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DOSSIER

ECONOMIA CIRCOLARE

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INFORMATORE ZOOTECNICO n. 1-2020 23 gennaio di Mariangela Soldano, Giuseppe Moscatelli, Mirco Garuti, Sergio Piccinini Gli autori sono di Crpa spa, Reggio Emilia.

L

a digestione anaerobica è una tecnologia in grado di utilizzare la maggior parte delle matrici di origine organica (vegetale e/o

Conoscere il potenziale metanigeno dei reflui per promuovere la loro valorizzazione energetica e per il dimensionamento

e la corretta gestione di un impianto di biogas

Valutazione di diverse matrici organiche

Ottenere biometano

dagli effluenti zootecnici

energetica, degradabilità, qualità e quan- tità del biogas/biometano producibile, sia in termini di compatibilità impiantistica.

Il valore energetico delle biomasse da destinare all’uso in digestione anaerobi- ca può essere definito applicando una metodica analitica che consenta di in- dividuare il potenziale metanigeno. Tale tecnica, definita dalla norma Uni En Iso 11734:2004 (e dalla specifica tecnica italiana Uni/Ts 11703:2018), permette di ricavare, oltre alla quantità massima di biometano ottenibile, tutti i principali pa- rametri di cinetica di conversione della sostanza organica.

In questo articolo si riporta la valutazione di alcuni effluenti zootecnici, le loro carat- teristiche chimiche e la produzione spe- cifica di metano al fine di fornire esempi e strumenti utili ad indirizzare la scelta, la gestione e a promuovere la loro valorizza- zione energetica.

Disponibili regolarmente

L’uso degli effluenti zootecnici nell’im- pianto di biogas permette di fornire giornalmente la flora batterica e gli ele- menti nutritivi (macro e micronutrienti) indispensabili per un corretto sviluppo ed equilibrio del processo produttivo. La loro caratteristica è di essere disponibili rego- larmente per tutto l’anno, seppur con ca- animale) trasformandoli in biogas. Il va-

lore dei diversi prodotti organici che si caricano nel digestore anaerobico varia notevolmente sia in termini di densità

Figura 1 - Sistema di misura per il potenziale metanigeno, del Crpa Lab.

ratteristiche chimiche e quantitative che possono variare nelle diverse stagioni.

La disponibilità di biomassa (e quindi sostanza organica fruibile per la pro- duzione di biogas), dipende da diversi fattori quali: il numero di capi allevati, la produttività che questi hanno (ad esem- pio quantità di latte prodotto per giorno per i bovini da latte), la quantità di paglia utilizzata e l’efficienza nel rimuovere gli effluenti in tempi rapidi. Inoltre, non meno importate, la gestione delle acque di processo e meteoriche e la tipologia di dieta degli animali.

Questi aspetti devono essere conside- rati attentamente in fase di progettazio- ne degli impianti (in particolare per quelli alimentati solo da effluenti di allevamen- to), basandosi su analisi preliminari parti- colarmente approfondite oltre che sulla conoscenza delle modalità gestionali degli effluenti in stalla. Pertanto, per cia- scuna categoria zootecnica esiste una certa specificità in termini di produzione di biometano, la cui valutazione è un’utile indicazione della variabilità intrinseca di queste matrici.

I liquami suinicoli

Crpa, tramite una piattaforma di misura sviluppata e presente nel proprio labo- ratorio (figura 1), ha analizzato oltre 300 campioni di effluenti zootecnici; i risultati sono riportati in tabella 1.

Gli effluenti zootecnici hanno un buon potenziale metanigeno espresso sull’u- nità di sostanza organica (Nm³CH₄/tSV) presente, ma basso se confrontato con l’unità di volume (Nm³CH₄/t di matrice tal quale), in quanto nella maggior parte dei casi il tenore di sostanza secca risulta li- mitata poiché diluita con acque.

Per quanto riguarda la produzione di bio- gas, i liquami suini hanno un’alta qualità (la percentuale di metano nel biogas è supe- riore al 66%) poiché molto ricchi di car- boidrati, proteine e lipidi facilmente de- gradabili. Questi effluenti, infatti, derivano da regimi dietetici di animali monogastrici tipicamente poveri di fibre e ricchi di ele- menti con elevata e rapida degradabilità.

Si riportano graficamente alcuni esempi di produzione potenziale di metano di ef- fluenti zootecnici.

0 50 100 150 200 250 300

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

[NM3 CH4/tSV]

GIORNI

Latte alimentare Latte per Parmigiano Reggiano Bovino da carne

0 50 100 150 200 250 300

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

[NM3 CH4/tSV]

GIORNI

Liquame bovino Solido separato (Bovino) Letame bovino

Figura 2 - Curve di produzione specifica di metano (BMP) di tre campioni di feci bovine

Figura 3 – Esempio di curve di produzione specifica di metano (BMP) di liquame bovino, di solido separato bovino e letame bovino

100 150 200 250 300 350

65 70 75 80 85 90

[NM3 CH4/tSV]

SV/ST [%]

Figura 4 - Correlazione tra il potenziale metanigeno (BMP) e il contenuto di solidi volatili di campioni di liquame bovino analizzati

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Le feci bovine

In figura 2 sono confrontate le curve di produzione specifica di metano sul contenuto di solidi volatili (Nm³CH₄/tSV), ottenuti da campioni di feci bovine, cam- pionate nel retto di bovini per la produ- zione di latte alimentare, di latte per il Parmigiano Reggiano e da carne, quindi di animali alimentati con differenti diete.

In termini quantitativi la produzione di metano dalle feci è buona, bisogna però considerare che di fatto le feci sono sog- gette a digestione anaerobica già all’e- screzione e la permanenza nelle fosse di stoccaggio determina una perdita di so- stanza organica tanto maggiore quanto maggiore è il tempo di permanenza e la temperatura (il tempo che intercorre fra il momento dell’escrezione e quello in cui l’effluente è reso disponibile all’impianto di biogas determina l’entità di perdita di potenziale metanigeno).

Liquame bovino, letame bovino, solido separato

In figura 3 si riporta invece la produzione specifica di metano di campioni di liqua- me bovino, letame bovino e di solido se- parato. Per questa ultima matrice la con- servazione del potenziale energetico presuppone la separazione dei liquami

“freschi”, ovvero escreti nei giorni imme- diatamente precedenti l’operazione di separazione e un rapido avvio e carico

Tipo di liquame n. ST SV NTK* BMP CH4

- [%] [% ST] [% ST] [Nm³CH₄/t SV] [%]

Liquame bovino 81 8,8 ± 2,1 71,8 ± 18,0 4,4 ± 1,1 224,8 ± 33,7 58,8 ± 2,6

Letame bovino 49 22,0 ± 6,8 81,1 ± 9,3 2,9 ± 0,6 200,5 ± 56,2 55,1 ± 3,6

Liquame bovino - solido separato** 27 21,2 ± 2,5 89,3 ± 3,8 1,9 ± 0,3 167,3 ± 52,9 53,5 ± 3,4

Liquame bufalino 3 11,6 ± 4,6 79,78 ± 1,9 N.R. 218,6 ± 13,9 56,2 ± 3,2

Letame bufalino 2 19,9 ± 2,3 76,8 ± 0,2 3,0 ± 0,9 237,6 ± 19,4 53,7 ± 0,8

Pollina ovaiole 30 49,4 ± 20,2 69,1 ± 8,1 4,8 ± 1,1 267,9 ± 62,7 58,6 ± 3,9

Lettiera avicola 22 57,3 ± 16,9 81,9 ± 4,9 4,9 ± 0,6 250,7 ± 45,6 60,5 ± 3,8

Liquame suino 57 4,9 ± 2,6 70,6 ± 7,6 8,2 ± 3,0 274,5 ± 115,3 66,3 ± 7,0

Liquame suino – solido separato 13 31,9 ± 5,3 84,0 ± 5,1 2,7 ± 1,1 208,0 ± 40,2 56,1 ± 3,1

Lettiera suina 24 24,5 ± 5,1 85,1 ± 1,7 3,3 ± 0,5 259,4 ± 30,9 54,6 ± 1,9

Letame cunicolo 3 24,3 ± 2,6 80,9 ± 2,5 3,4 ± 0,7 144,5 ± 20,8 62,9 ± 2,0

Letame equino 7 34,5 ± 12,4 86,3 ± 2,5 1,4 ± 0,5 146,4 ± 66,6 54,2 ± 3,0

* l'analisi dell'azoto totale è stata effettuata su un numero inferiore di campioni

** comprende campioni provenienti da allevamenti che utilizzano paglia e segatura come lettiera

Tab. 1 - Solidi totali (ST), solidi volatili (SV), azoto totale Kjeldahl (NTK), BMP (potenziale biochimico metanigeno) a 28 giorni, percentuale di metano nel biogas: media e deviazione standard. n.= numero di campioni analizzati per ogni tipologia di effluente zootecnico (archivio Crpa, agg. gennaio 2020)

Figura 5 – Un allevamento di bovini da latte con annesso impianto di biogas (foto Crpa).

Feci bovine n. ST SV BMP CH4

- [%] [% ST] [Nm³CH₄/t SV] [%]

Latte fresco alimentare 6 13,9 ± 0,7 88,7 ± 1,4 219,7 ± 22,1 55,1 ± 1,2 Latte per Parmigiano-Reggiano 6 14,2 ± 1,1 88,6 ± 1,0 212,6 ± 10,5 55,7 ± 0,9

Carne 7 18,6 ± 2,5 86,0 ± 3,1 250,6 ± 14,3 56,4 ± 1,1

Tab. 2 - Valori medi e deviazione standard dei solidi volatili (SV), solidi totali (ST), BMP (potenziale biochimico metanigeno) a 28 giorni e percentuale di metano nel biogas di feci bovine provenienti da animali allevati in aziende per la produzione di latte fresco (latte alimentare ad alta qualità), latte per la trasformazione in Parmigiano Reggiano e da bovini da carne; Il prelievo è stato effettuato dall’ampolla rettale degli animali e lontano dal pasto principale (dati Progetto Life + Climate ChangE - R.

all’impianto di biogas. L’invecchiamento delle frazioni solide separate può infatti determinare perdite significative del va- lore energetico.

Il letame bovino ha un potenziale meta- nigeno (espresso sull’unità di sostanza organica, (Nm³CH₄/tSV) inferiore al liqua- me bovino; le differenze sono eviden-

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BIBLIOGRAFIA

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• Fabbri C.,2011. Deiezioni animali, sempre ottime per il biogas. L’Allevatore, 67-14: 32-37.

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it/media/documents/crpa_www/Pubblicazi/E-book/

lineebiogas/Bovini_da_latte_e_biogas.pdf.

• Mantovi P., Fabbri C., Soldano M., Piccinini S., 2013. Uso di frazioni solide e dense da liquami zootecnici come alternativa agli insilati per la produzione di biogas.

Maggioli Editore Atti di Ecomondo 2013, p.154-158.

• Fabbri C., Piccinini S., 2013. Soluzioni per gestire al meglio i piccoli impianti di biogas. Supplemento Energia Rinnovabile allegato a L’Informatore Agrario, n. 3, p. 9-12.

• Soldano M., Garuti M., Fabbri C., 2018. Verso il biometano avanzato: Biomasse e potenzialità. Biogas informa n.26, 52-58.

• Soldano M., Piccinini S., Garuti M., Moscatelli G., 2019. Chemical characterization and biomethane potential of animal manure. Conference proceeding of ManuREsource Hasselt, Belgium, 27-29 November 2019.

temente date dalla presenza di lignina e di altre frazioni fibrose indegradabili presenti nella paglia, (o segatura, trucioli di legno, frazione solida separata stabi- lizzata ecc.). La scelta del tipo di lettime finalizzato alla conversione in digestione anaerobica deve prediligere i materiali a più elevata degradabilità e quindi a mi- nore contenuto in lignina.

La materia organica indigerita dagli ani- mali allevati viene escreta in una condi- zione di fatto già anaerobica e contiene tutta la flora batterica in grado di con- tinuare la degradazione nei sistemi di stoccaggio presenti in stalla.

In figura 4 si riporta la correlazione tra la resa in metano e il contenuto di soli-

di volatili sui solidi totali (rapporto che può essere indicatore della freschezza dell’effluente) dei campioni di liquame bovino analizzati. Una volta individuata la disponibilità di solidi volatili in azienda, la producibilità di biogas-metano dipende molto dalla sua qualità.

Conclusioni

Gli effluenti di allevamento sono inte- ressanti per la produzione di biogas in quanto i costi di approvvigionamento sono molto bassi o nulli e possono es- sere utilizzati in codigestione con altre biomasse vegetali o alimentati da soli negli impianti.

Inoltre, hanno il vantaggio di produrre

energia rinnovabile senza modificare il piano colturale dell’azienda agricola.

La riduzione del contenuto di sostanza secca (circa il 50%) degli effluenti che la digestione anaerobica comporta, ne consente una migliore pompabilità e di- minuzione dell’emissione di odori e dei gas serra nell’atmosfera.

Bisogna precisare però che sono ca- ratterizzati da elevata variabilità e la loro degradabilità è media o medio-bassa in funzione delle modalità gestionali in al- levamento; quindi è importante l’analisi preliminare che consenta di valutarne il potenziale metanigeno e pertanto il loro grado di sfruttamento nell’ impianto di

biogas. l

Figura 6 - Letame bovino convogliato all’esterno della stalla

con raschiatore Figura 7 - Cumulo di letame bovino.