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Impianti di cogenerazione alimentati a Biogas

Dalla progettazione fino alla realizzazione chiavi in mano

Che cos'è il Biogas e come viene prodotto?

La formazione di metano è un processo biologico che avviene naturalmente quando dal materiale organico (biomassa) viene decomposto, in atmosfera umida e in assenza di ossigeno, da un gruppo di microorganismi metabolicamente attivi denominati batteri metanigeni.

Il metano viene prodotto naturalmente nell’apparato digerente dei ruminanti e questo processo viene replicato su vasta scala negli impianti per la fermentazione anaerobica di reflui zootecnici, di coltivazioni agricole, di sottoprodotti dell’industria agroalimentare e dalla frazione organica della raccolta differenziata.

Il processo di degradazione microbica anaerobica della biomassa, o “digestione anaerobica”, può essere suddiviso in varie fasi, in cui un consorzio di microrganismi strettamente interdipendenti operano degradazioni successive del substrato iniziale, nelle quali i cataboliti di un ceppo batterico diventano i metaboliti per lo stadio successivo, fino alla formazione di metano e anidride carbonica (il Biogas).

Tutte queste fasi di produzione possono essere ricreate artificialmente ed ottimizzate al fine di poter utilizzare il Biogas prodotto negli impianti di cogenerazione, così da poter produrre energia elettrica e termica.

Processo di cogenerazione

Layout generico impianto cogenerazione Biogas

Layout impianto cogenerazione a Biogas

Sezione di pretrattamento

La funzione fondamentale della sezione di pretrattamento è quello di preparare la materia prima per la successiva fase di fermentazione, che avviene invece nel digestore.
Questa soluzione consente di ottimizzare i parametri ambientali di entrambe le fasi in maniera indipendente, ottimizzando il processo globale, sfruttando al meglio il potenziale metanigeno dei vari substrati, andando così a ridurre i tempi di ritenzione.
Come conseguenza, a parità di potenza, è possibile utilizzare digestori di volumi inferiori in quanto il materiale deve stazionare meno a lungo nei fermentatori.
La sezione di pretrattamento si compone di una vasca di miscelazione e, opzionalmente, un sistema di idrolizzazione forzata.

Idrolizzazione forzata

Questa funzione è svolta da un sistema brevettato ed ha lo scopo di disgregare a livello cellulare la lignina che racchiude le parti di cellulosa e di emicellulosa delle biomasse vegetali.
Cellulosa ed emicellulosa sono le parti organiche che verranno trasformate dai vari ceppi batterici in Biogas.
Rendere prontamente disponibili cellulosa ed emicellulosa per l’aggressione batterica, significa accelerare drasticamente il processo fermentativo riducendo così i tempi di ritenzione idrica consentendo l’utilizzo di digestori più piccoli aumentando al contempo la resa di Biogas e consentendo l’uso di sottoprodotti difficili.
Approfondimenti sulla descrizione e il funzionamento dell'idrolizzatore.

Progetto idrolizzatore brevettato

Vasca di miscelazione

All’interno di questa vasca, realizzata in cemento armato gettato in opera, avente un volume di circa 100-200 m3 confluiscono le materie prime non idrolizzate, quali i liquami, parte delle biomasse vegetali, il digestato in ricircolo, il cloruro ferrico per l’abbattimento dell’H2S, eccetera.
Questi substrati vengono eventualmente miscelati insieme alle biomasse che hanno subito il trattamento di idrolizzazione forzata, riportato al paragrafo successivo, e triturati da una pompa con trituratore.
Il materiale all’interno della vasca è mantenuto in movimento da un agitatore orizzontale orientabile e regolabile in altezza e in modo da renderlo omogeneo e la permanenza media del materiale all’interno della vasca è di 3 giorni.
Per favorire anche il processo di idrolisi enzimatica la vasca è riscaldata mediante un innovativo sistema di riscaldamento che consente di ridurre l’autoconsumo dell’impianto ed uno scambiatore di calore a fascio tubiero interno alla vasca. La pre-miscelazione permette di alimentare il fermentatore con una biomassa molto fluida, omogenea e molto ripetibile, consentendo una riduzione dei consumi energetici necessari per la movimentazione successiva ed una maggiore stabilizzazione e resa del processo di fermentazione e produzione di Biogas.

Sezione di fermentazione

La funzione della sezione di fermentazione è quello di trasformare la materia prima in Biogas attraverso il processo di digestione anaerobica.
Gli elementi cardine della sezione di fermentazione sono i digestori, progettati prestando particolare attenzione alle esigenze dei microrganismi che vi dimorano.
Le misure sono tra loro proporzionate in maniera da avvicinarsi il più possibile al rumine di un animale, ovvero la forma dei digestori è più allungata rispetto ad altre soluzioni presenti sul mercato.

Digestori in cemento

Nella soluzione possibile, la sezione di fermentazione è costituito da una vasca circolare realizzata con gettata in opera in cemento armato ad alta resistenza contro la corrosione (classe resistenza XA1), con un volume di stoccaggio lordo complessivo di 859 - 1100 m3 risultante dall’effettivo afflusso dei sub strati, dalla capacità produttive ottimale e da un tempo di ritenzione idrica (HRT) medio di circa 29-45 giorni.
I digestori sono interamente coibentati con pannelli di polistirene da 10 cm di spessore, che assicurano un elevato isolamento termico, sono dotati di una soletta calpestabile chiusa ermeticamente ed anch’essa coibentata, in modo che, grazie ad una maggiore stabilità della temperatura di fermentazione, in essi avvenga l’ottimale fermentazione ed un sufficiente accumulo di gas.

La miscelazione del materiale in fermentazione è assicurata da agitatori orizzontali sommersi per ciascun digestore, inseriti sul tetto dei digestori, comandati dal PLC e regolabili in altezza e direzione, in funzione delle esigenze (es. funzione rompi-crosta o movimentazione del fondo).
Il materiale, dopo aver esaurito la capacità di produrre Biogas a seguito di degradazioni operate da microrganismi metanigeni, viene pompato all’esterno tramite una apposita pompa centrifuga verso i sistemi di ricircolo e/o separazione solido/liquido e/o stoccaggio finale.
Pertanto schematicamente i digestori saranno riempiti complessivamente per circa 800 m3 con biomassa in fermentazione e per i restanti 70 m3 dal Biogas che si sprigiona durante la fermentazione.
I digestori sono dotati di un ulteriore stoccaggio di Biogas, tramite un gasometro a volume variabile in tessuto poliestere extraforte e per una capacità massima complessiva di 100 m3.
Uno scambiatore di calore a fascio tubiero, interno ai digestori ed utilizzante l’acqua calda ad oltre 70°C proveniente dal sistema di raffreddamento del cogeneratore, viene impiegato per mantenere, la temperatura di fermentazione costantemente a 40° C, livello giudicato ottimale per la fermentazione tramite i batteri mesofili.

Sezione di cogenerazione

La funzione della sezione di cogenerazione è quello di trasformare il Biogas prodotto in energia elettrica e termica.
La sezione di cogenerazione comprende:

  • unità di trattamento del Biogas, necessarie per riportare lo stesso entro i parametri richiesti dai Costruttori dei motori
  • motore endotermico con alternatore elettrico, per la produzione di energia elettrica e termica
  • torcia di sicurezza, che interviene in caso di fermo motore e/o per smaltire il Biogas in eccesso
  • quadristica elettrica di gestione e controllo del cogeneratore
  • l’impiantistica per l’utilizzo dell’energia termica all’interno dell’impianto
L’elemento cardine della sezione cogenerazione è il blocco motore, scelto in base alle necessità di progetto tra quelli delle primarie case costruttrici: MTU, MAN, DEUTZ, JENBACHER, MWM ecc...

Motore endotermico a Biogas

Altre informazioni sugli impianti di cogenerazione a Biogas?

La nostra esperienza sarà messa a tua disposizione per fornirti la soluzione più adeguata, e se necessario un nostro tecnico-commerciale effettuerà anche un sopralluogo.

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