Caratterizzazione analitica e misura del potenziale

CONVEGNO

Centro Ricerche Produzioni Animali – C.R.P.A. S.p.A.

La ricerca e l’innovazione nelle

bioraffinerie integrate

6 novembre 2014Sala D1

Caratterizzazione analitica e misura del potenziale

metanigeno di sottoprodotti dell’industria alimentare e

scarti agricoliS.Piccinini, M.Soldano, C.Fabbri, L.Rossi

Centro Ricerche Produzioni Animali - CRPA LabReggio Emilia

Caratterizzazione e BMPsottoprodotti agroindustria e scarti agricoli

Ecomondo 2014 Rimini, 6 novembre 2014S. Piccinini

Sottoprodotti e scarti agro-industriali

Le attività agricole e agro-industriali generano quantitàsignificative di residui e scarti di diversa tipologia,potenzialmente utilizzabili per la produzione di energia e dimateria, attraverso processi di bioraffineria finalizzati allaproduzione 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.).



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.



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 dauna matrice organica sottoposta a digestione anaerobica. Si esprime comeNm3 per kg di sostanza organica (o solidi volatili, SV).

Misura della potenzialità in metano(BMP– Biochemical Methane Potential)



Kmax: intervallo di tempo per raggiungerela massima velocità di produzione (giorni)Fmax: degradabilità massima dei SV (%)

F50%: intervallo di tempo per raggiungereil 50% della produzione (giorni)

F90%: intervallo di tempo per raggiungereil 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



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.



• 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, inbasso degradabilità dei solidi volatili in percentuale rispetto al valoremassimo.

Misura della potenzialità in metano



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 componentefibrosa. Ad eccezione dei campioni di sansa di olive, i valori riportati sono stati determinatitramite 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 il residuo dell’ADF sottoposto a un attacco acido molto forte, si tratta della lignina, polimero di composti fenolici che fa parte della parete cellulare. La lignina lega fibre e proteine rendendoli indisponibili alla digestione.



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).



Conclusioni

Il settore dell'agro-industria, produce quantitàimportanti di scarti e sottoprodotti di naturaorganica;

Le analisi chimiche e i test BMP condotticonfermano che tali residui organici sono idoneialla trasformazione in biometano e risultanointeressanti per l’ottenimento di biomaterialiattraverso processi di bioraffineria.

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