23.01.2009 Pr 45-8 Bioaccelerator: Abbassamento dei costi dialimentazione- l importanza della lisi cellulare.ppt
1
Tel.: (+49) 037439 / 744- 0Fax: (+49) 037439 / 744-25
LEHMANNMaschinenbau GmbHJocketa-Bahnhofstraße 34D- 08543 Pöhl
Bioaccelerator: Abbassamento dei costi di alimentazioneL importanza della lisi cellulare
5. Info Biogas Montichiari 23.01.2009
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2
LEHMANNMaschinenbauGmbH
UmwelttechnischerAnlagenbau Zulieferung
SchwerlasthubtechnikHydraulik
Sondermaschinenbau
- in Tradition sächsischer Ingenieur-Technik -Sonderanlagenbau und Zulieferung
LEHMANN Maschinenbau GmbH
Engineering
Tecnica sollevamentocarichi pesanti
IdraulicaCostruz. macchine speciali
Ingegneristica ambientalecostruzione impianti Fornitura
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MSZK sistemi per lo sfibramentoe la compattazione
MSZK 15
MSZK 65-90
MSZK 180-250
Sfibramento Compattazione
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Fibra legnosa (microscopio elettronico analitico)Lisi termomeccanica tramite estrusore a coclea doppia
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Bioestrusione (princìpi)
Coclee ingrananti, controrotanti provocanoEnergia meccanica
SminuzzamentoSchiacciamentoFrantumazione
Lisi idrotermicaalta pressionealta temperatura (legata alla pressione)
La distensione improvvisa provocaFrantumazione della struttura cellularePressione / caloreFase lignina
Carico alternato (cavità) tramite ripetizioni continue
> Lisi / sfibramento / plastificazione <
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Bioestrusione (Vantaggi)
Miglioramento delle caratteristiche meccaniche1. Adatta negli impianti di biogas per substrati di difficile gestione come letame, sfalcid erba, stocchi di mais, paglia, erba, insilati, piante intere, rifiuti biologici
2. Nessuno strato galleggiante
3. Buona trasportabilità, facilità di flusso in tubi e valvole
4. Bassa energia di miscelazione, dato che il substrato estruso scende ad altezzamedia e si distribuisce bene
5. Alta omogeneità del substrato (l estrusore è un miscelatore ad alta intensità)
6. Alto contenuto di ss inseribile attraverso la via delle sostanze solide
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Bioestrusione (Vantaggi)
Miglioramento della decomposizione biochimica1. Formazione di nuovi ceppi batterici in base all offerta di cibo tramite la meccanica
delle superfici di contatto
2. Incremento della velocità di reazione nella decomposizione della biomassa acausa delle superfici più grandi e delle condizioni ottimali di reazione e ambiente
3. Abbassamento del tempo di ritenzione con un migliore grado di decomposizione risparmio per il volume di fermentazione
4. Incremento della produzione di gas del contenuto di sostanza secca organica
5. Aumento del carico con un migliore rapporto C/N
6. Bassa differenza di temperatura tra il substrato estruso e il fermentatore
7. Le pressioni alte all interno dell estrusore provocano l eliminazione di germi, sporefungine e semi di malerbe riduzione dell azione dei germi
cibo ideale per i batteri
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> Il fattore importante è la sostanza secca organica disponibile <
1. Aumento della resa tramite l utilizzo di piante con alto contenuto di ss
2. La monocoltura del mais come pianta energetica non è più l unica opzione (v. s.esempio)
3. Risparmio nel dispendio logistico (l umidità rimane sul campo, meno volume datrasportare, meno umidità nell impianto) e nel volume del silo
4. I campi sono disponibili più velocemente
5. Miglioramento del valore del suolo tramite rotazione libera delle colture
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Bioestrusione (Vantaggi)
Vantaggi per l agricoltura
1 kg SSo = 1 m³ Biogas x 0.7 (tasso di decomposizione), 4 t / ha x 0.7 = 2.8 t / ha = 2.800 m³ Biogas / ha resa aggiuntiva2.800 m³ Biogas x 1.85 = 5.180 kWh x 0.20 / kWh (EEG 2009) = 1.036.- / ha resa aggiuntiva* La segale ibrida viene raccolta come insilato della pianta intera 14 giorni prima del raccolto normale.
Substrato
Segale ibrida*MaisDifferenza
Condizionedelsubstrato
GPSInsilato
Raccolto
20 t/ha40 t/ha
SS
80%30%
Raccolto
16 t/ha SS12 t/ha SS
SSo
92,8%90,0%
Raccolto
14,8 t/ha SSo10,8 t/ha SSo4,0 t/ha SSo
Produzionedi corrente
19.166 kWh = 3.833,20 /ha13.986 kWh = 2.797,20 /ha5.180 kWh = 1.036,00 /ha
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Bioestrusione (Calcolo dei benifici)
Kosten / Nutzen der Bioextrusion im Vergleich (Der Nachweis bedarf immer der Einzelfallbetrachtung)( Quelle: Sächsische Landesanstalt, Schriftenreihe, Heft 19/2008, S.91-93 - Auszug ) von Dr.Cl.Brückner
Leistungen ges. ( ) bezogen auf 8.286 t FM (207 ha) bezogen auf 7.264 t FM (182 ha) DifferenzMaissilage original Maissilage fein (extrudiert) anrechenbare
Mehraufwendungen pro tFM pro tFM /tFM
Abschreibungen 100.000 12,07 106.250 14,63 6250 0,86
Zinsen 39.000 4,71 42.000 5,78 3000 0,41
Versicherung 6.400 0,77 6.800 0,94 400 0,06
Wartung, InstandhaltungBetriebsmittel 80.000 9,65 85.000 11,70 5000 0,69
Strom für Aufbereitungs-anlage 7.366 0,89 22.320 3,07 14954 2,06
Arbeitskosten 13.156 1,59 12.782 1,76 -374 -0,05
Sonstige Kosten 16.640 2,01 17.680 2,43 1040 0,14
Summe Mehrkosten 262.562 31,69 292.832 40,31 30270 4,17
Nutzen ges. ( ) bezogen auf 440 kWhel / t FM bezogen auf 502 kWhel / t FM 62
pro tFM pro tFM /tFM
Mehrerlös x 0,20 / kWhel (EEG 2009) 88,00 100,40 12,40
Gewinn pro t FM durch Extrusion 8,23Gewinn pro Jahr 59.803,60
zuzüglich · Wärmenutzung· bessere Hektarerträge / Subtratkosten· Logisitik-, Betriebskosteneinsparung
ohne Bioextrusion mit Bioextrusion
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5
0,2
0,4
0,6
0,8
10 15 20 25 30 35V/dRitenzione
Resa del gas
E=14%Materiale estruso
Substrato non trattato
V opt.
A/m/kg SSo3
Schema 2:
Incremento della resa di gas tramite ilmiglioramento della disponibilità biologica
- Superficie-Meccanica delle superfici dicontatto
nell impianto esistente.
A/m³/kg SSo= Produttività riferita al substrato in m³ Biogas / kg sostanza secca organica
Incremento della resa di biogastramite lisi idrotermica (Bioestrusione)
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Incremento della resa del biogastramite lisi idrotermica (Bioestrusione)
Schema 1: Produzione meda settimanale (kwh/d)
Sia nell esercizio batch sia nell impianto esistente si è ottenuto un incremento della resa delbiogas grazie alla lisi idrotermica. (nello schema ca. il 30 % di resa in più).
11
Produzione di correnteMedia settimanale [kWh d-1]
con bioestrusione
Dopo 37 sett.
bioestrusione
senza bioestrusione
settimana
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Originale: pre-sminuzzato con unafalcatrinciatrice
Estrusore: sfibrato secondo il principio termomeccanico
Schema 3Incremento della resa del gas nell esercizio batch (estratto dal rapporto VTI 064 2/02)
Incremento della resa del biogastramite lisi idrotermica (Bioestrusione)
Volume giornaliero nella cofermentazione di liquame con insilato di mais
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Abbassamento della ritenzioneIncremento del carico specifico organico tramite bioestrusione
Grazie alla lisi si accorcia la ritenzione, mentre il grado di decomposizione dei resti di fermentazione rimane uguale oviene persino migliorato.Ciò significa: - Meno volume fermentativo necessario --> impianti più piccoli e compatti oppure
--> maggiore resa con le stesse dimensioni dell impianto
-Meno energia necessaria per l agitazione; perciò l energia utilizzata per il processo di-sminuzzamento e lisi non grava sul bilancio energetico in confronto a un impianto tradizionale.
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senzabioestrusione
conbioestrusion
e
ritenzione
carico organico
Carico organico Ritenz.
settimana
Strati galleggiantisenza stratigalleggianti
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Fermentazione dell insilato di mais
Incremento resa metano
Ricavoaddizionale
Ins. maisestruso
Ins. maisnon estr.
giorni
Insilato dimais
originaleInsilato di
maisestruso
Resabiogas
Resametano
Conten.metano
Aumento diresa
metanoresa
biogas
Res
a m
etan
o
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Fermentazione dell insilato d erba
Incremento resa metano
Ricavoaddizionale
Ins. erbaestruso
Ins. erbanon estr.
giorni
Insilato dierba
originaleInsilato di
erbaestruso
Resabiogas
Resametano
Conten.metano
Aumento diresa
metanoresa
biogas
Res
a m
etan
o
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- La meccanica delle superfici di contatto tramitebioestrusione garantisce un alto tasso di decomposizionedella biomassa
- Alto carico specifico organico senza variazionisignificative della concentrazione di acido propionico
- Il materiale scende sul livello intermedio e si evita laformazione di strati galleggianti
La bioestruzione permette l utilizzo di nuovesostanze biogene come la cellulosa o materialicontenente emicellulose (paglia, sfalci d erba, letameecc.) e la formazione di nuovi batteri metanogenifavorita dalla presenza di cibo disponibile dopo lalisi.
1
1 2 3 4 5 6 7 8
2
3
G/M/m xd3 Bh3
F
FB/kg Sso/wd 3
F
0
Stato della
tecnica
Nuova procedura
Produttività del gas specifica per l impianto in m³ Biogas / m³ Volume fermentativo / giorno
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Abbassamento della ritenzioneIncremento del carico specifico organico tramite bioestrusione
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Tecnica di bioestrusione
Portata e consumo energetico per biomassescelte
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Consumo energetico medio
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
15 20 30 40 50 60 70 80
TS - Gehalt
Leis
tung
[kW
h/t F
M]
12
Tendenza dei valori di potenza* del substrato in riferimento alla SS
*) i valori di potenza comprendono: Dosatore, coclea / nastro / rivelatore, bioestrusore, coclea / nastro1 impianto di biogas 500 KW, insilato di mais 30% SS, tecnica di immissione e lisi ca. 4,7 kWh/t FM (Agrofarm 2000)*2 impianto di biogas 192 KW, insilato di mais, GPS, cereali 50% SS, tecnica di immissione e lisi ca. 7,4 kWh/tFM (Hertel, Möschwitz)Foto di entrambi gli impianti nel periodico BiogasanlagenbauUn ulteriore dipendenza deriva dal contenuto di fibra grezza del substrato, dal contenuto di ceneri ecc.* Valori tratti dal documento 19/2008 Biomasseaufbereitung zur Vergärung (Landesanstalt für Landwirtschaft)
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Pressa-filtro-coclea FSP 500-30
L FSP 500-30 è stata sviluppataper la separazione delle fasi (solido/liquido)di sospensioni pompabili,come p.es. il digestato derivante da impiantidi biogas.
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Compattazione
Trattamento dei residui di fermentazioneper ottenere combustibile (solido e gassoso) e fertilizzante
Bricchettatura
Pellettaggio
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0
10
20
30
40
50
60
70
22.4.08 27.4.08 2.5.08 7.5.08 12.5.08 17.5.08 22.5.08 27.5.08 1.6.08
kum
ulie
rte G
asm
enge
[l] V 8 EXTRUDIERTER FM
V 9 NICHT EXTRUDIERTER FM
Confronto dei substrati testati 1
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Confronto quantità cumulata di gas [l] per letame solido (FM) estrusoe non estruso
Trasferimento dei valori da confrontare TUD iaa su resa di biogas m³/tFMsecondo KTBL o risultati FHS Wismar ecc. (letame bovino solido 22% SS)
à I valori assoluti devono ancora esseredeterminati!
à La composizione del letame (contenuto dipaglia, tempo di stoccaggio, tipo di pagliaecc.) ha un ruolo fondamentale.
Vantaggi della bioestrusione
1. Aumento della resa di biogas fino a 3,45volte assoluto di 40-60 m³/BG/tl (lt. KTBLecc.) su 138-207 m³/BG/tl (FHS Wismar,TUD iaa)
2. Decomposizione più veloce in 15 giorni(importante per il trattamento di grossequantità)
3. Costruzione di impianti più piccoli,risparmio nei costi d investimento
4. Nessuno strato galleggiante5. Miglioramento del valore fertilizzante
(disponibilità delle piante)
ConclusioneSenza bioestrusione il letame paglioso puòessere utilizzato solo parzialmente. 2 impiantia secco con il 70% di letame muniti dibioestrusione parlano chiaro.
020406080
100120140160180200220240
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Verweilzeit [d]
Biog
asau
sbeu
te[m
³/tF
M]
EXTRUDIERTER FMNICHT EXTRUDIERTER FM
1) lt. KTBL2) lt. Handreichung FA Nachw. Rohstoffe
1
2
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Confronto dei substrati testati 2
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Quantità cumulata di gas [l] 90% paglia, 10% insilato di mais e 80% paglia, 20% insilato di mais
Quantità cumulata di gas [l] 90% paglia, 10% insilato d erba e 80% paglia, 20% insilato d erba
0
10
20
30
40
50
60
70
22.4.08 27.4.08 2.5.08 7.5.08 12.5.08 17.5.08 22.5.08 27.5.08 1.6.08
kum
ulie
rte
Gas
men
ge [l
]
90% STROH : 10% MAISSILAGE
80% STROH : 20% MAISSILAGE
0
10
20
30
40
50
60
70
22.4.08 27.4.08 2.5.08 7.5.08 12.5.08 17.5.08 22.5.08 27.5.08 1.6.08
kum
ulie
rte
Gas
men
ge [l
]90% STROH : 10% GRASSILAGE
80% STROH : 20% GRASSILAGE
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Confronto dei substrati testati 3
Quantità cumulata [l] di insilato d erba sfibrato e non sfibrato
0
20
40
60
80
0 5 10 15 20 25 30
Versuchsdauer [d]
kum
ulie
rte
Gas
men
ge [l
]
Grassilage 100 % unzerfasert
Grassilage 100 % zerfasert
La fermentabilità deisubstrati analizzati è data.Maggiori quantità di gas sono statemisurate con un aggiunta del 10% dierba o mais.Il contenuto di metano nel biogas erauguale per quasi tutti i substratianalizzati e ammontava al 51 55 %(unica eccezione il letame con il 59%)Le aggiunte del 10% di insilato d erbao di mais hanno prodotto le stessequantità di gas.Il contenuto medio di metano nelbiogas con l aggiunta di insilato di maisammontava al 54% mentre con l aggiunta diinsilato d erba ammontava al 51%.La concentrazione di acido solfidrico in entrambi i reattori era bassa e ammontava a 700 ppm.Con l aggiunta del 20%di vari prodotti la produzione di gas era identica per l utilizzo di letame,erba e panello di colza. L aggiunta del 20% di mais invece ha prodotto il 30% di gas in più.Grazie all estrusione di letame si possono raggiungere maggiori rese di gas in confrontoall utilizzo di letame non estruso.
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Esempio di un piccolo impianto
Impianto con: - Dosatore con catena fresante 25 m³- Nastro con metal detector- Estrusore MSZB 22e- Coclea di trasporto- Coclea a sifone
Input: Insilato d erbaInsilato di piante intereInsilato di maisPagliaSfalci d erbaLetame/ Liquame
Fermentazione a umido 195 kW elettrici
Esempio di un impianto La nostra meta: Clienti soddisfatti
Sin dall inizio il nostro impianto funziona inmaniera stabile e affidabile. Grazie allabioestrusione non abbiamo strati galleggiantie riusciamo a raggiungere una produzionemaggiore di biogas fino al 19% in confrontoalla lista KTBLk*.
* Kuratorium f. Technik und Bauwesen in derLandwirtschaft e.V.
H. Hertel, agronomo e gestore dell impianto dibiogas, Möschwitz Gmd. Pöhl / Vogtlandkreis
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Esempio di impianto
La nostra meta: Clienti soddisfatti
14 bioestrusori installati, alcuni inimpianti con fermentazione a seccosecondo C.A.R.M.E.N. e.V., installatidal 2004 al 2007, parlano chiaro.
Bioextruder MSZ B 55e
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Tecnica di caricamento Biogas
Nastro trasportatore
Nastro trasportatore
Coclea
Tramoggia conraschiatore
Pompa Estrusore
Nastro pereliminazione diimpurità con
metal detector
Apparecchio persciogliere balle di
paglia
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Grazie per la cortese attenzione!
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