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Università degli studi di Napoli Federico II

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Academic year: 2021

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(1)

Università degli studi di Napoli Federico II

Scuola Politecnica e delle Scienze di Base

Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria per l’Ambiente e il Territorio

Tesi di laurea:

TEST DI BIO-METANAZIONE E BIO-IDROGENAZIONE SU SCARTI ORGANICI E RESIDUI AGROINDUSTRIALI

Relatore: Candidato:

Ch.mo prof. Massimiliano Fabbricino Michele Lerro

Luigi Molettieri

1

(2)

2

• Processo di Digestione Anaerobica

1

• Scopo della Tesi

3

• Processo di Dark Fermentation

5 • Metodo sperimentale INDICE

4

• Consumo energetico globale

(3)

CONSUMO ENERGETICO SUDDIVISO PER FONTE

3

• CONSUMO ENERGETICO

• GLOBALE

• PROCESSO DI DIGESTIONE ANEROBICA

• PROCESSO DI DARK

FERMENTATION

• METODO

SPERIMENTALE

• STUDIO DELLE CINETICHE

• RISULTATI E CONCLUSIONI

80%

6% 5% 9%

PETROLIO, CARBONE E GAS METANO IDROELETTRICO

BIOMASSE, GEOTERMICO ED EOLICO ALTRO

BIOMASSA

(4)

BIOMASSA COME FONTE DI ENERGIA

• CONSUMO ENERGETICO GLOBALE

• PROCESSO DI DIGESTIONE ANEROBICA

• PROCESSO DI DARK

FERMENTATION

• METODO

SPERIMENTALE

• STUDIO DELLE CINETICHE

MATRICE ORGANICA:

 VEGETALE

 ANIMALE

LE BIOMASSE PROVENGONO ESSENZIALMENTE :

(5)

SCOPO DELLA TESI

5

CONSUMO ENERGETICO

GLOBALE

• PROCESSO DI DIGESTIONE ANEROBICA

• PROCESSO DI DARK

FERMENTATION

• METODO

SPERIMENTALE

• STUDIO DELLE CINETICHE

• RISULTATI E CONCLUSIONI SCOPO DELLA TESI

DIGESTIONE ANAEROBICA

RESE DI PRODUZIONE

CINETICHE

VALORIZZAZIONE ENERGETICA

DARK

FERMENTATION

(6)

PROCESSO DI DIGESTIONE ANAEROBICA

• PRODUZIONE ENERGETICA GLOBALE

• PROCESSO DI DIGESTIONE ANEROBICA

• PROCESSO DI DARK

FERMENTATION

• METODO

SPERIMENTALE

• STUDIO DELLE CINETICHE SCOPO DELLA TESI

DECOMPOSIZIONE DELLA SOSTANZA

ORGANICA IN AMBIENTE ANAEROBICO

(7)

PROCESSO DI DIGESTIONE ANAEROBICA

7

• PRODUZIONE ENERGETICA GLOBALE

• PROCESSO DI DIGESTIONE ANEROBICA

• PROCESSO DI DARK

FERMENTATION

• METODO

SPERIMENTALE

• STUDIO DELLE CINETICHE

• RISULTATI E CONCLUSIONI SCOPO DELLA TESI

BIO-METANO

BIOGAS DEPURATO

DALL’ANIDRIDE CARBONICA

(8)

PROCESSO DI DARK FERMENTATION

• PRODUZIONE ENERGETICA GLOBALE

• PROCESSO DI DIGESTIONE ANEROBICA

• PROCESSO DI DARK

FERMENTATION

• METODO

SPERIMENTALE

• STUDIO DELLE CINETICHE SCOPO DELLA TESI

DECOMPOSIZIONE DELLA SOSTANZA ORGANICA

AL BUIO – IN CONDIZIONE ANAEROBICA

(9)

PROCESSO DI DARK FERMENTATION

9

• PRODUZIONE ENERGETICA GLOBALE

• PROCESSO DI DIGESTIONE ANEROBICA

• PROCESSO DI DARK

FERMENTATION

• METODO

SPERIMENTALE

• STUDIO DELLE CINETICHE

• RISULTATI E CONCLUSIONI SCOPO DELLA TESI

PRO

• Elevato potere calorifico inferiore

• Nessuna emissione

• Non tossico

CONTRO

• Inaccessibilità in natura

• Difficoltà nel

trasporto e stocaggio

• Costo di produzione

elevato

(10)

METODO SPERIMENTALE

• PRODUZIONE ENERGETICA GLOBALE

• PROCESSO DI DIGESTIONE ANEROBICA

• PROCESSO DI DARK

FERMENTATION

• METODO

SPERIMENTALE

• STUDIO DELLE CINETICHE SCOPO DELLA TESI

SUBSTRATI

INOCULO

(11)

METODO SPERIMENTALE

• PRODUZIONE ENERGETICA GLOBALE

• PROCESSO DI DIGESTIONE ANEROBICA

• PROCESSO DI DARK

FERMENTATION

• METODO

SPERIMENTALE

• STUDIO DELLE CINETICHE

• RISULTATI E

CONCLUSIONI

SCOPO DELLA TESI

(12)

METODO SPERIMENTALE

• PRODUZIONE ENERGETICA GLOBALE

• PROCESSO DI DIGESTIONE ANEROBICA

• PROCESSO DI DARK

FERMENTATION

• METODO

SPERIMENTALE

• STUDIO DELLE CINETICHE SCOPO DELLA TESI

Misura del biogas

(13)

METODO SPERIMENTALE

13

• PRODUZIONE ENERGETICA GLOBALE

• PROCESSO DI DIGESTIONE ANEROBICA

• PROCESSO DI DARK

FERMENTATION

• METODO

SPERIMENTALE

• STUDIO DELLE CINETICHE

• RISULTATI E CONCLUSIONI SCOPO DELLA TESI

Misura del biometano e bioidrogeno

SOLUZIONE ACIDA SOLUZIONE

BASICA

(14)

METODO SPERIMENTALE

• PRODUZIONE ENERGETICA GLOBALE

• PROCESSO DI DIGESTIONE ANEROBICA

• PROCESSO DI DARK

FERMENTATION

• METODO

SPERIMENTALE

• STUDIO DELLE CINETICHE SCOPO DELLA TESI

Analisi dei V.F.A.

Misura del pH

(15)

METODO SPERIMENTALE

15

• PRODUZIONE ENERGETICA GLOBALE

• PROCESSO DI DIGESTIONE ANEROBICA

• PROCESSO DI DARK

FERMENTATION

• METODO

SPERIMENTALE

• STUDIO DELLE CINETICHE

• RISULTATI E CONCLUSIONI SCOPO DELLA TESI

PROVA SUBSTRATO PROCESSO CONDIZIONE PRODUZIONE F/M

A1

FOOD WASTE DARK FERMENTATION MESOFILA BIOGAS 5

B1

FOOD WASTE DIGESTIONE ANAEROBICA MESOFILA BIOGAS 0,5

C1

FOOD WASTE DARK FERMENTATION TERMOFILA BIOGAS 5

D1

FOOD WASTE DIGESTIONE ANAEROBICA TERMOFILA BIOGAS 0,5

E1

PAGLIA DARK FERMENTATION MESOFILA BIOGAS 5

F1

PAGLIA DIGESTIONE ANAEROBICA MESOFILA BIOGAS 0,5

G1

PAGLIA DARK FERMENTATION MESOFILA BIO-IDROGENO 5

H1

PAGLIA DIGESTIONE ANAEROBICA MESOFILA BIO-METANO 0,5

I1

FOOD WASTE DARK FERMENTATION MESOFILA BIO-IDROGENO 5

L1

FOOD WASTE DIGESTIONE ANAEROBICA MESOFILA BIO-METANO 0,5

M1

50 % F.W + 50 % PAGLIA DIGESTIONE ANAEROBICA MESOFILA BIO-METANO 0,9

N1

70 % F. W + 30 % PAGLIA DIGESTIONE ANAEROBICA MESOFILA BIO-METANO 0,9

P1

30 % F. W + 70 % PAGLIA DIGESTIONE ANAEROBICA MESOFILA BIO-METANO 0,9

R1

50 % F. W + 50 % PAGLIA DIGESTIONE ANAEROBICA MESOFILA BIO-METANO 2

S1

70 % F. W + 30 % PAGLIA DIGESTIONE ANAEROBICA MESOFILA BIO-METANO 1,5

T1

30 % F. W + 30 % PAGLIA DIGESTIONE ANAEROBICA MESOFILA BIO-METANO 2,4

(16)

STUDIO DELLE CINETICHE

• PRODUZIONE ENERGETICA GLOBALE

• PROCESSO DI DIGESTIONE ANEROBICA

• PROCESSO DI DARK

FERMENTATION

• METODO

SPERIMENTALE

• STUDIO DELLE CINETICHE SCOPO DELLA TESI

MODELLO DI GOMPERTZ MODIFICATO

C(T)= H* exp [- exp[(R*e/H)*(λ-t)+1]

MODELLO LOGISTICO

C(T)=H/(1+EXP(4 R (λ-t/H)+2)

(17)

STUDIO DELLE CINETICHE

17

• PRODUZIONE ENERGETICA GLOBALE

• PROCESSO DI DIGESTIONE ANEROBICA

• PROCESSO DI DARK

FERMENTATION

• METODO

SPERIMENTALE

• STUDIO DELLE CINETICHE

• RISULTATI E

CONCLUSIONI

SCOPO DELLA TESI

(18)

STUDIO DELLE CINETICHE

• PRODUZIONE ENERGETICA GLOBALE

• PROCESSO DI DIGESTIONE ANEROBICA

• PROCESSO DI DARK

FERMENTATION

• METODO

SPERIMENTALE

• STUDIO DELLE CINETICHE SCOPO DELLA TESI

REATTORE H(ml) R(ml) e λ(giorni) t(giorni)

A

488,5 190 2,718 0 9

B

483 198 2,718 0 9

D

196,5 272 2,718 0 5

G1

1257 108 2,718 0 38

H1

753 110 2,718 0 31

I

376 38 2,718 6 31

L

1075 86 2,718 0 34

M

1862 210 2,718 0 34

N

711 204 2,718 0 10

O

452 291 2,718 0 9

P

368 219 2,718 0 7

R

1499 118 2,717 0 25

S

533 244 2,718 0 13

(19)

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

BIOGAS [ml]

tempo [d]

DIGESTIONE ANAEROBICA - SUBSTRATO FOOD WASTE

CURVA SPERIMENTALE

T= 35 °C

RISULTATI: DIGESTIONE ANAEROBICA

19

• PRODUZIONE ENERGETICA GLOBALE

• PROCESSO DI DIGESTIONE ANEROBICA

• PROCESSO DI DARK

FERMENTATION

• METODO

SPERIMENTALE

• STUDIO DELLE CINETICHE

• RISULTATI E CONCLUSIONI SCOPO DELLA TESI

NO LAG PHASE

PROCESSO QUASI STABILE

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

BIOGAS [ml]

tempo [d]

DIGESTIONE ANAEROBICA - SUBSTRATO FOOD WASTE

CURVA SPERIMENTALE

T=55°c RAPIDO

ACCRESCIMENTO BATTERICO

PRODUZIONE TOTALE 485 ml BIOGAS

DISCONTINUITÀ

PRODUZIONE TOTALE 1610 ml BIOGAS

(20)

RISULTATI:DIGESTIONE ANAEROBICA

• PRODUZIONE ENERGETICA GLOBALE

• PROCESSO DI DIGESTIONE ANEROBICA

• PROCESSO DI DARK

FERMENTATION

• METODO

SPERIMENTALE

• STUDIO DELLE CINETICHE SCOPO DELLA TESI

0 100 200 300 400 500 600 700 800

0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39

CH4 [ml]

tempo [d]

DIGESTIONE ANAEROBICA - SUBSTRATO FOOD WASTE

CURVA

SPERIMENTALE

pH=5,19

1000 200300 400500 600700 800900 10001100

VFA [mg/l]

ACIDO LATTICO ACIDO ISO VALERICO ACIDO BUTIRRICO

900 1050 1200

DIGESTIONE ANAEROBICA - SUBSTRATO PAGLIA

1000900 11001200

]

VELOCITÀ DI IDROLISI ELEVATA

PRODUZIONE TOTALE 711 ml BIOGAS

PRODUZIONE TOTALE 1059ml BIOGAS

(21)

RISULTATI:DIGESTIONE ANAEROBICA

21

• PRODUZIONE ENERGETICA GLOBALE

• PROCESSO DI DIGESTIONE ANEROBICA

• PROCESSO DI DARK

FERMENTATION

• METODO

SPERIMENTALE

• STUDIO DELLE CINETICHE

• RISULTATI E CONCLUSIONI SCOPO DELLA TESI

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

CH4 [ml]

tempo [d]

DIGESTIONE ANAEROBICA - 50% F.W + 50% PAGLIA

CURVA

SPERIMENTALE

pH(iniz)=7,1

pH(fin)=6,9

0 80 160 240 320 400 480 560 640 720 800 880 960 1040 1120

VFA [mg/l]

ACIDO PROPIONICO ACIDO ISO VALERICO ACIDO BUTIRRICO ACIDO VALERICO

0 150300 450 600 750900 1050 12001350 1500 1650

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 CH4[ml]

tempo [d]

DIGESTIONE ANAEROBICA - 70% PAGLIA + 30% FOOD WASTE

CURVA SPERIMENTALE

pH(fin)=7,0 pH(iniz)=7,3

80% CH4

ARRESTO PROVVISORIO

PRODUZIONE TOTALE 452 ml BIOGAS

10% CH4

PRODUZIONE TOTALE 1497 ml BIOGAS 0

50 100 150 200 250 300 350 400

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

CH4 [ml]

tempo [d]

DIGESTIONE ANAEROBICA - 70% F.W + 30 % PAGLIA

CURVA

SPERIMENTALE

pH(iniz)=6

pH(fin)=5,4

0

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100

VFA [mg/l]

ACIDO LATTICO ACIDO PROPIONICO ACIDO ISOVALERICO ACIDO BUTIRRICO 90 % CH4

PRODUZIONE TOTALE

1610 ml BIOGAS

(22)

RISULTATI: DARK FERMENTATION (1)

• PRODUZIONE ENERGETICA GLOBALE

• PROCESSO DI DIGESTIONE ANEROBICA

• PROCESSO DI DARK

FERMENTATION

• METODO

SPERIMENTALE

• STUDIO DELLE CINETICHE SCOPO DELLA TESI

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

BIOGAS [d]

tempo [d]

DARK FERMENTATION - SUBSTRATO FOOD WASTE

CURVA SPERIMENTALE

488,5 ml

140 160 180 200 220

l]

DARK FERMENTATION - SUBSTRATO FOOD WASTE

196,5 ml

78%

T=35 °C

T=55 °C 33

mL

(23)

RISULTATI: DARK FERMENTATION (2)

23

• PRODUZIONE ENERGETICA GLOBALE

• PROCESSO DI DIGESTIONE ANEROBICA

• PROCESSO DI DARK

FERMENTATION

• METODO

SPERIMENTALE

• STUDIO DELLE CINETICHE

• RISULTATI E CONCLUSIONI SCOPO DELLA TESI

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40

BIOGAS [ml]

tempo [d]

DARK FERMENTATION - SUBSTRATO PAGLIA

CURVA

SPERIMENTALE T=35 °C

1209 ml

λ

(24)

RISULTATI: DARK FERMENTATION (3)

• PRODUZIONE ENERGETICA GLOBALE

• PROCESSO DI DIGESTIONE ANEROBICA

• PROCESSO DI DARK

FERMENTATION

• METODO

SPERIMENTALE

• STUDIO DELLE CINETICHE SCOPO DELLA TESI

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000

0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39

H2 [ml]

tempo [d]

DARK FERMENTATION - SUBSTRATO FOOD WASTE

CURVA

SPERIMENTALE 1873 ml

T=35 °C

300 350 400

DARK FERMENTATION - SUBSTRATO PAGLIA

340 ml

T=35 °C

(25)

CONCLUSIONI (1)

25

• PRODUZIONE ENERGETICA GLOBALE

• PROCESSO DI DIGESTIONE ANEROBICA

• PROCESSO DI DARK

FERMENTATION

• METODO

SPERIMENTALE

• STUDIO DELLE CINETICHE

• RISULTATI E CONCLUSIONI SCOPO DELLA TESI

PRODUZIONE BIO-IDROGENO

0 10 20 30 40 50 60 70

1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40

H2/SV (ml/g)

TEMPO (d)

PRODUZIONI SPECIFICHE - DARK FERMENTATION

SUBSTRATO PAGLIA

SUBSTRATO FOOD WASTE

TEMPERATURA

(26)

CONCLUSIONI (2)

• PRODUZIONE ENERGETICA GLOBALE

• PROCESSO DI DIGESTIONE ANEROBICA

• PROCESSO DI DARK

FERMENTATION

• METODO

SPERIMENTALE

• STUDIO DELLE CINETICHE SCOPO DELLA TESI

PRODUZIONE BIO-METANO

0 5 10 15 20 25 30 35 40

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41

CH4/SV (ml/g)

TEMPO (d)

PRODUZIONI SPECIFICHE CUMULATE - DIGESTIONE ANAEROBICA

SUBSTRAT O FOOD WASTE SUBSTRAT O PAGLIA

RAPPORTO SUBSTRATI

(27)

PROSPETTIVE FUTURE

27

• PRODUZIONE ENERGETICA GLOBALE

• PROCESSO DI DIGESTIONE ANEROBICA

• PROCESSO DI DARK

FERMENTATION

• METODO

SPERIMENTALE

• STUDIO DELLE CINETICHE

• RISULTATI E CONCLUSIONI SCOPO DELLA TESI

Ottimizzazione del processo:

 PRE-TRATTAMENTO

 pH: 4,5-6,5

 C/N: 47-200

Riferimenti

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