~~Il progetto intende sviluppare una filiera completa agro energetica per la produzione di biogas comprendente un impianto di digestione anaerobica a partire da letame di allevamenti bovini completa di sistema di gestione integrata del digestato. Gli obbiettivi nello specifico sono mettere a punto un sistema integrato sul territorio, funzionante ed economicamente fattibile di impianto di digestione anaerobica e successivo abbattimento dell’azoto nel digestato. Il sistema dovrà essere specificatamente adattato alla realtà locale al tipo di materiale utilizzato, alle procedure di trattamento (es trattamenti antibiotici) usate nel ciclo produttivo della produzione di latte vaccino.
I punti sviluppati dal progetto di ricerca saranno:
1) Valutazione del potenziale comprensoriale di biomassa nel territorio (liquami e letami ed eventualmente disponibilità di scarti ortofrutticoli), per valutare la possibilità di apporti di letame esterni all’azienda e quindi di una gestione comprensoriale della produzione di energia e di gestione del digestato prodotto.
2) Caratterizzazione chimico biologica dei materiali provenienti dal comprensorio e disponibili all’ingresso nella filiera di produzione agro energetica (verranno valutate le caratteristiche chimiche dei materiali e la loro attitudine alla digestione anaerobica, prove di biogassificazione e potenziale di produttività).
In base ai dati di questa parte del lavoro si avranno le informazioni preliminari per un dimensionamento di massima dell’impianto di digestione anaerobica che potrà essere realizzato nonché informazioni sulle possibili criticità dei materiali utilizzati (es presenza di antibiotici, materiali da trattare meccanicamente o altro), nonché sulla composizione del mix di alimentazione effettivamente reperibile sul territorio ed economicamente più valido (costo dell’unità di biogas producibile verificato in laboratorio)
3) Sulla base dei dati acquisiti nella fase 1 e 2 saranno realizzate prove di digestione anaerobica (scala laboratorio) con mix di letami bovini e scarti ortofrutticoli. Le prove saranno condotte utilizzando 3 dosaggi crescenti di differenti antibiotici appartenenti alle classi più comunemente utilizzati nel comprensorio per la conduzione del ciclo produttivo e in generale nel settore zootecnico italiano (tetracicline, penicilline, fluorochinoloni e sulfamidici). Nel protocollo sperimentale per ogni dosaggio di antibiotico testato sarà svolta anche una prova trattando il letame antibiotato con processo di pastorizzazione a 70°C per un ora e 120 °C per 10’. Questa pratica intende verificare l’efficacia del pretrattamento termico nell’inattivazione delle molecole di antibiotico (Kohler et al., 1955; Steiner and Tarr, 1956; Abbey et al., 1957a; Tomiyama et al., 1957, ) e valutare la loro opportunità economica in situazioni di forte utilizzo di antibiotici.
Saranno redatte delle curve di resa specifica di biogas con il mix considerato a dosaggi crescenti di antibiotici e attraverso un’analisi costi benefici saranno individuati i dosaggi di antibiotico compatibili con la digestione anaerobica e tali da non pregiudicare la redditività dell’attività di produzione di biogas. Da questa fase si otterranno informazioni sulla possibilità di acclimatamento della flora metanigena a dosi “base” di antibiotici ed eventualmente gli effetti di diluizione dovuti alla codigestione con materiali di origine vegetale (scarti ortofrutta) o ancora risultati significativi dovuti ai processi di pastorizzazione e sterilizzazione.
4) Verificati i dosaggi di antibiotici sostenibili e gli eventuali trattamenti necessari (pastorizzazione sterilizzazione) il digestato ottenuto prove più interessanti sarà sottoposto a separazione solido liquido e saranno valutate 2 diverse tipologie di trattamento di abbattimento dell’azoto. Preliminare alla valutazione delle tecniche di abbattimento dell’azoto sarà una completa caratterizzazione chimico biologica del materiale ottenuto (contenuto di carbonio, azoto, fosforo, potassio potenziale residuo di metanazione)
Trattamento di precipitazione dell’azoto a struvite:
sarà valutato l’uso di 2 diversi additivi fosfomagnesiaci e la precipitazione senza aggiunta di additivi (Battistoni et al 1997, Battistoni et al 2000). Per ognuna delle due ipotesi di lavoro (additivo 1-additivo 2 , nessun additivo) verranno condotte prove a pH 8 e pH 9. Saranno valutate le percentuali di rimozione e precipitazione dell’azoto come struvite, con attenzione alla valutazione dei costi. Sarà quindi redatto un bilancio dei costi affrontati in azienda per unità di azoto rimosso come struvite. Nel calcolo economico dell’intera filiera produttiva sarà considerato anche il vantaggio economico ed ambientale derivato dall’aver recuperato unità di azoto facilmente gestibili in azienda rispetto a pratiche che dissipano le unità di azoto (processi nitro-denitro).
Trattamento di fitodepurazione con alghe:
l’obbiettivo di questa fase del lavoro è mettere a punto un bioreattore per la crescita di microalghe sul substrato liquido ottenuto dalla digestione anaerobica. Le microalghe fungono da filtro biologico per la trasformazione e concentrazione dell’azoto nella biomassa vegetale. Una volta terminato il ciclo di fitodepurazione la biomassa di microalghe viene utilizzata per estrarre una componente oleosa da indirizzare alla combustione (filiera biodiesel o biogas) e una componente zuccherino-proteica da reintrodurre in digestione per la produzione di biogas o da immettere nel ciclo produttivo della bovina da latte come integrazione proteica. Le difficoltà per la messa a punto di questo bioreattore a microalghe per la fitodepurazione riguardano la fase di selezione e acclimatamento delle microalghe a condizioni di alto carico organico ed elevata concentrazione di azoto e nutrienti. Sarà valutato 1 ceppo scelto tra quelli più adatti a condizioni di eutrofizzazione dopo prova di acclimatamento. Verranno condotte in laboratorio prove di fitodepurazione, controllando la fase di crescita e acclimatamento. Il bioreattore ad alghe sarà monitorato per la fase di acclimatamento. Una volta verificate le condizioni di carico massimo praticabili nel bioreattore, sarà seguito il funzionamento a regime della soluzione giudicata più idonea. Nella fase a regime saranno valutate le performances di fitodepurazione, la biomassa prodotta e i costi energetici del processo (illuminazione, trattamenti accessori, eventuali criticità).
Il mezzo verrà caratterizzato dal punto di vista chimico con le seguenti analisi: pH, ORP (potenziale redox), solidi totali (ST), solidi volatili (SV), Chemical Oxigen Demand (COD), carbonio organico totale (TOC), azoto totale (Ntot), ammoniacale N-NH4) Fosforo totale (Ptot), Postassio totale (Ktot), Magnesio totale (Mgtot) Sodio totale (Natot).
La crescita algale verrà seguita da una serie di analisi di monitoraggio: pH, ORP (potenziale redox), solidi totali (ST), solidi volatili (SV).
Raggiunta una produzione di biomassa stabile, si procederà alla caratterizzazione completa del mezzo la crescita algale. Sul campione tal quale, sul suo centrifugato (6000 giri/min per 20 minuti) e sul surnatante liquido, la caratterizzazione chimica prevederà la determinazione dei solidi totali (ST), solidi volatili (SV), Chemical Oxigen Demand (COD), carbonio organico totale (TOC), del contenuto di azoto totale.
Sarà infine caratterizzata la biomassa prodotta dalle microalche in termini chimici, energetici e nutrizionali (analisi del contenuto di carbonio, azoto, fosforo, del contenuto in grassi, zuccheri e proteine, del potere calorifico e della potenzialità di produzione di metano)
Nella valutazione economica complessiva saranno considerati, oltre ai costi di rimozione dell’unità di azoto, gli apporti di nuova biomassa prodotta con le microalche per uso energetico o alimentare.
5) Valutazione complessiva della filiera e della fattibilità economica di un impianto integrato nel territorio lombardo per la produzione di energia a livello comprensoriale e per la gestione e abbattimento dell’azoto. I prodotti del lavoro saranno un progetto dettagliato dell’impianto di biogas completo dei sistemi di trattamento del refluo, un manuale di funzionamento implementato per la specifica filiera progettata ed un business plan dell’attività.
- Principal Investigators: Luca Maria Chiesa , Fabrizio Adani
- Lead organization: DIPARTIMENTO DI PRODUZIONE VEGETALE (attivo dal 01/01/2000 al 27/04/2012), DIPARTIMENTO DI SCIENZE E TECNOLOGIE VETERINARIE PER LA SICUREZZA ALIMENTARE (attivo dal 01/01/2001 al 27/04/2012)
- Financing institution: MINISTERO DELLE POLITICHE AGRICOLE ALIMENTARI, FORESTALI E DEL TURISMO
- Type: MIPAAF - Bandi Ministero Politiche agricole alimentari e forestali
- Coordinatore: UNIVERSITA' DEGLI STUDI DI MILANO
- Start date: 2011
- Duration in months: 24 mesi
- Status: Closed