Caratterizzazione analitica e misura del potenziale metanigenodi sottoprodotti dell’industria alimentare e scarti agricoli

CONVEGNO

La ricerca e l’innovazione nelle bioraffinerie integrate

6 novembre 2014 Sala D1

Caratterizzazione analitica e misura del potenziale metanigeno di sottoprodotti dell’industria alimentare e scarti agricoli

S.Piccinini, M.Soldano, C.Fabbri, L.Rossi Centro Ricerche Produzioni Animali - CRPA Lab Reggio Emilia

e BMP

sottoprodotti agroindustria e scarti agricoli

Sottoprodotti e scarti agro-industriali

Le attività agricole e agro-industriali generano quantità significative di residui e scarti di diversa tipologia, potenzialmente utilizzabili per la produzione di energia e di materia, attraverso processi di bioraffineria finalizzati alla produzione di fertilizzanti, biomateriali e biocombustibili.

In questa categoria di scarti rientrano:

 le paglie dei cereali, gli steli, le foglie e i residui in genere di varie coltivazioni industriali e ortive di pieno campo (circa 13,3 milioni di ton di s.s., di cui circa 6 milioni disponibili per valorizzazione) ;

 sottoprodotti derivanti dalla trasformazione industriale delle produzioni vegetali e animali: sanse di olive, buccette di

pomodoro e altri sfridi di lavorazione delle produzioni orticole, sottoprodotti di origine animale (sangue, carnicci, ecc.).

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sottoprodotti agroindustria e scarti agricoli

Materia prima

trasformata (kt) Residui (kt)

Pomodoro da industria (buccette, semi, ecc..) 5.340,3 240,6

Olive da olio (sanse vergini) 3.092,6 1.391,7

Uva da vino (vinacce) 6.008,7 1.201,7

Agrumi (pastazzo) 1.566,2 861,4

Latte (siero e similari) 11.115,4 9.214,7

Macellazione bovina, suina e avicola

(SOA cat. 3 e 2 assimilati) (*) 5.833,2 665,2

Sottoprodotti e scarti agro-industriali

Principali sottoprodotti generati dalla trasformazione di materie prime vegetali e animali (Elaborazioni CRPA – anno di riferimento 2011)

(*) Sono stati esclusi quelli non avviabili a digestione anaerobica (piume, zampe, pelli, corna, ecc.), pari a circa il 45% del totale stimato.

Caratterizzazione e BMP

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Sistema BMP statico (in batch)

Laboratorio CRPA Lab

A norma UNI EN ISO 11734:2004 Sistema manometrico

48 reattori in vetro (vol tot 2,2 l- utile 1,35 l)

Parametri della prova:

•Rapporto SV inoculo:SV substrato = 2

•Temperatura costante 38 ± 0,2°C

•pH tamponato

Il potenziale metanigeno rappresenta la produzione di metano ottenibile da una matrice organica sottoposta a digestione anaerobica. Si esprime come Nm³ per kg di sostanza organica (o solidi volatili, SV).

Misura della potenzialità in metano

(BMP– Biochemical Methane Potential)

Caratterizzazione e BMP

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K_max: intervallo di tempo per raggiungere la massima velocità di produzione (giorni)

F_max: degradabilità massima dei SV (%)

F_50%: intervallo di tempo per raggiungere il 50% della produzione (giorni)

F_90%: intervallo di tempo per raggiungere il 90% della produzione (giorni)

Resa produttiva biogas:

Nm³/t SV o Nm³/t tq

Resa produttiva metano:

Nm³/t SV o Nm³/t tq

Percentuale metano: %

Degradabilità dei solidi volatili: %

BMP: informazioni

ottenibili

e BMP

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Misura della potenzialità in metano

Rese in metano e degradabilità massima (Fmax): media e

deviazione standard.

(in parentesi il numero di campioni analizzati)

sottoprodotti di origine animale (SOA):

matrici derivanti dalla lavorazione di prodotti animali (carnicci, grassi animali, latte e suoi derivati, sangue, contenuto ruminale, uova e derivati, ecc.).

sottoprodotti dell’industria alimentare:

categoria molto vasta che racchiude gli sfridi di produzione di diversi prodotti alimentari (pane, pasta, dolciumi, caffè, ecc.).

scarti o residui vegetali: matrici residuali generate dalla lavorazione dei prodotti ortofrutticoli , della barbabietola e residui colturali.

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sottoprodotti agroindustria e scarti agricoli

• Curve di produzione del tutolo di mais fresco. In alto produzione di metano, in basso degradabilità dei solidi volatili in percentuale rispetto al valore massimo.

Curve di produzione del tutolo di mais fresco. In alto produzione di metano, in basso degradabilità dei solidi volatili in percentuale rispetto al valore massimo.

Misura della potenzialità in metano

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sottoprodotti agroindustria e scarti agricoli

Ecomondo 2014 Rimini, 6 novembre 2014

Caratterizzazione chimica

Parametro ^(*) Unità misura Sansa di olive⁽¹⁾

Paglia Tutolo di mais fresco

Stocchi di mais

n° campioni 8 66 27 24

Sost. Secca % 28.23 ± 10.06 92.85 ± 1.48 60.87 ± 5.48 95.51 ± 1.60 NDF g/100 g s.s. 56.30 ± 19.87 76.36 ± 3.62 85.93 ± 3.86 64.80 ± 11.01 ADF g/100 g s.s. 49.35 ± 16.47 52.82 ± 3.03 45.48 ± 2.05 46.59 ± 9.05 ADL g/100 g s.s. 32.71 ±7.30 8.54 ±1.06 16.59 ± 5.36 7.62 ± 2.21 Ceneri g/100 g s.s. 7.09 ± 4.80 10.53 ±1.85 2.44 ± 0.94 8.09 ± 1.70 Resa in

metano⁽²⁾

Nm³CH₄•tSV^-1 313 189 250 257

Composizione chimica media di diverse matrici con elevata componente fibrosa. Ad eccezione dei campioni di sansa di olive, i valori riportati sono stati determinati tramite analisi NIR (Spettroscopia nel vicino infrarosso).

(1)I valori si riferiscono alla media di campioni di sansa denocciolata, paté di sansa e fibra di sansa

(2)Valore dell’analisi di un campione con caratteristiche medie della matrice

(*)NDF: è la fibra insolubile al detergente neutro, costituita da tutti i componenti della parete cellulare, cioè emicellulose più ADF.

ADF: è la fibra insolubile al detergente acido, costituita principalmente da cellulosa, lignina e una quantità variabile di silice. ADL: è

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Spettroscopia NIR

• Si basa sull'assorbimento delle radiazioni elettromagnetiche nel vicino infrarosso (780-2500 nm).

• E' una tecnica non distruttiva e non utilizza reagenti chimici.

• E' veloce e completa (fornisce più parametri

contemporaneamente).

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sottoprodotti agroindustria e scarti agricoli

Conclusioni

 Il settore dell'agro-industria, produce quantità importanti di scarti e sottoprodotti di natura organica;

 Le analisi chimiche e i test BMP condotti

confermano che tali residui organici sono idonei

alla trasformazione in biometano e risultano

interessanti per l’ottenimento di biomateriali

attraverso processi di bioraffineria.

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Grazie per l’attenzione