu anche
50. 0 665 m biogas 03 eS 0 2 d J age 68 70 rispetto ai valori di progetto Efficienza 66 68 rispetto ai valori di laboratorio Rapporto di diluizione 3 136 Temperatura ambiente medie orarie nei due periodi di studio confrontati fase di avvimamento e di regime Temperatura media oraria ambiente aprile giugno Temperatura media oraria ambiente luglio agosto 2013 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Figura 4 20 Temperatura ambiente media oraria nei due periodi di studio confrontati fase di avviamento e di regime Temperatura media oraria all interno della serra nei due periodi di studio confrontati fase di avvimamento e di regime Temperatura media oraria interno serra aprile giugno 2013 Temperatura media oraria interno serra giugno luglio 2013 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Figura 4 21 Temperatura media oraria all interno della serra nei due periodi di studio confrontati fase di avviamento e di regime 137 Produzione di biogas del primo digestore in fase di avviamento e di regime Produzione di biogas del primo digestore in aprile giugno 2013 Erra e e ST e eje Produzione di biogas in giugno luglio 2013 ym ae 13 05 2013 i 08 04 2013 13 04 2013 18 04 2013 23 04 2013 28 04 2013 03 05 2013 08 05 2013 18 05 2013 23 05 2013 28 05 2013 02 06 2013 07 06 2013 12 06 2013
51. 0 665 m Moans lt La produzione ottenuta il 53 del valore calcolato a partire dai dati di letteratura questo pu essere dovuto al minor quantitativo di S T nel letame da 18 al 16 valore dell analisi di laboratorio e ad una sovrastima del BMP ottenuto con la rielaborazione dei dati bibliografici Inoltre bisogna tenere presenti le altre possibili cause o Il sistema non giunto all equilibrio dopo il mese di avviamento riavviato a met febbraio a causa dell immissione nel reattore di sterco con residui di antibiotici o Digestione anaerobica non completa a causa di sistemi di miscelazione discontinua manuale o Carico organico in alimentazione O L R non sempre costante quantitativo pesato con frequenza settimanale La produzione giornaliera di biogas nel periodo di studio ha un andamento fluttuante come mostrato in figura 4 9 questo pu essere dovuto alla fase di avviamento che mediamente dura tre mesi Pedraza G et al 2002 La produzione ottenuta dal 15 5 eccede spesso 1 valori di progetto causa di un probabile aumento del quantitativo di substrato sottoposto a digestione pesato solo con frequenza settimanale 123 T07 90 T0 T07 50 0 ET07 50 87 ET07 50 97 9 come gi ET 9 T 9 1 T S 0 1 5 87 124 2013 2013 T0c S0 vC T s 9c 17 7 ET07 50 77 T s vc giugno T07 50 07 T S 7Z giugno T07 50 8I 1 5 07 T S 8T T
52. 00 000 milioni di capi stima del Departement of Livestock Development del 2012 venivano 54 messi a discarica o gettati in corsi d acqua causando la riduzione di ossigeno disciolto un aumento della concentrazione dei nutrienti e un maggior tasso di trasmissione di malattie L obiettivo del governo tailandese di raggiungere entro il 2022 il 14 di energia prodotta da fonti rinnovabili tra le quali primeggia il biogas essendo purtroppo ancora trascurabili 1 contributi del solare dell eolico e del geotermico Aggarangsi P et al 2013 La Tailandia ben si presta all applicazione di questa tecnologia sia per il clima mite e per 1 numerosi allevamenti sul territorio sia per il continuo supporto da parte del governo Inoltre anche 1 residui agro industriali prodotti in notevoli quantit e idonei per essere sottoposti a digestione rendono questo Paese un futuro leader nel campo del biogas tuttavia l impiego di questi substrati ancora molto sottovalutato in Thailandia sebbene quello agro industriale sia un settore trainante Un ulteriore vantaggio per questo Paese sarebbe un eventuale reimpiego del digestato che potrebbe sopperire l acquisto dei fertilizzanti chimici che devono tutt oggi essere importati dall estero Vietnam Sebbene le prime applicazioni sul biogas in Vietnam risalgano agli anni 60 nella regione del Mekong Delta solo negl ultimi 30 anni stata registrata una notevole diffusione Nguyen et
53. 041 m biogas Liquame suino kg tal quale 0 048 m biogas Sterco di porcellino d India kg tal quale Risulta chiaro che lo sterco di porcellino presenta il potenziale maggiore se si ci si riferisce ad un kg tal quale come mostrato in tabella 4 51 tuttavia ai fini gestionali necessario anche tenere presente la quantit di sterco per peso vivo e quindi la numerosit dell allevamento come riportato in tabella 4 52 ipotizzando un fabbisogno giornaliero di 1 m di biogas un rendimento del 50 una volumetria di 6 72 m del secondo reattore e temperature in campo mesofilo si pu svolgere un confronto in funzione del O L R della quantita di sterco necessaria e del numero di animali di cui si deve disporre 166 Tabella 4 52 Confronto fra i vari tipi di reflui zootecnici in funzione del O L R della quantita indispensabile di sterco e del numero di animali necessari i Quantit di N di TIPO DI REFLUO sterco tal quale EN 1 animali 7044 Liquame suino Sterco di porcellino d India BMP ottenuto in laboratorio mesofilia Il BMP ipotizzato in fase progettuale stato chiaramente sovrastimato in quanto la numerosit del campione prevista genererebbe la produzione di biogas in regime mesofilo e in condizioni ideali Molto probabilmente 11 BMP da utilizzare in fase progettuale per essere a favore di sicurezza quello di letteratura poich ottenuto in condizioni sito specifiche e
54. 07 08 2012 08 08 2012 09 08 2012 10 08 2012 11 08 2012 12 08 2012 13 08 2012 14 08 2012 Figura 4 3 Temperatura ambiente media giornaliera di luglio agosto del 2012 Temperatura ambiente oraria di luglio agosto 2012 29 1 29 9 30 2 Figura 4 4 Temperatura ambiente oraria di Vilcabamba di luglio agosto del 2012 116 In figura 4 4 stata fatta una media a partire dai dati orari di temperatura per il periodo dal 18 7 2012 al 14 8 2012 ottenendo una stima dell escursione termica media giornaliera di circa 23 C valore gia riscontrato in alcuni studi simili condotti nel contesto montano andino Ferrer I et al 2011 Alvarez R e Liden G 2007 Per ridurre l escursione termica fra il di e la notte e per aumentare le temperature di processo nonch evitare un deterioramento del digestore dovuto all esposizione di eventi atmosferici stata realizzata una serra questa struttura stata sperimentata nel 2009 da Poggio D et al e riportata nell articolo del 2011 di Ferrer et al Figura 4 5 Interno della serra L efficacia della serra mostrata dall andamento pressoch costante della temperatura del volume liquido interno al reattore 25 C Figura 4 6 Temperatura media oraria del volume liquido del primo digestore valutata in due punti in luglio agosto 2012 Temperatura slurry sensore superiore mie Temperatura slurry sensore inferiore 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22
55. 0c 50 91 T S 9T ET07 50 VI Psi T S vT ETOZ SO ZT s T S ZT T0c S0 OT T S OT T07 50 80 13 4 1 5 8 T0Z S0 90 PY Ne aZ mdi lw f 4 10 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 T S 9 T0c SO VO r s v T0c S0 c0 r s c T07 70 0 T v O TOc vO 8c T v 8c TOc v0 9c I v 9c 2 O TOc vVO VC T v vc TOc vo cc T v 7Z TOc v0 OC mine 10Z v0 8T T0Z v0 9T TOZ VO VT TOZ VO c1 TOZ V0 OT T0Z v0 80 N sto 0 cd c O0 00 PF Oo WY a e e oe oe OoOocococ T v Oc I v 81 Figura 4 9 Produzione di biogas del primo digestore in aprile giugno 2013 P T v 9T p LV Q Q c C m g9 g D 2 E un Q gt UD O O an O D T u Q 9 V D BO a o D e 2 o i gt o z B a ET v vT L 15 5 T v c1 T v OT WM WM Co CN SN T v 8 stato fatto per lo stesso digestore per l anno 2012 bisogna analizzare ed elaborare 1 dati ottenuti dai 4 sensori di temperatura che acquisiscono la misura ogni ora e la memorizzano in un I valori medi di temperatura ambiente calcolati su base giornaliera sono rappresentati in figura Per capire se ci sia una correlazione tra la temperatura esterna e la produzione di biogas datalogger Figura 4 10 Temperatura ambiente media giornaliera in aprile giugno 2013 La temperatu
56. 1 11 Valori di BMP in letteratura per i liquami bovini BMP FONTE m biogas REGIME TERMICO kg S V C R P A Danieli e Aldovrandi 2017 Angelidaki e Ellegard 2003 Del Risco et al 2011 Labathut et al 2071 IPCC 1997 Vedrenne et al 2008 Moller et al 2004 OEKOTOP e GTZ Morris et al 1997 Bryant et al 1976 Ferrer et al 2011 PSICROFILIA 20 25 C I liquami bovini sono caratterizzati da valori di BMP di letteratura che oscillano da 0 29 m biogas 0 49 m biogas OE Ho 4 0 4m3 biogas M in condizioni di mesofilia con un valore medio di 2 kg S V kg S V kg S V Per quanto riguarda il regime psicrofilo il valore di produzione specifica medio di 0 25 m biogas kg S V Liquame suino Gli effluenti provenienti da allevamenti di suini vengono definiti liquami in quanto caratterizzati da un contenuto di sostanza secca che varia dell 1 al 6 e da una concentrazione di sostanza organica estremamente variabile 60 70 questo imputabile alle differenti metodologie di allevamento 3 4kg peso vivo x a La specie analizzata non mangia paglia e possiede solo uno stomaco a differenza delle vacche La produzione giornaliera di sterco per peso vivo approssimativamente quindi escretano materiale non fibroso pi prontamente degradabile Generalmente 11 progettista che sceglie un opportuno HTR spesso 20 25 d che pi breve di quello per il tratt
57. 13 24 07 2013 26 07 2013 28 07 2013 30 07 2013 en ed O N x 0 O x N Cnn Figura 4 18 pH del digestato del primo reattore in giugno luglio 2013 Valori del pH che decrescono e si stabilizzano in campo acido sono sintomo di un sovraccarico del sistema e uno spostamento a favore della fase acidogenica con produzione eccessiva di acidi grassi che inibiscono la biomassa in particolare 1 batteri metanigeni per tale ragione stato deciso di diminuire il substrato in ingresso da 30 a 20 kg e di diluirlo con il bio 100 L in sostituzione dell acqua di rete a partire dall 1 8 2013 inoltre possibile supporre valori bassi di alcalinit del substrato tuttavia per poterne essere sicuri sarebbe necessario valutare il rapporto tra acidi grassi dato mancante e alcalinit dato di laboratorio misurato come CaCO3 132 Temperatura media giornaliera all interno del primo reattore valutata in due punti del volume liquido in giugno luglio 2013 temperatura slurry superiore e im temperatura slurry inferiore 08 06 2013 10 06 2013 12 06 2013 14 06 2013 16 06 2013 18 06 2013 20 06 2013 22 06 2013 24 06 2013 26 06 2013 28 06 2013 30 06 2013 02 07 2013 04 07 2013 06 07 2013 08 07 2013 10 07 2013 12 07 2013 14 07 2013 16 07 2013 18 07 2013 20 07 2013 22 07 2013 26 07 2013 28 07 2013 30 07 2013 01 08 2013 Figura 4 19 Temperatura media giornaliera all interno del primo reattore valutata i
58. 19 07 2012 20 07 2012 21 07 2012 22 07 2012 23 07 2012 24 07 2012 25 07 2012 26 07 2012 27 07 2012 28 07 2012 29 07 2012 30 07 2012 31 07 2012 01 08 2012 02 08 2012 03 08 2012 04 08 2012 05 08 2012 06 08 2012 07 08 2012 08 08 2012 10 08 2012 11 08 2012 12 08 2012 13 08 2012 14 08 2012 Figura 4 2 Produzione di biogas del primo digestore in luglio agosto 2012 115 La produzione di biogas rappresentata in figura 4 2 mostra un andamento molto variabile tendente alla decrescita questo malfunzionamento puo essere causato da un processo di digestione non completo Tale comportamento non puo essere imputato alle condizioni meteorologiche in quanto da studi di laboratorio condotti ad alta quota emerso che la temperatura il principale parametro influente la produzione di biogas seguita poi da HRT e dalla concentrazione di S V nel substrato non si sono invece rilevate relazioni con la pressione Alvarez R et al 2005 infatti luglio e agosto sono mesi della stagione secca maggio settembre caratterizzati da forte 6 65 kWh insolazione m xd e temperature costanti come mostrato in figura 4 3 Temperatura ambiente media giornaliera di luglio agosto 2012 18 07 2012 19 07 2012 20 07 2012 21 07 2012 22 07 2012 23 07 2012 24 07 2012 25 07 2012 26 07 2012 27 07 2012 28 07 2012 29 07 2012 30 07 2012 31 07 2012 01 08 2012 02 08 2012 03 08 2012 04 08 2012 05 08 2012 06 08 2012
59. 2010 in cui il clima l economia ed le infrastrutture giocarono un ruolo STI CINA significativo rispetto alle regioni del nord del Paese piu fredde e piu povere Nel 2007 erano presenti 26 5 milioni di impianti sparsi comunque in tutto il Paese con una produzione di 10 5 miliardi di m che consentivano il risparmio di 100 milioni di Figura 2 20 Regione di Sichuan tonnellate di carbone l anno principale fonte energetica del Paese Chen Y et al 2010 La storia del biogas in Cina puo essere ripartita in 4 fasi FASET Nel 1880 circa furono eseguiti 1 primi esperimenti in Guandong Nel 1920 Mr Luo Guorui invent in Taiwan il primo digestore rettangolare e successivamente fond in Shangai la prima compagnia per la commercializzazione dei biodigestori Chinese Guorui Biogas Company FASE II Ci fu una programma di diffusione nella citt di Wuchant nel 1958 Sebbene fosse stato sviluppato un altro tipo di impianto venne comunque adottato quello della compagnia di Mr Guorui poich risultato pi efficiente infatti 1 100 000 reattori costruiti furono smantellati a causa di difetti tecnici FASE III l effettiva diffusione viene stimata agli inizi del 1970 con la crisi energetica solo procapite x d alimentari 122 kg bi T it S a legna e carbone delle quali il 66 sfruttate per necessit Con il contributo del governo che sottoline il potenziale dell impiego del biogas nelle zone a vocazio
60. C nella parte alta del digestore a fronte di una variazione della temperatura esterna di 0 5 C inoltre da questo giorno a seguire si osserva una diminuzione delle temperature rilevate dal sensore posto nello strato superiore del volume liquido che si avvicinano e assumono lo stesso trend di quelle misurate nelle strato inferiore Le temperature medie interne del volume liquido per questo periodo sono riportate in tabella 4 14 Tabella 4 14 Temperature medie giornaliere del volume liquido nel primo digestore aprile giugno 2013 TEMPERATURE MEDIE ALL INTERNO DEL REATTORE PERIODO APRILE GIUGNO 2013 Strato superiore 29 C Strato inferiore 27 3 C 0 4 126 pH del digestato del primo biodigestore in aprile e T SUE e J o o cn ec ce cn cn cn cn cn um ec ed ld ed e ed O O O O O O O N N N N N N N N gt NS x St St st L L L L L O O O O O O O NS oo x x NS NS 2 Qu Figura 4 14 Valori di pH del digestato del primo reattore nel periodo in aprile giugno 2013 I valori di pH misurati con frequenza settimanale oscillano in campo neutro acido con una media di 6 76 0 35 questa misura stata considerata insieme di produzione di biogas come indice di valutazione dell efficienza processo Tenendo presente in generale che Il pH ottimale in un range tra 7 8 Un pH basico gt 8 comporta un inibizione della crescita batterica e
61. Carretera en proyecto Carretera afirmada Carretera pavimentada Ferrocarril Capital departamental Capital de provincia Otras poblaciones 35 han 68 Aspetti ambientali La tutela dell ambiente un settore molto trascurato in Apurimac questo dimostrato dalla carenza di studi e assenza di sensibilizzazioni della popolazione locale sul tema mentre sono molteplici e sempre pi gravi 1 problemi di degrado del paesaggio acqua aria e suolo a seguito di un ammodernamento o dell intensificazione della pressione economica La penetrazione di prodotti industrializzati contenitori usa e getta imballaggi pubblicit implica un sostanziale aumento nella produzione di rifiuti la cui raccolta trattamento e stoccaggio quasi inesistente infatti consuetudine imbattersi in cumuli di immondizia anche dentro 1 centri abitati Questo spiegabile dalla mancanza di coscienza civica e il disinteresse da parte delle autorit sul problema in quanto non sono in progetto neanche discariche Inoltre la raccolta e lo stoccaggio di rifiuti ospedalieri batterie esplosivi e sostanze infiammabili avvengono in maniera parziale ed incontrollata Figura 2 37 Cumulo di rifiuti nello scenario montano andino Le acque reflue non sono sottoposte ad alcun trattamento e vengono direttamente scaricate nei corsi d acqua superficiali che s1 riversano nei fiumi lagune e paludi ci induce l inquinamento delle fonti di acqua potabile l acqua alimen
62. ELLA IPOTIZZATA CON Valori di progetto Valori di laboratorio Valori di letteratura Tabella 4 39 Parametri di valutazione del secondo biodigestore in giugno luglio 2013 SECONDO BIODIGESTORE II FASE del monitoraggio regime 8 6 2013 31 7 2013 cmperatura ambiente Temperatura media emperatura ampiente P 13 8 C 32 15 6 C 11 7 C Temperatura del Temperatura media volume liquido media fra strato 20 6 C 22 C 19 9 C superiore e inferiore Escursione termica giornaliera 18 5 C 24 8 C Produzione di biogas 0 575 m biogas 0 25 1 19 m biogas 0 134 m biogas d n Ste d d Tabella 4 40 Efficienza del secondo biodigestore in giugno luglio 2013 CONFRONTO TRA PRODUZIONE DI BIOGAS REALE E QUELLA IPOTIZZATA CON Valori di progetto Valori di laboratorio Valori di letteratura 152 Valutazione delle prestazioni del secondo biodigestore nelle due fasi del monitoraggio avviamento e regime Confrontando le prestazioni del secondo biodigestore nelle due fasi del monitoraggio tabella 4 41 si osserva che sia la produzione di biogas che l efficienza rispetto ai valori di progetto e di laboratorio di poco superiore nella seconda fase inoltre le temperature medie giornaliere ambiente e all interno della serra riportate in figura 4 33 e 4 34 sono minori e quindi meno favorevoli allo svolgimento del processo Tutto ci porta a ritenere che durante la seconda fase del piano di monitoraggio il digesto
63. ESTORE eT Cupola fissa Tamburo galleggiante Tubolare plastico Apparenza CO 1000 1800 1600 1900 600 d installazione d uso ini Da semplice a Facilit Complessa complessa a seconda Semplice d installazione e l delle varie tipologie DE on Massimo 20 anni Massimo 15 anni Massimo 10 anni dell impianto Numero minimo di 2 4 3 4 2 bovini Peduenoa di Ridotta Ogni 3 4 anni Ogni anno manutenzione 2 4 Condizioni di applicabilit Per un corretto funzionamento del digestore semplificato si deve tenere conto di alcuni fattori che posso compromettere il regolare svolgimento della digestione anaerobica tra 1 quali 1 pi significativi sono la temperatura media annuale Tottima 20 C la disponibilit di acqua e la quantit di substrato in alimentazione al reattore che deve permette una produzione di 1 1 5 m di biogas necessari per la cottura di tre pasti giornalieri per una famiglia Un altra condizione necessaria ma non sufficiente il coinvolgimento dei singoli governi nei progetti riguardanti il biogas attraverso sussidi pianificazioni territoriali progettazione costruzione e manutenzione dei biodigestori Bond T e Templeton M R 2011 30 2 5 Vantaggi e svantaggi dei piccoli digestori Ci sono almeno 20 anni di letteratura che confermano gli immensi potenziali e 1 benefici dei b3 biodigestori semplificati nei Paesi in via di sviluppo quando possibile una loro eventuale applica
64. HRT d Quota sul livello del mare m s 1 m 2800 Durata del monitoraggio mesi I risultati dello studio riportati in tabella 4 60 mentre in figura 4 55 sono rappresentate le temperature interne riscontrate nella serra nei due casi durante le due stagioni tipiche peruviane dry sunny season DSS e wet climate season WCS Tabella 4 60 Risultati dello studio di Garfi et al nel 2011 Comparison of the performance of digesters DI and DI Parameter Full period Dry sunny season Wet cloudy season DI Dr DI Dz DI EF Temperature preenhouse C 3040 415 26 11 348 3009 531 26 64 408 28954274 25 57 280 Temperature liquor C 23232060 22 61 064 23292097 22 93 20182 23182036 22 69 10 39 Biogas production rate mi m n d 0 040 QOT 0036 0 01 0 45 0 01 0 038 0 01 0 034 001 04033 001 Specific biogas production mL keys 0 061 002 0 058 002 0 061 002 0 058 002 Carbon dioxide COs 31458 157 3547 18 27 86 159 32 25 2 0 92 37 95 208 38 58 2 45 Hydrogen sulphide H55 19 005 0 19 0 05 0254001 0752001 016 002 016 002 FONTE Garfi et al 2011 Temperature C Ambient Temperature 34 Greenhouse DI d Greenhouse D2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 IO 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 2 22 23 24 25 26 27 28 Week Figura 4 55 Influenza del disegno della serra sulla temperature interna FONTE Garfi et al 2011 175 Figura 4 56 Dome roof digester Figura 4 57 Shed r
65. Ho Durante la produzione di acido acetico la presenza di idrogeno molecolare nel mezzo pu determinare problemi di inibizione 1 2 3 Metanogenesi La conclusione della catena trofica anaerobica rappresentata dalla produzione di CH4 considerato l ultimo composto derivato dal processo in quanto l unica molecola non reattiva durante la digestione anaerobica E la fase pi lenta e di conseguenza condiziona tutto il processo La produzione del metano avviene principalmente attraverso due vie differenti In una si giunge alla produzione di metano grazie all opera di batteri idrogenotrofi che operano l ossidazione anaerobica dell idrogeno utilizzando la CO2 come accettore di elettroni secondo la seguente reazione CO 4 H2 CH4 2 H20 1 gt Nell altra invece la metanogenesi avviene per via acetoclastica cio l acido acetico viene degradato a metano e anidride carbonica secondo la successiva reazione CH3COOH CHa CO2 2 Questa seconda via quella da cui si ottiene la produzione di metano pi consistente Circa il 70 del CH4 proviene infatti dall acido acetico in quanto la maggior parte della sostanza putrescibile si degrada ad acido acetico mentre solo il restante 30 deriva dalla riduzione della CO Metanogenesi e x AMMONIACA IDROGENO SOLFORATO ANIDRIDE METANO ACOUA CARBONICA Figura 1 2 Fasi del processo di digestione anaerobica 1 3 Parametri del proce
66. IONI CHIARIFICATE OTTENUTO DA LIQUAMI SUINI Parametro analizzato Solidi Totali 1 5 3 5 Solidi Volatili 30 50 Azoto totale Azoto ammoniacale Fosforo Potassio FONTE C R P A L esperimento stato cos condotto un piccolo appezzamento di terra precedentemente seminato con alfalfa stato diviso in 8 aree e successivamente fertirrigato 11 20 Novembre 2012 con il biol puro digestato liquido in concentrazioni differenti per ogni singola porzione di terreno attraverso un apposito irrigatore manuale Figura 4 48 168 NO BIOL Figura 4 49 Parcelle di terreno e dosi applicate durante la sperimentazione Per valutare correttamente l efficacia del biol fresco in qualit di fertilizzante biologico per la coltura oggetto di studio destinata solo al consumo animale si devono analizzare contemporaneamente Garfi et al 2011 peso piante ni La composizione chimica della pianta Composizione chimica del digestato Non essendoci degli articoli di letteratura a riguardo e tenendo presente il contesto del progetto si b3 e deciso di valutare solo il terzo parametro infatti data la modalit di semina manuale casuale peso piante valutare il ni non risulterebbe molto significativo 169 Dopo una prima valutazione visiva figura 4 50 appariva evidente una differenza di altezza tra le piante delle parcelle fertiirrigate e quelle dell area di riferimento senza biol Lai si
67. MERO DI ANIMALI IN BOLIVIA Vacche Lama Alpaca Maiali Polli Pecore Capre Sia la dimostrazione dei benefici dell applicazione di questa tecnologia attraverso l installazione di 35 biodigestori nel 1992 sia l istituzione di appositi uffici sul tutto il territorio resero il biogas interessante per la popolazione rurale Il Project En Dev Bolivia Access to Energy del GTZ attualmente 1l pi grande progetto sul biogas in tutta l America Latina Herrero J M questo programma ha sviluppato gli obiettivi suddivisi per scenari temporali Nel breve termine formare il personale tecnico e non sulla realizzazione e gestione degli impianti Nel medio termine promuovere 1 digestori tubulari a livello nazionale in modo che tutta la popolazione possa conoscere 1 benefici ad essi associati e decidere spontaneamente se integrarli nella loro vita quotidiana A lungo termine raggiungere l indipendenza tecnica ed economica ora garantita da associazioni ed enti stranieri Nel progetto si vuole promuovere il digestore tubulare di polietilene che tra le tre tipologie risultato il pi semplice da gestire e il pi economico con un costo variabile tra i 125 e i 200 20 kg sterco questo viene alimentato con a cul Si devono aggiungere 60 L di acqua per poter ottenere un corretto rapporto di diluizione 1 3 fondamentale per il regolare funzionamento dell impianto Herrero J M 2007 Il biogas gen
68. NTE C R P A S T MESOFILIA Danieli e Aldovrandi 2011 LETAME S V BMP 9o S T mbiogas kg S V 81 1 0 25 MESOFILIA Angelidaki e Ellegard 2003 MESOFILIA Del Risco et al 2011 MESOFILIA Labathut et al 2011 IPCC 1997 MESOFILIA MESOFILIA 0 4 Vedrenne et al 2008 MESOFILIA Moller et al 2004 MESOFILIA OEKOTOP e GTZ Morris et al PSICROFILIA 20 25 C PSICROFILIA 1997 20 25 C PSICROFILIA Bryant et al 1976 Ferrer et al 20 25 C PSICROFILIA 2011 LIQUAME S T S V S T m3biogas kg S V 57 107 64 82 0 3 0 45 7 9 78 5 0 47 0 35 0 38 7 8 78 2 0 41 12 82 0 405 0 34 0 49 9 8 12 6 79 6 93 9 0 25 0 25 0 22 0 17 0 35 20 25 C 122 Tabella 4 13 Parametri considerati per il calcolo della produzione di biogas potenziale a partire dai reflui bovini con i valori di letteratura per il primo biodigestore in aprile giugno 2013 Quantit di letame bovino in ingresso al biodigestore 1 elaborazione dei dati di letteratura tabella 4 12 elaborazione dei dati di letteratura tabella 4 12 Produzione specifica di biogas media dei valori di letteratura riportati in tabella 4 12 i kg S V jx 3 bi Produzione di biogas 1 245 Produzione per m di reattore 0 115 mi biogas riferito al volume totale m reattore x d O L R 04 kg S V riferito al volume totale m xd
69. POLITECNICO DI MILANO Corso di Laurea in Ingegneria per Ambiente e 1l Territorio Monitoraggio di digestori anaerobici semplificati alimentati con reflui zootecnici in Peru Relatore Prof Mario Grosso Correlatore Ing Davide Scaglione Tesi di laurea di Danila Pia Brunetti Matr 765881 Anno accademico 2012 2013 Ai miei genitori per il loro amore e sostegno A Lorenzo per la sua pazienza e il per il suo affetto RINGRAZIAMENTI In primis desidero ringraziare il Professor Mario Grosso relatore di questa tesi per l opportunit che mi ha concesso e per la grande disponibilit e cortesia dimostratemi Grazie all Ing Davide Scaglione per avermi accompagnato durante tutti questi mesi incoraggiandomi e consigliandomi anche in momenti di smarrimento Un sentito ringraziamento anche alla Dott Isabella Porqueddu che mi ha seguito nelle attivit di laboratorio spiegandomi con pazienza e passione il suo mestiere Intendo ringraziare anche Apurimac Onlus per aver curato l organizzazione del progetto in tutti i suoi aspetti con il loro contributo ho potuto conciliare tesi e volontariato Ringrazio specialmente Maurizio Misitano per i suoi consigli e le sue direttive Ringrazio A I A T per avermi sponsorizzato e per aver sempre lavorato dietro le quinte a supporto del progetto e delle difficolt tecniche incontrate Un grazie molto speciale va alla Casa dei Volontari di Cuzco Marco Natividad e Margarita mi han
70. T7 PE TG BP KT2 EQ l e2 e Composit Ogni impianto presenta punti di forza e debolezze e la scelta di uno rispetto ad un altro dipende dal supporto delle autorita locali e o enti stranieri dalla numerosita dell allevamento e dalle condizioni economiche delle famiglie interessate alla realizzazione Vo Chau Ngan N et al 2012 In tabella 2 13 riportato un contronto tra questi impianti semplificati in funzione dei parametri tecnici ed economici 57 Tabella 2 13 Confronto fra le varie tipologie di impianti semplificati sviluppati in Vietnam pT PE TG BP KT2 EQI EQ Composito costati Liquame Liquame Liquame Liquame Liquame Liquame suino suino suino suino suino suino HRT d el 30 40 lea Rapporto di 1 1 Produzione di biogas rispetto al volume ior d 10 20 40 60 60 80 10 20 10 20 Durata Durata Costi calcolati in settembre del 2010 in Can Tho 14 80 60 85 60 91 49 17 63 30 124 44 City FONTE Vo Chau Ngan N et al 2012 Qualche commento sui vari impianti La tipologia Composit amp caratterizzato da un tempo di residenza idraulico HRT minore rispetto agli altri digestori quindi ha un efficienza piu bassa Un elevata pressione all interno del digestore permette altri impieghi del biogas oltre che per la cucina tuttavia questa non deve eccedere 1 60 cm sulla colonna d acqua poich potrebbe rompere le tubazioni problemi che si verificano nel Composite Mo
71. a Figura 3 19 Completamento delle operazioni di realizzazione della struttura portante della serra 89 3 3 4 Isolamento L operazione di isolamento della parte interna della fossa si svolge in due fasi successive Posizionamento di teli in materiale plastico polietilene su tutta la superficie della base e delle pareti della fossa fissate a queste ultime per mezzo di chiodi preventivamente infilzati dentro un piccolo spessore in gomma per non causare la perforazione o pi in generale 11 danneggiamento dei teli La funzione dei suddetti teli quella di proteggere dall umidit lo strato isolante pi interno Posizionamento di uno strato di polistirene espanso dello spessore 6 9 10 cm lungo tutta la superficie delle pareti interne precedentemente ricoperte di telo in PE Le buone caratteristiche del polistirene come isolante termico aiutano a mantenere il digestore in un range di temperatura il pi costante possibile minimizzando le brusche oscillazioni termiche a cui soggetta l aria ambiente Figura 3 20 Posizionamento strato isolante in Figura 3 21 Posizionamento strato isolante in PS LDPE 3 3 5 Gonfiaggio del digestore Prima di collocare 11 digestore nella fossa viene riempito con aria al fine di individuare eventuali perdite causate per esempio da danneggiamento in fase di trasporto e per agevolarne la messa in posa evitando cos la formazione di pieghe che potrebbero portare alla foratura durante il
72. a la riduzione della carica patogena e la facilitazione per lo smaltimento finale Tabella 1 4 Caratteristiche dei fanghi di depurazione civile FANGHI DI DEPURAZIONE CIVILE Fanghi secondari 0 0063 FONTE Bonomo et al Trattamento delle acque reflue b3 La resa in biogas di questa matrice una delle pi basse considerata la scarsit di sostanza organica utile e le numerose inibizioni dovute alle alte concentrazioni di metalli pesanti antibiotici e altre sostanze chimiche dannose una quota parte del biogas prodotto viene usualmente reimpiegato per il riscaldamento del digestore attraverso scambiatori di calore poich la digestione anaerobica per 1 grandi impianti come quelli di trattamento dei reflui civili viene spesso condotta in regime mesofilo 1 4 8 Effluenti zootecnici Per reflui zootecnici s intendono le deiezioni animali miste a materiale solido usato come lettiera paglia trucioli fieno etc e all eventuali residui di mangime peli e acqua alimentare di lavaggio e meteorica tutti 1 reflui zootecnici sono idonei al trattamento di digestione Caratteristiche comuni sono l elevato contenuto d acqua solidi totali 3 20 ed rapporto sostanza organica su sostanza secca elevato 70 85 C R P A 2008 La loro composizione dipende e specie zootecnica e numero di animali presenti influisce sulla quantit e stadio di accrescimento Tabella 1 5 Influenza dello stadio di accrescimento sulla p
73. a 1 leader mondiali in fatto di digestori semplificati dallo studio condotto da Vo Chau Ngan N et al nel 2011 emerge un attenta partecipazione di organizzazioni e governo sulla tematica relativa al biogas infatti dal 1987 al 2008 il Renewable Energy Center REC svolse ricerche per poter sviluppare tipologie di impianti che potessero meglio adattarsi alle esigenze delle popolazione e al contesto Durante questo periodo vennero adottate differenti soluzioni impiantistiche per poter trovare la migliore per le condizioni del Paese 55 Nel 1987 venne sperimentato il NI disegno CTI figura 2 27 una variante del digestore a cupola fissa 6 nel quale vennero separati il digestore di 3 2 m e 1l gasometro di 0 8 m entrambi di ferro cemento Vo Chau Ngan N et al 2012 Ihe CT biogas plant Figura 2 27 CTI Model Nel 1992 venne sviluppato 1l PE un digestore tubolare di polietilene trasparente nel quale il biogas veniva stoccato nella parte superiore del reattore di dimensioni di circa 1 m di diametro e 12 m di lunghezza a seconda del numero di animali dell allevamento l alimentazione veniva eseguita attraverso due tubi collegati con la membrana quest ultima composta da tre sovrapposizioni di polietilene di spessore di 0 16 mm Contemporaneamente venne adoperato il TG BP model sviluppato nel Thailand German Biogas Pogramm dai tecnici del GTZ dalla Chaing Mai University e Department of Agricultur
74. a agrozootecnia e agroindustria Tabella 1 20 Caratteristiche delle frazioni liquide dei liquami suini e bovini COMPOSIZIONE DELLE FRAZIONI CHIARIFICATE DEI DIGESTATI DI ORGINE ZOOTECNICA Azoto Matrici caricate Sostanza Sostanza ni Azoto Fosforo Potassio ammoniacale all impianto organica k P 9o S T E Not cali steli gt sin saith FONTE Vismara R et al Biogas da agrozootecnia e agroindustria Impiego Per quanto riguarda 1 possibili impieghi le due frazioni vengono utilizzate in luoghi di e fertilizzanti per l elevato contenuto di azoto e fosforo della digestato liquido in sostituzione dei concimi chimici di sintesi poich durante il processo 1 quantitativi di azoto fosforo e potassio rimangono pressoch inalterati lo spandimento della frazione chiarificata in luogo del digestato tal quale pu ridurre le emissioni di ammoniaca in atmosfera composto altamente volatile La collocazione sui terreni ai fini fertilizzanti rappresenta la chiusura naturale di un ciclo che partendo dagli organismi vegetali passa o meno attraverso l allevamento animale viene condotto all impianto di biogas per poi ritornare al terreno e ammendanti sia per il contenuto d acqua che per il contenuto organico della fase solida sostanze umiche di cui il suolo necessita infatti il tenore di umidit di questo prodotto incrementato dopo il processo di digestione anaerobica poich parte della sostanza secca
75. a base del processo di rimozione la seguente considerando un inevitabile presenza residua di umidit Brown J 2002 FeO H5S gt FeS H0 E successivamente si procede all operazione di rigenerazione dell ossido ferrico 2 FeS 0 gt 2Fe0 25 3 3 12 Costruzione del tetto della serra Il tetto della struttura della serra ha una doppia funzione funge da protezione per il digestore nei confronti di agenti atmosferici e da animali e contribuisce al miglioramento dell isolamento termico favorendo la conservazione di un range di temperatura adeguato allo svolgimento delle fasi del processo biologico La portanza del tetto data da una intelaiatura realizzata con legno di eucalipto molto abbondante sul territorio L isolamento garantito da uno strato di polietilene dello spessore di circa 250 micron agrofilm con il quale sono rivestiti 1 listoni Onde evitare la lacerazione della pellicola plastica a seguito della inchiodatura su legno si interpone un sottile strato in gomma tra il chiodo e l agrofilm 95 Figura 3 32 Struttura del tetto 3 3 13 Installazione del gasometro Il gasometro serve come ulteriore volume di stoccaggio oltre allo spazio gi presente all interno del digestore pari al 25 del volume totale Viene posizionato in un luogo fresco e riparato dal sole dagli agenti atmosferici e dagli animali in grado di danneggiarlo Oltre ad immagazzinare il biogas il gasometro consente di
76. a la sostanza organica adatta come substrato Ai fini produttivi opportuno raggruppare in classi omogenee le differenti biomasse utilizzabili come input al digestore anaerobico la suddivisione si fonda principalmente sulla provenienza delle diverse matrici Si sono individuate le seguenti cinque macro classi ciascuna delle quali comprensiva di un numero variabile di prodotti C R P A 2008 Colture dedicate Scarti dell agro industria Frazione organica dei rifiuti solidi urbani FORSU Fanghi di supero degli impianti di depurazione civile Reflui zootecnici La scelta di una matrice rispetto ad un altra dipende da differenti fattori C R P A 2008 e Resa potenziale di produzione di biogas e Reperibilit della matrice rispetto alla localizzazione geografica dell impianto e Valore economico della matrice concorrenza con altri mercati di collocazione e Lavorabilita e facilit di gestione della matrice necessit di pretrattamenti potenziali produzioni di composti tossici o schiume in fase di digestione 1 4 4 Colture dedicate Energy crops Non vi alcun dubbio sul ruolo centrale che questa tipologia di coltivazioni avr in futuro nel produrre una quantit significativa di energia ma emerge tuttavia il problema delle scarsit idriche e della conseguente minor disponibilit di suolo destinato al mercato di non minore importanza l inevitabile perdita di biodiversit In generale le colture
77. a mai sfruttato realmente la sperimentazione sull uso della frazione liquida del digestato biol come fertilizzante biologico e alcune proposte migliorative derivate da studi sull efficienza della cucina e sul disegno della serra 110 4 1 Valutazione prestazionale del primo biodigestore Il primo biodigestore di 10 8 m di capacit stato installato nel giugno del 2012 con lo scopo di produrre biogas da sfruttare in cucina per una famiglia di 4 persone stato avviato nella met del suddetto mese con il contenuto stomacale del rumine bovino Come previsto da progetto l impianto stato alimentato quotidianamente con una miscela di sterco di maiali e acqua secondo un rapporto di diluizione di 1 3 di cui 30 kg di liquame suino e 90 L di acqua Nel settembre del 2012 il primo biodigestore venne caricato con lo sterco di maiali che erano stati vaccinati poco prima si rese quindi necessario rinoculare 1 batteri e riavviare il reattore in quanto la biomassa era stata inibita per le elevate concentrazioni dell antibiotico La presenza di antibiotici pu comportare una riduzione della produzione di biogas fino al vero e proprio arresto del processo l effetto inibente dipende dalla dose dal principio attivo e dalla concentrazione nel digestore che nel caso di studio dato le modeste quantit di substrato e il fatto che tutti 1 maiali siano stati vaccinati risultata determinante per il corretto svolgimento del processo Nel febbraio de
78. a temperature superiori all interno della serra rispetto al secondo nonostante l esposizione e 1 materiali siano gli stessi inoltre le temperature all interno del volume liquido del primo digestore assumono valori approssimativamente costanti figura 4 39 queste informazioni supportano l ipotesi di perdite di biogas dalle tubazioni di collettamento del primo biodigestore giustificando cos il minor rateo riscontrato e la pronunciata variabilit della produzione di biogas AI contrario per quanto riguarda il digestore pi piccolo le temperature sia all interno della serra che del volume liquido sono decrescenti questo pu essere spiegato da o Sistema di isolamento mal realizzato o Infiltrazioni di acqua piovana all interno della tubazione di scarico che pu aver influito nella diminuzione delle temperature del volume liquido Temperature medie del volume liquido interno al reattore nei due biodigestori durante la fase dell avviamento e Temperatura media dello slurry del primo digestore eiie Temperatura media dello slurry del secondo biodigestore 08 04 13 10 04 13 12 04 13 14 04 13 16 04 13 18 04 13 20 04 13 22 04 13 24 04 13 26 04 13 28 04 13 30 04 13 02 05 13 04 05 13 06 05 13 08 05 13 10 05 13 12 05 13 14 05 13 16 05 13 18 05 13 20 05 13 22 05 13 24 05 13 26 05 13 28 05 13 30 05 13 01 06 13 03 06 13 Figura 4 39 Temperature medie del volume liquido interno nei due biodigestori dur
79. agli animali tutti elementi di inibizione del processo Sterco di porcellino d India Lo sterco di porcellino d India molto solido e per tale ragione viene spesso diluito in acqua in modo da ottenere una percentuale di solidi totali di circa 6 8 i 200 m 210945 Garfi et al 2011 di cui il 60 CH4 La produzione specifica mediamente TIT 1 4 9 Codigestione Con il termine codigestione si intende un processo in cui si realizza la contemporanea degradazione di substrati organici diversi In generale la miscelazione di diversi prodotti pu consentire la compensazione delle fluttuazioni di massa stagionali per esempio sfruttando le colture energetiche di evitare carichi inferiori alla capacit stessa del digestore e di mantenere quindi piu stabile e costante il processo 13 1 5 I prodotti del processo La digestione anaerobica opera la conversione del materiale in alimentazione in due sottoprodotti da un lato il biogas fonte energetica rinnovabile e dall altro 11 digestato un flusso biostabilizzato ricco di nutrienti organici e minerali che pu essere usato come fertilizzante e ammendante 1 5 1 Biogas E il prodotto principale della digestione anaerobica in quanto presenta un notevole valore economico dato le molteplici applicazioni di seguito verranno analizzati gli aspetti pi importanti Composizione Il biogas costituito principalmente da metano e anidride carbonica in rapporti che dipendono
80. al 2012 Nel 1990 nacquero dei sistemi integrati tra le varie fattorie per scambiarsi aluto reciproco questo sistema simbiotico il cui acronimo VAC prevedeva la coltivazione del mais V l acquacoltura A e l allevamento dei maiali C Al progetto originario successivamente si aggiunse l uso del biogas B che trasform il modello in VACB con il duplice obiettivo di migliorare le condizioni di vita ISAT e GTZ En Biogas Digest Volume IV 1999 sfruttando 11 biogas come fonte di energia e il digestato come fertilizzante e di assicurare la sostenibilit ambientale del processo in precedenza non contemplata Questa collaborazione si diffuse solo fra 1 piccoli contadini allevatori che vedendo nel biogas una nuova fonte di risparmio rispetto alle convenzionali fonti energetiche quali il kerosene e la legna accettarono sempre pi questa tecnologia Sebbene le grandi fattorie fossero molto comuni in Vietnam con una presenza di 100 200 maiali e 1000 5000 polli e fosse necessario un sistema economico di trattamento dei reflui zootecnici il biogas non fu oggetto di interesse per questa porzione di popolazione in quanto non erano state ancora rese disponibili applicazioni del biogas all interno dell azienda agricola ad esempio la conversione in energia elettrica ISAT e GTZ En Biogas Digest Volume IV 1999 in queste grandi fattorie oggigiorno sono stati introdotti dei motori in grado di funzionare a biogas Il Vietnam uno tr
81. al Extension Il digestore ulteriore variante di quello a cupola fissa era composto da tre parti collegate fra loro formando un sistema dinamico un serbatoio di ingresso dello sterco nel quale avveniva la miscelazione manuale il reattore vero e proprio e la vasca di compensazione per raccogliere il digestato liquido in eccesso Vo Chau Ngan N et al 2012 Nel 2003 fu introdotto il K72 Model ovvero TG BP Model senza la tubazione di sicurezza che era stata installata per prevenire fratture verticali nella struttura in muratura nel caso di sprofondamento del digestore o rotture della cupola in sostituzione venne fatta una correzione alla struttura rendendola semisferica in modo tale da resistere alle forze verticali provenienti dalle acque sotterranee che in Mekong Delta sono prossime al piano campagna Questa tipologia fu sviluppata all interno del progetto Vietnam Biogas Program for the Animal Husbandry Sector con la collaborazione del Department of Livestock Production del Vietnam s Ministry of Agriculture and Rural Development e della Netherlands Development Organization SNV Se ne realizzarono piu di 50 000 in Vietnam mentre nella regione del Mekong Delta se ne contavano 7 254 nel 2010 Vo Chau Ngan N et al 2012 Nel 2007 fu sviluppata la tipologia EQ che combinava il TG BP con il PE ovvero il gas prodotto veniva stoccato in una sacca di polietilene Vo Chau Ngan N et al 2012 All interno di questa tipologia si
82. ale gt Confronto con i valori di laboratorio Dalle analisi di laboratorio svolte il 6 giugno 2013 sono stati rilevati 1 S T e S V del letame bovino e a partire da questi ipotizzando un valore di BMP valore di progetto preso da letteratura stato calcolato 11 volume di biogas potenzialmente ottenibile infatti il maggior limite del progetto l impossibilit di misurare il valore di produzione specifica dei reflui zootecnici con 1 quali si alimenta il biodigestore 120 Tabella 4 10 Parametri considerati per il calcolo della produzione potenziale di biogas a partire dal letame bovino con i valori di laboratorio per il primo biodigestore in aprile giugno 2013 NT P ON kg let bovi Quantit di letame bovino in ingresso al biodigestore 1 Solidi Totali 16 PARENTS dato di laboratorio d Solidi Volatili 236 ST dato di laboratorio m Produzione specifica di biogas 025 m biogas dato di letteratura CEPIS kg S V ses 3 bi Produzione di biogas Bou Produzione per m di reattore 0 093 m biogas riferito al volume totale i m reattore x d L R kg S V O L R 0 37 kg S V riferito al volume totale m xd Fonte usata nel progetto 0 665 LEID d La produzione ottenuta 11 66 del potenziale di biogas calcolato a partire dai valori di laboratorio le cause del mancato raggiungimento dell efficienza possono essere o Il sistema non giunto all equilibrio dopo il mese di avviamento riavviato a met
83. ale m xd Fonte usata nel progetto 3 E Produzione di biogas 0 975 11 70 del valore ipotizzato in fase di progetto 0 683 m biogas La produzione ottenuta Sese eee questo puo essere causato da Il sistema non ancora a regime dopo la fase di avviamento o Digestione anaerobica non completa a causa di sistemi di miscelazione discontinua manuale o Carico organico in alimentazione O L R non sempre costante quantitativo pesato con frequenza settimanale o Malfunzionamento in quanto stata trovata della condensa nelle tubazioni o Probabile sovraccarico gt Confronto con i valori di laboratorio Dalle analisi di laboratorio svolte il 6 giugno 2013 sono stati rilevati 1 S T e S V del letame bovino e a partire da questi ipotizzando un valore di produzione specifica di biogas valore di progetto preso da letteratura stato calcolato il volume di biogas potenzialmente ottenibile infatti 11 maggior limite del progetto l impossibilit di misurare valori di BMP dei reflui zootecnici con 1 quali si alimenta il biodigestore 129 Tabella 4 17 Parametri considerati per il calcolo della produzione di biogas del primo biodigestore con i valori di laboratorio giugno luglio 2013 Quantit di letame bovino in ingresso al biodigestore 1 dato di laboratorio dato di laboratorio dato di letteratura considerato nel progetto CEPIS kg S V Produzione per m di reattore 0 093 m biogas riferito al
84. alla formazione di NH3 Un pH acido lt 6 inibisce 1 batteri metanigeni e genera un incremento della percentuale di CO nel gas Si nota un abbassamento del pH tra il 15 5 e il 30 5 con valori in campo acido sintomo della fase di avviamento del digestore inoltre possibile supporre valori bassi di alcalinita del substrato tuttavia per poterne essere sicuri sarebbe necessario valutare il rapporto tra acidi grassi dato mancante e alcalinit dato di laboratorio misurato come CaCO3 127 4 1 3 Considerazioni sul primo biodigestore alimentato con letame bovino nel periodo di studio giugno luglio 2013 II FASE DEL MONITORAGGIO Tabella 4 15 Caratteristiche operative del primo digestore per il periodo giugno luglio 2013 Caratteristiche e parametri di processo del primo digestore II FASE del piano di monitoraggio fase di regime 8 6 2013 31 7 2013 Volume totale a Volume uie nv Rapporto di diluizione Quantitativo di letame k oL E HRT a Altitudine m s Lm La produzione media di biogas calcolata mediando 1 valori in tabella a3 Appendice Allegato A1 0 683 m biogas 0 063 m3 biogas PERSE EN 0 2 e di per le necessit energetiche medie di una famiglia apurimefia il cui nucleo mediamente riferito al volume totale questa quantit insufficiente m reattorexd composto da 4 5 individui di cui si pu stimare un fabbisogno medio in cucina di circa 1m bioga
85. amento dei reflui bovini 11 da TR EFI 0 3 m biogas 0 55 m biogas La produzione specifica di gas in condizioni mesofile compresa fra e kg S V kg S V 0 48 m biogas di cui il 60 CH4 kg S V con un valore medio di Tabella 1 12 Caratteristiche chimico fisiche degli effluenti suinicoli CARATTERISTICHE CHIMICO FISICHE DEGLI EFFLUENTI SUINICOLI Unit di misura U S T S T 50 23 NTK FONTE C R P A Tabella 1 13 Valori di BMP in letteratura per le deiezioni suinicole BMP FONTE guar suini REGIME TERMICO m biogas kg SV MESOFILIA MESOFILIA MESOFILIA MESOFILIA MESOFILIA MESOFILIA PSICROFILIA 20 25 C PSICROFILIA 20 25 C Del Risco et al 20 1 MESOFILIA Deiezioni avicole Le deiezioni avicole pure non miste a lettime sono definite pollina come per 1 bovini necessario anche per questa specie differenziare fra galline ovaiole e polli broiler da carne e il tipo di lettiera in gabbia o a terra A differenza dei liquami suinicoli e bovini le deiezioni asportate fresche hanno un contenuto in solidi totali di 60 70 per il broiler e 30 35 per le ovaiole e un alto contenuto di azoto inorganico che le rendono idonee come fertilizzanti piuttosto che ammendanti La valorizzazione energetica della pollina mediante processi di digestione anaerobica favorita dagli elevati tenori di solidi totali e solidi volatili in
86. ante la fase dell avviamento 158 4 3 2 Secondo periodo di monitoraggio regime giugno luglio 2013 Tabella 4 43 Parametri di processo dei due biodigestori durante la fase di regime 1 2 nace qb BIODIGESTORE BIODIGESTORE une 10 8 6 72 m Quantit di letame bovino 30 20 kg 3 BMP ipotizzato valore di progetto 0 25 0 25 m biogas i caso Temperatura media volume liquido interno al C Temperatura media dell interno della serra C mse o ao n biogas 0 686 0 2 0 575 0 25 d Rateo medio di produzione di biogas oaeo ament i m biogas 0 063 0 02 0 086 0 04 m reattorexd Efficienza rispetto ai valori di progetto 70 88 Yo Efficienza rispetto ai valori di laboratorio 68 6 me 76 Per poter confrontare l efficienza dei due digestori a regime ovvero da giugno a luglio 2013 stato necessario valutare nuovamente l andamento della produzione giornaliera normalizzata sul volume del digestore rappresentato in figura 4 40 Durante questa fase di monitoraggio le prestazioni migliori sono del secondo biodigestore il valore del rateo di produzione di biogas maggiore rispetto al primo a fronte di temperature 159 minori sia all interno della serra che del volume liquido Tale affermazione vale sia se ci si riferisce al valore medio che se si guarda l andamento giornaliero del rateo di biogas di ogni digestore figura 4 40 valgono le stesse considerazioni esposte per la fa
87. anza della pentola dal fornello 172 Per valutare l incidenza del tipo di bruciatore per adattare le caratteristiche al biogas e conseguire rendimenti elevati sono stati condotti studi da Ferrer et al nel 2011 I tipi di bruciatori disponibili in commercio e applicabili ad un contesto semplificato come quello in caso di studio sono sostanzialmente 3 mostrati in figura 4 54 senza diffusore a con diffusore verticale b Vertical Flame Diffuser VFD e con diffusore orizzontale c Horizontal Flame Diffuser HDF queste ultime 2 tipologie si differenziano ulteriormente per il numero di getti di gas Figura 4 54 Tipologie di bruciatori I risultati ottenuti dalle ricerche condotte in Cajamarca e in Cusco due regioni rispettivamente a Nord e a Sud del Per in condizioni operative molto simili al caso di studio mostrano un rendimento di combustione del gas di circa 11 50 53 dato confermato da altre indagini condotte in India Bhattacharya et al 2002 in cui stata riscontrata una variabilit fra 11 40 e 11 65 Tabella 4 57 Risultati dello studio di ottimizzazione dell uso della cucina RISULTATI DELLO STUDIO TIPO DI Il rendimento massimo BRUCIATORE quando la distanza fra la Bruciatore senza diffusore pentola e la fiamma di 6 cm e decresce 39 quando a cm se la distanza fra la fiamma e la pentola viene ridotta ad 1 cm il Il rendimento massimo e Bruciatore con diffusore orizzontale costan
88. arato nella due frazioni che lo compongono solida e liquida Nel sistema oggetto di studio la formazione di 2 fasi distinte il risultato del naturale processo di sedimentazione all interno delle reattore nel quale non vi alcun tipo di movimentazione n riscaldamento che porterebbe il mescolamento delle due frazioni Ogni giorno il primo digestore produce approssimativamente 120 L di biol che se non impiegato deve essere smaltito poich di intralcio sono state proprio queste le premesse che hanno generato l idea di sperimentare l utilizzo della frazione liquida del digestato in sostituzione ai fertilizzanti chimici per determinarne le propriet fertilizzanti 167 i 1 Ne Figura 4 46 Bidoni in cui viene stoccato il digestato liquido biol La frazione solida biosol sedimenta nel fondo del reattore che viene prelevato per manutenzione e pulizia solo due volte l anno tramite un apposita valvola Sebbene questa fase venga definita solida non una matrice palabile ad oggi questo materiale viene smaltito Sarebbe interessante condurre delle analisi anche su questa frazione in quanto viene spesso utilizzata per le sue propriet ammendanti e concimanti C R P A 2012 In tabella 4 53 sono riportate le caratteristiche medie della frazione chiarificata del digestato a partire dai liquami suini Tabella 4 53 Parametri caratteristici del digestato liquido di origine suina CARATTERISTICHE MEDIE DEL DIGESTATO DELLE FRAZ
89. aria una separazione manuale dai residui alimentari triturazione e pre compostaggio in acqua port all abbandono dell idea di alimentare il digestore con lo sterco di porcellino d India e il proseguimento con il letame bovino 139 4 2 1 Considerazioni sul secondo biodigestore alimentato con letame bovino nel periodo di studio aprile giugno 2013 I FASE DEL MONITORAGGIO Tabella 4 27 Caratteristiche operative del secondo digestore per il primo periodo di monitoraggio aprile giugno 2013 Caratteristiche e parametri di processo del secondo digestore I FASE del piano di monitoraggio aprile giugno 2013 m xd Disegno della serra Tetto spiovente Shed roof Altitudine m s l m 2 780 La produzione media di biogas calcolata mediando 1 valori in tabella a4 Appendice Allegato A1 0 3 e NP a 4 0 54m3biogas considerando anche il giorno in cui non vi stata produzione di NES IM 0 08 m biogas nua f ee 1 riferita al volume totale Si pu valutare il contenuto energetico del biogas ottenuto mediante la formula proposta da Fantozzi F e Buratti C nel 2009 Q Ven X Pen X PClcg Dove Q energia prodotta MJ Vcg volume di metano nel biogas in condizioni normali Nm 0 715 2 i m3 PClcg potere calorifico inferiore del metano Pcp densit del metano 50 MJ kg Per poter valutare il contenuto energetico del biogas bisogna portarsi
90. arie tipologie di digestori a cupola fissa e Disegno Cinese che stato l archetipo di tutti quelli a cupola fissa di questa tipologia ne sono stati costruiti milioni solo in Cina sostanzialmente un cilindro le cui estremit sono semisferiche Gas collecter Biogas fixed dome automatic overflow Figura 2 3 Digestore di tipologia cinese e Impianto Janata che fu il primo ad essere installato in India a causa della sua scarsa impermeabilit al gas si creavano fratture nel gasometro Questa tipologia di impianto non viene pi costruita Halified model wiii wall in Wie rale Figura 2 4 Digestore Janata e Modello Deenbandhu successore del Janata migliorato sia nella tenuta stagna che nel consumo di materiali 23 Figura 2 5 Digestore Deenbandhu Tipologia CAMARTEC Centre for Agricultural Mechanization and Rural Technology stata sviluppata alla fine degli anni 80 in Tanzania Questo tipo di digestore fu progettato per evitare le fuoriuscite di biogas nelle fratture che si erano riscontrate nella cupola gasometrica dopo tre anni dall avviamento ISAT e GTZ En Biogas Digest Volume IV 1999 Gas collector Ov Waste Biogas M N X outlet Figura 2 6 Digestore CAMARTEC Figura 2 7 Costruzione del digestore CAMARTEC 24 Tabella 2 1 Vantaggi e svantaggi di un digestore a cupola fissa Fixed Dome VANTAGGI SVANTAGGI Costi d investimento ridotti Impermeabilizzazio
91. ase solida liquida detta digestato Il processo condotto in reattori biodigestori opportunamente concepiti per evitare il contatto tra la massa e l ossigeno atmosferico e per mantenere una temperatura costante La digestione si compie attraverso stadi successivi ad opera di distinti ceppi batterici con metabolismo specifico affinch il processo possa proseguire con regolarit occorre che si stabilisca un equilibrio tra le diverse fasi Lo svolgimento fortemente influenzato dalla temperatura possono al riguardo distinguersi tre modalit operative psicrofile mesofile e termofile da questo parametro dipende il tempo di residenza idraulico HRT I substrati che possono essere alimentati alla digestione anaerobica sono divisi in cinque macro categorie e colture dedicate e reflui zootecnici e fanghi di depurazione civile e scarti dell industria agro alimentare biomasse vegetali e sottoprodotti animali e FORSU Frazione Organica dei Rifiuti Solidi Urbani Il prodotto residuo del processo viene definito digestato e in linea generale ha caratteristiche fisiche chimiche e agronomiche simili a quelle di un ammendante e di un fertilizzante chimico Il biogas prodotto puo essere bruciato per produrre energia termica oppure sempre mediante la reazione di combustione pu essere trasformato in energia meccanica e successivamente in energia elettrica a seconda delle necessit A nete elettrica a termica scar lav ali
92. ay 1 suoi confini incontrano ad est la regione del Cusco ad ovest la regione di Ayachuco e a sud dalla regione di Arequipa e Ayacucho figura 2 34 Il nome di questa regione deriva dalla lingua quechua e significa dove dio sussurra fenomeno dovuto al vento grazie alla quale insinuandosi tra le montagne ritenute divinit per 1 peruviani le fa apparire dialoganti alla popolazione OCEANO PACIFICO PUNO BOLIVIA S ra Figura 2 34 Regioni del Per L Apurimac divisa in sette province figura 2 35 ognuna delle quali ripartita in 80 distretti La capitale della regione la citt di Abancay qui si svolgono le principali attivit economiche sociali e culturali dell Apurimac E sede del Gobierno Regional y de las instituciones p blicas y privadas de representaci n nacional Figura 2 35 Le 7 province dell Apurimac 1 Provincia Abancay capoluogo Abancay 2 Provincia Andahuaylas capoluogo Andahuaylas 3 Provincia 5 Antabamba capoluogo Antabamba 4 Provincia Aymaraes capoluogo Chalhuanca 5 Provincia Chincheros capoluogo Chincheros 6 Provincia Cotabambas capoluogo Tambobamba 7 Provincia Grau capoluogo Chuquibambilla 67 13 73 Tie an Huanipac ida m e lai I _ TAN 33 S aa 2 nM s i an 72 Figura 2 36 Carta politica dell Apurimac 7 1 L mite departamental L mite provincial
93. braio del 1941 con la legge N 9336 ad una altitudine di 2780 m s l m si tratta di un piccolo comune di 16 9 km appartenente al distretto di Grau le cui coordinate sono 14 05 00 latitudine e 72 37 32 longitudine La popolazione di 1213 persone delle quali 991 urbani e 222 rurali composta da famiglie di almeno 4 individui S LLLI Figura 2 39 Ingresso al paese e Rio di Vilcabamba Geograficamente isolati la lontananza dal mare e dalla foresta amazzonica costringe gli apurimefii a una vita dura di agricoltura e pastorizia priva di strade e di efficienti servizi basilari come educazione salute energia elettrica telefono e acqua Chiunque abbia bisogno di cure mediche deve pagare I giovani non possono formarsi al lavoro 71 Figura 2 40 Piazza principale di Vilcabamba Il progetto Energia renovable a partir de biodigestores en Apurimac Il lavoro di tesi si inserisce all interno di un progetto di cooperazione internazionale coordinato da Apurimac Onlus con codice AID 9550 APURIMAC PER e co finanziato dal Ministero degli Affari Esteri Il progetto intitolato Energia renovable a partir de biodigestores en Apurimac nasce con l obiettivo di investigare le possibilit di applicazione della tecnologia della digestione anaerobica per il trattamento di reflui zootecnici e per soddisfare le esigenze energetiche della popolazione rurale della regione Andina del Per Il progetto si prefigge di
94. ca pari al rapporto tra la lunghezza della volta Lcupota e la luce della volta b quest ultima pari alla larghezza superiore della fossa deve essere uguale a 1 2 84 Lcupola Ex b 12 Un altezza massima della cupola rispetto al piano campagna compresa tra 30 e 40 cm Ymin 0 3 Y m lt 04 Ymax L inclinazione delle pareti longitudinali della fossa deve essere pari a 15 b a a tan 15 2Xp Nel dimensionamento della fossa di alloggiamento va tenuto in conto lo spessore del materiale impiegato come isolante termico Per entrambi i digestori stato adottato uno strato di 10 centimetri in polistirene espanso appoggiato sul ciascun lato interno della fossa Pertanto le dimensioni calcolate per il contenimento del digestore tubolare devono essere maggiorate rispettivamente di 20 cm lungo le pareti laterali e 10 centimetri per quanto riguarda la profondit dello scavo Tabella 3 3 Principali parametri di dimensionamento dei digestori e delle rispettive fosse di alloggiamento 85 7 Dimensionamento del volume del gasometro E consigliabile dimensionare il volume del gasometro a favore di sicurezza ovvero per immagazzinare il 150 del gas prodotto quotidianamente altrimenti si puo decidere di realizzare un gasometro di volumetria uguale alla cupola gasometrica interna al digestore quindi il volume potrebbe oscillare a seconda delle preferenze del progettista in un range tra Vai ge
95. canza di spazio a disposizione nel gasometro Il gas viene disperso in atmosfera qualora ecceda la pressione di progetto generalmente compresa tra 2 e 10 cm di colonna d acqua nel progetto 6 cm per il primo digestore e 5 cm per il secondo La valvola di sicurezza realizzata a partire da una bottiglia di plastica all interno della quale viene introdotto un piccolo tubo diramatosi dal flusso principale per mezzo di una giunzione 93 a 3 vie e immerso in un volume di acqua il cui battente rispetto all estremita del tubo corrisponde alla pressione di esercizio stabilita durante la progettazione Per poter controllare il livello dell acqua nella bottiglia si predisposta una apertura dalla quale in caso di necessit liquido e gas possano uscire Figura 3 28 Valvola di sicurezza 3 3 10 Installazione della trappola dell acqua Il biogas che esce dal digestore contiene una frazione di vapore acqueo il quale condensa a causa della variazione di temperatura tra l interno della serra in cui possono essere raggiunti i 65 C nello spazio compreso tra la cupola del digestore e il tetto della serra e l ambiente esterno Onde evitare che le goccioline di vapore condensato ostruiscano il passaggio del biogas attraverso la tubazione nel punto pi basso dell installazione caratterizzata da un pendenza superiore all 1 viene posizionata una trappola per l acqua con la funzione di raccolta dell umidit e successiva elimi
96. cifico dell acqua Ip AT differenza di temperatura dell acqua K Vpiogas Volume del gas utilizzato m 102 5 Analisi chimico fisiche del substrato in alimentazione e del biol con frequenza bimestrale I parametri analizzati sono stati Tabella 3 3 Parametri Chimico fisici analizzati PARAMETRI FISICO CHIMICI ANALIZZATI S T Conducibilit elettrica mS cm 3 5 BMP Biochemical Methane Potential 3 5 1 Definizione Il potenziale metanigeno massimo o BMP dall inglese Biochemical Methane Potential esprime la quantit di biogas metano potenzialmente ottenibile dalla degradazione di una 3 biomassa ed espresso come kg S V Il BMP dipende dalla composizione molecolare della matrice principalmente C H O e N mentre il potenziale effettivo dipende dalla presenza di e molecole recalcitranti ne riducono la degradabilita e condizioni chimico fisiche idonee e fattori di inibizione La prova BMP serve per valutare il potenziale metanigeno per 1 seguenti motivi e Conoscere la disponibilit di metano e Stimare il valore economico della matrice e Ottimizzazione della progettazione 103 3 5 2 La composizione teorica del biogas La produzione massima teorica di biogas chiamata Gteorica e la sua composizione nell ipotesi semplificativa di una miscela binaria CH4 e CO pu essere prevista in base alla composizione elementare della matrice organica so
97. dallo sterco di porcellino d India valutata sul tal quale sia risultata superiore agli altri due substrati previsti da progetto liquame suino e letame bovino il vantaggio in termini di rendimento di questo tipo di refluo non giustificato dal dispendio di energie e di tempo del personale tecnico fattore per la raccolta e il pretrattamento Sono quindi nettamente preferibili gli altri due substrati citati Si consiglia di replicare la sperimentazione del biol in qualita di fertilizzante biologico su un terreno seminato con un numero noto di piante in modo da svolgere un analisi comparativa precisa valutando tutti 1 parametri possibili altezza delle piante e peso m nonch composizione chimica della pianta e del biol ed eventualmente applicarlo su nuove colture Nonostante 1 suggerimenti sull uso della cucina sopra esposti qualora il budget del progetto lo IT siii DE 1 600L wv 350L prevedesse si consiglia di sostituire 1 fornelli industriali odi con bruciatori domestici _ in quanto 1 consumi maggiori di biogas associandosi ad un rendimento massimo del sistema dell 80 si manifestano nell insufficienza di energia per la cottura dei tre pasti giornalieri di una famiglia campesina Infine fortemente consigliato il proseguimento del monitoraggio per un periodo di almeno un anno in modo da poter analizzare la resa dei due biodigestore in differenti condizioni climatiche e poter trarre delle conclusioni esaustive
98. del e nel KT2 Gli impianti con gasometro separato hanno una pressione minore che non permette la conversione in energia elettrica per l illuminazione PE QE1 e QE2 Vo Chau Ngan N et al 2012 La tipologia EQ2 l unica che pu essere alimentata con substrati differenti poich ha una apertura nella parte superiore che consente di rimuovere schiume che si creano all interfaccia gas digestato Vo Chau Ngan N et al 2012 Nel 2002 il Ministry for Rural Development eman una legge 21 2002 QD BNN nel quale forniva le direttive per la standardizzazione degli impianti semplificati in Vietnam che prevedevano HRT 40 60 giorni Rapporto di diluzione per 1 liquami suini 1 3 Pressione del gas massimo 100 cm sulla colonna d acqua 58 Dal 2003 il governo mise a disposizione dei sussidi grazie anche ai finanziamenti ottenuti dalla Netherlands Development Organisation SNV nel 2011 quest organizzazione olandese costru 110 000 impianti e pianific l installazione di 200 000 impianti tra il 2015 e il 2018 Uno studio condotto da T K V Vu et al nel 2007 ha mostrato che la popolazione vietnamita era informata sia sulle problematiche associate alla cattiva gestione dei reflui zootecnici sia all utilizzo della digestione anaerobica come trattamento di questi rifiuti l informazione circolava per mezzo dei mezzi di comunicazione quali la televisione e la radio o attraverso il passaparola tra vicini d
99. del secondo biodigestore in aprile giugno 2013 I valori di pH oscillano in campo neutro acido con una media di 6 78 0 4 questa misura stata considerata insieme alla tasso di produzione di biogas come indice di efficienza del processo Si nota un abbassamento del pH tra il 15 5 e il 31 5 con valori in campo acido tipici della fase di avviamento stesso comportamento che stato riscontrato per il primo digestore nella fase di avviamento inoltre possibile supporre valori bassi di alcalinit del substrato tuttavia per poterne essere sicuri sarebbe necessario valutare il rapporto tra acidi grassi dato mancante e alcalinita dato di laboratorio misurato come CaCO3 145 4 2 2 Considerazioni sul secondo biodigestore alimentato con letame bovino nel periodo di studio giugno luglio 2013 II FASE DEL MONITORAGGIO Tabella 4 32 Caratteristiche operative del secondo digestore per il periodo giugno luglio 2013 CARATTERISTICHE E PARAMETRI DI PROCESSO DEL SECONDO DIGESTORE II FASE di regime giugno luglio 2013 Volume toe in Volume utile m Rapporto di diluizione OLR t 0 3 xd HRT d Disegno della serra Tetto spiovente Shed roof Altitudine m s l m 2 180 1 3 Quantitativo di sterco kg 20 39 La produzione media di biogas calcolata mediando 1 valori in tabella a5 Appendice Allegato A 1 du di 0 575 m biogas 0 25 d Si pu valutare il contenuto energetico del biogas ot
100. della prova sono riportati e commentati nel capitolo 4 108 3 6 Formule e considerazioni utilizzate Calcolo della produzione potenziale di biogas A partire dai quantitativi di substrato a disposizione e della relativa caratterizzazione in termini di S T e S V moltiplicando per il corrispondente BMP possibile stimare la produzione di biogas potenzialmente ottenibile Volumepiogas potenziale Massasubstrato giornaliero X S T x S V x BMP Dove m B Volumepiogas potenziale bal tg Es Massasupstrato giornaliero d S T Tal quale S V S T BMP BUSES kg S V Calcolo del rateo di produzione di biogas Vo lumepiogas potenziale rateo Vo UM reattore Dove 3 i EN m biogas Rateo di produzione di biogas m reattore x d 3 m Volume piogas potenziale m I Vo lUuMEreattore m l E importante specificare quale sia il volume di riferimento per il calcolo del rateo volume totale o volume utile 109 Capitolo 4 RISULTATI E DISCUSSIONE Il progetto sviluppato per la promozione del biogas nelle piccole comunit rurali apurimefie ha previsto l istallazione di due biodigestori pilota differenti solo per volumetria che per semplicit chiameremo digestore 1 10 8 m e digestore 2 6 7 m In principio nel 2012 il primo stato alimentato con liquame suino e successivamente nel 2013 con letame bovino mentre 1l secondo solo con sterc
101. della temperatura da 16 16 C media del periodo a 0 C mediante la legge dei gas perfetti 11 volume di metano ipotizzando una concentrazione del 60 0 376 Nm biogas nel biogas ottenuto in condizioni normali di i con un contenuto energetico di 13 44 MJ s 119 gt Confronto con i valori di progetto Tabella 4 9 Parametri considerati per il calcolo della produzione di biogas a partire dal letame bovino con i valori di progetto in aprile giugno 2013 per il primo digestore ss ae 1 kg let bovi Quantit di letame in alimentazione al biodigestore 1 Solidi Totali 17 tal quale valore di letteratura CEPIS Solidi Volatili ST valore di letteratura CEPIS Produzione specifica di biogas m biogas valore di letteratura CEPIS NET S V Produzione di biogas 0 975 Produzione per m di reattore m riferito al volume totale m reattore x d riferito al volume totale Fonte usata nel progetto 0 665 ZU d La produzione ottenuta Il 68 del valore ipotizzato nel progetto le cause del mancato raggiungimento dell efficienza possono essere o Il sistema non giunto all equilibrio dopo il mese di avviamento avviato a meta febbraio a causa dell immissione nel reattore di sterco contenente residui di antibiotici o Digestione anaerobica non completa a causa di sistemi di miscelazione discontinua manuale o Carico organico in alimentazione non sempre costante pesato con frequenza settiman
102. der serbatoio di compensazione e il biogas fluisce attraverso una seconda tubazione per essere poi immagazzinato nel easometro l P E E Figura 2 1 Principio di funzionamento del digestore a cupola fissa Fixed Dome Inlet Ch mb r Digester Figura 2 2 Digestore a cupola fissa La costruzione di un impianto di questa tipologia laboriosa poich pu essere installato solo sotto la supervisione di tecnici specializzati ed questo il maggior limite del digestore a cupola fissa 22 L impianto costruito sotto il piano campagna sia per fornire isolamento termico e quindi per evitare le fluttuazioni di temperatura tra il di e la notte che influenzano negativamente il processo sla come protezione dagli eventi atmosferici la collocazione al di sotto del piano campagna e la copertura dell impianto con la terra permettono l adattamento del reattore in regioni con clima mite e all eventuale predisposizione di fonti di riscaldamento per i digestori pi complessi I materiali impiegati nell edificazione sono generalmente laterizi cemento e cemento armato che non sono impermeabili al biogas creatosi nella sommit del digestore per tale ragione necessario trattare internamente ed esternamente la cupola con pitture sintetiche o rivestirla con 1l lattice La scelta dei materiali dipende dai costi dalla disponibilit locale dall abilit nella lavorazione dall efficienza ed infine dalla durata Esistono v
103. diati questo perch 1 S T sono minori del 10 e 11 BMP ottenuto dall elaborazione dei valori bibliografici potrebbe essere sovrastimato rispetto al case reale pur sempre un valore bibliografico Inoltre valgono le considerazioni esposte per gli altri due confronti con 1 valori di progetto e con 1 valori di laboratorio tabelle 4 16 e 4 17 Produzione di biogas del primo digestore in giugno luglio 08 06 2013 10 06 2013 12 06 2013 14 06 2013 16 06 2013 18 06 2013 20 06 2013 22 06 2013 24 06 2013 26 06 2013 28 06 2013 30 06 2013 02 07 2013 04 07 2013 06 07 2013 08 07 2013 10 07 2013 12 07 2013 14 07 2013 16 07 2013 18 07 2013 20 07 2013 22 07 2013 24 07 2013 26 07 2013 28 07 2013 30 07 2013 Figura 4 15 Produzione di biogas del primo digestore in giugno luglio 2013 La produzione di biogas anche in questo periodo del monitoraggio presenta un andamento instabile necessario valutare le possibili cause che possono influenzare il comportamento del sistema tra cui temperatura acquisita da 4 sensori ogni 20 minuti sovraccarico del sistema eccessiva alimentazione misurato indirettamente con il pH del digestato assunto uguale a quello del volume liquido interno al reattore Temperatura media giornaliera ambiente di giugno luglio 201 J 08 06 2013 10 06 2013 12 06 2013 14 06 2013 16 06 2013 18 06 2013 20 06 2013 22 06 2013 24 06 2013 26 06 2013 28 06 2013 30 06 2013 02 07 2013 04 07
104. digestore nel 2012 prima del riavvio dell impianto a seguito della vaccinazione dell allevamento suinicolo Dalla raccolta elaborazione e analisi dei dati del piano di monitoraggio stato possibile analizzare con quale dei due reflui zootecnici utilizzati per l alimentazione del primo digestore si sia ottenuto 1l rendimento maggiore durante la fase di avviamento stessa periodo ma in due anni distinti 1 reflui bovini sono risultati 1 pi produttivi efficienza del 68 per il bovino e 50 per il suino confrontati con 1 valori di progetto e di laboratorio sebbene caratterizzati da un minor 0 25 m biogas 0 35 m biogas kg S V letame bovino kg S V liquame suino importante tenere presente che non si possono trarre conclusioni certe durante le fasi di potenziale teorico di produzione di biogas BMP avviamento in quanto momenti delicati Inoltre il periodo confrontato seppur con caratteristiche meteorologiche molto simili non lo stesso Nel passaggio dalla fase di avviamento a quella di regime per entrambi 1 biodigestori stata osservata una maggior stabilit della produzione di biogas tuttavia sempre caratterizzata da fluttuazioni pi o meno accentuate in termini di biogas prodotto nel secondo periodo analizzando l andamento del pH del digestato supposto uguale a quello del volume liquido interno al reattore sono stati rilevati valori in campo acido pH 6 che sebbene nella fase di avviamento possono ess
105. dui generali giornaliere per peso vivo dipende dallo stadio 1 kg 8 kg capoxd capoxd La maggior differenza tra un letame e un altro a parte l alimentazione data dal tipo di lettiera di accrescimento e oscilla fra senza lettiera utilizzato paglie trucioli foglie Tabella 1 9 Caratteristiche chimico fisiche del letame bovino CARATTERISTICHE CHIMICO FISICHE DEL LETAME BOVINO Parametro S T S V S T NTK N NH 20 48 NTK FONTE C R P A La produzione specifica in condizioni mesofile per un letame bovino in letteratura oscilla tra 0 23 m biogas 0 33 m biogas kg S V kg S V Danieli e Aldovrandi nel 2011 di con un valore medio riscontrato anche da uno studio condotto da 0 25 m biogas kg S V Liquame bovino Questo refluo ha un contenuto di sostanza secca tra l 8 e il 15 funzione della differente gestione dell allevamento aggiunta di paglia o altre lettiere L effetto di diluizione minimo rispetto a quello che si ha con le deiezioni suine anche a causa del fatto che normalmente le zone calpestate dal bestiame vengono pulite con basse quantit di acqua Il valore di 0 33m biogas 0 45m biogas produzione specifica per 1 liquame bovino varia fra kg S V kg S V 10 Tabella 1 10 Caratteristiche chimico fisiche del liquame bovino CARATTERISTICHE CHIMICO FISICHE DEI LIQUAMI BOVINI Parametro S T S V S T NTK N NH FONTE C R P A Tabella
106. e 42 La tipologia di reattore adottata durante la prima fase del programma detta Farmer s Friend Digester figura 2 19 fu quella a cupola fissa basata sul modello Deenbandhu modificato e proposta in 5 differenti dimensioni 4 6 8 10 e 15 m Vasca per la miscelazione 1 Tubazione d ingresso 2 Reattore 3 Gasometro 4 Valvola 5 Tubazione di uscita 6 Tubazione per il biogas 7 Figura 2 19 Schema del Farmer Friend Digester Tabella 2 9 Informazioni necessarie per la scelta della volumetria dell impianto INFORMAZIONI NECESSARIE PER LA SCELTA DELLA VOLUMETRIA DELL IMPIANTO Volumetria del reattore i 6 10 531 462 53 Substrato necessario sterco Kg 20 40 60 80 80 100 100 150 5 4 Water to mix with dung 20 40 40 60 60 80 80 100 100 150 e e e e 3 Potenziale di produzione di 0 8 1 6 16 24124 32 32 4 biogas j 8 5 5 46 4 16 20 20 30 95 10 21 25 21 25 25 32 2 Uso della cucina a biogas 7 5 8 Uso delle lampade a biogas h 16 20 FONTE Buysman E et Mol A P J 2013 ES UA O IE 1 k Potenziale risparmio di legna 12 16 8 I costi di costruzione seppur estremamente variabili in funzione della collocazione della manodopera e delle spese di trasporto si aggirano approssimativamente tra i 462 per la capacit pi piccola e 972 per quella pi grande NBP forniva alle famiglie interessate all installazione un sussidi
107. e la voce predominante in termini di budget tuttavia il fatto che l installazione pu essere eseguita direttamente dall utente grazie all iniziativa privata dei contadini senza sostegno economico da parte di governi o ONG anche se va notato che nei casi di pi grave povert l installazione del PTD ancora economicamente impraticabile e il ridotto prezzo delle materie prime rendono questa tecnologia abbordabile per alcuni Questo aspetto e importante quando si pianifica l eventuale diffusione di PTD in Paesi in via di sviluppo al fine di evitare che la diffusione della tecnologia sia un altra causa delle differenze tra le condizioni di vita tra 1i membri della stessa comunit 3 1 4 Uso e manutenzione L uso del digestore si apprende intuitivamente e la quantita di biogas prodotta quotidianamente puo essere facilmente determinata anche a livello visivo tramite lo stato di insufflazione del digestore e soprattutto del gasometro questo puo aiutare nella diffusione e accettazione della tecnologia La quantit di lavoro giornaliero dipende da una serie di aspetti Design del digestore Substrato alimentato Locazione del digestore rispetto alle stalle O oO O Topografia della zona rurale o Disponibilit di acqua con cui diluire il substrato A causa della loro fragilit 1 PID hanno bisogno di maggiori protezioni e attenzione per evitare che gli animali bambini oggetti fenomeni atmosferici possano danneggiare la strut
108. e mentre la produzione di metano va aumentando lungo il reattore In un digestore tubolare la concentrazione del substrato massima in prossimit dell ingresso diminuendo lungo il digestore Il rapporto lunghezza diametro solitamente fra 3 1 e 10 1 un PTD eccessivamente stretto non consente un sufficiente contatto tra l influente ed la biomassa contenuta nel digestore mentre uno eccessivamente ampio non consente un movimento di tipo flusso a pistone Agitazione L agitazione del refluo genera numerosi vantaggi Riduce la formazione della crosta all interfaccia gas ingestato Limita la sedimentazione degli inerti che riducono lo spazio per la digestione Elimina la stratificazione termica Favorisce il contatto tra microrganismi e substrato Riduce la dimensione degli aggregati e particelle che presentano bassa superficie specifica Affinch l agitazione sia efficiente dovrebbe essere prolungata per un considerevole periodo di tempo generando un dispendio di energia non trascurabile Tuttavia nel contesti semplificati come quello del casi di studio si svolge occasionalmente un agitazione manuale comportando minori efficienze e minor consumo di energia 3 1 2 Materiali impiegati per la costruzione Nell ottica di sviluppare una tecnologia appropriata importante che 1 materiali utilizzati siano reperibili con facilit nella zona il cui costo sia accessibile e che il loro utilizzo non rappresenti
109. e ambiente di aprile giugno 2013 1 6 1 5 1 4 1 3 1 2 1 1 1 0 9 0 8 0 7 0 6 0 5 0 4 Produzione 0 3 di biogas 0 2 media 0 1 giornaliera 0 aprile giugno 2013 f Temperatura ambiente media giornaliera aprile giugno 2013 08 04 2013 10 04 2013 12 04 2013 14 04 2013 16 04 2013 18 04 2013 20 04 2013 22 04 2013 24 04 2013 26 04 2013 28 04 2013 30 04 2013 02 05 2013 04 05 2013 06 05 2013 08 05 2013 10 05 2013 12 05 2013 14 05 2013 16 05 2013 18 05 2013 20 05 2013 22 05 2013 24 05 2013 26 05 2013 28 05 2013 30 05 2013 01 06 2013 Figura 4 26 Produzione di biogas del secondo digestore e temperature ambiente medie giornaliere di aprile giugno 2013 Dalla figura 4 26 evidente che la variabilit della produzione del biogas poco influenzata dalla temperatura esterna per individuare le cause di un andamento cosi instabile necessario valutare le temperature interne del reattore e il pH del digestato assunto uguale a quello del volume liquido interno al reattore misurato con frequenza settimanale Temperatura media giornaliera valutata in due punti interni al volume liquido del secondo digestore in aprile giugno 2013 es Temperatura media slurry layer superiore aprile giugno 2013 LI 1 a 4 N e na MA WW Temperatura media slurry layer inferiore aprile giugno 2013 08 04 2013 10 04 2013 12 04 2013 14 04 2013 16 04 2013 18 04 2013 20 04
110. e ben radicata nella cultura quechua Non raro inoltre che alcune famiglie dispongano di un certo numero di ovini o pollame Tuttavia in prima analisi la produzione di biogas pu essere avviata solamente a partire da deiezioni bovine suinicole e di cuy 1 cui escrementi rappresentano il contributo quantitativo maggioritario Per quanto riguarda le necessit energetiche medie di una famiglia apurimefia il cui nucleo composto mediamente da 4 5 individui si pu pensare che come ordine di grandezza 11 I i 1 m3 biogas fabbisogno giornaliero possa essere soddisfatto da circa per l impiego in cucina con un sistema di bruciatori opportunamente adattati Conoscendo il fabbisogno energetico per stimare il numero di animali necessari per la fornitura di tale quantita di biogas necessario conoscere questi valori Quantit prodotta di sterco per animale al giorno Quantit di S T delle deiezioni Quantit di S V delle deiezioni BMP delle deiezioni Or O 39 Successivamente mediante questa formula si ottiene approssimativamente il numero minimo di animali S V x S T x BMP quantit di sterco peso vivo x d Fabbisogno energetico Il primo digestore installato stato dimensionato sulla base del liquame proveniente da un allevamento di 7 maiali a regime considerando che mediamente le deiezioni suine 3 4kg per capo sono tra Il secondo digestore installato stato dime
111. e deriva acquisisce delle caratteristiche che risultano non essere pi idonee al processo di smaltimento tramite incenerimento a causa dell alto contenuto d acqua Devono pertanto essere presi in considerazione trattamenti alternativi finalizzati alla stabilizzazione F O P Frazione Organica Putrescibile quali il compostaggio o la digestione anerobica La FORSU una matrice organica ad elevata biodegradabilita e un elevato potenziale di produzione specifica di biogas Tabella 1 3 Caratteristiche della FORSU FONTE C R P A 2008 1 4 7 Fanghi di depurazione civile I fanghi da depurazione possono essere definiti come delle sospensioni acquose contenti solidi di diversa natura generati dai processi depurativi delle acque reflue questi ben si prestano alla digestione anaerobica in quanto hanno elevata concentrazione di substrato biodegradabile e portate limitate I fanghi possono essere classificati in primari se derivati dai processi di sedimentazione primaria o secondari se generati dai processi di ossidazione biologica Bonomo L et al Trattamento delle acque reflue La produzione specifica di biogas dipende dalla loro natura quelli primari hanno rese maggiori in quanto sono costituiti da materiale ancora putrescibile a differenza dei secondari che sono in parte gi stabilizzati In generale gli obiettivi principali della digestione anaerobica dei fanghi di depurazione sono la stabilizzazione della sostanza organic
112. e di temperatura automatica realizzata e Visualizzazione simultanea del valore pH e temperatura non necessario avere un termometro separatamente e Compensazione automatica della temperatura ATC nell intervallo 5 C 80 C e Indicazione di temperatura C F min max e conservazione della funzione di dati Data Hold e Registratore dati di 100 valori recuperabili su schermo e Impermeabile secondo IP 67 e Calibrazione automatica e Spegnimento automatico e Viene accompagnato da due soluzioni tampone 4 e 7 30 mL la calibrazione avviene all interno di un contenitore di 500 mL 190 CONTATORE COMPATTO A MEMBRANA BK G 1 6 PER INSTALLAZIONI DOMESTICHE Il contatore BK G1 6 un misuratore a membrana sintetica con corpo in alluminio pressofuso stato progettato per una portata massima di 2 5 m h e pressione di esercizio di 1 0 bar Caratteristiche principali e Controllo dell apertura della curva durante l impostazione in fabbrica che permette di controllare la planarit della curva di errore attraverso un indice su una scala graduata In questo modo pu soddisfare 1 pi alti requisiti di taratura richiesti nei regolamenti e Basso coefficiente di attrito tra gli elementi di distribuzione frutto di un attenta progettazione che ha consentito di ridurre le dimensioni dei canali di distribuzione e delle valvole In questo modo si ottiene una bassa suscettibilit alla contaminazione del siste
113. e disposti l uno accanto all altro sono stati concepiti per la produzione di energia utilizzabile come alternativa alle biomasse ligno cellulosiche per la cottura dei cibi a partire dal biogas prodotto dal primo biodigestore e generare energia elettrica mediante l uso di un motore a combustione a partire dal secondo biodigestore Il tipo di reattore realizzato tubolare plastico risultato la migliore soluzione tra le tre tipologie analizzate nella ricerca bibliografica per il contesto montano andino sia per la semplicit di installazione e manutenzione nonch per l accessibilit dal punto di vista economico circa 1000 3000 Soles che corrispondono a 6 mesi dello stipendio medio di un campesino i substrati di alimentazione ai digestori sono reflui zootecnici matrici ampiamente disponibili sul territorio e adatte al funzionamento di impianti di tipo flusso pistone quali sono 1 due biodigestori E stata realizzata una serra per entrambi i digestori per ridurre l escursione termica fra il di e la notte e per aumentare le temperature di processo nonch evitare un deterioramento del reattore dovuto all esposizione ad eventi atmosferici Questa soluzione ha permesso di mantenere approssimativamente costanti le temperature interne al biodigestore a fronte di una notevole escursione termica giornaliera tipica del contesto montano andino circa 20 C Alimentare il reattore con deiezioni di animali appena vaccinati nel settembre 2012 e
114. e nelle aree rurali e che 139 milioni di famiglie sono ritenute idonee per l istallazione di biodigestori questo dato non molto significativo in quanto solo il 19 del potenziale stato realmente sfruttato con 2 65 milioni di famiglie coinvolte Chen Y et al 2010 Tuttavia il numero il pi alto al mondo qualificando la Cina come capitale per gli impianti di piccola taglia Zhang L X et al 2013 47 Giava L agricoltura una delle principali attivit in Giava poich non essendoci una distinzione netta fra stagione secca e stagione umida sono possibili tre raccolti l anno inoltre sia questo settore che l allevamento sono fortemente incoraggiati dallo stato che si fatto promotore del progressivo miglioramento delle condizioni nutritive della popolazione Questi sono stati 1 presupposti che hanno permesso la diffusione del biodigestori Nel 1989 si ebbero le prime esperienze sul biogas grazie alla cooperazione tra una societ di consulenza tedesca BORDA Bremen Overseas Research and Development Association e un organizzazione non governativa composta da studenti LPTP supportata dal Federal Ministry for Economic Cooperation of Germany L obiettivo della LPTP era lo sviluppo e la diffusione di tecnologie appropriate in Giava e per tale ragione il biogas divent parte integrante del progetto ISAT e GTZ En Biogas Digest Volume IV 1999 I primi impianti realizzati furono non funzionanti a causa di difetti prog
115. e plastiche mediante saldatura o incollaggio uno dei vantaggi del PVC consiste proprio nella disponibilit di materiali collanti sufficientemente forti Il design stato in seguito ulteriormente A semplificato in progetti effettuati in Etiopia I Colombia e Vietnam da Thomas Preston e il suo team Questo tipo di digestore prevede l impiego di fogli di polietilene a bassa densit LDPE che hanno il vantaggio di poter essere prodotti gi in forma tubolare evitando cos il problema della saldatura La differenza in termini di rendimento ed influenza sui parametri operativi della digestione anaerobica sono stati studiati da Figura 3 1 Assemblaggio del digestore in Pedraza G et al nel 2002 materiale plastico 75 3 1 1 Caratteristiche del digestore tubolare Tipo di alimentazione Quando 1 substrati sono prodotti quotidianamente come nel caso dei reflui di origine zootecnica conveniente dotarsi di un digestore continuo in cui l alimentazione pu tenere il passo con 1 ritmi dell allevamento in modo tale che essi siano alimentati freschi quelli continui inoltre garantiscono una produzione costante di biogas mentre nei digestori batch la produzione diminuisce con il grado di avanzamento del processo Tipo di flusso Nel digestore tubolare in materiale plastico 1 reflui si muovono con un flusso di tipo a pistone Idrolisi e acidogenesi del substrato si verificano principalmente all inizio del digestor
116. ell agricoltura 1950 1972 Nel 1962 fu messo in commercio il primo digestore semplificato a tamburo galleggiante di tipo KVIC successivamente noto come il disegno indiano 1972 1975 Con la crisi energetica l interesse nazionale fu rivolto al biogas Furono condotte numerose ricerche e vennero sviluppati molti programmi e campagne divulgative tuttavia fino al 1979 le campagne furono molto blande e vennero costruito solo 80 000 impianti KVIC Lawbuary J 1975 1980 81 E iu l n Contemporaneamente fu commissionato il primo digestore a cupola fissa di tipo Janata questo consentiva un risparmio del 30 rispetto alla KVIC e risultava piu semplice da gestire Lawbuary J Nacque il National Project for Biogas Development NPBD promosso dal 1980 81 1985 i Ministry of Non conventional Energy Sources In questo periodo si lavor al miglioramento del disegno dell impianto 1985 1992 coinvolgendo nuove organizzazioni Si ottennero 1 primi risultati dei programmi di diffusione precedenti 1992 1996 Riduzione dei sussidi Il Ministry of Non conventional Energy Sources MNES raggiunse il 97 1996 2000 del target durante il programma quinquennale MNES nel Ninth Five Year Plan Document afferm che il potenziale 2000 2003 indiano era di 12 milioni impianti realizzabili stima basata sul censimento degli allevamenti del 1987 92 e quindi sulla disponibilit di sterco
117. ella 1 8 Vantaggi e svantaggi nell utilizzo dei reflui zootecnici in digestione anaerobica PROCESSI DI DIGESTIONE ANAEROBICA PRO Costo ridotto della matrice Reperibilit Riduzione dell apporto ai suoli della componente carboniosa Valorizzazione degli scarti e potenziale di Possibile formazione di croste flottanti con integrazione di reddito dell azienda zootecnica reflui eccessivamente pagliosi letami Presenza delle strutture di stoccaggio preesistenti nelle aziende zootecniche Creazione di possibilit di sbocco pi agevole per il digestato quando si prevedono spandimenti in suoli non aziendali Stabilizzazione con riduzione delle emissioni maleodoranti Possibilit di utilizzare nei processi di co digestione differenti matrici in miscela Escrementi bovini Per il solo allevamento bovino vi una distinzione in base al grado di palabilit tra letame e liquame Letame etfluente da allevamento palabile costituito da feci urine lettiera peli o piume residui alimentari e acqua di abbeveraggio Liquame etfluente da allevamento non palabile costituito da feci urine lettiera peli o piume residui alimentari e acqua alimentare lavaggio e meteoriche Letame bovino Un letame per essere definito tale deve essere palabile quindi con un contenuto di sostanza secca tra il 15 e il 35 a seconda del tipo di allevamento da carne o da latte e alla gestione attuata La quantit di feci pi resi
118. ella USAID FAO UNDP UNCDF e UNICEF si costruirono 1n media fino al 1985 dai 100 ai 300 digestori all anno Forte J 2011 Nel 1992 nacque il Biogas Support Programme BSP a cura del Government of Nepal e della Netherlands Development Organisation questa organizzazione indipendente senza scopo di lucro era stata creata con l obiettivo di realizzare biodigestori familiari in tutto il Paese Forte J 2011 In figura 2 26 viene mostrato il numero di digestori installati ogni anno in Nepal dal 1982 al 2003 piu di 110 000 impianti sono stati realizzati in questo periodo 18000 16000 14000 12000 Number of biogas plants 1982 1985 1988 199 1994 1997 2000 2003 Year Figura 2 26 Numero di impianti costruiti per anno in Nepal Attualmente in Nepal si contano 250 000 impianti questo grazie a Gautam R et al 2007 Consapevolezza della popolazione rurale sui benefici di questa tecnologia Enorme disponibilit di substrati alimentabili al digestore Ridotta accessibilit ai combustibili fossili Disponibilit di materiali locali per la costruzione Prestiti e sussidi da parte del Governo Sulla base di una stima nazionale del numero di allevamenti presenti 11 numero di impianti realizzabili di circa 1 3 milioni si pu affermare quindi che solo il 19 del potenziale realmente sfruttato Gautam R et al 2007 53 Thailandia Il primo impianto costruito circa nel 1950 fu a tamburo ga
119. ene fossero presenti sul territorio numerosi digestori artigianali molti non erano funzionanti Con l entrata in vigore del TG BP furono installati altri 150 impianti di tipo CAMARTEC in fattorie di medie grandi dimensioni Il modello tanzaniano venne modificato creando un collegamento diretto dalle stalle al reattore mentre per le famiglie con piccoli allevamenti vennero costruiti digestori offerti nelle volumetrie standard di 12 16 50 m con una resa in biogas di circa del volume del digestore ISAT e GTZ En Biogas Digest Volume IV 1999 In parallelo furono condotti ulteriori studi sull impiego del biogas ad uso domestico cucinare e illuminare attraverso un alternatore e sull utilizzo del digestato come fertilizzante Dal 1995 quando termin il Thai German Biogas Programme 1 finanziamenti furono garantiti dal Energy Conservation and Renewable Policy Bureau e dal Ministry of Energy Dal 2004 venne introdotto in Thailandia 11 digestore tubolare in materiale plastico e dal 2006 venne applicato in contesto familiare AI 2006 sono stati realizzati circa 10 000 Impianti semplificati In Thailandia sono presenti varie tipologie di digestori tra 1 quali 1 pi comuni di piccola taglia sono quelli a cupola fissa Aggarangsi P et al 2013 80 di questi sono utilizzati per il trattamento dei liquami suini In passato 1 reflui zootecnici generati dai numerosi allevamenti di maiali di bovini e di polli circa 3
120. energetiche si possono essere raggruppate in 3 categorie e Colture zuccherine tipologia pi comunemente utilizzata mais cereali e sorgo e Colture oleaginose girasole colza e soia e Colture ligno cellulosiche erbacee annuali erbacee poliennali arboree Lo sfruttamento delle colture dedicate ai fini energetici comporta determinati svantaggi quali il costo di approvvigionamento della biomassa o la disponibilit di ampi spazi per la coltura e necessit di strutture di stoccaggio che ne consentano la fruizione per un periodo piu lungo rispetto a quello della disponibilit 1 4 5 Scarti dell industria agro alimentare L industria agro alimentare produce ingenti quantita di reflui e scarti derivanti dalla lavorazione delle materie prime che possono essere avviate alla digestione anaerobica siero di latte reflui liquidi della lavorazione dei succhi di frutta o di distillazione dell alcool scarti organici liquidi e o semisolidi della macellazione sangue contenuto stomacale etc buccette di pomodoro scarti della lavorazione delle patate mais etc Tabella 1 2 Caratteristiche degli scarti alimentari a scala industriale SCARTI DELL INDUSTRIA AGRO ALIMENTARE Scarti di lavorazione del mais 0 154 Scarti di leguminose 0 169 0 35 FONTE C R P A 2008 1 4 6 F O R S U Frazione Organica dei Rifiuti Solidi Urbani Con la raccolta differenziata dei rifiuti solidi urbani la frazione organica che n
121. erato potrebbe essere impiegato in cucina per 4 5 ore o per illuminare gli ambienti domestici inoltre il digestore fornisce approssimativamente 80 61 L di digestato liquido chiamato biol tuttavia non sempre applicato sulle colture per la mancanza di informazione e scetticismo Figura 2 31 Visione esterna della serra in cui viene spesso collocato digestore tubolare i s a Figura 2 32 Visione esterna della serra in cui viene spesso collocato digestore tubolare Un punto di forza di questo programma stato l adattamento dell impianto alle condizioni sito specifiche del contesto di applicazione sono state sviluppate tre tipologie climatiche a seconda della localit di installazione visto l eterogeneit della morfologia boliviana Nell ultimo decennio sono stati promossi soprattutto 1 digestori tubulari visto la facilit gestionale e 1 costi minori 1 digestori a cupola fissa e a tamburo galleggiante presenti in Bolivia sono quelli che furono realizzati nei primi programmi sul Biogas a cura del GTZ verso la fine degli anno 80 KTH Royal Institute of Technology 2010 62 Colombia La storia del biogas in Colombia pu essere suddivisa in tre fasi ISAT e GTZ En Biogas Digest Volume IV 1999 Nel maggio del 1985 ebbe origine in Barranquilla lo Special Energy Program Columbia grazie alla collaborazione di Oekotop compagnia tedesca e Corporacion Autonoma Regional del Cauca CVC lo
122. ere considerati normali in quella di regime indicano un possibile sovraccarico o una insufficiente alcalinit del substrato in ingresso per tale ragione nell ipotesi di sovraccarico dall 1 8 2013 il digestore stato alimentato con un O L R dimezzato ed stato ricircolato il biol digestato chiarificato in sostituzione dell acqua di rete terza fase del monitoraggio dati ancora non disponibili Fseguendo un analisi in parallelo del rateo di produzione di biogas dei due biodigestori nelle due fasi del piano di monitoraggio si osserva un efficienza maggiore del secondo digestore sia in fase di avviamento che di regime questo effetto pu essere dovuto al maggior carico organico 0 36 kg S V volumetrico in alimentazione al secondo biodigestore I biodigestore UN RE II biodigestore 0 39 kg S V em 97 l o e alla probabile perdita di biogas dalle tubazioni di collettamento del biogas del primo digestore consunte dal sole Inoltre poich le temperature all interno del volume liquido e della serra del secondo reattore sono inferiori rispetto al primo si pu ipotizzare che il sistema di isolamento sia stato mal realizzato e o le infiltrazioni di acqua piovana all interno della tubazione di scarico abbiano raffreddato l ingestato L efficienza media dei due digestori studiati a regime rispetto ai valori di progetto approssimativamente il 79 70 del primo e 88 del secondo valore da considerarsi buono dato da
123. esbaoui R Depeybe D Technical evaluation of rural biogas installation in Tunisia 1996 Renewable Energy Volume 9 Issue 1 4 pp 980 983 194 Mondal Md A H Kamp M L Drivers barriers and strategies for implementation of renewable technologies in rural areas in Bangladesh An innovation system analysis 2010 Energy Policy Volume 38 Issue 8 pp 4626 4634 Mwakaje M G Dairy farming and biogas use in Rungwe district South west Tanzania A study of opportunities and constraints 2008 Renewable and Sustainable Energy Reviews Volume 12 Issue 8 pp 2240 2252 Ni J Q Nyns E J New concept for the evaluation of rural biogas management in developing countries 1995 Energy Convers Mgmt Vol 37 No 10 pp 1525 1534 Nzila C Dewulf J Spanjers H Kiriamiti H Van Langenhove H Biowaste energy potential in Kenya 2010 Renewable Energy 35 pp 2698 2704 Pedraza G Chara J Conde N Giraldo Sandra e Lina Evaluation of polyethylene and PVC tubular biodigester in the treatment of swine wastewater 2002 Livestock Research for Rural Development 14 1 Poggio D Ferrer I Batet L Velo E Adapti n de biodigestores tubulares de pl stico a climas frios 2009 Livestock Research for Rural Development 21 9 Rofiquil Islam M Rabiul Islam M Rafiquil Alam Beg Renewable energy resources and technologies practice in Bangladesh 2008 Renewable and Su
124. essere dovuto all eccessiva diluizione del substrato in alimentazione in quanto parte delle acque di lavaggio vanno a mescolarsi con il liquame suino di per s gi liquido a cui poi si aggiungono 1 100 L di acqua per raggiungere il rapporto di diluizione prefissato inoltre non sono da escludersi fenomeni di stratificazione del digestore Si consiglia di replicare la sperimentazione su un terreno seminato con un numero noto di piante in modo da svolgere un analisi comparativa piu precisa 4 6 Valutazione dell efficienza della cucina L efficienza del sistema complessivo dipende oltre che dal HRT dal tipo di substrato e della temperatura anche dagli strumenti accessori che permettono di sfruttare 11 biogas Ferrer et al 2011 quest ultimo puo essere utilizzato come gli altri combustibili gassosi previa una modifica dovuto alla bassa pressione del flusso 100 600 Pa e sfruttato sottoforma di calore in cucina o in motori a gas oppure trasformato in elettricita In tabella 4 55 vengono riportati gli impieghi pi comuni e il quantitativo di biogas necessario Tabella 4 55 Utilizzo e consumo del biogas STRUMENTI PER LO SFRUTTAMENTO DEL BIOGAS BIOGAS NECESSARIO 7 200 450 700 3000 Lampada a gas equivalente ad una lampadina di 60 W 120 150 Generazione di 1 kWh di energia elettrica FONTE Reserch Council Jamaica 171 Considerato che nei Paesi in via di sviluppo il biogas applicato soprattutto in cucina diviene fondamen
125. estore N Del secondo digestore misurata la quantit di gas prodotta mediante un altro contatore installato nel vano che ospita 1 gasometri Parte del biogas prodotto dal secondo digestore verr a regime utilizzato per la produzione di energia elettrica per questo sar possibile valutare la sola produzione del primo digestore tramite la seguente relazione Produzione Consumo 404 90 Produzione 0 19 2 2 Consumo cucina generatore elettrico A termine della cena si devono svuotare completamente 1 gasometri e solo dopo tale operazione sar possibile effettuare una lettura dei contatori che sia effettivamente rappresentativa del consumo giornaliero 100 Medidor de la production de biogas del 2 biodigestor 3 Misurazione del pH con frequenza settimanale dell ingestato e della frazione liquida del digestato di entrambi 1 digestori quest ultimo per verificare il corretto funzionamento del processo di digestione anaerobica Il pH della miscela deve essere misurato appena prima dell alimentazione mentre il pH del biol deve essere misurato dopo aver caricato la miscela ed essere sicuri che il digestato fresco sia uscito da ambo 1 digestori all incirca per le 12 30 quando Figura 3 45 Misura del pH del digestato la temperatura e l attivit batterica ISO RO DORATO raggiungono 1l loro apice Misurazione del volume di biol prodotto ponendo un asta graduata all interno dei pozzet
126. etnam 2007 Livestock Science 112 pp 288 297 Zhang L X Wang C B Song B Carbon emission reduction potential of a typical household biogas system in rural China 2013 Journal of Cleaner Production 47 pp 415 421 196 Webgrafia Biogas Digester types www energypedia com WHO Indoor air pollution Retrieved 10th January 2011 http www who int indoorair en 201 1 http www ecotippingpoints org our stories indepth china biogas html http www indg in rural energy schemes national biogas and manure management programme nbmmp http www iica int Eng prensa IICA Conexion IICA Conexion 2009 N I 0 secundaria02 aspx http www snvworld org en sectors renewable energy news snv hivos and practical action conclude feasibility studies for http www kth se en 2 2 145 energiteknik forskning ecs projects biogas bolivia http www adelaide edu au biogas history http www bget org assets Upload Biogas tubularplasticbiodigesterproposal doc http journeytoforever org biofuel_library methane_nepal html http www snvworld org en Documents Feasibility_study_of_promoting_biogas_Kenya_2007 pd f http www snvworld org en Documents SN V 20 20Domestic 20Biogas 20Brochure 20Tanzania pdf http www snvworld org en regions africa publications snv domestic biogas newsletter issue 8 february 2013 i snv_domestic_biogas_newsletter_ _issue_8_ _february_2013 pdf http bsesrv214 bse vt edu green Biogas Ar
127. etti economici politici sociali e ambientali Pi di 500 000 milioni di presone che vivono nell Africa sub Sahariana non hanno accesso all elettricit e si affidano a biomasse solide quali legna e carbone Amigun B et al 2009 questo tipo di approvvigionamento energetico comporta solo aspetti negativi quali deforestazione desertificazione perdita di biodiversit emissioni di particolato difficolt di controllo estrazione non sostenibile Lo sviluppo di tecnologie di produzione di energie rinnovabili ed in particolare il biogas pu ridurre la dipendenza dalle biomasse tradizionali e minimizzare gli impatti sociali e ambientali a queste associati Oggigiorno 1 digestori installati nei diversi stati africani utilizzano differenti substrati quali fanghi di depurazione civile rifiuti municipali e industriali e reflui zootecnici ad esempio in Burundi in Costa D Avorio e in Tanzania il biogas prodotto a partire dalla digestione anaerobica di escrementi umani e sterco di provenienza animale in digestori a cupola fissa o a tamburo galleggiante Questi impianti sono costruiti per scuole cliniche ospedaliere o per piccole aziende agricole spesso da organizzazioni non governative Sono stati realizzati anche piccoli biodigestori alimentati da reflui zootecnici sparsi per tutto il continente ma solo parte di questi sono ancora funzionanti a causa di difetti tecnici di progetto Sebbene vi siano stati installati molti impianti spesso att
128. ettuali dando origine a uno scetticismo del personale tecnico coinvolto e della popolazione locale che guardava con curiosit e attenzione Nel 1990 si costruirono tre digestori a cupola fissa e nel 92 si contavano gi altri 85 impianti offerti nelle dimensioni standard di 6 9 13 18 m ad eccezione di uno grande taglia 93 m per un azienda produttrice di carne secca Gli impianti installati furono tutti di tipo a cupola fissa CAMARTEC a cui vennero poi fatte delle modifiche per soddisfare 1 criteri antisismici necessari per le condizioni sito specifiche in quanto la regione caratterizzata da frequenti terremoti ISAT e GTZ En Biogas Digest Volume IV 1999 Nel settembre 2009 la UNDP in collaborazione con Lumajang District Government e con il supporto della Korean Energy Managment Corporation KEMCO diede origine ad un progetto pilota nel distretto di Lumanjng una delle provincie orientali di Giava Attraverso un programma di micro credito vennero realizzati 15 biodigestori di 10 m alimentati con letame bovino al fine di ottenere 10 ore di gas per cucinare e per illuminare questa energia veniva distribuita tra due e tre famiglie La UNDP incoraggi molti stakeholder tra cui il Governo dell Indonesia e multi nazionali quali la Nestl promuovendo la fattibilita economica di questo business che avrebbe generato benefici su larga scala come la creazione di posti di lavoro e utilit per 11 miglioramento delle condizion
129. febbraio o Digestione anaerobica non completa a causa di sistemi di miscelazione discontinua manuale o Carico organico in alimentazione O L R non sempre costante quantitativo pesato con frequenza settimanale Confronto coni valori di letteratura I reflui zootecnici di origine bovina possono essere suddivisi in due categorie il liquame e il letame il substrato in alimentazione al digestore una via di mezzo fra 1 due tipi di sterco in quanto non lo si pu classificare come un liquame poich le urine e le acque di lavaggio non sono mescolate con le deiezioni e altrettanto non letame in quanto non vi la presenza della paglia per la stabulazione e viene diluito con acqua prima di sottoporlo a digestione tuttavia per semplicit verr chiamato letame Per tale ragione necessario mediare le caratteristiche dei S T dei S V e del BMP quest ultimo anche in funzione del regime termico di entrambi 1 tipi di reflui riportati in letteratura I valori ottenuti sono stati sintetizzati in tabella 4 11 elaborazione dei dati in tabella 4 12 e sono stati utilizzati 1n tabella 4 13 121 Tabella 4 11 Valori di letteratura mediati per il liquame e il letame bovino LIQUAME LIQUAME CARATTERISTICH BOVINO BOVINO E MEDIE BMP MESOFILO BMP PSICROFILO sv 89 B8i 858 Tabella 4 12 Valori caratteristici di S T S V e di BMP del liquame e del letame bovino riportati in letteratura REGIME TERMICO BMP FO
130. ferito al volume totale m xd Fonte usata nel progetto 0 575 LE d La produzione media di biogas l 8896 del valore previsto in fase progettuale L efficienza raggiunta da considerarsi molto buona questo risultato tuttavia dovuto in parte ai valori di S V considerati da letteratura minori di quelli riscontrati durante la prova di laboratorio riportati in tabella 4 34 gt Confronto con i valori di laboratorio Dalle analisi di laboratorio svolte il 6 giugno 2013 sono stati rilevati 1 S T e S V del letame bovino e a partire da questi ipotizzando un valore di produzione specifica di biogas valore di progetto che a sua volta stato preso da letteratura stato calcolato 11 volume di biogas potenzialmente ottenibile infatti 11 maggior limite del progetto l impossibilit di misurare 1 BMP dei reflui zootecnici con 1 quali si alimenta 11 biodigestore 147 Tabella 4 34 Valori di laboratorio considerati per il calcolo della produzione di biogas del secondo digestore in giugno luglio 2013 i ia ERES E kg let bovi Quantit di letame bovino in ingresso al biodigestore 2 Solidi T otali 16 tal quale dato di laboratorio Soldi Volani 83 6 ST dato di laboratorio Produzione specifica di biogas 0 25 m biogas valore di letteratura CEPIS kg S V 3 bi Produzione di biogas 0 67 Mae Ani Produzione per m di reattore 01 m biogas riferito al volume totale i m reattore x d O L
131. fluo infatti il limite maggior del progetto l impossibilit di disporre di misure di BMP degli effluenti sottoposti a digestione poich l unico laboratorio che possiede la strumentazione sito in Lima problemi di deterioramento del campione costi eccessivi della prova e del trasporto Tabella 4 5 Parametri per il calcolo della produzione potenziale di biogas del primo digestore a partire dai liquami suinicoli con i valori di laboratorio periodo luglio agosto 2012 Quantit di liquame in alimentazione al biodigestore 1 analisi di laboratorio analisi di laboratorio m valore di letteratura ipotizzato nel progetto CEPIS i kg S V 3 bi Produzione di biogas 1 33 Produzione per m di reattore 0 123 m biogas riferito volume totale i m reattore x d O L R 0 35 kg S V riferito al volume totale m xd Quantit non pesata Fonte usata nel progetto 113 0 67 m biogas La produzione media di biogas ottenuta 11 50 del valore calcolato con 1 risultati delle analisi di laboratorio le cause del mancato raggiungimento dell efficienza possono essere o Il sistema non ancora a regime dopo il mese di avviamento o Digestione anaerobica non completa a causa di sistemi di miscelazione discontinua manuale o Substrato non sempre disponibile in quanto il numero dei maiali nella fattoria varia poich questi animali sono allevati a scopo commerciale inoltre il substrato alimentato al digestore non
132. gas Il primo vero biodigestore fu costruito a Bombay nel 1859 e a seguito della colonizzazione si diffuse ben presto in Inghilterra per il trattamento delle acque reflue dalle quali si produceva 1l biogas per l illuminazione di lampioni stradali in Exeter University of Adelaide 2010 Lo sviluppo della microbiologia port Busnell et al ad individuare la biomassa coinvolta nei processi di digestione anaerobica Nel 1921 Guorui Luo costru nella provincia di Guandong in Cina un digestore di m per i rifiuti domestici e negli anni successivi fond una compagnia per commercializzarli Durante la crisi energetica degli anni 70 nella strenua ricerca di fonte alternative ai combustibili fossili vennero lanciati molti National Regional Biogas Programme Ni J Q et Nyns E J 1995 e gi negli anni 80 cominciarono a diffondersi milioni di impianti semplificati in Asia Africa e in America Latina 2 7 Situazione nel mondo I biodigestori sono conosciuti da molto tempo ma solo negli ultimi anni hanno destato interesse nato dalla scarsit e dagli elevati costi dei combustibili fossili e solo in parte minore dalla sensibilit ambientale La digestione anaerobica in Paesi in via di sviluppo viene sfruttata per produrre energia a basso costo un cucinare o per generare elettricit e abitualmente viene applicata in contesti familiari invece nei Paesi industrializzati l utilizzo su grande scala consente la stabilizzazione dei rifiuti
133. gas La popolazione locale continuava ad utilizzare soprattutto le biomasse come legna per la produzione di energia principalmente per cucinare 1 pasti intensificando sempre pi la deforestazione e la perdita di biodiversit in alternativa si usava il kerosene e il gas pagati a caro prezzo Dal 1984 lo stato keniota introdusse lo Special Energy Programme SEP Kenya nel quale vennero coinvolti molti artigiani nelle costruzione di 400 impianti a tamburo galleggiante in collaborazione con gli esperti del GTZ tuttavia questa strategia non ebbe risultati confortanti sia per 1 difetti tecnici scarsi rendimenti e rotture delle tubazioni sia per la totale assenza di una sistema di supporto al cittadino come ad esempio uffici di riferimento sparsi sul territorio Dal 1988 mediante la cooperazione del SEP e del Ministry for Energy vennero realizzati 250 Impianti a tamburo galleggiante in tutto il Kenya si prefer inizialmente questa tipologia rispetto a quella a cupola fissa per l abbondanza di acciaio presente sul territorio Fino al 1990 gli impianti costruiti erano a cupola fissa o a tamburo galleggiante sino all arrivo del digestore tubolare dalla Colombia che si diffuse soprattutto nella parte occidentale del Kenya Kiplagat J K et al 2011 Nel 1993 questo Paese era tra 1 maggiori produttori di biogas del continente africano con 850 biodigestori familiari Dal 2005 grazie ad Atmosfair alla Kenyan organization Sustenable Energ
134. gasometro Se si volesse semplificare l impianto possibile sostituire il gasometro metallico con un palloncino sopra il digestore che comporta lo svantaggio di essere meno resistente delle soluzioni precedentemente descritte Esistono varie tipologie di digestore a tamburo galleggiante e Impianto KVIC Khadi and Village Industries Commision con reattore cilindrico d acciaio 1l pi antico e il pi diffuso in India Figura 2 9 Digestore KVIC e Digestore Pragati con il reattore a forma semisferica Figura 2 10 Digestore Pragati 26 e Modello Ganesh composto da acciaio angolare e fogli in plastica z ym ee bee LE LA d E x Zr Figura 2 11 Digestore Ganesh e Tipologia BORDA Bremen Overseas Research and Development Association che combina 1 vantaggi di un digestore semisferico pi statico con l uso della water jacket Tabella 2 2 Vantaggi e svantaggi di un digestore a tamburo galleggiante Floating Drum VANTAGGI SVANTAGGI Funzionamento intuitivo e poco impegnativo Quantit di biogas prodotto visibile dalla posizione del tamburo Produzione di biogas ad una pressione costante Nessun problema di fuoriuscite di gas se verniciato Il costo del gasometro Manutenzione impegnativa ruggine e impermeabilizzazione Durata dell impianto breve fino a 15 anni ma nelle regioni tropicali 5 anni Parti in movimento Se il substrato ricco di solidi o materiali
135. gione del Sejenane il reattore fu realizzato a tamburo galleggiante secondo il disegno indiano con una capacit di 11 m Questo traguardo fu possibile grazie alla collaborazione tra Tunisia e Germania nel programma Developpement Regional Sejenane ISAT e GTZ En Biogas Digest Volume IV 1999 Nell autunno del 1983 l Ecole Nationale d Ing nieurs ENIT condusse una ricerca per individuare 1 criteri necessari affinch il biogas potesse avere successo in Tunisia 38 contemporaneamente fu costruito il primo digestore a cupola fissa al quale susseguirono altri 7 impianti con la stessa conformazione Con l introduzione dello Special Energy Programme Tunisia nel 1989 vennero riattivati gli impianti non funzionanti e si costruirono altri 10 biodigestori con lo scopo di monitorare il processo e condurre esperimenti sui fanghi Dal 1992 le attivit sul biogas vennero spostate nella regione El Kef in cui il clima in parte continentale e in parte semiarido qui si realizzarono 11 digestori pilota a scopo dimostrativo di volumetrie comprese trai 16 e 1 25 m Lo studio condotto da Mlaouhi et al riportato nell articolo Technical evaluation of rural biogas installation in Tunisia del 1996 mostra lo stato dell arte del biogas in Tunisia fino al 1993 gli impianti rilevati circa un trentina venivano tutti alimentati con reflui bovini Inoltre stimarono il numero minimo di vacche necessarie 4 per poter svo
136. grado di degradazione della sostanza organica Tabella 1 1 Influenza della temperatura sul HRT TIPO DI DIGESTIONE RANGE DI TEMPERATURA PC 35 C 20 254 55 C 60 C Un tempo di ritenzione pi breve pu comportare il rischio di dilavamento della popolazione batterica attiva mentre un tempo di ritenzione prolungato richiede un notevole volume del digestore e quindi un maggior capitale economico Quindi vi la necessit di ridurre l HRT per impianti di biogas domestici basati sul trattamento di matrici solide 1 3 4 Carico organico volumetrico O L R Il carico organico volumetrico Organic Loading Rate definito come la quantita di substrato entrante nel digestore riferita all unit di volume del reattore e al tempo Da questo parametro dipende la cinetica del processo e la produzione di biogas Analiticamente vale l equazione per cui Con QXS 2 m xd O L R O L R carico organico volumetrico al V volume del reattore L3 L3 Q portata al reattore S concentrazione di substrato nella portata influente in S V 3 1 4 Substrati 1 4 1 Definizione di biomassa Si definisce biomassa la frazione biodegradabile dei prodotti rifiuti e residui di origine biologica provenienti dall agricoltura comprendente sostanze vegetali e animali dalla silvicoltura e dalle industrie connesse comprese la pesca e l acquacoltura nonch la parte biodegradabile dei rifiuti industriali e urba
137. i igienico sanitarie nonch per la fornitura di energia Gli obiettivi futuri della UNDP prevedono la realizzazione di 400 digestori familiari in Giava e 200 1n Sumatra 0 275 m biogas la collaborazione del governo il numero delle associazioni coinvolte locali ed estere sono alcuni dei fattori che hanno reso possibile la diffusione di questa tecnologia ISAT e GTZ En Biogas Digest Volume IV 1999 La qualita degli impianti un buon tasso di produzione di biogas cene 48 India Il biogas stato promosso in India principalmente sotto l aspetto energetico questo obiettivo nacque dalla volont di migliorare le condizioni di vita della popolazione rurale Sebbene 1 primi programmi ebbero inizio negli anni 50 solo nel 1980 si ebbe una vera e propria diffusione degli impianti con 1 000 000 di digestori installati dei quali 1 80 funzionante ISAT e GTZ En Biogas Digest Volume IV 1999 Tabella 2 11 Storia del biogas in India Fu costruito il primo biodigestore per il trattamento dei reflui civili in Dadar nelle vicinanze di Bombay sotto la supervisione dell Indian Agriculture 1930 circa nstitute questo fu un vero e proprio insuccesso in quanto inefficiente non produceva abbastanza gas per una famiglia e 1 costi erano inaccessibili per 1 contadini 1950 Fu realizzato il primo impianto funzionante e furono condotte ricerche sul processo e sul design Sviluppo dell industria Indiana e d
138. i casa Thu C T T et al 2012 La barriera pi grande quindi la mancanza di fondi per poter affrontare l investimento iniziale Vu T K V et al 2007 La SNV fornisce circa il 10 per incentivare la diffusione di questa tecnologia Thu C T T et al 2012 2 7 3 CENTRO AMERICA Sebbene vi siano stati dei primi approcci con il biogas la diffusione di questa tecnologia procede ancora oggi ad un ritmo molto lento il fatto che non vi sia stato un vero e proprio Programma per il Biogas che le applicazioni non sempre rispondevano ai bisogni familiari della popolazione contadina e la totale assenza di sussidi hanno portato 1 biodigestori ad essere ancora una tecnologia poco applicata in questa parte del Mondo nonostante vi sia un enorme potenziale dovuto al clima mite e alla vocazione agricola Belize Il primo progetto sul biogas fu eseguito nel 1988 dal GTZ nel programma di Diffusione del biogas nei Caraibi finanziato dalla Carribean Development Bank all interno del quale vennero realizzati tre digestori a tamburo galleggiante di tipo BORDA con la Carribean Technology Consultancy Service CTCS In seguito durante il workshop sul biogas a cui parteciparono esperti giamaicani nicaraguegni e altri provenienti dalle vicine isole caraibiche furono costruiti altri 6 impianti a cupola fissa e altri 3 a tamburo galleggiante questi furono installati sia a scopo formativo sia a scopi di ricerca finalizzata al migl
139. i determinato per memoria piena fissando data e ora o il numero di acquisizioni o predisponendo l opzione memoria circolare e Ripetizione quotidiana delle acquisizioni e 64 Kb di memoria per 64 000 record di un singolo canale o 32 000 record per ognuno dei 2 canali e Comunicazione a infrarossi a distanze fino a 1 m e Intervallo tra 1 record programmabile da 1 s a 18 ore e Orologio in tempo reale e Alimentazione interna al litio 3 6 V 1 2 AA e Stima della durata della batteria 200 giorni per un acq uisizione dell intervallo di 5 minuti e Circuito di commutazione per l alimentazione di trasduttori esterni e Software di configurazione e raccolta dati Windows 9 98 XP 2000 e PalmOS e Temperatura di funzionamento 40 C a 70 C e Dimensioni 70 x 60x 35 mm e Software LOGCHART II 189 PH METRO Caratteristiche principali del modello pH 222 della Lutron Display LCD 20 mm x 28 mm Range di misurazione 5 C 80 C wi Accuratezza 0 02 0 8 C Range 0 14 pH Il pH metro tascabile Lutron impermeabile resistente agli spruzzi d acqua e misura in maniera rapida e precisa il valore di pH e la temperatura dove entrambi 1 valori vengono visualizzati contemporaneamente sul display Ha taratura automatica tramite la tastiera a membrana e non per mezzo di viti Questo pH metro ha un elettrodo integrato all elettronica e 1 valori di misurazione di pH sono indicati con la compensazion
140. i dislivello darebbe luogo ad una concentrazione del materiale ispessito all interno del digestore verso valle Il reattore dotato di una tubazione di alimentazione e di due tubazioni uscenti una pi in alto per la fuoriuscita della componente liquida del digestato biol ed una pi in basso per la frazione solida biosol In linea teorica la bocca di uscita del biol deve trovarsi ad una altezza maggiore rispetto alla bocca di ingresso dell ingestato Tale configurazione progettata per un terreno perfettamente pianeggiante potrebbe variare a seguito della presenza di un dislivello compromettendo il corretto funzionamento del processo flusso a pistone Figura 3 12 Scavo della fossa Terminate le operazioni di scavo della fossa si procede con lo scavo di consolidamento del terreno di fondazione per le pareti della struttura portante del tetto Il consolidamento consiste nell inglobare il terreno circostante la fossa a partire da una distanza A di circa 10 cm dal bordo della medesima La profondit dello scavo di consolidamento ps varia trai 10 15 cm La fondazione viene realizzata mediante uno strato di pietre per esempio quelle rimosse dal terreno in fase di scavo della fossa ricoperto da uno strato di terreno argilloso barro 87 Figura 3 14 Posizionamento del materiale di consolidamento Figura 3 15 Livellazione del terreno di fondazione 3 3 3 Elevazione delle pareti della struttura della serra
141. i effettua una desolforazione tramite filtri chimici con ossidi di ferro 1 quali provocano la precipitazione dei composti e quindi la loro estrazione oppure immettendo nel digestore una piccola percentuale d aria per innescare una reazione di ossidazione e di precipitazione dello zolfo da parte di batteri aerobi Condensa di vapore acqueo prodotto all interno del digestore e trasportato dal biogas formatasi in seguito alla diminuzione della temperatura che si verifica nei circuiti di trasporto e che pu occludere le tubazioni oppure pu essere trasportata fino alle utenze e causare cos danni consistenti Per ovviare a tale problema si procede con un raffreddamento del gas per poter poi rimuovere la condensa ad esempio con l uso di scambiatori di calore accoppiati ad un gruppo frigorifero trattamento di deumidificazione Materiale particolato essenzialmente organico eliminato con un sistema di filtrazione 15 Contenuto energetico TEM l MJ i l La presenza di metano 1l cui potere calorifico inferiore vale circa 50 m conferisce al biogas un considerevole interesse energetico con valori del PCI funzione della percentuale di CH in esso contenuto Qui di seguito viene riportato un confronto fra il biogas e combustibili convenzionali Rendimenti inferiori del biogas possono essere imputabili a pi fattori e Tempi di ritenzione troppo brevi e Scorretta gestione idrodinamica del reattore e Elevate concentrazioni di so
142. i solidi totali presenti nel substrato viene convertito in biogas Tale assunzione e evidentemente a favore di sicurezza infatti solo la frazione di solidi volatili inferiore a quelli totali suscettibile di degradazione biologica Da quanto sopra detto consegue che il 75 del volume del digestore adibito a vasca di digestione mentre il restante 25 funge da cupola gasometrica 5 Sulla base dei dati precedentemente raccolti e discussi possibile calcolare la volumetria del digestore Vutite Qin X HRT Vutil Viotale TIS Tabella 3 1 Parametri di funzionamento del 1 digestore Se RN TR Kg Slike sterco pre fermentazione 6 00 12 00 im kgSVkgST LbiogskgSV 75 00 1338 95 55 ee TM C Volume occupato dal Volume totale rich Ti I 1274 8026 2675 10702 ke ST kg sterco M kg SV kg sterco 83 Tabella 3 2 Parametri di funzionamento del 2 digestore Aiii Urn Pavone amp EES em animali giorno giorno D T Lows Im 1 8 pig n sea Li dal Di ry m 6 Dimensionamento del digestore e della fossa in cui verr alloggiato a Figura 3 10 Sezione del digestore alloggiato Figura 3 11 Fossa di alloggiamento del nella fossa digestore E consigliabile che vi sia un rapporto compreso tra 5 e 10 tra la lunghezza L ed il diametro d del digestore tubolare in prima approssimazione di forma cilindrica La 5 lt tJ 10 daig Il parametro di forma F della cupola gasometri
143. ico di un Paese sviluppato a favore di un Paese in via di sviluppo PVS La cooperazione non governativa invece e maggiormente slegata da interessi politico economici particolari In Italia la Cooperazione allo Sviluppo parte integrante della politica estera ed gestita dalla Direzione Generale per la Cooperazione allo Sviluppo del Ministero degli Affari Esteri Nel definire iniziative e Paesi in cui intervenire la Cooperazione italiana tiene conto di linee guida e impegni concordati nel pi ampio contesto internazionale ONU UE In termini di priorit le iniziative sono focalizzate principalmente sul continente africano Africa sub Sahariana sui Paesi nei quali sono stati assunti importanti impegni internazionali Afghanistan Libano nonch in America Latina Medio Oriente e Mediterraneo In termini di aree tematiche e settori le priorit sono l ambiente e beni comuni con particolare attenzione allo sviluppo rurale all agricoltura biologica o convenzionale alla ricerca di fonti alternative e rinnovabili le politiche di genere e in particolare l empowerment delle donne accanto ai tradizionali interventi sulla salute e sull educazione 64 2 8 3 Organizzazione Non Lucrativa di Utilit Sociale ONLUS Si possono definire Organizzazioni Non Lucrative di Utilit Sociale ONLUS previste dalla L 460 97 gli Enti non commerciali gi esistenti che abbiano inserito nei propri statuti precisi vincoli quali il perseguime
144. ie e danneggiata dalle termiti Cucine corrose dall alto contenuto di zolfo del biogas Tubazioni bruciate dal sole boxed Fragilit dei fogli di polietilene agli eventi atmosferici e all interazione con gli animali e Cause sociali l Assenza di interesse per gli impianti l In famiglie poligame vi la mancanza di una figura capo nella gestione del digestore Kenya Mr Tim Hutchinson costru il primo digestore a cupola fissa nel 1957 egli sfrutt il biogas prodotto per trattare il caff e il digestato venne impiegato nelle piantagioni questo sottoprodotto risult essere un eccellente fertilizzante Fino al 1986 Hutchinson costru altri biodigestori per scopo commerciali e la sua compagnia Tunnel Engennering Ltd vendette in tutto il Paese 130 impianti di piccole dimensioni e 30 di grandi dimensioni molti di questi sono tutt oggi funzionanti Negli anni 80 si realizzarono altri 100 impianti finanziati da imprenditori privati in collaborazione con 11 GTZ per aziende agricole di grandi dimensioni Successivamente vennero 35 costruiti digestori sia a cupola fissa tipologia cinese che a tamburo galleggiante tipologia indiana nelle istituzioni e nelle scuole ma sempre con l aiuto di sponsor spesso stranieri Poich durante la progettazione e la realizzazione non vennero considerati gli aspetti ambientali sociali ed economici ci fu presto un disinteresse generale sulle tematiche relative al bio
145. igest Volume IV 1999 Le ricerche condotte in trent anni sullo sviluppo dei biodigestori resero la Tanzania un Paese all avanguardia e crearono delle basi per garantire un efficiente funzionamento degli impianti realizzati Durante il corso di questi studi vennero introdotti innovazioni tecniche che visto il successo furono poi esportate dal GTZ e applicate in contesti simili ISAT e GTZ En Biogas Digest Volume IV 1999 qui di seguito vengono ricordate le pi importanti Sviluppo della tipologia CAMARTEC Intonaco impermeabile al gas Sviluppo di cucine economiche in grado di sfruttare il biogas Modifica delle vecchie lampade per adattarle al biogas Altro punto di forza della Tanzania fu quello di creare un sistema integrato tra la fattorie e 1l digestore mediante la costruzione di un serbatoio di raccolta dei reflui zootecnici e una tubazione di collegamento tra 1 ricoveri degli animali e il reattore Di recente stato importato in Tanzania il digestore tubulare in polietilene che ebbe maggior successo dato che il costo inferiore maggior limite alla diffusione del biogas che era circa n di quello a cupola fissa Mwakaje A G 2008 Lo studio di fattibilit condotto nel 2007 dal SNV stim una potenziale di 165 000 impianti familiari installabili in Tanzania About SNV Tanzania amp Biogas questa valutazione fu condotta sul numero di bovini presenti Tunisia Il primo digestore venne costruito nel 1982 nella re
146. igestore con le stalle e le toilette e Four in One eco agricultural model simile al modello Three in One ma con l introduzione di una serra per aumentare contemporaneamente le temperature all interno del digestore e coltivare verdure poich la costruzione di questa struttura inevitabilmente innalzava 1 costi questo modello fu applicato soprattutto nel Nord della Cina poich pi ricco e pi idoneo alla sperimentazione di questo sistema in quanto caratterizzato da un clima pi freddo 10m family size biogas system 28 4 E EEEE ous owas DI E ol Ln ATE gt toe 0302020705051 ELA BEI ss UBASERI 20 xz A Figura 2 23 Sistema Three in One Dallo studio condotto da Dong et al nel 2009 emerso che 1 biodigestori semplificati di piccola 1 41 2 02 ton CO emessa dovuta all uso di combustibili fossili anno x famiglia taglia permettono di evitare tra 1 soprattutto carbone invece dallo studio condotto da Shen et al prat e Whang et al 2010 1 91 ton anno x famiglia 397 6 4193 9 ton anno Zhang L X et al 2013 le emissioni di CO risparmiate sono tra Dalla ricerca su scala nazionale condotta da Zhang et al nel 2007 si stima di emissioni di CO evitate e di di emissioni di SO evitate Zhang L X et al 2013 anno Nel 2010 sono stati rilevati 35 milioni di impianti semplificati considerando che il 67 della popolazione cinese viv
147. il biogas ancora pi popolare IICA install dei biodigestori a scopo dimostrivo in tre distretti del Belize Cayo Orange Walk Belize Nonostante ci siano 1 requisiti affinch 11 biogas abbia successo non si pu ancora affermare che oggigiorno gli impianti semplificatidi piccola taglia siano diventati una tecnologia comprovata in Belize Giamaica Dagli anni 80 1 digestori furono promossi dallo Scientific Research Council SRC come mezzo di decentralizzazione energetica a seguito della crisi degli anni 70 piuttosto che come soluzione ambientalmente sostenibile idonea allo smaltimento dei rifiuti ISAT e GTZ En Biogas Digest Volume IV 1999 I primi reattori realizzati su media grande scala e alimentati da latrine o da scarti agro alimentari di origine industriale vennero installati presso istituzioni scuole e industrie a scopi dimostrativi Dal 1993 si rilevarono 120 impianti e ne furono commissionati al SCR altri 400 per 1l trattamento dei reflui zootecnici in piccole aziende agricole The Scientific Research Council amp the Planning Institute of Jamaica 2011 questo apparente interesse ben presto si arrest e negli anni successivi l unico impianto realizzato sempre su grande scala fu nel 2010 per una famosa catena di fast food evidente che questa tecnologia non suscit curiosit all interno della popolazione rurale circa il 50 del totale poich le applicazioni mostrate riguardavano solamente impianti di
148. interamente sovvenzionati da 15 organizzazioni internazionali per lo sviluppo dei Paesi in difficolt molti di questi impianti furono operativi solo per due anni sia per la loro insita fragilit sia per la mancanza di supporto tecnico e assenza di corretta manutenzione Il 6 maggio 2006 nacque National Biodigester 103 1049 Aii urs fu 1079 Programm NPM dalla cooperazione del istat e Jj I e Ministry of Agriculture Forestry and fenus to awe Age 5 PP Fisheries MAFF e della Netherlands qu pg K dps s j i im eds Development Organization SNV PNBP fu g2 eef e L UM ju p parte di un programma pi grande l Asia T gt Rex a d da m o Biogas Programme ABP di competenza lings Batiambang O aw Shs tin della SNV e del Netherland Government lt Ei x M DGIS il cui obiettivo era quello di sostenere f Pursat DG CU a L3 uSDE di abogan con la diffusione di i A Pona Cham gd 49 173 biodigestori familiari i Proy Vong 2006 2012 Nella prima fase della durata di 6 anni 2006 Di dii Sat 4 p i qum 2012 fu prevista l istallazione di 18500 a on ia sen oS ND i e nia i hi EDF ET d VAS d dum biodigestori in 14 province Buysman E et Mol P wa S EIFS A P J 2013 il cui risultato viene mostrato in figura 2 18 per ogni singola provincia Figura 2 18 Le 14 province coinvolte nel programma sul biogas con il numero di impianti installati durante la prima fas
149. ionali dell impianto 74 Capitolo 3 MATERIALI E METODI 3 1 Introduzione alla tecnologia dei digestori tubolari in materiale plastico Plastic Tubular Digester PTD Il digestore tubolare in materiale plastico PTD una struttura cilindrica ad alimentazione continua nella quale il refluo si muove con un flusso di tipo a pistone il substrato viene alimentato ad una estremit del digestore mentre da quello opposto esce circa una pari volumetria di digestato Parte del volume occupato da fluido in digestione mentre sulla parte superiore del digestore si accumula il biogas prodotto Se si decide di installare un gasometro per immagazzinare il gas possibile sfruttare fino a 90 del volume totale del reattore per la digestione della miscela Lo svantaggio di questa tipologia di reattore consiste nella continua perdita di parte della biomassa batterica nell effluente I primi digestori PTD erano costruiti in neoprene o con alcune membrane di scarto che venivano saldata termicamente per conferire al reattore la forma tubolare data l inevitabile cura di questa operazione per evitare qualsiasi fuoriuscita di liquidi o gas durante il funzionamento del digestore e la necessit di macchinari tecnici particolari di scarsa diffusione questi materiali furono presto abbandonati Negli anni successivi si iniziato a lavorare con d welding sheets together il PVC il digestore viene di fatto costruito unendo diverse membran
150. ioni di fluidit Azoto l azoto molecolare si trova nel biogas non partecipando alle reazioni non si consuma Ossigeno l ossigeno molecolare pressoch assente tuttavia pu essere presente se sono adottati metodi di desolforazione biologica che prevedono l immissione di aria nella camera di digestione Composti solforati la produzione di H2S imputabile alla riduzione di solfati presenti nel substrato da parte di microrganismi un composto dannoso per l ambiente e per moltissime applicazioni tecniche in quanto estremamente corrosivo Idrogeno l idrogeno molecolare sviluppato come sottoprodotto delle fasi di acidogenesi e acetogenesi presente in tracce in quanto viene consumato da altre fasi del processo Ammoniaca si forma come sottoprodotto delle reazioni di acidogenesi nel digestore In concentrazioni elevate dannosa in molte applicazioni tecniche Solidi ogni sistema di digestione anaerobica fornisce biogas con in sospensione particolato solido anche di grossa pezzatura fino a ordini di grandezza del mm inoltre il flusso di biogas pu essere interessato dalla formazione e dal trascinamento di schiume Trattamento Le principali caratteristiche che possono influenzarne l utilizzo sono Corrosivit dovuta alla presenza di idrogeno solforato prodotto durante la digestione che in grado di danneggiare le tubazioni e la cucina e o il motore le parti a diretto contatto con il gas A tal proposito s
151. ioni internazionali Il riconoscimento ufficiale venne istituito dalla fine degli anni 60 dagli organismi ed istituzioni specializzate dell ONU quindi dalla Comunit europea che fu tra le prime istituzioni a prevedere lo stanziamento di finanziamenti specifici 65 2 9 Apurimac Onlus 66 purimac Onlus ONG italiana la cui sede a Roma nasce nel 1992 per affiancare la Missione Agostiniana italiana che opera dal 1968 nella regione peruviana dell Apurimac dalla quale hanno preso il nome questa regione caratterizzata da un estremo isolamento geografico ed economico Apurimac Onlus con le aziende Venerd 28 settembre 2012 La popolazione locale sopravvive solo grazie ad un economia di sussistenza mancando sia vie di comunicazione sia capitali e tecnologie utili per lo sfruttamento delle ricchezze del sottosuolo Tali disagi insieme ad un alto tasso di analfabetismo e a precarie condizioni igienico sanitarie sono gli aspetti principali d interesse dell associazione Dal 2003 con il riconoscimento di ONG da parte del Ministero degli Affari Esteri hanno potuto in collaborazione con le Missioni Agostiniane espandere i loro obiettivi raggiungendo Africa LA SPERANZA DOVE NON C Figura 2 33 Logo dell ONG Apurimac Onlus 66 2 10 Contesto territoriale sociale ed economico del progetto 2 10 1 Apurimac L Apurimac una regione sud centrale del Peru che ha come capoluogo Abanc
152. ioramento del disegno Dal 1991 fu importato il digestore a cupola fissa CAMARTEC che risultava essere pi resistente con la sua struttura rafforzata in acciaio e consentiva un risparmio del 15 20 dei costi ISAT e GTZ En Biogas Digest Volume IV 1999 Questa tecnologia interessava solo una porzione ridotta della popolazione ossia agricoltori che possedevano almeno 5 maiali allevati prettamente a fini commerciali Nel 1993 furono installati 20 impianti dei quali 13 familiari 2 di medie dimensioni e 5 di grande taglia per le istituzioni e le scuole ISAT e GTZ En Biogas Digest Volume IV 1999 Dal marzo 2013 la Inter American Institute for Cooperation on Agriculture IICA con il sostegno del Ministro dell agricoltura e della Belize Audubon Society BAS inizi un progetto 59 di cooperazione internazionale il cui scopo era di informare la popolazione rurale e di formare 1l personale tecnico sulle modalit realizzative e sulla gestione dei biodigestori a basso costo IICA 2013 Sebbene 1 propositi del progetto fossero gli stessi di quelli di fine anni 80 gli Impianti realizzati vennero sostituiti con il digestore tubolare di polietilene questa proposta meglio si eC T E e uh adattava agli obiettivi del progetto poich l impianto costava meno circa z rispetto agli altri due tipi proposti in passato 8 000 e richiedeva sia minor impegno costruttivo che gestionale IICA 2013 Con l obiettivo di rendere
153. istrata in Cina e India a cui seguono Nepal Vietnam Bangladesh Cambogia e Thailandia In figura 2 17 viene riportata la situazione asiatica nel settore del biogas prodotto a partire dal piccoli impianti e la percentuale di quelli funzionanti 39 Figura 2 17 Piccoli impianti di biogas in Asia Bangladesh Il Bangladesh uno dei Paesi pi densamente popolati caratterizzato da un elevato tasso di povert L agricoltura riveste un ruolo fondamentale per cui 180 della popolazione vive in zone rurali quest attivit non abbastanza fruttifera e molti bengalesi rimangono senza lavoro per gran parte dell anno L allevamento uno dei settori trainanti con 25 milioni tra vacche e bufali stima che risale al 2000 da cui derivano notevoli quantit di sterco Rofiquil Islam M et al 2008 questi animali vengono allevati 11 92 per scopi agricoli 11 7 per scopi alimentari e 11 per il trasporto Sono anche presenti pecore capre e polli il cui contributo della sola pollina di circa 220 000 tonnellate di sterco all anno stima che risale al 2000 Nel 1972 fu realizzato il primo impianto a tamburo galleggiante e al 1997 si rilevarono 6 000 biodigestori la gran parte a cupola fissa tutti instituiti sotto la supervisione del Local Governmet Engeneering Department LGED e del Slum Improvments Project SIP 1 substrati in alimentazione erano prevalentemente reflui zootecnici soprattutto bovini ed escrementi umani
154. l 2013 si ripresent lo stesso problema che in concomitanza alla necessit di sperimentare un nuovo substrato condusse l azienda agricola ad un cambio gestionale sostituendo il refluo in alimentazione con letame bovino Tabella 4 2 Le tre fasi gestionali del primo digestore PRIMO DIGESTORE Differenti fasi gestionali Substrato Liquido 18 7 2013 14 8 2013 fase di avviamento I FASE 8 4 2013 4 6 2013 fase di avviamento II FASE 8 6 2013 31 7 2013 fase di regime Letame bovino 4 1 1 Considerazioni sul primo biodigestore alimentato con liquami suini nel periodo di studio luglio agosto 2012 fase di avviamento Tabella 4 3 Caratteristiche operative del primo digestore per luglio agosto 2012 CARATTERISTICHE E PARAMETRI DI PROCESSO DEL PRIMO DIGESTORE Avviamento luglio agosto 2012 Tipologia Digestore tubolare in PVC flusso pistone Volume totale 1 Volume utile fm Tipo di substrato Rapporto di diluizione 3 Quantitativo d acqua L i O U Ff O L R 2273 0 35 m3x d HRT d i B Disegno della serra Tetto spiovente Shed roof Altitudine m s l m 2 180 Quantit non pesata Quantitativo di deiezioni ke 63 111 La produzione media di biogas calcolata a partire dai dati in tabella al Appendice Allegato A1 3 E pd posce e VI m reattore x d per le necessit energetiche medie di una famiglia apurime a il cui nucleo costituito in media da 1
155. l digestato del primo reattore nelle due fasi del piano di monitoraggio 138 4 2 Valutazione prestazionale del secondo biodigestore Il secondo biodigestore di 6 72 m di capacit stato realizzato nel novembre del 2012 con lo scopo di produrre biogas per generare energia elettrica mediante l adattamento di un motore per la produzione di 1 kW stato avviato nella met del mese con il contenuto stomacale del rumine bovino moto generador gasometro lave de paso i filtro de h2i man metro de agua quemadores salida cel biogas sikula di trampa de LL seguridad CR entrada de yA __ ilda de bol lodcs o mezcla SA wal X s lida tiosol Figura 4 24 Schema del progetto Da progetto era prevista l alimentazione con sterco di porcellino d India 21 kg e acqua 63 L secondo un rapporto di diluizione di 1 3 tuttavia al momento dell avvio dell impianto il numero di questi animali nettamente inferiore al valore prefissato 15 trasportati da Cusco a Vilcabamba e l elevata mortalit dovuta alla sensibilit di questa specie ai cambi climatici condizioni igieniche e trasporto hanno fatto preferire il letame bovino come substrato sostitutivo per il primo periodo di esercizio dell impianto Nel febbraio 2013 anche il secondo biodigestore stato alimentato con letame di vacche appena vaccinate sl rese necessario un nuovo avviamento dell impianto che in concomitanza della difficolt gestionale riscontrata necess
156. l interno della serra nei due periodi di studio confrontati per il secondo biodigestore 154 Produzione di biogas del secondo digestore in avviamento e regime Produzione di biogas del secondo digestore in aprile giugno 2013 consi Mel ISS ee ees ee i Ai LIYI 6 Cla m peo v a ee rei Tac rs SV T _ 4 I I eiie Produzione di biogas del secondo digestore in giugno luglio 2013 E M _ mi ia wm emi 08 04 2013 13 04 2013 18 04 2013 23 04 2013 28 04 2013 03 05 2013 08 05 2013 13 05 2013 18 05 2013 23 05 2013 28 05 2013 02 06 2013 07 06 2013 12 06 2013 17 06 2013 22 06 2013 27 06 2013 02 07 2013 07 07 2013 12 07 2013 17 07 2013 22 07 2013 27 07 2013 Figura 4 35 Produzione di biogas del secondo digestore nelle due fasi di monitoraggio avviamento e regime Nella seconda fase del monitoraggio il tasso di biogas pi stabile e non sono stati registrati giorni in cui la produzione si azzerata Nella primo periodo il digestore non ancora a regime generalmente raggiunto dopo tre mesi dell avviamento che corrispondono alla seconda fase del piano di monitoraggio e mostra un andamento pi variabile Nella prima fase 1 valori di pH in un range acido sono da considerarsi normali dovuti all assestamento del processo mentre nella fase di regime indicano un probabile sovraccarico o un basso potere tampone dovuto alla
157. la metodica di analisi proposta con il piano di monitoraggio per acquisire una comprensione esauriente del processo di digestione anaerobica 181 APPENDICE ALLEGATO A1 Valori di produzione di biogas Tabella al Produzione di biogas del primo digestore nel periodo di studio di luglio agosto 2012 PRIMO BIODIGESTORE ALIMENTATO CON LIQUAMI SUINI Valore riportato dal L biogas m gt biogas contatore ore 8 00 d 1325 941 943 1071 962 096 1001 719 775 597 06 08 0606 A 06 8002 18298 69 07 Data Tabella a2 Produzione di biogas del primo digestore aprile giugno 2013 PRIMO BIODIGESTORE alimentato con letame bovino Valore riportato dal L biogas m biogas Pal contatore ore 8 00 d d 08 04 2013 156234 09 04 2013 156782 10 04 2013 156933 132 11 04 2013 157438 61 0 06 14040015 158421 0G 15 04 2013 15907 68 069 06 50015 179388 65 X 006 0 705003 174003 200 JX4 L 0 0805200 1400 0 0 09050015 17400 0 0 1405203 10618 0 0 2805003 18793 55 06 18 UO 30 05 2013 189441 716 0 72 31 05 2013 190157 90 090 01 06 2013 191058 02 06 2013 191935 03 06 2013 192826 04 06 2013 193504 1244 Tabella a3 Valori di produzione di biogas per il primo digestore nel periodo di studio di giugn
158. lgere una digestione anaerobica dei soli reflui zootecnici giunsero a questa conclusione in quanto suddivisero la popolazione per numero di capi 11 5 allevatori con meno di 4 vacche 65 con 4 5 vacche 11 con pi di 5 vacche e notarono come 11 5 della popolazione rurale risentisse della variabilit della quantit di substrato alimentato che si ripercuoteva sulla ridotta produzione di biogas Tuttavia dal 1993 il programma SEP T smise di interessarsi al biogas e molti impianti furono abbandonati Il fatto che il coinvolgimento sul biogas e gli effetti positivi dimostrati non hanno portato al consolidamento di una struttura di diffusione sostenibile indica la presenza di un complesso di problematiche a livello socio economico ISAT e GTZ En Biogas Digest Volume IV 1999 infatti anche dallo studio di Mlaouhi et al del 1996 emerge che l accesso alle risorse d acqua dolce e la necessit di una adeguata formazione nella costruzione ma soprattutto nella manutenzione siano stati 1 fattori che hanno determinato l insuccesso dei biodigestori in Tunisia Mlaohui et al 1996 2 7 2 ASIA In Asia il biogas ormai una tecnologia comprovata le ragioni del successo che vedono in prima linea Cina e India sono dovute alle numerose campagne di popolarizzazione e al coinvolgimento di governi e aziende che hanno mostrato interesse e supportato 1 contadini nell installazione e nella ricerca dei fondi La maggior diffusione si reg
159. ll artigianalit dell installazione la movimentazione manuale saltuaria e l escursione termica locale Da progetto era prevista l alimentazione del secondo digestore con sterco di porcellino d India animale tipico dei piccoli allevamenti peruviani tuttavia al momento dell avvio dell impianto 1l 178 modesto numero di porcellini d India nettamente inferiore al valore atteso 15 e l elevata mortalit hanno portato il gestore dell impianto a sostituire il substrato di alimentazione A posteriori questo cambiamento operativo si rivelato una decisione corretta in quanto il valore di 0 09 m biogas kg S V dell impossibilit di condurre analisi di laboratorio e per la carenza di dati di letteratura su questo produzione specifica di biogas ipotizzato nel progetto amp stato sovrastimato a causa tipo di refluo infatti tale parametro risultato 11 doppio di quello riscontrato in uno studio simile 0 055 m biogas al contesto del progetto ET Conseguentemente per soddisfare un fabbisogno 1m biogas energetico di ipotizzando un rendimento del 50 per porsi a favore di sicurezza la numerosit dell allevamento deve essere superiore di circa quattro volte la soglia prefissata soglia 700 2228 comportando un investimento economico di spazio e di tempo notevole per la raccolta e l eventuale pretrattamento che favorirebbe la fase 1drolitica Sebbene la produzione di biogas valutata sul tal quale sia su
160. lleggiante nell universit di Kasetsart La storia del biogas in Thailandia puo essere suddivida in tre fasi I FASE Agli inizi degli anni 60 il Department of Health e il Ministry of Public Health promossero il biogas come mezzo di riduzione dell inquinamento provocato dai rifiuti con particolare attenzione a quelli zootecnici II FASE Fino al 1982 con il contributo di stati esteri e di organizzazioni private furono costruiti 6 000 impianti di tipo indiano a tamburo galleggiante che successivamente furono sostituiti con quello a cupola fissa risultato pi efficiente Furono realizzati digestori per ciascun villaggio per scopi dimostrativi e predisposero dei sussidi per incentivare la diffusione anche tra 1 contadini pi poveri Dal 1980 al 1989 la competenza pass al Department of Agricultural Extension e al Ministry of Agricultural and Cooperative che continuarono il progetto inizialmente avviato dal Department of Health dimezzando tuttavia 1 sussidi III FASE 1988 1995 La collaborazione del Ministry of Agricultural and Cooperation della Chiang Mai University del Department of Agricultural Extension con il GTZ GATE Deutsche Gesellschaft fuer Techische Zusammenarbeit e il coinvolgimento del Ministry of Public Health diede origine al programma Thai German Biogas Programme TG BP per la diffusione e standardizzazione nella produzione e uso del biogas infatti sebb
161. lo e lo scopo di convogliare tali residui verso un sistema di tubazioni interconnesse che deviano il flusso e lo raccolgono ad una estremit delle gabbie Lo sterco dunque si trova da subito a mollo nelle urine nelle quali rimane per un prefissato periodo di tempo in fase di pre fermentazione Figura 3 9 Ricoveri multi piano per allevamento di porcellini d India 3 Determinazione del tempo di ritenzione idraulico HRT Nel caso di modelli semplici in cui non previsto un ricircolo HRT corrisponde al tempo di effettiva permanenza del materiale degradabile all interno del reattore Pertanto tale tempo dipende dalla natura del substrato e sopratutto dall andamento delle temperature 82 nel contesto territoriale in cui sara ubicato il digestore Vilcabamba situata ad una quota di circa 2800 m s l m caratterizzata da una forte escursione termica durante il corso della giornata 20 C per la regione geografica in cui collocata stato adottato un tempo di ritenzione idraulica di 60 giorni circa calcolato mediante la formula gi descritta nel paragrafo 1 3 3 volume utile LUE Rug S substrato giornaliero in ingresso 4 Determinazione della percentuale di volume del reattore occupato dal digestato e dal biogas E consigliabile mantenere lo stesso rapporto esistente tra la frazione liquida e la frazione solida alimentate l ipotesi sotto la quale si opera la seguente un volume corrispondente a quello de
162. lore di progetto J kgS V S V kg S V Temperatura ambiente media 6 6 C 16 16 C giornaliera T media del volume M 25 936 28 1 C 3 3 Produzione di biogas ATA S progas LARA sioni ra rispetto ai valori di progetto ia 50 66 rispetto ai valori di laboratorio 135 Valutazione delle prestazioni del primo biodigestore nelle due fasi del monitoraggio avviamento e regime Confrontando le prestazioni del primo biodigestore nelle due fasi del monitoraggio tabella 4 26 s1 osserva che a parit di produzione di biogas si raggiunge un efficienza maggiore nel secondo periodo confrontando sia rispetto a quella di progetto che di laboratorio inoltre le temperature medie orarie ambiente e all interno della serra 1 cui andamenti sono riportati nelle figure 4 20 e 4 21 sono minori e quindi meno favorevoli allo svolgimento del processo Tutto ci porta a ritenere che durante la seconda fase del piano di monitoraggio il digestore sia prossimo al raggiungimento delle condizioni di regime Tabella 4 26 Confronto per il primo digestore nelle due fasi di monitoraggio CON LETAME PARAMETRO dig pini BOVINO II FASE regime O L R 0 36 kg S V 0 36 kg S V m x d m x d BMP ipotizzato 0 25 m biogas 0 25 m biogas valore di progetto kg S V kg S V Temperatura media ambiente 16 16 C 13 8 C C T emperatura media del volume 28 1 C liquido Escursione termica giornaliera 18 5 C JA JA Produzione di biogas
163. ma di distribuzione del misuratore il cui risultato quello di aumentare la stabilit della curva di errori di misura nel tempo anche in condizioni di portata minima e Le membrane assemblate e tarate in modo pressurizzato assicurano una bassa perdita di carico e minima emissione di rumore e Il design materiali e componenti garantiscono i pi alti standard di qualita del dispositivo Prestazioni Quattro camere di misurazione simmetriche a due a due sono separate da membrane sintetiche Le camere sono riempite e svuotate alternatamente Il movimento alternato delle membrane mette in rotazione un albero eccentrico che regola il movimento delle valvole di distribuzione per il riempimento e lo svuotamento delle camere di misura Il movimento dell albero eccentrico viene trasmesso attraverso la catena cinematica all integratore del dispositivo dove s1 indica 11 volume di gas che ha attraversato l unit nelle condizioni di funzionamento 191 Riferimenti bibliografici Abarghaz Y Mahi M Werner C Bendaou N Fekhaoui M Evaluation of formulas to calculate biogas production under Moroccan conditions Sustainable Sanitation Practice 18 Issue 9 2011 Afilal M E Bakx A Belakhdar N Membrez Y Evaluation of the biogas potential of organic waste in the Northern provinces of Morocco 2010 Aggarangsi P Tippayawong N Moran J C Rerkkriangkrai P Overview of livestock biogas technology development and i
164. ma estremamente pericoloso se bruciato o scaldato ad elevate temperature e in impianti inidonei al suo trattamento per la presenza di Cl nella molecola che puo liberarsi come HCl diossina o come cloruro di vinile monomero Polietilene a bassa densit LDPE Il polietilene a bassa densit H H caratterizzato da una densit di 0 910 E gt C C 0 940 ui Pu sopportare temperature di 80 C continuamente e H H l n di 95 C per un breve periodo Fabbricato in variet traslucide od Figura 3 3 Struttura chimica opache abbastanza flessibile e del Polietilene a bassa densit resistente Ha un ottima impermeabilit all acqua 77 Il polistirene espanso PS Il polistirene un polimero H aromatico dello stirene termoplastico dalla struttura ra lineare A temperatura ambiente H H un solido vetroso al di sopra della EU temperatura di Figura 3 4 Struttura chimica del transizione vetrosa circa 100 C polistirene acquisisce plasticit ed in grado di fluire Comincia a decomporsi alla temperatura di 270 C Il polistirene espanso si presenta in forma di schiuma bianca leggerissima spesso modellata in sferette o chips e viene usato per l imballaggio e l isolamento in edilizia Adobes Adobe l impasto utilizzato da molte popolazioni in ogni epoca per costruire mattoni Si fabbrica con terra argillosa paglia e acqua usando uno stampo e si lascia essiccare al sole L adobe
165. me il principale mezzo di sussistenza l agricoltura caratterizzata dal sistema binario della coltivazione del riso piccoli allevamenti soprattutto polli e maiali mentre su grande scala si trovano anche vacche e bufali Buysman E et Mol A P J 2013 il 25 della popolazione rurale ritenuta idonea per la disponibilit del substrato almeno 20 kg e per tale ragione potrebbero essere installati 500 000 impianti Infatti un sondaggio condotto nel 2010 il Biogas User Survey BUS rivel che la situazione media degli allevamenti familiari cambogiani era cos composta 3 34 bovini 4 17 maiali e 1 13 bufali con una produzione di 40 kg di sterco giornalieri Inoltre 1l biogas si propone come valida soluzione al problema della deforestazione causata dallo sfruttamento della legna che continua oggigiorno ad essere la prima fonte energetica delle zone rurali pi povere l installazione del digestore comporterebbe anche maggior tempo libero per le donne e bambini precedentemente impiegato nella ricerca di biomassa da ardere Altre situazioni favorevoli che hanno permesso lo sviluppo dei biodigestori in Cambogia furono Clima mite Accesso all acqua Presenza di infrastrutture viarie per il trasporto dei materiali Disponibilit di materiali da costruzione Prezzo elevato dei combustibili fossili e inaccessibilit all energia elettrica Dal 1986 al 2005 furono realizzati 400 biodigestori di tipo tubolare plastico
166. mentari fertilizzante res tal quale CPE ammendante en D ammendante Figura 1 1 Funzionamento generale di un biodigestore 1 2 Fasi del processo 1 2 1 Idrolisi e acidogenesi In questa prima fase per intervento di diversi gruppi batterici si ha la degradazione di substrati organici complessi polimeri quali proteine grassi e carboidrati con formazione di composti semplici monomeri quali aminoacidi acidi grassi e monosaccaridi in forma solubile In particolare 1 microrganismi idrolizzanti possono colonizzare il materiale particolato e degradarlo oppure produrre enzimi extra cellulari in grado di scindere le molecole organiche complesse in oligomeri e monomeri che sono quindi resi disponibili per il trasporto all interno delle cellule di microrganismi acidogenici questi operano generalmente l ossidazione dei substrati organici semplici a piruvato che viene poi trasformato in acidi grassi volatili alcoli e chetoni che rappresentano 1 substrati di partenza per la successiva fase acetogenica Contestualmente all idrolisi del materiale organico complesso particolato o solubile avviene il processo fermentativo acidogenico nel quale 1 batteri degradano acidi grassi ed aminoacidi producendo acidi grassi volatili per lo pi a catena corta 1 2 2 Acetogenesi A partire dai substrati formatisi nel corso della fase di idrolisi ed acidificazione 1 batteri acetogeni producono acido acetico CH3COOH acido formico CO ed
167. mplementation in Thailand 2013 Sustainable Development 17 pp 371 377 Alvarez R Liden G The effect of temperature variation on biomethanation at high altitude 2007 Bioresource Technology 99 pp 7278 7284 Alvarez R Villca S Liden G Biogas production from llama and cow manure at high altitude 2005 Biomass amp Bioenergy 30 pp 66 75 Amigun B Parawira W Musango J K Aboyada A O Badmos A S Anaerobic Biogas Generation for Rural Area Energy Provision in Africa Chapter 2 ISBN 978 953 51 0204 5 March 2012 An X B Preston T R Gas production from pig manure fed at different loading rate to polyethylene tubular biodigester Livestock Research for Rural Development Volume 11 Number 1 1999 An B X Preston T R Dolberg F The introduction of low cost polyethylene tube biodigesters on small scale farms in Vietnam Livestock Research for Rural Development Volume 9 Number 2 1997 Apurimac Onlus con le aziende Venerdi 28 settembre 2012 Aue G Master Thesis The Possibilities for Biogas in Bolivia Symbioses Between Generators of Organic Residues Biogas Producers and Biogas Users 2010 Balasubramaniyam U Zisengwe L S Meriggi N Buysman E Biogas production in climates with long cold winters Wageningen University Netherlands 2008 Bhattacharya S C Salam A P Low greenhouse gas biomass option for cooking in the developing countries 2002
168. n correttamente funzionanti Impiegato nella ricerca di legna tabella 2 6 FONTE Bond T e Templeton M R 2011 Secondo l Organizzazione Mondiale della Sanit il biogas si propone come un valido sostituto ai combustibili solidi quali legna carbone o sterco essiccato che rilasciano negli ambienti domestici elevate concentrazioni di particolato e CO che costituisco un peso notevole sull incidenza mortale WHO 2011 Tabella 2 6 Confronto tra l impiego del biogas e l uso di legna in termini di tempo h CONFRONTO TRA L IMPIEGO DEL BIOGAS E L USO DI LEGNA IN TERMINI DI TEMPO Attivit Utilizzo del biogas Utilizzo della legna Realizzazione del digestore Ricerca della legna 31 Quantit totale Differenza 2 6 Storia della produzione di biogas Si narra che il primo utilizzo del biogas fu per riscaldare l acqua sanitaria per 1 nobili in Assiria nel XVI secolo e in Persia nel X secolo A C Marco Polo menzion in un diario di aver visto in Cina alcuni serbatoi per lo stoccaggio di acque reflue questi probabilmente furono realizzati 2000 3000 anni A C Jan Baptista Van Helmont nel XVII secolo fu il primo a constatare che la degradazione della sostanza organica scaturiva un gas infiammabile Nel 1776 anche Alessandro Volta si accorse della relazione intercorrente fra la demolizione della sostanza organica e il gas prodotto Nel 1808 Humphrey Davy stabil la presenza del metano all interno del
169. n due punti del volume liquido in giugno luglio 2013 Le temperature all interno del digestore presentano un andamento molto simile sono solo traslate di un AT di circa 0 4 C T media strato superiore 24 5 C T media strato inferiore 24 1 C 4 1 4 Valutazioni finali sul primo biodigestore Tabella 4 19 Parametri di valutazione del primo biodigestore in luglio agosto 2012 PRIMO DIGESTORE fase di avviamento 18 7 2012 14 8 2012 Temperaturaambjente Temperatura media emperatura ambiente i 166 C 07 Ic Temperatura interna del Temperatura media 5 volume liquido media fra strato superiore e 25 3 C 24 2 C Escursione termica Produzione max Produzione di biogas 1 325 m biogas 0 13 m biogas d n d Tabella 4 20 Efficienza del primo biodigestore in luglio agosto 2012 CONFRONTO TRA PRODUZIONE DI BIOGAS REALE E QUELLA IPOTIZZATA CON Valori di progetto Valori di laboratorio Meri Risulta molto inferiore rispetto ai valori medi riscontrati in Valori di letteratura DE la quanto differiscono 1 valori di S T e S V 133 Tabella 4 21 Parametri di valutazione del primo biodigestore in aprile giugno 2013 PRIMO DIGESTORE I FASE del monitoraggio fase di avviamento 8 4 2013 4 6 2013 T mur mbien emperatura ambiente 16 16 1 3 18 5 C 731 C Temperatura interna del Temperatura media Temperatura max Temperatura min volume liquido media fra strato superiore 28 1 C 29 C 26 8 C e
170. nalizzando le temperature all interno della serra si nota un andamento variabile riscontrato in entrambi 1 sistemi sintomi dell eventuale instabilit meteorologica della stagione secca che la pi fredda maggio settembre Si osserva che il primo biodigestore presenta temperature superiori all interno della serra rispetto al secondo nonostante l esposizione e 1 materiali siano gli stessi Inoltre le temperature all interno del volume liquido di entrambi 1 reattori sono approssimativamente costanti e sono traslate di circa 4 C figura 4 40 a favore del primo digestore queste informazioni supportano l ipotesi di perdite di biogas dalle tubazioni di collettamento del primo biodigestore giustificando cos il minor rateo riscontrato e la pronunciata variabilit della produzione di biogas AI contrario per quanto riguarda il digestore pi piccolo 2 le temperature sia all interno della serra che del volume liquido sono minori questo pu essere spiegato da o Sistema di isolamento mal realizzato o Infiltrazioni di acqua piovana all interno della tubazione di scarico che pu aver influito nella diminuzione delle temperature del volume liquido Temperature medie del volume liquido interno dei due biodigestori a regime e Temperatura media dello slurry del primo digestore Temperatura media dello slurry del secondo digestore Figura 4 42 Temperature medie del volume liquido interno nei due biodigestori
171. nazione mediante un rubinetto manuale senza che s1 generino perdite di biogas Per facilitare le operazioni di manutenzione si optato per il posizionamento della valvola all interno di un secchio di materiale plastico dotato di coperchio specialmente nella stagione delle piogge si incorrerebbe altrimenti nel rischio di ostruzione del pozzetto con terra e fango Figura 3 30 Installazione della trappola dell acqua Figura 3 29 Trappola dell acqua 94 3 3 11 Installazione del filtro per la rimozione dell idrogeno solforato L idrogeno solforato H2S presente in tracce nel biogas riconoscibile per il suo caratteristico odore pungente un precursore dell acido solforico H2SO che viene prodotto a seguito della combustione con ossigeno O all interno di motogeneratori o bruciatori di cucine entrambi presenti nella configurazione di impianto di Vilcabamba Le propriet corrosive dell acido solforico ne fanno una minaccia per le parti metalliche e meccaniche delle apparecchiature installate pertanto necessario sequestrare dal biogas la frazione seppur esigua di idrogeno solforato Come sistema di filtrazione si optato per l adozione di una lamina di ossido di ferro del tutto simile alle pagliette scrostanti utilizzate in cucina questa viene fatta ossidare bagnandola con un po d acqua e lasciandola qualche ora esposta alla radiazione solare Figura 3 31 Desolforatore La reazione chimica all
172. ndo 11 biogas svolge un ruolo differente rispetto a quello dei Paesi avanzati la digestione anaerobica viene vista principalmente come tecnologia di stabilizzazione degli scarti agro alimentari e per il trattamento delle acque reflue tuttavia negli ultimi decenni si sta diffondendo sempre pi come soluzione energetica ambientalmente sostenibile e economicamente vantaggiosa grazie agli incentivi statali C R P A 2013 Gli impianti nei Paesi in via di sviluppo nascono invece con la finalit di soddisfare 1 bisogni primari di piccoli nuclei familiari quali e cucinare con modifica dei classici fornelli alimentati a propano butano e riscaldare gli ambienti domestici e illuminare mediante l uso di un motore Bond T e Templeton M R 2011 e rinfrescare molto raro 2 2 Funzionamento dell impianto Sebbene nel mondo ci siano differenti tipologie di digestori semplificati le caratteristiche che li caratterizzano e li accomunano sono e volumetria ridotta tra 4 20 m e assenza di fonti di calore e mancanza di mezzi di miscelazione e ridotto volume di biogas prodotto Nei Paesi in via di sviluppo non essendo prevista alcuna forma di riscaldamento all interno del reattore per motivi di semplicit impiantistica e costi la digestione anaerobica viene svolta in regime psicrofilo la conoscenza di questo argomento limitata ma chiaro che le basse temperature richiedono un HRT pi elevato per raggiungere la stessa produ
173. ne del gasometro Durata dell impianto 20 anni Fluttuazione della pressione che rende Nessuna parte in movimento complicato lo sfruttamento del biogas Si evita il rischio di ruggine Quantit di biogas prodotto non visibile Design compatto L escavazione della fossa laboriosa e L installazione genera l impiego di costosa manodopera Necessit di personale specializzato nella progettazione e nell installazione Digestorea tamburo galleggiante Floating drum plants L impianto composto da un reattore cilindrico e di un gasometro mobile chiamato tamburo che galleggia direttamente sui fanghi o in una sacca impermeabile collegata con un telaio guida alle pareti del digestore che gli conferisce stabilit e lo mantiene nella posizione verticale Quando il processo di produzione di biogas ha inizio il tamburo si solleva mentre quando viene consumato ritorna nel punto di partenza Figura 2 8 Digestore a tamburo galleggiante Floating Drum Questi impianti vengono generalmente alimentati in contesti familiari con sterco di animali o feci umane in reattori di dimensioni tra i 5 e i 15 m mentre per le aziende agricole raggiungono tra i 20 e i 200 m I materiali impiegati nella costruzione sono laterizi calcestruzzo o si sfruttano cave di pietra preventivamente intonacate Il gasometro consiste in un serbatoio di lastre di acciaio sottili 2 mm alla cui estremit inferiore vi sono delle piccole lame che romp
174. ne fra 1 due regimi termici Lo stesso tipo di elaborazione stata poi eseguita per 1 S T 4 496 e1 S V 72 Tabella 4 7 Parametri per il calcolo della produzione potenziale di biogas del primo digestore a partire dai kg liquame p liquami suini con i valori di letteratura rielaborati luglio agosto 2012 Quantit di liquame in alimentazione al biodigestore 1 Produzione specifica di biogas ipotizzata elaborazione dei valori di letteratura tabella 4 6 kg S V A b Produzione di biogas 0 354 Produzione per m di reattore 0 033 m biogas riferito al volume totale m reattore x d L K kg S V NAR 0 094 CARA riferito al volume totale 3 xd Quantit non pesata d O Solidi Volatili ST elaborazione dei valori di letteratura tabella 4 6 3 E 3 E d Solidi Totali 44 EEE elaborazione dei valori di letteratura tabella 4 6 La produzione di biogas calcolata con 1 dati di letteratura molto bassa rispetto a quella realmente ottenuta poich i S T sono minori del 65 rispetto a quelli presenti nel campione inviato al laboratorio anche 1 S V sono in percentuale minore questo pu essere dovuto al fatto che in letteratura stata considerata anche la presenza di acque di lavaggio Produzione di biogas del primo digestore in luglio agosto 2012 o 3 0 9 5 9 O A p 0 9 o NJ V 100 SM NUS 0 0 0 5 V gt TN N dl N 00 O A D O 0 2 18 07 2012
175. ne liquida del digestato biol in qualit di fertilizzante biologico su un terreno a Vilcabamba coltivato con alfalfa foraggio Il parametro pi importante che conferisce ad un digestato chiarificato le propriet fertilizzanti la concentrazione di azoto totale in particolare N NH dalle analisi di laboratorio sul diversi we cw 0 0719 TO campioni di biol fresco sono risultate concentrazioni di azoto totale di due ordini di 2 4 59 kg all eccessiva diluizione del substrato in alimentazione in quanto parte delle acque di lavaggio grandezza inferiori rispetto agli standard indicati in letteratura Questo pu essere dovuto vanno a mescolarsi con il liquame suino substrato utilizzato al momento della sperimentazione di per s gi liquido a cui poi si aggiungono i 100 litri di acqua per ottenere il rapporto di diluizione prefissato e raggiungere cos la concentrazione di S T prevista da progetto inoltre non sono da escludersi fenomeni di stratificazione del digestato all interno del digestore Questa sperimentazione stata condotta con l obiettivo di valorizzare questo sottoprodotto generato dal processo al fine di generare una forma di guadagno che andrebbe a ridurre 1 tempi di ammortamento dell investimento iniziale di capitale economico da parte del campesino 179 L efficienza del sistema complessivo dipende oltre che da parametri di influenza del processo di digestione anaerobica HRT tipo
176. ne rurale nacquero organizzazione professionali per 44 l impiego e la gestione del biogas e ci fu inoltre la formazione del Chengdu Biogas Insitute L installazione cos massiva dei digestori fu il frutto della sinergia fra stato cooperative ed agricoltori nel periodo socialista ISAT e GTZ En Biogas Digest Volume IV 1999 Tuttavia con la standardizzazione delle procedure di costruzione materiali argilla mattoni o cemento design digestore a cupola fissa dimensioni 6 8 o 10 m Chen Y et al 2010 e l arrivo della privatizzazione che ridusse notevolmente 1 sussidi questo boom sub un netto calo Il disegno standardizzato fu poi esportato e conosciuto come il China s model of biogas digester FASE IV Nel 2000 comparve sul commercio il digestore plastico rinforzato da fibre di vetro GRP Ci furono nell ultimo decennio due politiche di promozione del biogas e National Rural Biogas Construction Plan 2003 2010 di competenza del Ministry of Agriculture MOA che institu piccoli uffici sparsi sul territorio che potevano essere considerati come punti di riferimento per 1 contadini per ottenere consulenze e per commissionare impianti a loro spese salvo alcune eccezioni e Medium and Long Term Development Plan for Renewable Energy che fu pubblicato nel 2007 dalla National Development and Reform Commision NDRC Zhang L X et al 2012 I sussidi forniti dal governo furono
177. nel febbraio 2013 ha comportato l arresto del processo con conseguentemente azzeramento della produzione di biogas l effetto inibente dipende dalla dose dal principio attivo e dalla concentrazione nel digestore Nel caso di studio stato necessario rinoculare la biomassa contenuto stomacale del rumine bovino date le modeste quantit di substrato e il fatto che tutto l allevamento era stato vaccinato Descrizione riassuntiva delle attivit e dei risultati Per raccogliere informazioni di maggior dettaglio stato proposto un piano di monitoraggio per entrambi 1 biodigestori della durata di circa sette mesi 8 4 2013 31 10 2013 periodo pari a 3 volte il tempo di ritenzione idraulico dei due digestori circa 61 giorni al fine di migliorare la comprensione del processo di digestione anaerobica e misurare 1 parametri pi importanti 177 Il piano ha previsto la misurazione delle temperature ambiente all interno della serra e in due punti del volume liquido divolume e pH del digestato in uscita di produzione di ogni digestore e di poter calorifico del biogas I dati effettivamente disponibili e utilizzati per valutare l efficienza dei digestori e svolgere un confronto prestazionale appartengono solo alle prime due delle tre fasi previste dal piano di monitoraggio avviamento 8 4 2013 4 6 2013 e regime 8 6 2013 31 7 2013 inoltre si disposineva di una serie temporale di dati relativi alla fase di avviamento del primo bio
178. nelle condizioni normali ovvero effettuare una trasformazione della temperatura da 16 16 C media del periodo a 0 C per mezzo della legge dei gas perfetti 11 volume di metano concentrazione nel gas ipotizzata 60 0 31 Nm biogas 10 94 MJ ottenuto in condizioni normali di con un contenuto energetico di 140 gt Confronto con i valori di progetto Tabella 4 28 Parametri considerati per il calcolo della produzione di biogas del secondo digestore in aprile giugno 2013 con i valori di progetto Re Le i i A kg let bovi Quantit di letame in alimentazione al biodigestore 2 Solidi Totali 17 otal quale valore di letteratura CEPIS Solidi Volatili 16 4 ST valore di letteratura CEPIS Produzione specifica di biogas 0 25 m biogas valore di letteratura CEPIS i kg S V mm n Produzione di biogas 0 65 Rus a Produzione per m di reattore 01 m biogas riferito al volume totale m reattore xd O L R 0 39 kg S V riferito al volume totale m xd Fonte usata nel progetto 0 54 LED La produzione media di biogas 183 del valore di progetto L efficienza raggiunta da considerarsi molto buona questo risultato tuttavia dovuto in parte ai valori di S V considerati in fase progettuale da letteratura minori di quelli riscontrati durante la prova di laboratorio riportati in tabella 4 29 gt Confronto con i valori di laboratorio Dalle analisi di laboratorio svolte il 6 giugno 2013 sono
179. nerato dall imminente necessit di trovare una soluzione alla deforestazione e al miglioramento delle condizioni igienico sanitarie nelle zone rurali Il risultato del progetto di diffusione del biogas fu alquanto deludente sebbene l agricoltura fosse l attivit principale Afilal M E 2010 e 11 clima favorevole per la digestione in campo psicrofilo le difficolt riscontrate riguardavano sia motivi tecnici che di accettazione da parte della popolazione Tanzania Tra il 1975 e il 1982 la Small Industries Development Organisation SIDO realizz 120 biodigestori a tamburo galleggiante Nel frattempo nella regione di Arusha vennero installati altri reattori a cupola fissa e uno sperimentale a tamburo galleggiante costituito da 7 gasometri tra loro collegati questo secondo progetto a cura della Arusha Appropiate Technology Project nasceva con lo scopo di realizzare impianti di biogas al pi basso costo possibile ISAT e GTZ En Biogas Digest Volume IV 1999 Queste iniziative nacquero dalla necessit di fornire un alternativa energetica alla legna usata soprattutto per cucinare il cui consumo da parte della popolazione locale stava causando la deforestazione della zona Nel 1982 venne fondata la CAMARTEC Organisation Centre for Agricultural Mechanization and Rural Technology un associazione parastatale nata con l obiettivo di occuparsi della diffusione del biogas in Tanzania Grazie alla collaborazione con
180. ni Questa la formulazione prevista dalla Direttiva Europea 2009 28 CE ripresa da tutta la legislazione ad essa riferente 1 4 2 Parametri di caratterizzazione della biomassa La caratterizzazione delle biomassa si esegue attraverso pochi parametri facilmente misurabili in laboratorio Solidi Totali S T o Sostanza Secca S S sul tal quale La misura globale dei solidi presenti data dal residuo totale per evaporazione della fase liquida a 105 C per circa un ora questi rappresentano la somma della sostanza organica e della sostanza inerte Sostanza Organica sulla sostanza secca Comprende sia la sostanza organica volatile che si trasforma in gas sia la sostanza organica non volatile che non pu gassificarsi Sostanza Inerte sulla sostanza secca E la frazione residua ceneri dopo la combustione a 650 C in muffola Si assume sia uguale al contenuto inorganico Sostanza Volatile S T sui solidi totali F la frazione di sostanza organica che si pu volatilizzare ed circa il 70 80 del totale organico Operativamente si assume che la sostanza volatile sia uguale alla sostanza organica 1 4 3 Classificazione delle matrici AI fine di poter esprimere valutazioni sulle opportunit di sfruttamento del contenuto energetico delle biomasse attraverso la digestione anaerobica utile cercare di qualificare le matrici utilizzabili in un impianto per la produzione di biogas in linea di principio tutt
181. ni iniziarono ad interessarsi al biogas fino al 1974 quando fece il suo esordio il primo programma ufficiale grazie alla collaborazione di differenti organizzazioni locali che coinvolsero anche Paesi stranieri tra cui l Olanda Con l idea di simulare l esperienza indiana fu fondata nel 1977 un apposita associazione la Gobar Gas Company GGC da parte della Agricultural Development Bank of Nepal ADB N dalle United Mission to Nepal UMN e dalla Nepal Fuel Corporation ISAT e GTZ En Biogas Digest Volume IV 1999 Poich questo Paese mostra delle similitudini in ambito socio economico con l India lo sviluppo del settore del biogas stato fortemente influenzato dalla ricerca e dal progresso indiano Il Nepal che tutt oggi uno tra 1 Paesi pi poveri al mondo ben si presta all applicazione di questa tecnologia infatti la principale attivit nepalese l agricoltura Tuttavia in passato ci furono delle difficolt che ne limitarono la diffusione quali e La morfologia del Paese nelle zone montuose risultava difficile e oneroso il trasporto dei materiali da costruzione per l impianto e si registravano temperature inadatte per lo svolgimento del processo T 10 C d inverno e Piccoli allevamenti quello bovino veniva condotto solo per la produzione di latte e altri derivati e non al consumo di carne in quanto proibito dalla religione Le tipologie di impianti realizzati furono essenzialmente due a tambu
182. no accolto e fatto sentire parte di un immensa famiglia italo peruviana Desidero ringraziare tutto il personale tecnico Christian Vladimir Roca Eusebio Branco e Vicente per la collaborazione e il lavoro che hanno continuano a svolgere grazie alla quale ho potuto terminare il mio progetto di tesi Non posso che essere profondamente grata alla mia famiglia sia per avermi sempre incoraggiato e sostenuto sia per l opportunit che mi ha concesso di poter studiare e vivere questa esperienza lontano da casa Nessuno pi di loro si merita un cos immenso grazie Anche il mio amore Lorenzo non da meno sostenendomi credendo in me e rendendo questi sette anni di universit memorabili Il nostro percorso non poteva non concludersi con un esperienza altrettanto indimenticabile quale vivere due mesi assieme in Per per svolgere un progetto di cooperazione internazionale rivelatosi soprattutto un viaggio di crescita personale Ringrazio tutti i miei parenti specialmente i miei nonni che mi hanno visto percorrere questo cammino continuando a sostenermi e hanno dovuto affrontare un lungo viaggio per poter condividere questo traguardo per me cos importante Un abbraccio caldissimo va poi a tutti gli amici Diletta Silvia Raissa Andrea C Andrea F presenti o che avrebbero voluto esserci Grazie per l amicizia per la stima e per tutti i momenti indimenticabili trascorsi in questi anni tra i banchi di scuola ABSTRACT Il progett
183. nsionato sulla base dello sterco proveniente da un allevamento che a regime conta 700 porcellini d India considerando che d dde a 30g mediamente le deiezioni per capo sono circa re 80 2 Scelta del rapporto di diluizione Generalmente la proporzione tra sterco e acqua costituenti la miscela alimentata compresa tra 1 3 e 1 4 in peso Per 1 digestori tubolari con schema plug flow usualmente viene adottata una percentuale di solidi totali nella miscela compresa tra 3 e 5 Peril primo digestore stato adottato un rapporto sterco acqua pari a 1 3 Per il secondo digestore si mantenuto tale rapporto tuttavia in questo caso lo sterco di porcellino d India molto ricco di solidi totali necessita di un periodo di pre fermentazione di qualche giorno in acqua Sia in fase di dimensionamento sia in fase di verifica possibile determinare rispettivamente il rapporto acqua sterco appropriato e la percentuale di solidi totali con cui si sta caricando l impianto mediante la seguente relazione che deriva da un semplice bilancio di massa ST Msterco X S T sterco Msterco X S T sterco 0 2L miscela Mmiscela Msterco Macqua Macqua Msterco x S T miscel 1 miscela Il bilancio di massa condotto nell ipotesi di impiego di acqua di rete a cui viene attribuito un contenuto di solidi totali nullo gi di per s questa assunzione causa di errore in quanto le acque approvvigi
184. nt 31 pp 2584 2589 Gautam R Baral S Heart S Biogas as sustainable energy source in Nepal Present status and future challenges 2009 Renewable amp Sustainable Energy Reviews 13 pp 248 252 Gopalan P Jensen P D Batstone D J Anaerobic Digestion of swine effluent Impact of production stage 2013 Biomass amp Bioenergy 48 pp 121 129 Herrero J M Experencia de trasferencia tecnologica de biodigestores familiares en Bolivia 2007 Herrero J M deass Innovation for Development and South South Cooperation www ideassonline org Huang J Characterization of decentralized Biogas Technology in China and review of the applicability in the other region in Africa and Latin America University of Stuttgart ISAT GTZ Biogas Digest Volume IV Biogas Country Reports Information and Advisory Service on Appropriate Technology ISAT Deutsche Gesellschaft f r Technische Zusammenarbeit GTZ 1999 Kiplagat J K Wang R Z Li T X Renewable energy in Kenya Resource potential and status of exploitation 2011 Renewable and Sustainable Energy Reviews Volume 15 Issue 6 pp 2960 2973 Lawbuary J Biogas Technology in India More than Gandhi s Dream Mikled C Development of biogas technology for livestock farms in Thailand Department of Animal Science and Aquaculture Faculty of Agriculture Chiang Mai University Mlaouhi A Ben Thayer B K
185. nto di finalit di solidariet sociale I soggetti che possono assumere la qualifica di ONLUS sono e le associazioni riconosciute e non riconosciute e icomitati e lefondazioni e le societa cooperative e gli altri enti di carattere privato con o senza personalit giuridica L attivit per definizione deve essere di carattere sociale e al contempo non lucrativa inoltre 1 servizi offerti dall associazione con il perseguimento della solidariet sociale possono essere assistenza sociale o sanitaria attivit di formazione attivit sportiva dilettantistica promozione dell arte e della cultura promozione della ricerca scientifica difesa dei diritti civili 2 8 4 Organizzazione Non Governativa ONG L acronimo ONG Organizzazione Non Governativa internazionalmente riconosciuta non si presta ad una definizione univoca Si pu comunque dire che le ONG sono organizzazioni private con differenti tipologie associative aventi dimensione spesso nazionale talvolta internazionale caratterizzate dall impegno in un campo specifico dalla mancanza di vincoli istituzionali rispetto ai governi ed alle loro politiche e dall assenza di fini di lucro Questa una definizione che fa riferimento ai requisiti essenziali 1 mancanza di fini di lucro 2 impegno in un campo specifico quindi perseguimento di un determinato e prestabilito Obiettivo 3 assenza di condizionamenti da parte dei governi e delle istituz
186. o luglio 2013 PRIMO BIODIGESTORE ALIMENTATO CON LETAME BOVINO Valore riportato dal L A E contatore ore 00 09062015 1908 695 069 15062017 20025 359 X 206 28 06 2013 2090880 686 069 08 07 2013 21510 amp 60 Data 14 07 2013 219014 253 0 25 21072015 223930 988 096 26 072013 22784 965 096 27 07 2013 228831 957 096 0 92 2907203 230131 90 096 Tabella a4 Produzione di biogas del secondo digestore nel periodo di studio di aprile giugno 2013 SECONDO BIODIGESTORE ALIMENTATO CON LETAME BOVINO Valore riportato dal L biogas m biogas contatore ore 8 00 d d 09042013 434 62 006 290042013 12602 89 09 01050013 13759 62 06 Data 03 05 2013 15894 1054 1 05 244 465 12 05 2013 22088 0 0 19052010 25416 5960 06 620 31052013 32808 687 069 Tabella a5 Produzione di biogas del secondo digestore nel periodo di studio di giugno luglio 2013 SECONDO BIODIGESTORE ALIMENTATO CON LETAME BOVINO Valore riportato dal L biogas m biogas contatore ore 8 00 d d 08 06 2013 36978 09 06 2013 37203 225 10 06 2013 37738 Data 1106203 38640 390 17 06 2013 40968 162 0 16 14072013 5796 689 0 69 1972030 4 6021 897 09 949 23 0 2000 4 6318
187. o di 150 Buysman E et Mol A P J 2013 l ammortamento anche questo soggetto dalle condizioni sito specifiche e dal combustibile usato in precedenza viene stimato tra 1 3 anni e 1 6 anni gi L s i 1m biogas HP La produzione di biogas di un impianto di 4 m di circa NE x was tale quantit riesce a soddisfare la richiesta del gas in cucina per 5 6 ore e permette un risparmio giornaliero di 2 kg di carbone o 0 7 di kerosene o di 0 5 di LPG e consente un guadagno di 1 5 h in termini di tempo Buysman E et Mol A P J 2013 43 L utilizzo della frazione liquida del digestato come fertilizzante consente un risparmio di 50 kg fertilizzante chimico i 4 74 ton CO2 e una riduzione di ha x anno famiglia x anno Inoltre la richiesta di personale e tecnici specializzati nel settore generarono creazione di nuovi posti di lavoro che secondo lo studio condotto da Buysman e Mol di 1 nuovo impiego ogni 11 6 biodigestori realizzati Nel 2012 gli obiettivi della prima fase del programma erano stati ampiamente raggiunti con l installazione di 19 173 impianti nella seconda 2013 2016 stata prefissato la realizzazione di altri 40 000 impianti Buysman E et Mol A P J 2013 Cina L area cinese nella quale ci fu la maggior diffusione di impianti di biogas fu la provincia di Sichuan figura 2 20 con 2 94 MONGOLIA milioni di digestori funzionanti Chen Y et PECHINO al
188. o di vacca In questo capitolo sono presentati 1 risultati dell elaborazioni dei dati ottenuti dall attuazione del piano di monitoraggio che stato stilato per poter valutare l efficienza dei due biodigestori di Vilcabamba alimentati con differenti substrati e per poterne trarre delle conclusioni sulla fattibilit del progetto Inoltre 1 valori di efficienza ottenuti sono stati confrontati sia con 1 valori potenziali calcolati con 1 valori di laboratorio sia sfruttando l elaborazioni dei dati bibliografici 1 tre metodi utilizzati sono riportati in tabella 4 1 Tabella 4 1 Metodologie di valutazione dei potenziali di produzione di biogas utilizzati per svolgere i confronti con i valori ottenuti POTENZIALE CALCOLATO CON QUANTIT DI SUBSTRATO Valori di Valori di Valori di letteratura letteratura letteratura FONTE CEPIS FONTE CEPIS FONTE CEPIS Valori di Determinata da progetto progetto Lx l Valori forniti Valori forniti Valori di Valori di Determinata da on MM dall analisi di dall analisi di letteratura laboratorio laboratorio FONTE CEPIS laboratorio progetto Elaborazione dei dati di letteratura Determinata da Elaborazione dei Elaborazione dei Elaborazione dei progetto dati bibliografici dati bibliografici dati bibliografici Fonte usata nel progetto Inoltre vengono riportati 1 risultati della prova BMP dello sterco di porcellino d India uno dei substrati previsti dal progetto m
189. o intitolato Energia renovable a partir de biodigestores en Apurimac si inserisce all interno del programma di cooperazione internazionale italo peruviana con l obiettivo di sopperire alla mancanza di fonti energetiche pulite e rinnovabili a basso costo pi precisamente nasce con l obiettivo di investigare le possibilit di applicazione della tecnologia della digestione anaerobica per il trattamento di reflui zootecnici e per soddisfare le esigenze energetiche della popolazione rurale della regione Andina del Per Sono stati installati due biodigestori pilota di tipo tubolare plastico in un azienda agricola di Vilcabamba a scopo dimostrativo questi differenti solo per capacit 10 8 mi e 6 7 m e disposti l uno accanto all altro sono stati concepiti per la produzione di energia utilizzabile come alternativa alle biomasse ligno cellulosiche per la cottura dei cibi a partire dal biogas prodotto dal primo biodigestore e generare energia elettrica mediante l uso di un motore a combustione a partire dal secondo biodigestore Il lavoro descritto nella presente tesi riguarda in particolare il supporto all installazione del secondo digestore e la predisposizione di un piano di monitoraggio che permettesse di caratterizzare il funzionamento di entrambi gli impianti per poter successivamente svolgere un analisi prestazionale comparativa L obiettivo prefissato quello di individuare limiti e criticita nel sistema nel suo complesso e
190. odigestore alimentato con letame bovino nel periodo di studio giugno luglio 2015 II FASE del monitoraggio 126 4 1 4 Valutazioni finali sul primo biodigestore 133 4 2 Valutazione prestazionale del secondo biodigestore 139 4 2 1 Considerazioni sul secondo biodigestore alimentato con letame bovino nel periodo di studio aprile giugno 2013 I FASE del monitoraggio 140 4 2 2 Considerazioni sul secondo biodigestore alimentato con letame bovino nel periodo di studio giugno luglio 2013 II FASE del monitoraggio 146 4 2 5 Valutazioni finali sul secondo biodigestore 152 4 3 Confronto prestazionale tra i due biodigestori 156 4 3 1 Primo periodo di monitoraggio l avviamento aprile giugno 2013 156 4 3 2 Secondo periodo di monitoraggio regime giugno luglio 2013 162 4 4 Risultati della prova BMP dello sterco di porcellino d India 162 4 5 Valutazione delle propriet fertilizzanti della frazione liquida del digestato 169 4 6 Valutazione dell efficienza della cucina 171 4 7 Proposte migliorative del disegno del digestore 174 4 7 1 Disegno della serra 174 5 CONCLUSIONI 177 APPENDICE 182 RIFERIMENTI BIBLIOGRAFICI 192 WEBGRAFIA 197 Capitolo 1 DIGESTIONE ANAEROBICA 1 1 Concetti generali Per digestione anaerobica si intende un processo biochimico in cui in condizioni di anaerobiosi si ha la degradazione della sostanza organica complessa da parte di microrganismi con produzione di una miscela gassosa detta biogas e di una f
191. ogas riferito al volume totale m reattore x d O L R 0 kg S V riferito al volume totale m xd Fonte usata nel progetto Quantit non pesata 112 67 m3 biogas La produzione media di biogas ottenuta 11 50 del valore ipotizzato nel progetto le cause del mancato raggiungimento dell efficienza possono essere o Il sistema non ancora a regime dopo il mese di avviamento o Digestione anaerobica non completa a causa di sistemi di miscelazione discontinua o Substrato non sempre disponibile in quanto il numero dei maiali nella fattoria varia poich questi animali sono allevati per la vendita di carne inoltre 1l substrato alimentato al digestore non mai stato pesato in questa fase gt Confronto con i valori di laboratorio Il 18 dicembre 2012 sono stati presi due campioni di liquame suino evitando di recuperare l acqua di lavaggio da una scrofa non in lattazione per poter essere analizzati dal Professor Ing Mario Cumpa dell Univerisidad San Antonio Abad del Cuzco le prove di laboratorio sono state condotte il 26 dicembre 2012 A partire dai risultati ottenuti dalle analisi nelle quali sono stati determinati 1 S T e 1 Figura 4 1 Raccolta del campione di deiezioni suine S V ipotizzando un produzione specifica di biogas valore di letteratura supposto anche in fase di progetto stato possibile calcolare la produzione potenziale di biogas a partire dalla caratteristiche del re
192. ogas e la registrazione da parte del contatore La tubazione infine stata connessa ad un piano cottura dotato di due fornelli Figura 3 39 Piano cottura allestito ed in funzione 97 3 3 15 Realizzazione dei pozzetti di carico e scarico Per agevolare le operazioni di agitazione ed omogeneizzazione della miscela nonch la fase di carico del digestore da un lato e la raccolta della frazione liquida del digestato dall altro sono stati costruiti due pozzetti impermeabili in cemento dimensionati in funzione delle volumetrie di materiale alimentato e digerito quotidianamente 0 6 m x 0 6 m x 0 4 m questi sono costruiti in modo tale che le tubazioni di carico e scarico risultino poi al centro dei medesimi Figura 3 40 Costruzione del pozzetto di Figura 3 41 Pozzetto terminato raccolta del biol 3 3 16 Realizzazione di un dispositivo per l agitazione Anche se non figura in letteratura come una fase necessaria nel caso s1 adotti un sistema di tipo flusso a pistone si ritenuto opportuno dotare il digestore di un semplice dispositivo di agitazione manuale del materiale contenuto al suo interno I benefici che se ne traggono sono elencati di seguito e Destabilizzazione della crosta che si crea in prossimit del pelo libero della fase liquida dove il materiale in sospensione coagula e costituisce una barriera per le bolle di biogas prodotte che rimangono intrappolate nello strato sottostante e Aumento delle po
193. ogo 20et 20al pdf http www invent hs bremen de e learning_Dateien Presentations Cambodia 20 20Biogas pdf http www snvworld org en sectors renewable energy publications estudio de factibilidad para un programa nacional de 0 197
194. oltiplicando il numero degli scatti della valvola per il volume di fluido contenuto nella campanella Informazioni sulla prova i cher a ee S V Food Per evitare un inibizione dell inoculo nelle fasi di avviamento il rapporto ES S DUE rapporto F deve essere circa uguale ad 1 per evitare fenomeni di inibizione La miscela viene riposta in un piccolo digestore tipicamente una bottiglia da 0 5 1 5 L la cui forma dipende dalla tipologia di prodotto da analizzare e posizionata in un ambiente a temperatura costante Accanto necessario predisporre un altra bottiglia con il solo inoculo in modo da poter sottrarre alla produzione di biogas della miscela l effetto di produzione residua dell inoculo stesso In generale la produzione di biogas inizia gia dai primi giorni la curva cumulativa di biogas cresce rapidamente nel primo periodo per poi rallentare progressivamente e divenire piatta Il test viene prolungato generalmente fino a quando la produzione dell ultimo giorno del test superiore all 1 di tutta la produzione cumulata La misura viene fatta in continuo e la curva cumulata della produzione fornisce anche importanti informazioni in merito alla velocita di degradazione Data Pimpossibilita di svolgere prove BMP in Per si deciso di condurre questa analisi in un laboratorio in Italia seppur con qualche limitazione e Diversa specie di porcellini d India e Alimentazione con erba medica molto simile all
195. oltre tenendo presente la reperibilit di questa matrice e il valore economico decisamente basso questa biomassa pu essere definita d eccellenza per la digestione anaerobica Tuttavia non consigliabile sottoporla a digestione come unico substrato per l elevata concentrazione di azoto ammoniacale che pu inibire il processo di digestione 2 kg Ogni capo escreta mediamente peso vivoxd e la produzione specifica in condizioni mesofile riportata in tabella 1 14 12 Tabella 1 14 Valori di BMP in letteratura per le deiezioni avicole PRODUZIONE SPECIFICA DEI REFLUI AVICOLI POLLINA IN LETTERATURA BMP Fonte m biogas Tipologia kg S V Danieli e Aldovrandi 20 1 0 53 Sakar et al 2009 0 372 Fantozzi e Buratti 2009 0 22 22m3biogas 0 53 m3biogas 0 4 0 375 m3 biogas I BMP della pollina variano tra con un valore medio di kg S V kg S V kg S V Tabella 1 15 Caratteristiche chimico fisiche della pollina CARATTERISTICHE CHIMICO FISICHE DEGLI EFFLUENTI AVICOLI pollina no lettime Unit di misura PH 16 94 NTK FONTE C R P A Una delle problematiche sono l alto contenuto di materiali inerti che possono sedimentare causando problemi operativi Atra complicazione non trascurabile la possibile presenza di metalli Cu Cd Pb Ni come ad esempio il rame utilizzato come promotore della crescita di ormoni e di antibiotici somministrati
196. ompetere Dicembre 2012 Fabbri C Biogas Per impostare i nuovi progetti Informatore Zootecnico n 4 2013 Fabbri C Mantovi P Piccinini S Verzellesi F Separazione solido liquido per gestire l azoto e produrre energia L informatore agrario 41 2012 Fabbri C Piccinini S Soluzioni per gestire al meglio i piccoli impianti di biogas supplemento a L informatore agrario 3 2013 Fabbri C Soldano M Moscatelli G Piccinini S Biomassa come si calcola il suo valore economico supplemento a L informatore agrario 40 2012 Fantozzi F Buratti C Biogas production from different substrates in an experimental Continuously Stirred Tank Reactor anaerobic digester 2009 Bioresource Technology 100 pp 5783 5789 193 Ferrer I Garfi M Uggetti E Ferrer Marti L Calderon A Velo E Biogas production in low cost household digester at the Peruvian Andes 2011 Biomass amp Bioenergy 35 pp 1668 1674 Forte J A glimpse into community and institutional biogas plants in Nepal 2011 Garfi M Ferrer Marti L Villegas V Ferrer I Psychrophilic anaerobic digestion of guinea pig manure in low cost tubular digester at high altitude 2011 Bioresource Technology 102 pp 6356 6359 Garfi M Gelman P Comas J Carrasco W Ferrer I Agricultural reuse of the digestate from low cost tubular digester in Andean communities 2011 Waste Manageme
197. onate provengono dal fiume che scorre a margine del paese e della fattoria Figura 3 6 Pertanto si sta trascurando il contenuto di solidi trasportati dalla corrente d acqua per effetto dei fenomeni di erosione esercitati dal fluido in movimento nei confronti di rocce e altro materiale depositato sul greto L approssimazione si fa piu acuta nel momento in cui come in realt accade la componente liquida alimentata al digestore sia carica di urine animali Figura 3 6 Vista del Rio Apurimac dalla Granja Alfacancha di Vilcabamba Durante le operazioni di lavaggio delle stalle dei suini tramite una pompa viene iniettata acqua di rete proveniente dal fiume che si mescola alle urine e trascina lo sterco depositatosi durante la giornata sulla piazzola impermeabile in cemento realizzata con una leggera pendenza verso una pozza impermeabile di raccolta ove avviene la fase di prelievo della miscela 81 Figura 3 8 Suinetti e sistema di raccolta delle Figura 3 7 Ricoveri per i suini nella Granja deienon delle acoue vaso Alfacancha Per quanto riguarda 1 porcellini d India essi sono allevati all interno di gabbie multi piano in legno Figura 3 9 sul fondo di ciascun livello predisposta una griglia per trattenere l erba medica alfalfa di cui tali roditori principalmente si nutrono e lasciar filtrare solamente le deiezioni Al di sotto di tale griglia presente un vassoio metallico con la funzione di scivo
198. ono lo strato di schiuma galleggiante che viene a formarsi all interfaccia fra il gas e 1 fanghi questo deve essere protetto dalla ruggine e dalla corrosione o con pitture o con una sacca impermeabile water jacket Il primo metodo pi impegnativo poich lo strato deve essere rinnovato pi volte in base alla tipologia di pittura protettiva scelta colori ad olio economico ma richiede manutenzione frequente pitture sintetiche o vernici bituminose 25 La produzione di biogas maggiore se il gasometro colorato di nero e di rosso mentre inferiore se blu o bianco poich la temperatura all interno del digestore influenzata dalla radiazione solare Gasometri costituiti da plastiche quali polietilene rinforzate con fibre di vetro hanno risultati migliori a fronte di costi maggiori rispetto all acciaio In alternativa al gasometro metallico opportunamente pitturato si pu inserire il recipiente d acciaio in una sacca Impermeabile detta water jacket che presenta notevoli vantaggi tra 1 quali applicazione e manutenzione semplici il gasometro non rischia di rimanere intrappolato nello strato di schiume rende pi longevo e pi pulito il tamburo inoltre 11 costo aggiuntivo della water jacket relativamente modesto rispetto alla realizzazione dell impianto Per poter far scorrere il tamburo necessaria una guida che utile anche durante le operazioni di manutenzione poich permette di rimuovere il
199. oof digester La serra a cupola risultata migliore per qualsiasi parametro che stato valutato soprattutto nelle temperature interne alla serra nel minor contenuto di CO nel biogas e nel maggior tasso di produzione di biogas riferito alla volumetria del digestore Nel progetto sostituire la serra presente Shed roof con una di tipo semisferico comporterebbe maggiori vantaggi in quanto potrebbe raccogliere una maggiore radiazione solare diretta rispetto al disegno attuale Inoltre questa tipologia di serra molto pi pratica nelle operazioni di manutenzione e in termini di costi non vi sono particolari differenze con l altra tipologia 176 Capitolo 5 CONCLUSIONI Inquadramento e descrizione del progetto Il progetto intitolato Energia renovable a partir de biodigestores en Apurimac si inserisce all interno del programma di cooperazione internazionale italo peruviana con l obiettivo di sopperire alla mancanza di fonti energetiche pulite e rinnovabili a basso costo pi precisamente nasce con l obiettivo di investigare le possibilit di applicazione della tecnologia della digestione anaerobica per il trattamento di reflui zootecnici e per soddisfare le esigenze energetiche della popolazione rurale della regione Andina del Per Sono stati installati due biodigestori pilota di tipo tubolare plastico in un azienda agricola di Vilcabamba a scopo dimostrativo questi differenti solo per capacit 10 8 me 6 7 m
200. operative molto simili al contesto del progetto Conseguentemente la numerosit dell allevamento di porcellini d india deve essere superiore tabella 4 52 di quasi quattro volte il valore prefissato nel progetto comportando un investimento economico di spazio e di tempo notevole per la raccolta e l eventuale pretrattamento 4 5 Valutazione delle propriet fertilizzanti della frazione liquida del digestato L impiego del digestato sui terreni a fini fertilizzanti rappresenta la chiusura naturale di un ciclo che partendo dagli organismi vegetali passa o meno attraverso l allevamento animale e l impianto di biogas per sfruttare il pi possibile il contenuto nutritivo ed energetico delle biomasse Come ampiamente dimostrato da diversi studi il digestato infatti garantisce un valido effetto fertilizzante sulle principali colture agrarie C R P A 2012 Non solo stato anche verificato che pu garantire una concimazione completa senza alcuna integrazione di concimi minerali C R P A 2012 infatti Garfi et al 1n un articolo del 2011 riportano uno studio nel quale stato notato un incremento nella crescita delle patate se fertiirrigate con il digestato liquido generato da un digestore tubolare alimentato da sterco di porcellini d India nelle comunit andine Per digestato s intende il substrato di risulta del processo di digestione anaerobica per facilitare la gestione e ottimizzare il suo impiego questo viene abitualmente sep
201. parametri di processo sono approssimativamente uguali come mostrato in tabella 4 25 temperatura media giornaliera per lo stesso periodo stagione secca di due anni distinti 2012 e 2013 Analizzando le due fasi di avviamento del primo digestore in due anni diversi ma nello stesso periodo sebbene la produzione di biogas sia circa la stessa risultano pi produttivi 1 reflui bovini se confrontati in termini di efficienza con 1 valori di progetto e di laboratorio inoltre il letame bovino generalmente meno produttivo in termini di resa di biogas rispetto ai liquami suini a nt ad 0 033 m biogas 0 042 m biogas parit di peso tal quale _ e _ __ letame tal quale liquame tal quale E importante tenere presente che non si possono trarre conclusioni certe durante le fasi di avviamento in quanto momenti delicati inoltre il periodo confrontato seppur con caratteristiche meteo molto simili non lo stesso Per poter valutare l efficienza con maggiore precisione necessario il monitoraggio di due sistemi in parallelo non solo per la fase di avviamento bens per un periodo minimo di un anno Tabella 4 25 Confronto per il primo digestore in funzione del tipo di substrato alimentato CON LIQUAME CON LETAME PARAMETRO SUINO BOVINO avviamento avviamento 32 kg ole O LR 0 35 kg S V 0 36 kg S V mixd o m xd ee Yael di diluizione EE NNNM 3 BMP ipotizzato 0 35 0 35 m biogas 0 25 m biogas va
202. parte integrante di questi programmi veniva finanziato circa dell investimento totale per un digestore di piccole dimensioni 8 m Come in molti altri Paesi in via di sviluppo la forzante non fu la sostenibilit ambientale dei biodigestori ma la possibilit di colmare una carenza energetica Zhang L X et al 2007 e aumentare gli introiti con l impiego del digestato Tutt oggi nelle zone rurali cinesi molti villaggi non hanno accesso all elettricit e 1 combustibili commerciali come kerosene e carbone sono venduti a caro prezzo questo il contesto in cui l applicazione del biogas si propone come un ottima soluzione Small Scale Digesters Operating in China Past and Projected D D HY uo gt CT eo Uu Cc Q Figura 2 21 Numero di piccoli impianti in Cina trend storico e previsioni future 45 I substrati in alimentazione sono principalmente sterco di maiali di polli di bovini e residui agricoli Per quanto riguarda la produzione dei reflui zootecnici su base annuale di circa 1 467 milioni di tonnellate considerando 1 solidi totali di cui 1 023 possono essere raccolti mentre l apporto dei residui agricoli stimato 681 tonnellate delle quali solo 546 sottoponibili a digestione Chen Y et al 2010 Caratteristiche tipo del China s model of biogas digester Tipologia Cupola fissa Materiali argilla mattoni e cemento Dimensioni 6 8 e 10 m NT 20 30k Carico in
203. periore agli altri due substrati previsti da progetto liquame suino e letame bovino il vantaggio in termini di rendimento di questo tipo di refluo non giustificato dal dispendio di energie e di tempo del personale tecnico fattore per la raccolta e il pretrattamento e che quindi fa preferire gli altri due substrati citati Dalla prova BMP condotta in Italia si ottenuto un valore di produzione specifica aa inferiore rispetto ai reflui pi comunemente utilizzati negli Impianti di digestione anaerobica a scala industriale non stato possibile confrontare tale valore con altri dati bibliografici per la stessa matrice in quanto non risultano disponibili studi per l utilizzo di questo substrato in condizioni mesofile Sono stati analizzati 1 dati di ricerche sul design della serra di contenimento del digestore condotte in condizioni sito specifiche simile a quelle del progetto in cui nel confronto fra due tipologie di serre risultata migliore la forma a cupola rispetto a quella con 1l tetto a falde ora sfruttata sono state valutate le temperature interne alla serra il contenuto di CO nel biogas e il rateo di biogas Come ampiamente dimostrato da numerose ricerche il digestato presenta buone caratteristiche fertilizzanti sulle principali colture agrarie garantendo una concimazione completa senza alcuna integrazione di concimi minerali Sulla base di queste premesse stata condotta una sperimentazione dell utilizzo della frazio
204. possono classificare EQI con una sacca di HDPE al posto della cupola e EQ2 con la cupola in muratura figura 2 28 56 iss The EQI1 biogas plant The EQ biogas plant 1 Inlet pit 2 Inlet pipe 3 Digester 4 Gas holder by 1 Inlet pit 2 Inlet pipe 3 Digester 4 Stirring blades 5 HDPE layer 5 HDPE hanger 6 Outlet pipe 7 Cover plate Discharge hatch cover 6 Outlet pit 7 Crank handle 8 8 Gas pipe 9 PE gas holder 10 Weight 11 Stove 12 Gas pipe 9 PE gas holder 10 Weight 11 Stove 12 Ground level Ground level Figura 2 28 EQI e EQ2 Model Nel 2008 comparve il Composit Model figura 2 29 e 2 30 originario della Cina composto da due parti il digestore e il gasometro disegnati in blocco e collocati sottoterra Il reattore era costituito da materiali sintetici quali fibre di vetro fibra di carbonio e poliestere tutti d importazione Ne installarono 10 000 unit nel centro e nel nord del Vietnam Vo Chau Ngan N et al 2012 4 J ta d Kain M 3 E am La dr i T F ht Za LO Dal y Va PEEM 0 00 i VL e T A HA We eb NU i i MAIS b i at A a f Y r ha Nu S M 7 15d DIP vu MeL bo en LI E MY Inlet For fecding material Overflow outlet 900mm Simm s 2a cr 1560 mm Zero level 600mm Figura 2 29 Disegno Composit Model Figura 2 30 Installazione del Composit Model In Vietnam vennero sviluppate sei tipologie di digestori C
205. precedenza si voluto analizzare la possibilit dell esistenza di una relazione fra la produzione ottenuta e la temperatura ambiente giornaliera come mostrato in figura 4 30 149 Produzione di biogas del secondo digestore e temperatura ambiente media giornaliera in giugno luglio 2013 1 2 Temperature medie ambiente giornaliere giugno luglio 2013 0 6 0 4 ess Produzione di biogas secondo biodigestore giugno luglio 2013 0 2 O LEN WU DN c oO 08 06 2013 10 06 2013 12 06 2013 14 06 2013 16 06 2013 18 06 2013 20 06 2013 22 06 2013 24 06 2013 26 06 2013 28 06 2013 30 06 2013 02 07 2013 04 07 2013 06 07 2013 08 07 2013 10 07 2013 12 07 2013 14 07 2013 16 07 2013 18 07 2013 20 07 2013 22 07 2013 24 07 2013 26 07 2013 28 07 2013 30 07 2013 Figura 4 30 Produzione di biogas del secondo biodigstore e temperature medie giornaliere in giugno luglio 2013 Dalla figura 4 30 si evince che la variabilit della produzione del biogas poco influenzata dalla temperatura esterna per valutare le cause di un andamento cosi instabile s1 rende necessario valutare le temperature interne del reattore e 11 pH del digestato assunto uguale a quello del volume liquido interno al biodigestore misurato con frequenza settimanale Temperatura media giornaliera all interno del secondo reattore misurata in due punti del volume liquido in giugno luglio 2013 Temperatura 24 giornaliera slurr
206. quindi dalla sua pressione parziale nel biogas e dai valori di concentrazione degli acidi grassi volatili e dell ammoniaca Valori di pH pi acidi dell intervallo ottimale indicano senza dubbio un accumulo di acidi grassi volatili causato generalmente da sovralimentazione del reattore che causa inibizione dell attivit batterica Valori pi basici sono invece indice di un accumulo di ammoniaca sostanza che se mg 3000 We Lui aon presente in concentrazioni superiori ai inibisce sia i batteri acidogeni che i metanigeni 1 3 3 Tempo di residenza idraulico HRT Il tempo di residenza idraulico Hydraulic Retention Time dato dal rapporto tra il volume di liquido presente all interno del reattore e la portata volumetrica in uscita dal sistema L HRT rappresenta il tempo di permanenza di ogni particella all interno di un reattore ideale nel caso dei reattori reali assume invece il senso di tempo di permanenza medio per 1 vari elementi di fluido che permarranno lassi diversi all interno del reattore in relazione alla sua geometria e ad altri parametri caratteristici del tipo di digestore Analiticamente lo si puo esprimere come V HRT t QS Con HRT tempo di residenza idraulico t V volume del reattore L 3 Q portata in uscita dal reattore 2 La variazione di questo parametro influenza le rese in quanto determina la durata della permanenza della biomassa nel reattore e quindi il
207. ra La letteratura povera di valori di produzione specifica a partire dallo sterco di porcellino d India unicamente il gruppo di ricerca di Garfi M ha condotto una sperimentazione molto simile allo studio svolto in questa tesi riportata nell articolo del 2011 Psycrhophilic anaerobic digestion of guinea pig manure in low cost tubular digester at high altitude Tabella 4 46 Valori di letteratura di BMP di sterco di porcellini d India CONDIZIONI VALORE DI BMP DA LETTERATURA PSICROFILE 18 25 C Garfi et al 2011 Psycrhophilic anaerobic digestion of guinea pig 0 06 m biogas manure in low cost tubular digester at high altitude Garfi et al 2011 Agricultural reuse of the digestate from low 0 05 m biogas tubular digester in rural Andean communities kgSV Non stato rilevato in letteratura nessun valore di BMP valutato in condizioni mesofile gt Confronto con i valori di progetto Tabella 4 47 Parametri di progetto del secondo biodigestore con substrato lo sterco di porcellino d India Numero di porcellini d India 70 Quantit di sterco per porcellino d India ipotizzata 30 Po peso vivo 68 V 80 O L R 5 aps m zz SZ Sa A 0 09 Ser kg S V Tabella 4 48 Tabella riassuntiva dei BMP di sterco di porcellino d India BMP IN CONDIZIONI PSICROFILE ipotizzato 164 TABELLA RIASSUNTIVA DEI BMP DI STERCO DI PORCELLINO D INDIA BMP di progetto
208. ra media ambiente del periodo di studio da aprile a giugno stagione secca nonch la pi fredda di 16 16 C in figura 4 11 sono riportate le temperature medie orarie della prima fase del monitoraggio Temperatura media oraria ambiente in aprile giugno 2013 27 1 6 2 26 8 24 6 li A 29 9 e O P0 0e 0n0hkn_m01 20 8 Act A A en Figura 4 11 Temperatura media oraria ambiente in aprile giugno 2013 Come si osserva dalla figura 4 11 l escursione termica giornaliera di circa 19 C Produzione di biogas del primo digestore in relazione alla temperatura ambiente media giornaliera aprile giugno 2013 1 8 1 6 temperatu ra media giornaliera aprile giugno 2013 1 4 1 2 1 0 87 Produzione di biogas 0 6 giornaliera aprile giugno 0 4 2013 0 2 0 08 04 2013 10 04 2013 12 04 2013 14 04 2013 16 04 2013 18 04 2013 20 04 2013 22 04 2013 24 04 2013 26 04 2013 28 04 2013 30 04 2013 02 05 2013 04 05 2013 06 05 2013 08 05 2013 10 05 2013 12 05 2013 14 05 2013 16 05 2013 18 05 2013 20 05 2013 22 05 2013 24 05 2013 26 05 2013 28 05 2013 30 05 2013 01 06 2013 03 06 2013 Figura 4 12 Temperatura media giornaliera esterna e produzione di biogas del primo digestore in aprile giugno 2013 125 Dalla figura 4 12 si evince che la variabilit della produzione del biogas poco influenzata dalla temperatura ambiente come detto in precedenza questo pu essere dovuto alla fase
209. rare energia elettrica mediante l uso di un motore a combustione a partire dal secondo biodigestore Figura 2 42 Azienda agricola Granja Alfacancha a Vilcabamba 73 In particolare sono stati definiti 1 seguenti obiettivi di carattere prioritario Miglioramento del disegno dell impianto sia in termini di dimensionamento che di scelta dei materiali considerando prioritario l impiego di prodotti economicamente ed ambientalmente sostenibili e reperibili sul territorio Valutazione di soluzioni impiantistiche di basso costo alternative all attuale schema di funzionamento con l obiettivo di ottimizzare 1 parametri di processo con particolare attenzione alla temperatura la quale deve essere incrementata e mantenuta entro un ristretto range di variabilit per favorire le cinetiche metaboliche delle popolazioni batteriche coinvolte Il mio coinvolgimento in qualit di volontaria ha previsto una permanenza in loco per un periodo di settimane dal 28 Ottobre 2012 al 24 Dicembre 2012 al fine di Partecipare alle attivit di campo quali la costruzione del secondo digestore semplificato e la gestione del primo in modo da entrare in contatto con la tecnologia e le esigenze operative della famiglia beneficiaria e degli stakeholders Redigere un piano di monitoraggio preludio di una investigazione scientifica approfondita seppur limitatamente al budget del progetto atta al miglioramento delle caratteristiche costruttive e gest
210. rastimato e che per tale ragione la numerosit dell allevamento di porcellini d India deve essere superiore tabella 4 52 comportando un investimento economico di spazio e di tempo notevole per la raccolta e l eventuale pretrattamento 165 gt Confronto con gli altri reflui zootecnici ed equivalenze Tabella 4 50 Confronto fra lo sterco di porcellino d India e le altre deiezioni animali pi comuni in fattoria CONFRONTO DELLO STERCO DI PORCELLINO D INDIA CON LE ALTRE DEIEZIONI AMIMALI SU BASE BIBLIOGRAFICA in regime mesofilo S B M P TIPO DI REFLUO de mi biogas kg S V L Liquame bovino media dei valori di tabella 4 12 91 80 039 Liquame suino media dei valori di tabella 4 6 Deiezioni avicole media dei valori di tabella 1 14 Dalla tabella 4 50 evidente che le deiezioni di porcellino d India hanno il maggior contenuto di sostanza secca mentre il contenuto di S V molto simile agli altri reflui zootecnici e 11 BMP risulta inferiore Ai fini pratici importante valutare 11 valore di produzione di biogas sul tal quale in modo da avere una stima del numero di animali necessari in funzione del fabbisogno energetico della famiglia azienda Tabella 4 51 Confronto fra i vari tipi di reflui zootecnici previsti dal progetto in funzione del BMP calcolato sul tal quale BMP sul tal quale TIPO DI REFLUO m biogas kg tal quale 0 033 m biogas Letame bovino kg tal quale 0
211. ratura utilizzato in fase di progettazione Tuttavia bisogna anche considerare che il substrato in ingresso al digestore viene pesato con frequenza settimanale quindi non da escludere la possibilit che s1 sia alimentato un quantitativo maggiore di refluo rispetto a quello stabilito da progetto che pu far cadere le conclusioni appena esposte gt Confronto con i valori di letteratura Come gi descritto nel paragrafo 4 1 sono state mediare le caratteristiche dei valori di S T S V e BMP di entrambi 1 tipi di reflui riportati in letteratura sono stati considerati gli stessi valori bibliografici precedentemente elaborati per il primo digestore tabella 4 11 142 Tabella 4 30 Parametri considerati per il calcolo della produzione di biogas del secondo digestore in aprile A A A kg letame bovino d l PA Oy tal quale elaborazione dei dati di letteratura tabella 4 12 giugno 2013 con i valori di letteratura e a e Quantita di letame in alimentazione al digestore 2 20 18 1 Solidi Volatili 30 5 ST elaborazione dei dati di letteratura tabella 4 12 Produzione specifica di biogas 0 285 m biogas media dei valori di letteratura riportati in tabella 4 12 kg S V 3 i Produzione per m di reattore 0 12 m3 biogas riferito al volume totale m reattore x d O L R 0 43 kg S V riferito al volume totale m xd 0 54 m biogas La produzione media di biogas il 65 di quella calcolata con 1 valori di
212. raverso collaborazioni estere il biogas e ancora una tecnologia sotto sfruttata inoltre non mai stata impiegata la codigestione delle acque nere con i residui agricoli che permetterebbero di ottenere una maggiore resa in biogas Nzila C et al 2010 In tabella 2 7 viene riportata la situazione dei piccoli impianti in Africa dove viene indicato 1l simbolo significa che non ci sono dati di letteratura a riguardo 33 Tabella 2 7 Situazione dei piccoli impianti in Africa N DI B aoe DIGESTORI DI LIVELLO STATO POSIZIONE VEDIO PICCOLA TAGLIA DI lt 100 m GRANDE SVILUPPO gt 100 m 112 2008 206 2004 34 2004 sa Csa Ovest 80 1991 2 1991 Basso D avorio 626 2009 FONTE SNV 2012 e vari articoli di letteratura riportati in bibliografia Burundi Il primo impianto fu completato nel 1985 nella regione del Canzuko ad opera del GTZ all interno del Biogas Dissemination Programme che divent parte nel 1988 dello Special Energy Programme successivamente interrotto durante la guerra civile 1992 Mang H P et Li Z 2010 quando la collaborazione con l ente tedesco termin lo sviluppo di questa tecnologia divent di competenza del Ministry for Energy and Mininig In origine il progetto riguardava l applicazione del biogas sia in ambito rurale alimentando il digestore coni reflui zootecnici sia l utilizzo in supporto allo smaltimento delle acque nere delle latrine nelle
213. re e proteggere il digestore da agenti esterni per tale motivo le pareti interne e la base tipicamente realizzate in forma trapezoidale per conferire maggiore stabilit devono essere sottoposte ad un attento controllo qualit nei confronti di asperit naturali come spezzoni di roccia o radici L interramento della quasi totalit del corpo del digestore consente di sfruttare anche le propriet naturali di isolamento termico del terreno ovviamente in aggiunta all effetto isolante operato dal polistirene espanso comunque necessario Lo scavo della fossa non pu prescindere dalle successive fasi realizzative in particolare l asse longitudinale dello scavo dipende dalla tipologia e orientamento della copertura della serra che avvolge il digestore il criterio basilare quello di sfruttare 11 piu possibile l irraggiamento solare 86 e Se si intende realizzare il tetto ad un solo spiovente necessario orientarlo rivolto verso Nord ricordiamo che il Per situato nell emisfero Australe Conseguentemente lo scavo della fossa sar orientato Est Ovest e Se al contrario il tetto fosse costituito da doppio spiovente per essere esposto all irraggiamento su una superficie pi ampia un lato rivolto ad Est e l altro ad Ovest lo scavo della fossa dovr essere orientato Nord Sud La base della fossa deve essere livellata in modo tale da consentire una adeguata messa in opera del digestore la presenza d
214. re sia prossimo al raggiungimento delle condizioni di regime Tabella 4 41 Confronto del secondo biodigestore nelle due fasi del piano di monitoraggio LETAME BOVINO LETAME BOVINO PARAMETR I FASE avviamento II FASE regime Quantit di sterco 20 kg 20 kg O L R 0 39 kg S V 0 39 kg S V m xd m xd BMP ipotizzato 0 25 m biogas 0 25 m biogas valore di letteratura kg S V kg S V Temperatura media esterna 16 16 C 13 8 C T ia del vol LL mera del volume 26 8 C 20 6 C liquido Escursione termica giornaliera 18 5 C 0 54 m bio as 0 575 m biogas PE 0 3 E Efficienza s Lu 83 88 rispetto ai valori di progetto Efficienza Me 81 86 rispetto ai valori di laboratorio Produzione di biogas 0 25 153 Temperatura media oraria ambiente nei due periodi confrontati avviamento e regime Temperatura media oraria ambiente aprile Temperatura media oraria ambiente giugno luglio 2013 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Figura 4 33 Temperatura media oraria ambiente dei due periodi di studio confrontati Temperatura media oraria all interno della serra del secondo biodigestore nei due periodi confrontati avviamento e regime Temperatura media oraria interno serra aprile N JA RS ___ __ __ _ eO Temperatura media oraria interno serra giugno luglio 2013 9 101112 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Figura 4 34 Temperatura media oraria al
215. ri sei impianti di tipo tubolare per 1 macelli e 1 mandriani della zona Il programma sul biogas era nato con il presupposto di ridurre la deforestazione in quanto fino ad allora vi era stato un massiccio uso della legna per soddisfare la necessit di calore e di illuminazione quest ultimo aspetto gioc un ruolo molto importante nella espansione dei biodigestori ISAT e GTZ En Biogas Digest Volume IV 1999 Il tipo d installazione sviluppata e sperimentata per la diffusione del biogas nella zona che presentava un potenziale di 300 400 impianti fu un digestore tubolare di 11 m con un gasometro della capacit di 3 m il reattore se gestito in modo corretto forniva gas per cucinare i pasti per una famiglia di 6 8 persone e per illuminare una lampada Quando termin la partecipazione tedesca il progetto venne integrato in SODEPRA Societ pour le Developpement des productions Animales che si occup di instituire degli uffici per poter fornire informazioni generali alla popolazione rurale sulla costruzione di biodigestori alimentati con reflui zootecnici tuttavia la mancanza di formazione del personale e le problematiche insorte resero il programma un vero e proprio insuccesso Nel 1991 si contavano solo 80 impianti 188 dei quali non funzionanti Ni J Q et Nyns E J 1995 questo fu a causa dei problemi tecnici e sociali che impedirono una considerevole diffusione e Difetti tecnici Struttura di legno soggetta alle intemper
216. riempimento con acqua L aria viene fatta entrare attraverso la tubazione di alimentazione mentre le restanti tubazioni vengono sigillate Per gonfiare il digestore si svolgono le seguenti fasi Collocare il digestore sopra un telo in modo da evitare il contatto con le asperit del suolo Infilare l estremit della tubazione di alimentazione della miscela ad un telo plastico tubolare Quest ultimo deve essere piegato ripetutamente lungo il lato a contatto con la tubazione ed assicurato a quest ultima con una corda annodata attorno alla tubazione stessa 90 e Il gonfiaggio avviene agitando tale telo mantenuto aperto in corrispondenza dell estremit opposta alla tubazione sfruttando le correnti di aria a favore il principio quello della manica a vento il procedimento funziona anche in assenza di vento e Una volta che il digestore si gonfiato si procede con il taglio della manica a vento Figura 3 23 Digestore in fase di gonfiaggio Figura 3 22 Telo impiegato per gonfiare il i o f gonfiagg digestore 3 3 6 Posizionamento del digestore nella fossa Una volta gonfiato il digestore si procede a collocarlo nella fossa attivit che deve essere svolta preferibilmente da pi persone onde evitare il danneggiamento del digestore Uno degli operatori deve posizionarsi all interno della fossa in modo da condurre le tubazioni di ingresso e uscita dentro gli opportuni canali scavati 1n precedenza al nuum
217. rnazionale Nei vari Programmi sul Biogas si sono rivelate di estrema importanza le collaborazioni sinergiche fra 1 governi locali e le organizzazioni estere per la cooperazione internazionale quali la SNV olandese e 11 GTZ tedesco 2 8 1 Aiuto allo sviluppo L aiuto allo sviluppo una forma di aiuto fornita da circa 1 80 85 da fonti governative Aiuto Pubblico allo Sviluppo e il restante 15 20 da organizzazioni private ONG a supporto dello sviluppo economico sociale e politico dei Paesi in difficolt che generalmente appartengono al Sud del Mondo a differenza dell aiuto umanitario questo tipo di aiuto punta ad alleviare la povert nel lungo termine piuttosto che le sofferenze nel breve termine La maggior parte dell aiuto allo sviluppo viene dai Paesi industrializzati cooperazione Nord Sud ma anche alcuni Paesi meno ricchi contribuiscono cooperazione Sud Sud L aiuto pu essere e Bilaterale 70 direttamente da un Paese ad un altro e Multilaterale 30 dal Paese donatore ad organizzazioni internazionali quali la Banca Mondiale o le agenzie delle Nazioni Unite che lo ridistribuiscono tra 1 Paesi in via di sviluppo 2 8 2 Cooperazione allo sviluppo La cooperazione allo sviluppo nasce governativa dopo il secondo conflitto mondiale con le prime conferenze delle Nazioni Unite questa si occupa del trasferimento di risorse finanziarie assistenza tecnica servizi e beni da un governo o da un organo pubbl
218. ro galleggiante basata sul modello indiano e a cupola fissa secondo il disegno cinese Dal 1980 si prefer la seconda tipologia che divenne il modello standard poich l investimento economico risultava essere meno oneroso questo veniva spesso collocato sotto il piano campagna per isolarlo termicamente Il disegno tipico usato in Nepal mostrato nella figura 2 25 Organic waste and water Biogas out 1 in E Compact We ny Z N chamber Figura 2 25 Schema di un tipico digestore nepalese Al modello cinese vennero fatte delle modifiche per poter rendere l impianto pi idoneo alle condizioni sito specifiche ISAT e GTZ En Biogas Digest Volume IV 1999 Utilizzo di forme geometriche semplici per il digestore e il serbatoio di compensazione in modo da supplire l eventuale scarsit di mattoni o difficolt di trasporto Costruzione della cupola in argilla successivamente intonacata per evitare il trasporto di cemento 52 Generalmente la volumetria installata variava dai 4 ai 20 m Gautam R et al 2007 ma quelli maggiormente realizzati erano di medie dimensioni circa 10 m in cui il tempo di ritenzione idraulico di 65 70 giorni e un alimentazione media di 60 kg di sterco 6 capi di bestiame 2 5 m biogas d I materiali preferiti per la costruzione furono tutti quelli interamente disponibili come mattoni fornivano argilla bamboo legna e cemento Gautam R et al 2007 Con 1l contributo d
219. rodotto ogni giorno Contatore del gas Volume di biogas prodotto consumato 3 4 2 Attivit di monitoraggio in campo Il progetto gi in possesso dei dati di temperatura relativi ai primi 3 mesi di funzionamento del primo digestore luglio settembre 2012 1 dati sono stati raccolti dall Ing Vladimir Morales Romero per mezzo della sua strumentazione personale che consiste di 4 sensori di temperatura e 2 data logger Il processo di monitoraggio consiste di 99 1 Misurazione della temperatura in continuo per l intero periodo di monitoraggio con 1 4 sensori per il primo e altri 4 per 11 secondo digestore acquistati in gennaio 2013 Disposizione dei sensori nei biodigestori O Un sensore che misura la temperatura ambientale Un sensore che misura la temperatura dell aria all interno della serra Un sensore che misura la temperatura all interno del digestore nella parte superiore del volume liquido Un sensore che misura la temperatura all interno del digestore nella parte inferiore del volume liquido Vista lateral del digestor Sensores de temperatura Figura 3 43 Disposizione dei sensori di temperatura nell impianto 2 Annotare la produzione giornaliera di biogas di entrambi 1 digestori attraverso la lettura dei contatori Del primo digestore si sta misurando il consumo attraverso un contatore installato nella cucina questo apparecchio rileva anche parte del biogas che fuoriesce dal secondo dig
220. roduzione di solidi totali STADIO DI ACCRESCIMENTO peso vivo x d Vacche in lattazione Vacche in asciutta Manze Manzette Vitelli B FONTE Supplemento a L informatore agrario marzo 2013 e tipo di alimentazione e coefficiente di trasformazione quanto maggiore l efficienza di conversione tanto minore la disponibilit di S V nelle deiezioni e pulizia ricoveri raffrescamento estivo e acque meteoriche influiscono notevolmente il volume totale dei reflui Tabella 1 6 Influenza della presenza del raffrescamento sulla qualit dei liquami di origine bovina LIQUAME BOVINO S T Fal S V 96 Con raffrescamento evaporativo Senza raffrescamento evaportativo FONTE Supplemento a L informatore agrario marzo 2013 e soluzione stabulativa adottata le quantit di lettime possono essere praticamente nulle negli allevamenti su cuccetta con materassino e massime in quelli con stabulazione libera o su lettiera permanente Le differenti soluzioni influenzano sia la qualita che la quantit degli effluenti Tabella 1 7 Influenza del tipo di stabulazione sulla qualit dei liquami di origine bovina kg S T ALLEVAMENTO BOVINO iii peso vivo x d Con materassini 8D Con lettiera permanente 12 14 FONTE Supplemento a L informatore agrario marzo 2013 Sono soprattutto la specie la tecnica di stabulazione e la pulizia che determinano la concentrazione di sostanza secca C R P A 2013 Tab
221. rogetto 0 25 0 25 m biogas l es Temperatura media del volume liquido interno al reattore 28 14 CL tae sie g A C Produzione di biogas a Loea 0 665 0 3 0 54 0 3 d Rateo medio di produzione di biogas m biogas 0 062 0 03 0 081 0 05 ai x al Efficienza rispetto ai valori di progetto Vo Efficienza rispetto ai valori di laboratorio Durante questa fase le prestazioni migliori sono del secondo biodigestore il valore del rateo di produzione di biogas maggiore rispetto al primo a fronte di temperature minori sia all interno della serra che del volume liquido Tale affermazione vale sia se ci si riferisce al valore medio che se si guarda l andamento giornaliero del rateo di biogas di ogni digestore Questo effetto pu essere dovuto o Maggior carico organico volumetrico O L R del secondo biodigestore con conseguentemente rendimento migliore SI possono ipotizzare delle perdite nelle tubazioni in PVC di collettamento del biogas riferiti al primo reattore queste sono esposte al sole che le ha consunte installate nel giugno 2012 mostravano un annerimento nelle parti pi illuminate gi nel novembre 2012 Rateo di produzione di biogas dei due biodigestori nella fase di avviamento 0 25 s Rateo di produzione di biogas giormaliera primo digestore M IW V 0 20 0 15 Pigs ilie Rateo di produzione di biogas giornaliera del secondo biodigestore a
222. rtirrigazione quindi con l idea di conservare le sue propriet si ipotizza un periodo di stoccaggio massimo di una settimana Conseguentemente come si evince dai calcoli sotto riportati si rende necessario l acquisto di altri 4 cilindri e e 120 L 84 L Produzione teorica di biol Produzione teorica di biol 5 giorno giorno Volume utile di ogni cilindro 200 L Tempo di stoccaggio 7 giorni 120 L Volume di biol 4 prodotto in 7 giorni x 7 giorni 840 L 4 cilindri giorno SE TE 84 m Volume di biol prodotto in 7 giorni x 7 giorni 588 L 3 cilindri giorno 4 Misurazione del potere calorifico del biogas prodotto con frequenza mensile Per la determinazione di questo parametro si portano ad ebollizione 2 L di acqua in un recipiente impiegando rispettivamente il biogas prodotto da ciascun digestore Si misura la temperatura dell acqua prima e dopo ebollizione e quindi l incremento AT misurato in gradi Kelvin cos sara possibile calcolare il calore assorbito dal liquido Contestualmente verr misurato tramite il contatore 11 volume di biogas consumato Il potere YT MJ le calorifico espresso in z Sar calcolato mediante le seguenti relazioni energia termica liberata M Q Myo X Cmo X AT POI mE volume di biogas utilizzato m Vpiogas Vpiogas Dove mmg go massa d acqua portata kg MJ kg x K Cp 0o Calore spe
223. s d Si pu valutare il contenuto energetico del biogas ottenuto mediante la formula proposta da Fantozzi F e Buratti C nel 2009 Q Ven X Pen X PClcg Dove Q energia prodotta MJ Ven volume di metano nel biogas in condizioni normali Nm 0 715 2 m PClIcy potere calorifico inferiore del metano Pcp densit del metano 50 ME kg Per poter valutare il contenuto energetico del biogas bisogna portarsi nelle condizioni normali ovvero effettuare una trasformazione della temperatura da 13 8 C media del periodo a 0 C mediante la legge dei gas perfetti 11 volume di metano ipotizzando una concentrazione del 60 T 4 039Nm biogas nel biogas ottenuto in condizioni normali di con un contenuto energetico di 13 94 MJ d 128 gt Confronto con i valori di progetto Tabella 4 16 Parametri considerati per il calcolo della produzione di biogas del primo digestore alimentato con il letame bovino con valori di progetto in giugno luglio 2013 sio die PE kg let bovi Quantit di letame bovino in ingresso al biodigestore 1 Solidi Totali 17 tal quale valore di letteratura CEPIS Solidi Volatili 16 4 0 S T valore di letteratura CEPIS Produzione specifica di biogas 025 m biogas valore di letteratura CEPIS kg S V Produzione per m di reattore m biogas riferita al volume totale m reattore x d L K kg S V Da O L R 0 36 kg S V riferita al volume tot
224. scopo primario del progetto era l investigazione delle possibili applicazioni del biogas in Colombia Dal 1987 al 1989 gli obiettivi del programma vennero modificati per poter risolvere 1 problemi di inquinamento delle acque contemporaneamente vennero effettuati studi e sviluppi del disegno dell impianto e ricerche sull applicazione del digestato liquido in luogo del fertilizzante chimico Dal 1989 al 1992 decisero di ripristinare gli impianti realizzati ma non funzionanti e di instituire un centro informativo sul biogas Durante queste tre fasi furono installati digestori di varie tipologie tra cui la a cupola fissa a tamburo galleggiante di tipo BORDA e tubolare in polietilene vennero realizzati 71 a cupola fissa 4 di piccole medie dimensioni 14 48 m e 67 di grandi i 115 m quest ultimi con un gasometro separato Dal 1993 vennero realizzati ogni anno 30 biodigestori tubolari in polietilene di dimensioni di 5 5 m con un gasometro di 3 3 m Secondo una stima dell Istituto Colombiano Agropecuario sono allevati 2 3 milioni di maiali e 22 3 milioni di vacche tuttavia la situazione delle fattorie estremamente varia la cui eterogeneit si riflette nelle tipologie di impianto selezionate e purtroppo solo quelle di medie grandi dimensioni 20 200 esemplari vengono considerate idonee per lo sfruttamento del biogas ISAT e GTZ En Biogas Digest Volume IV 1999 63 2 8 Il mondo della cooperazione inte
225. se di avviamento Questo effetto pu essere dovuto o Maggior carico organico volumetrico O L R del secondo biodigestore con conseguentemente rendimento migliore o SI possono ipotizzare delle perdite nelle tubazioni in PVC di collettamento del biogas riferiti al primo reattore queste sono esposte al sole che le ha consunte mostravano gi nel novembre 2012 un annerimento nelle parti pi illuminate Rateo di produzione di biogas dei due biodigestori a regime Rateo di 0 14 produzione N di biogas del 0 12 m primo digestore UT NIE SITL PIAVE MA LALA ANULO ied u ey V y 0 02 di biogas del secondo 0 digestore 08 06 2013 10 06 2013 12 06 2013 14 06 2013 16 06 2013 18 06 2013 20 06 2013 22 06 2013 24 06 2013 26 06 2013 28 06 2013 30 06 2013 02 07 2013 04 07 2013 06 07 2013 08 07 2013 10 07 2013 12 07 2013 14 07 2013 16 07 2013 18 07 2013 20 07 2013 22 07 2013 24 07 2013 26 07 2013 28 07 2013 30 07 2013 Figura 4 40 Rateo di produzione di biogas dei due digestori a regime Temperature medie giornaliere all interno delle serre dei due digestori a regime e Temperatura media interna della serra primo digestore Temperatura media interna della serra del secondo digestore LJ NW 1 X 8 6 13 10 6 13 14 6 13 16 6 13 18 6 13 20 6 13 22 6 13 Figura 4 41 Temperature medie giornaliere all interno delle due serre dei due digestori a regime 160 A
226. solamento 3 3 5 Gonfiaggio del digestore 3 3 6 Posizionamento del digestore nella fossa 3 3 7 Carica del digestore 3 3 6 Installazione delle tubazioni di collettamento del biogas 3 3 9 Installazione della valvola di sicurezza 3 3 10 Installazione della trappola dell acqua 3 3 11 Installazione del filtro per la rimozione dell idrogeno solforato 3 3 12 Costruzione del tetto della serra 3 3 13 Installazione del gasometro 3 3 14 Installazione del contatore del gas del manometro e dei bruciatori 3 3 15 Realizzazione dei pozzetti di carico e scarico 3 3 16 Realizzazione di un dispositivo per l agitazione 3 4 Presentazione del piano di monitoraggio 3 4 1 Informazioni di ordine organizzativo 3 4 2 Attivit di monitoraggio in campo 3 5 Prova BMP 3 5 1 Definizione 3 5 2 La composizione teorica del biogas 3 5 35 Esecuzione della prova BMP 3 6 Formule e considerazioni utilizzate 4 RISULTATI E DISCUSSIONI 4 1 Valutazione prestazionale del primo digestore S6 S6 S6 86 90 90 9 92 92 95 94 95 95 96 97 98 98 99 99 99 103 103 104 104 109 110 111 4 1 1 Considerazioni sul primo biodigestore alimentato con liquami suini nel periodo di studio luglio agosto 2012 fase di avviamento 111 4 1 2 Considerazioni sul primo biodigestore alimentato con letame bovino nel periodo di studio aprile giugno 2013 I FASE del monitoraggio 119 4 1 5 Considerazioni sul primo bi
227. soprattutto dalla composizione della biomassa e dalla completezza della reazione Vi Inoltre la presenza di altre componenti non rilevanti sotto l aspetto energetico ma che possono notevolmente influenzare le cinetiche di processo e le modalit d impiego del biogas Tabella 1 16 Composizione media del biogas COMPOSIZIONE MEDIA DEL BIOGAS IN VOLUME CH 40 70 Anidride carbonica CO 25 45 H20 N2 H2S Ho Si riporta in dettaglio di tutte le sostanze che possibile riscontrare nel biogas e Metano quel composto che riveste maggior interesse poich ha un elevato potere calorifico inferiore Il metano presente nel biogas in quantit variabile dal 40 al 70 in volume La produzione di questo composto dipende fortemente da molti parametri operativi come la temperatura nel digestore o il pH oltre che dalla qualit del substrato dalla sua movimentazione e dal contenuto d acqua e Anidride carbonica uno dei prodotti principali della fermentazione anaerobica il biogas ne pu contenere dal 25 al 45 in volume Nella maggior parte dei casi in cui necessario trasportare il gas e utilizzarlo per altre applicazioni come l immissione nella rete o l uso in autotrazione occorre separare la CO dal combustibile mentre per scopi termici non necessario 14 Acqua 1 digestori generano biogas saturo di vapore acqueo L acqua proviene dal substrato che deve essere caricato nelle opportune condiz
228. ssibilit di contatto tra la biomassa attiva ed il substrato La sua costruzione semplice e prevede l impiego di un tubo di PVC del tutto simile a quelli utilizzati per il trasporto del biogas al quale sono fissati dei dischetti di gomma Figura 3 42 Dischetto in gomma e dispositivo di agitazione 98 3 4 Presentazione del piano di monitoraggio Per raccogliere informazioni di maggior dettaglio stato ritenuto opportuno intensificare le attivit di monitoraggio al fine di migliorare la comprensione del processo di digestione anaerobica e misurare 1 parametri pi importanti 3 4 1 Informazioni di ordine organizzativo Periodo di monitoraggio 7 mesi dall 8 aprile 2013 fino al 31 ottobre 2013 da prassi consigliabile un monitoraggio di un anno tuttavia per problemi di budget si optato per l investigazione di un periodo pari a 3 volte il tempo di ritenzione idraulico dei due digestori mediamente 61 giorni comunque sufficiente per una prima analisi volume utile HRI alimentazione giornaliera ae 10702L x 75 TN NE necs 6720L x 75 _ T Cae ei 27 84 Or giorno giorno In tabella 3 2 riportata la strumentazione utilizzata per lo svolgimento del piano di monitoraggio per 1 dettagli dei singoli strumenti vedere in Appendice Allegato A2 Tabella 3 2 Strumentazione utilizzata durante il piano di monitoraggio STRUMENTO PARAMETRO MISURATO MODALITA Data logger Continuo Asta graduata Volume di biol p
229. sso Brevemente vengono descritti 1 parametri di processo che determinano le condizioni e le prestazioni della digestione anaerobica Sono fondamentali per le valutazioni a scala di laboratorio e necessari per la gestione di impianti pilota e reali 1 3 1 Temperatura Tutti 1 processi di degradazione che avvengono all interno del reattore sono operati da differenti tipi di colonie batteriche che risentono fortemente delle variazioni di temperatura sia per quanto riguarda la velocit dei loro processi metabolici sia relativamente alla loro stessa esistenza Si possono distinguere tre situazioni a seconda del range di temperatura all interno del reattore e Psicrofilo operante tra i 4 20 C in cui non sono previsti dei sistemi di riscaldamento idoneo in regioni con clima mite e Mesofilo operante tra 1 27 35 C nel quale si raggiunge l optimum della produzione di biogas sfruttando al minimo una pompa di calore che generalmente viene alimentata con il biogas prodotto e Termofilo operante tra i 45 60 C mediante l impiego di scambiatori di calore che comportano un dispendio energetico economico notevole 1 3 2 pH Questa misura una tra le pi importanti da rilevare data l elevata sensibilit dei batteri metanigeni alla diminuzione del pH Il processo viene considerato stabile per valori compresi tra 6 2 6 7 5 All interno del digestore il pH determinato principalmente dalla presenza di CO2 nel mezzo liquido e
230. stainable Energy Reviews Volume 12 Issue 2 pp 299 343 Rossi L Prodotti e sottoprodotti le regole non cambiano supplemento a L informatore agrario 48 2012 Stoddard I Communal Polyethylene Biogas Systems Experiences from on farm research in rural West Java 2010 The Scientific Research Council amp the Planning Institute of Jamaica Innovative Waste Management in Jamaica Beginnigs Volume 5 Issue 16 June 2011 Thu C T T Cuong P H Hang L T Chao N V Anh L X Trach N X Sommer S G Manure management practice on biogas and non biogas pig farms in developing countries using livestock farms in Vietnam as an example 2012 Journal of Cleaner Production 27 pp 64 71 Van N C A study of the potential of renewable energy sources and its application in Vietnam 1996 Renewable Energy 9 44 pp 1161 1164 Van Nes W J Asia hits the gas Biogas from anaerobic digestion rolls out across Asia Renewable Energy World January February 2006 195 3 Vismara R Canziani R Malpei F Piccini S Biogas da agrozootecnia e agroindustria ISBN 9788857900209 Vo Chau Ngan N Trung Hieu P Hoang Nam V Review on the most popular anaerobic digester models in Mekong Delta 2012 Journal of Vietnamese Environment Vol 2 No 1 pp 8 19 Vu T K V Tran M T Dang T T S A survey of manure management on pig farms in Northern Vi
231. stanze antibiotiche Tabella 1 17 Confronto in funzione del PCI dei vari combustibili COMBUSTIBILE PCI E 10500 10200 Impiego Il biogas preventivamente trattato pu essere utilizzato per produrre calore attraverso scambiatori o nei motori a combustione con produzione di energia meccanica se direttamente accoppiato con una macchina operatrice o di energia elettrica sfruttando un alternatore quest ultima soluzione quella da preferirsi in quanto e la piu flessibile altrimenti si pu pensare alla combustione in un cogeneratore per la produzione combinata di energia termica ed elettrica Il rendimento da biogas ad energia meccanica 11 30 di quella resa disponibile dal biogas molto maggiore di quella di produzione di energia elettrica in quanto occorre prima convertire 11 biogas in energia meccanica e poi in energia elettrica l ultimo step ha una resa del 90 Bonomo L et al Trattamento delle acque reflue Sostenibilit La brevit del periodo di ripristino fa s che le biomasse rientrino tra le fonti energetiche rinnovabili in quanto il tempo di sfruttamento della sostanza paragonabile a quello di rigenerazione Quando le si bruciano estraendone cos l energia immagazzinata nei componenti chimici l ossigeno presente nell atmosfera si combina con il carbonio contenuto nella biomassa producendo anidride carbonica uno dei principali gas responsabile dell effetto serra Tuttavia la stessa quantit di CO
232. stati rilevati 1 S T e S V del letame bovino e a partire da questi ipotizzando un valore di produzione specifica di biogas valore di letteratura usato durante la progettazione stato calcolato il volume di gas potenzialmente ottenibile infatti il maggior limite del progetto l impossibilit di misurare 1 BMP dei reflui con 1 quali si alimenta il biodigestore 141 Tabella 4 29 Parametri considerati per il calcolo della produzione potenziale di biogas del secondo digestore a partire dal letame bovino in aprile giugno 2013 con i valori di laboratorio i ae f i PRESO kg let bovi Quantit di substrato in alimentazione al biodigestore 2 Solidi T otali 16 E dato di laboratorio Solidi Volatili 83 6 ST dato di laboratorio Produzione specifica di biogas 025 m biogas valore di letteratura CEPIS kg S V E bi Produzione di biogas 0 67 Main ud Produzione per m di reattore 0 1 m biogas riferito al volume totale m reattore xd O L R 04 kg S V riferito al volume totale m xd Fonte usata nel progetto 0 54 ur Poa La produzione di biogas media 181 di quella calcolata con 1 valori di laboratorio questo risultato da considerarsi molto buono dato il contesto semplificato le condizioni psicrofile la fase delicata del processo avviamento e la miscelazione discontinua manuale Si pu dunque ritenere il processo di digestione prossimo alla completezza e considerare corretto 11 BMP di lette
233. store 1 5 x Vbiogas prodotto lt Vgasometro lt 4 3 3 Fasi costruttive di un digestore tubolare plug flow di basso costo 3 3 1 Ubicazione La soluzione migliore rappresentata da un luogo soleggiato che minimizza la distanza dalle stalle per facilitare le operazioni di trasporto e carico della miscela dal punto di stoccaggio fino al pozzetto di alimentazione e sia vicino alla cucina per limitare l utilizzo di tubi in PVC per convogliare il biogas Se si desidera alimentare il digestore direttamente dalla zona di stoccaggio del substrato bisogna prevedere un dislivello topografico tale da consentirne il deflusso con una adeguata cadente considerando la elevata viscosit dell ingestato inoltre sarebbe opportuno installare il pozzetto di raccolta della frazione liquida del digestato biol nelle vicinanze delle coltivazioni che potranno beneficiare della fertirrigazione Il luogo destinato ad ospitare il digestore deve essere caratterizzato da una topografia ed una composizione degli strati superficiali di terreno che consentano un rapido assorbimento ed allontanamento dell acqua piovana particolarmente abbondante nel periodo che va da Gennaio ad Aprile in caso contrario sar utile predisporre un sistema di drenaggio alla base delle pareti di sostegno della struttura in cui alloggiato il digestore 3 3 2 Scavo della fossa di alloggiamento del digestore La fossa viene realizzata per molteplici ragioni Alloggia
234. tale valutare il tipo di bruciatore pi idoneo poich uno dei parametri che ha una forte influenza sull efficienza del sistema infatti nel caso di studio stata installata una cucina di tipo l 4 600L ae os ae ae industriale con un consumo medio di a Quindi la quantita di biogas mediamente prodotta da aem 1m l 1 ae ue un solo biodigestore mediamente non risulta sufficiente per la cucina dei tre pasti giornalieri di una famiglia campesina composta da 4 persone Figura 4 52 Fornello industriale con diffusore Figura 4 53 Fornello con diffusore verticale verticale installato nella Granja Alfacancha a Vilcabamba In tabella 4 56 sono riportati 1 consumi medi di una cucina per cuocere 1 principali alimenti della dieta apurimena l acqua alimentare va sempre bollita per evitare diffusioni di malattie vista l assenza del sistema di trattamento delle acque reflue e dei rifiuti nel caso di studio poich stata installata una cucina di tipo industriale 1 consumi sono maggiori di quelli riportati Tabella 4 56 Consumo del biogas QUANTITATIVI DI BIOGAS NECESSARI PER LA COTTURA DEI PRINCIPALI PASTI CON CUCINA DOMESTICA Tempo Biogas consumato min L 10 0004 49 FONTE Brown J 2002 L efficienza di combustione del biogas in cucina dipende da diversi fattori qui di seguito riportati Pressione del flusso di biogas Tipo di bruciatore Dimensione e materiale dei tegami Dist
235. tare infatti deve essere sempre preventivamente bollita e dell abbeveraggio di bestiame con la conseguente trasmissione di parassiti e la diffusione di malattie gastrointestinali cutanee e oculari 69 Questo favorisce anche l eutrofizzazione dei laghi e delle paludi L implementazione di fosse settiche non sempre accompagnata da una preparazione adeguata soprattutto nell impermeabilizzazione della vasca cos da generare un inquinamento della falda superficiale Figura 2 38 Acque reflue riversate nel recettore senza subire alcun trattamento L uso indiscriminato di fertilizzanti chimici insetticidi e pesticidi produce ripercussioni igienico sanitarie di varia natura e parte dei fertilizzanti non assimilati dalle piante e dai terreni vengono dilavati dalle acque di ruscellamento raggiungendo fiumi e falde acquifere o che scorrendo verso le lagune e zone umide comportano il fenomeno dell eutrofizzazione Data la quantit e dispersione del bestiame probabile che la produzione incontrollata di metano da questa fonte non sia molto importante Invece la forma di allevamento non stabulato induce un forte inquinamento fecale di suoli e acque questo porta a catene di contagio anche per l uomo L importazione di veicoli usati abbinata alla vetust e bassa manutenzione del parco veicoli circolanti ha originato una forte contaminazione da monossido di carbonio e di gas sulfurei Aspetti sociali Nel 2007
236. te fino alla distanza di 3 cm dalla fiamma rendimento il medesimo per tutte e tre le tipologie L efficienza diminuisce dai 2 Bruciatore con diffusore verticale al 3 cm di distanza della pentola dalla fiamma PENTOLA 18 cm di diametro FONTE Ferrer et al 2011 173 Raggiungere un rendimento elevato per il contesto semplificato 50 anche indice di completezza della reazione di combustione altrimenti si generano oltre a CO2 e H5O anche altri gas dannosi per l uomo e l ambiente quali N20 CH e gli IPA idrocarburi policiclici aromatici Dallo studio di Bhattacharya et al del 2002 risultato che il biogas a partire dalle biomasse rinnovabili 11 miglior combustibile sfruttato in cuncina per efficienza e per emissioni come mostrato in tabella 4 58 Tabella 4 58 Efficienza ed emissioni per i vari tipi di cucine Cooking options Efficiency values Emission factor values selected Estimated CO equivalent selected CO CH4 N20 gCO eMJ g CO2 e MJ kg TJ kg TJ7 kg TJ Traditional stoves wood 11 519 6 3 74 12 1 109 7 Traditional stoves residues 10 2 300 4 23 73 9 Traditional stoves charcoal 19 253 6 l 5 6 29 7 Traditional stoves dung 10 6 300 4 7 5 71 1 Improved stoves wood 24 408 4 83 10 1 41 9 Improved stoves residues 21 131 8 4 4 0 19 1 Improved stoves charcoal 27 200 l 4 5 16 7
237. ted or manual 3 Production of blogas input of organic waste for thermal energy or electricity generation T Cr 2 Anaerobic digestion process 4 Production of bio fertiliser for use on crops Figura 2 14 Funzionamento di un digestore tubolare nella vita quotidiana rurale 28 I materiali impiegati nella costruzioni sono solitamente Polietilene o PVC per il reattore per il gasometro e le tubazioni Polistirolo per l isolamento Mattoni di argilla o laterizi Cemento o laterizi per 1 pozzetti di alimentazione del substrato e per la fuoriuscita del digestato COW FARMER FAMILY S HOUSE ie biogas pipeline inlet pi 222977 gt A outlet pipe Figura 2 15 Schema completo dell impianto Tabella 2 3 Vantaggi e svantaggi di un digestore tubolare VANTAGGI SVANTAGGI Possibilit di impiego di varie tipologie di Pressione del biogas molto bassa materiali a seconda della disponibilit Durata dell impianto modesta massimo Costo d installazione modesto 10 anni Quantit di gas prodotto visibile Facilit di comprensione del processo Di seguito in tabella 2 4 vengono riassunte le caratteristiche principali dei tre tipi di digestore precedentemente analizzati per una volumetria di riferimento di circa 10 m alimentati con reflui di origine bovina 29 Tabella 2 4 Peculiarit delle tre tipologie di digestori CARATTERISTICHE DELLE TRE TIPOLOGIE DI DIG
238. tenuto mediante la formula proposta da Fantozzi F e Buratti C nel 2009 0 085 m biogas riferito al volume totale m reattore x d Q Ven X Pen X PClcg Dove Q energia prodotta MJ Vey volume di metano nel biogas in condizioni normali Nm 0 715 2 i m3 PClcg potere calorifico inferiore del metano Pcp densit del metano 50 MJ kg Per poter valutare il contenuto energetico del biogas bisogna portarsi nelle condizioni normali ovvero effettuare una trasformazione della temperatura da 13 8 C media del periodo a 0 C mediante la legge dei gas perfetti 11 volume di metano ipotizzando una concentrazione del 60 0 33 Nm biogas nel biogas ottenuto in condizioni normali di con un contenuto energetico di 11 8 MJ d 146 gt Confronto con i valori di progetto Tabella 4 33 Parametri di progetto per il calcolo della produzione di biogas del secondo digestore in giugno luglio 2013 con valori di progetto E CMT da kg let bovi Quantit di letame bovino in ingresso al biodigestore 2 Solidi Totali 17 tal quale valore di letteratura CEPIS Sonal Volatili 76 4 S T valore di letteratura CEPIS Produzione specifica di biogas 0 25 m biogas valore di letteratura CEPIS kg S V sod Pbi Produzione di biogas 0 65 Maii iuri Produzione per m di reattore 01 m biogas riferito al volume totale i m reattore x d O L R 0 39 kg S V ri
239. ti di raccolta di ciascun digestore affinch note le sezioni geometriche rispettive sia possibile il calcolo della volumetria Per consentire tale operazione anch essa con cadenza settimanale bisogna svuotare totalmente 1 pozzeti di raccolta e stoccare il materiale liquido in appositi cilindri La misura del volume di biol prodotto pu essere eseguita contestualmente alla misura del pH del medesimo In realt sarebbe pi corretto misurare la produzione di biol ad una ora tarda affinch si abbia la ragionevole certezza che tutto il biol prodotto sia gi uscito dal digestore Per facilitare lo svolgimento delle attivit in campo assegnate ad un personale non tecnico e dedito ad altre mansioni al di fuori del piano di monitoraggio si optato per svolgere la misura intorno alle 12 30 sapendo che comunque la maggior parte del biol fuoriesce prima di tale orario Per ovviare all imprecisione di questa misura stato consigliato di misurare saltuariamente la frazione 101 di digestato liquido che fuoriesce dopo l effettuazione della misura cos da poter aggiungere un contributo percentuale X di biol che sfugge alla misura Dati 1 quantitativi teorici di produzione del digestato liquido di ciascun digestore risulta evidente come disponendo di 3 soli cilindri metallici del volume di 200 L cada uno serva munirsi di altro volume di stoccaggio Nell ottica a lungo termine di poter impiegare 11 biol come fertilizzante per la fe
240. ti di letteratura riportati in tabella 4 12 kg S V As 3 bi 148 O L R riferito al volume totale kg S V m xd Produzione per m di reattore 0 12 m biogas riferito al volume totale m reattore x d EH 0 54 die a La produzione media di biogas ottenuta 11 69 di quella calcolata con 1 valori di letteratura rielaborati Questo dovuto al fatto di aver considerato valori superiori di S T e S V rispetto a quelli di laboratorio riportati in tabella 4 34 inoltre il BMP ottenuto dall elaborazioni dei valori bibliografici potrebbe essere sovrastimato rispetto al valore reale che s1 pensa possa essere approssimativamente quello considerato in fase di progetto come spiegato nel commento alla tabella 4 34 Produzione di biogas del secondo digestore in giugno luglio 2013 J 08 06 2013 10 06 2013 12 06 2013 14 06 2013 16 06 2013 18 06 2013 20 06 2013 22 06 2013 24 06 2013 26 06 2013 28 06 2013 30 06 2013 02 07 2013 04 07 2013 06 07 2013 08 07 2013 10 07 2013 12 07 2013 14 07 2013 a 16 07 2013 18 07 2013 20 07 2013 22 07 2013 24 07 2013 26 07 2013 28 07 2013 30 07 2013 Figura 4 29 Produzione di biogas del secondo biodigestore in giugno luglio 2013 La produzione di biogas risulta spesso maggiore di quella di progetto non da escludere la possibilit che si sia alimentato un quantitativo maggiore di refluo rispetto a quello stabilito da progetto Come stato fatto in
241. to in India fu il predisporre sussidi per tutti coloro che desideravano realizzare un impianto di piccola taglia l indennit dipendeva da ISAT e GTZ En Biogas Digest Volume IV 1999 dimensione dell impianto categoria sociale la popolazione indiana era divisa in appartenenti ad una casta di livello inferiore non appartenenti ad una casta membri di trib e piccoli agricoltori 1 sussidi pi consistenti venivano predisposti per coloro che non possedevano terre e non appartenevano a categorie privilegiate localit di installazione l India morfologicamente eterogenea 1 sussidi pi elevati erano predisposti per coloro che risiedevano nelle zone montuose mentre erano pi ridotti per le zone collinari fino a decrescere nelle zone pianeggianti L India il Paese con il numero di allevamenti pi alto al mondo sono presenti 75 milioni di famiglie delle quali il 60 possiede 4 o pi capi di bestiame quindi data la vocazione agricola ben si presta all applicazione dei biodigestori alimentati con reflui zootecnici in zone rurali Anche gli scarti alimentari potrebbero essere sottoposti a digestione allargando il target anche alla popolazione urbana tuttavia questa soluzione molto sottovalutata e dal 1962 gli unici substrati alimentati sono 1 reflui zootecnici MNES riconobbe 1 sussidi per solo alcune tipologie di impianto che non superassero 1 gt AU ISAT e GTZ En Biogas Digest Volume IV 1999 KVIC
242. ttamento del biogas La rete di tubazioni convoglia il biogas prodotto verso il gasometro e successivamente verso la cucina dove sono installati 1 bruciatori Nel tratto immediatamente successivo all uscita del biogas dal digestore 1 tubi sono posizionati con una pendenza di almeno l 196 in modo tale da impedire al vapore che naturalmente condensa per effetto del gradiente termico tra l interno e l esterno 92 della serra di ostruire il passaggio del gas Tipicamente la tubazione a cielo aperto viene agganciata alle pareti della serra tramite chiodi e fil di ferro che fungono da sostegno Figura 3 27 Fasi dell operazione di installazione delle tubazioni di collettamento del biogas Il percorso seguito dai tubi parte dalla met circa della parete longitudinale in corrispondenza dello sfiato del biogas gi predisposto dall azienda costruttrice dove anche installata una valvola di sicurezza Da questo punto previo il passaggio attraverso la trappola dell acqua ovvero un sistema di raccolta del vapore condensato il tubo viene interrato fino a raggiungere la parete dell edificio in cui viene installato il gasometro 3 3 9 Installazione della valvola di sicurezza La valvola di sicurezza installata in prossimit dello sfiato del biogas ha lo scopo di controllare le sovrappressioni le quali si generano laddove parte del gas prodotto durante il giorno non venga impiegato e rimanga all interno del digestore per la man
243. ttoposta a degradazione anaerobica C HpO Ng Bonomo L Trattamento delle acque reflue Trascurando la crescita della biomassa 1 prodotti di degradazione possono essere quantificati in base alla relazione stechiometrica che descrive macroscopicamente la complessa serie di biotrasformazioni che portano alla metanizzazione della sostanza organica supposta qui completa nell ipotesi che tutto il carbonio presente in origine si gassificato Bonomo L Trattamento delle acque reflue Ca Hy O Na a 2 4 x H05 A xcH A x CO d x NH Ricordando che in condizioni normali ad una mole di qualsiasi gas corrisponde un volume di 22 415 L4 tenuto conto del peso atomico degli elementi considerati 11 volume di biogas prodotto per unit di solidi volatili degradati risulta 8 8 G teorica 12a b 16c 14d a x 22 415 12a b 16c 14d E pb Pen 3d da nb 20430 x 22 415 di cui il volume di metano pari a 4a b 2c 3d LL _ gt X 22 415 A 12a b 16c 14d Ne risulta una frazione in volume di metano Fcy nel biogas pari a Greorica cu _ 4a b 2c 3d Gteorica 8a Fou 3 5 3 Esecuzione della prova BMP L analisi del potenziale metanigeno viene condotta in laboratorio cercando di simulare in un ambiente controllato quanto avviene in un digestore anaerobico La biomassa da valutare viene 104 dapprima analizzata prove preliminari e poi miscelata ad un inoculo affamato cio
244. tura e L utente pu facilmente riparare piccoli tagli e fori applicando qualsiasi nastro adesivo o patch con adesivo Sono soluzioni temporanee e che non restituiscono al PTD la sua piena funzionalit ma sono tecniche economiche per qualsiasi utente e Un digestore non miscelato comporta un graduale accumulo di solidi al suo interno per l instaurarsi di fenomeni di sedimentazione Nel corso del tempo questo strato pu occupare una frazione considerevole del volume del digestore rendendo necessaria una pulizia dello stesso Nel caso di PTD l allontanamento dei solidi sedimentati avviene tramite una tubazione collocata in corrispondenza del fondo e munita di apposita valvola 79 Nonostante le semplici operazioni di manutenzione illustrate la vita utile del digestore dipende fortemente dalla avversita delle condizioni meteo climatiche e dalla cura con cui viene maneggiato La scarsa durabilit dei materiali impiegati che rende il costo dell impianto accessibile costituisce lo svantaggio maggiore di questo tipo di tecnologia 3 2 Procedimento per la progettazione di un digestore di tipo tubolare plug flow 1 Quantificazione del substrato disponibile oppure fabbisogno energetico del nucleo familiare Tipicamente gli allevamenti nelle comunit rurale della regione di Apurimac sono costituiti da un numero esiguo bovini e o suino per famiglia L attivita di allevamento di cuy porcellini d India costituisce invece un abitudin
245. ugno 2013 I FASE DEL MONITORAGGIO Tabella 4 8 Caratteristiche operative per il primo digestore aprile giugno 2013 Caratteristiche e parametri di processo del primo digestore I FASE del piano di monitoraggio fase di avviamento 8 4 2013 4 6 2013 Volume totale a Volume utile a Rapporto di diluizione Quantitativo di sterco kg Quantitativo d acqua L eee Altitudine m s l m La produzione media di biogas calcolata a partire dai dati in tabella a2 Appendice Allegato A1 P si oe i 4 0 665 m biogas considerando anche 1 giorni in cui non vi stata produzione di Llc 0 3 e 0 061 m biogas riferita al volume totale questa quantit insufficiente per le necessit energetiche m reattore x d medie di una famiglia apurimef a il cui nucleo costituito in media da 4 5 individui di cui si asi T 1m biogas pu stimare un fabbisogno in cucina di circa Ancora una volta si pu valutare il contenuto energetico del biogas ottenuto mediante la formula proposta da Fantozzi F e Buratti C nel 2009 Q Ven X Pen X PClcg Dove Q energia prodotta MJ Vey volume di metano nel biogas in condizioni normali Nm 0 715 2 Pcu densit del metano er PClcg potere calorifico inferiore del metano 50 MJ kg Per poter valutare il contenuto energetico del biogas bisogna portarsi nelle condizioni normali ovvero effettuare una trasformazione
246. utato attraverso una nuova pesatura S T Peso tal quale Peso midit 3 Il campione ottenuto stato poi riposto in muffola a 540 C per due ore mediante questa operazione possibile valutare la percentuale dei solidi volatili presenti S V S T ceneri Tabella 3 4 Caratterizzazione dello sterco di porcellini d India attraverso le prove preliminari PARAMETRI OTTENUTI DALLA CARATTERIZZAZIONE DEL SUBSTRATO CON LE PROVE PRELIMINARI S T sg m kg tal quale kg kg tal quale S V 9 S T ua kg Umidit kg tal quale Avviamento della prova I parametri di avviamento della prova sono riportati in tabella 3 5 107 Tabella 3 5 Parametri iniziali della prova Temperatura media della prova 35 9 C mesofilia Quantita di substrato 5 65 g t q T T S V 4 49 g Quantit di inoculo digestato di origine civile 10 ml Soluzione madre nutrienti N P K 50 ml Rapporto substrato inculo F M 1 33 Figura 3 52 Prelievo dell inoculo Figura 3 53 Alloggiamento dei reattori in acqua calda dx contenitori di soda al centro campanelle sx Il 23 maggio 2013 stata predisposta e avviata la prova BMP di due campioni di sterco di porcellino d India chiamati per semplicit Porcellino A e Porcellino B in modo da poter svolger l analisi in parallelo e una dell inoculo digestato dei reflui civili di Cremona che sono stati utilizzati come fonte di biomassa I risultati
247. volume totale m reattore x d L K kg S V Da O L R 0 37 kg S V riferito al volume totale m xd Fonte usata nel progetto dis bi il 68 del valore potenzialmente T 0 683 m biogasY La produzione di biogas ottenuta mmm ottenibile calcolato sulla base delle analisi di laboratorio Valgono le stesse considerazioni del caso di confronto con i valori di progetto tabella 4 16 Confronto coni valori di letteratura Sono stati considerati gli stessi valori di letteratura precedentemente elaborati per il periodo aprile giugno 2013 riportati in tabella 4 11 Tabella 4 18 Parametri considerati per il calcolo della produzione di biogas del primo digestore a partire dai reflui bovini con i valori di letteratura per il periodo giugno luglio 2013 LIS da ic kg let bovi Quantit di letame bovino in ingresso al biodigestore 1 Solidi Totali 18 1 ilari elaborazione dei dati di letteratura tabella 4 11 Solidi Volatili 20 5 ST elaborazione dei dati di letteratura tabella 4 11 i se Produzione specifica di biogas 0 285 mi biogas media dei valori di letteratura riportati in tabella 4 11 kg S V 3 Produzione di biogas 1 245 008 Produzione per m di reattore 0 115 m biogas riferito al volume totale m reattore x d O L R 0 40 kg S V riferito al volume totale m xd 130 regen La produzione ottenuta 11 55 della produzione calcolata con 1 valori di letteratura precedentemente me
248. y Strategies SES e al Indian NGO Action for Food and Production AFPRO furono installati alcuni micro biodigestori di 2 3 m nel Kenya occidentale contraddistinto dalla presenza di migliaia di piccoli allevatori con allevamenti costituiti da massimo tre vacche questi impianti sfruttavano la codigestione di sterco di animale e residui agricoli Oggigiorno le risorse energetiche del Kenya si basano sull importazione di combustibili fossili che esauriscono il 50 del PIL solo in parte minore vi ancora la dipendenza dalle biomasse Kiplagat J K et al 2011 Felix e Kai nell articolo del 2007 Domestic biogas in Africa a first assessment of the potential and need hanno affermato che 11 Kenya presenta 1 requisiti per la diffusione di circa 1 25 milioni di impianti familiari questa valutazione stata condotta analizzando differenti fattori come il numero di animali dell allevamento e l accesso all acqua se venissero considerati altri substrati il numero aumenterebbe Nonostante l idoneit del Kenya ad una diffusione di successo al 2011 si contavano solo 1 392 impianti di cui 1 000 funzionanti con una produzione di su es Kiplagat J K et al 2011 Viste le peculiarit del Kenya nella quale l agricoltura svolge un ruolo fondamentale si pu pensare ad un eventuale codigestione fra letame bovino di pecore e di capre con residui agricoli quali orzo cotone te e caff tuttavia questa strategia ancora oggi
249. y layer 23 superiore a giugno luglio 22 v 20 9 2013 21 mos 9999099999 Da _ i 2 uas E 0099999990897 Det tes Ban En 19 25 EN 18 Temperatura 17 media giornaliera 16 slurry layer inferiore giugno luglio 2013 15 08 06 2013 10 06 2013 12 06 2013 14 06 2013 16 06 2013 18 06 2013 20 06 2013 22 06 2013 24 06 2013 26 06 2013 28 06 2013 30 06 2013 02 07 2013 04 07 2013 06 07 2013 08 07 2013 10 07 2013 12 07 2013 14 07 2013 16 07 2013 18 07 2013 20 07 2013 22 07 2013 24 07 2013 26 07 2013 28 07 2013 30 07 2013 Figura 4 31 Temperatura media all interno del secondo reattore in due punti del volume liquido in giugno luglio 2013 150 Le temperature all interno del digestore sono mediamente costanti e non presentano anomalie 1 valori fra lo strato superiore e inferiore si eguagliano solo in due giorni In tabella 4 36 sono riportate le temperature medie del volume liquido nel periodo giugno luglio 2013 Tabella 4 36 Temperature medie giornaliere dello slurry del secondo digestore in giugno luglio 2013 TEMPERATURE MEDIE ALL INTERNO DEL SECONDO REATTORE GIUGNO LUGLIO 2013 Strato superiore 21 C 0 5 Strato inferiore 20 1 C 0 5 pH del digestato del secondo biodigestore in giugno luglio 2013 14 06 2013 16 06 2013 18 06 2013 20 06 2013 22 06 2013 24 06 2013 26 06 2013 28 06 2013 30 06 2013 02 07 2013 04 07 2013 06 07 2013 08 07 2013 10 07 2013
250. zione Buysman E et Mol A P J 2013 Tabella 2 5 Vantaggi e svantaggi dei digestori semplificati VANTAGGI SVANTAGGI Miglioramento delle condizioni igieniche Costi d investimento costruzione che riduzione dei batteri patogeni con conseguente minor diffusione di malattie Costo di approvvigionamento del combustibile inferiore a fronte di un investimento iniziale Impiego del digestato come fertilizzante in sostituzione di fertilizzanti chimici solo per colture non destinate al consumo umano sarebbe necessaria la digestione in regime termofilo Miglioramento delle condizioni di vita minor inquinamento degli ambienti domestici particolato e CO2 Minor emissioni di gas serra su scala globale CO e NOx Conservazione delle aree boschive e minor erosione del suolo Pi tempo libero precedentemente comportano spesso la richiesta di prestiti non sempre assicurati Manutenzione costante Durata media dell impianto limitata 15 anni Tecnologia difficilmente applicabile in regioni estremamente fredde o aride Necessit di eseguire analisi di laboratorio del substrato in ingresso che ha risvolti sull intero processo del digestato in uscita che pu essere impiegato in sostituzione del fertilizzante con particolare attenzione alla concentrazione di NH e alla valutazione del numero di patogeni presenti Necessit di formazione del personale Eventuale percezione negativa di impianti esistenti e no
251. zione di biogas e lo stesso grado di mineralizzazione della sostanza organica Il principio di funzionamento lo stesso dopo una preliminare miscelazione eseguita a mano il substrato viene introdotto nella tubazione d ingresso mentre da quella di scarico fuoriesce il digestato nella parte centrale del reattore vi sono dei tubi che raccolgono il biogas che si produce nella sommita e lo trasportano al gasometro dove viene stoccato Le biomasse con le quali questi impianti vengono alimentati sono costituite da scarti alimentari provenienti da famiglie composte mediamente da 4 individui e da sterco di eventuali piccoli 21 allevamenti pochi capi di bestiame per tale ragione visto il ridotto apporto quotidiano la quantita T x 0 2 m biogas di biogas prodotta mediamente m reattore x d L impianto svolge un ruolo quindi non solo di fonte energetica ma anche di ausilio nella gestione dei rifiuti della fattoria vita domestica 2 3 Tipologie di impianto E possibile classificare i digestori secondo lo schema dell impianto Digestore a cupola fissa Fixed dome plant L impianto composto da un reattore a forma di cupola da un gasometro e da un altro serbatoio di spostamento chiamato anche di compensazione Quando inizia a formarsi il biogas si verifica un abbassamento del livello dell interfaccia gas fanghi contemporaneamente parte del digestato risale un tubo che lo conduce al full gashol

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