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Samy13 / pixelio.de
www.lehmann-
maschinenbau.de La fermentazione della paglia
1
Guadagnare con la paglia
La fermentazione della paglia
Autor: Dipl.-Ing. Thilo Lehmann
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Produzione di biogas prima del compostaggio
Largomento & nessun grammo di paglia viene dal campo superato
Scomposizione aerobica / compostaggio
materiali di conferimento consumati, in particolare azoto
Conseguenza: rimozione dei nutrienti delle piante germinanti/in crescita
Conseguenza: aggiunta di azoto (fattore di costo), altrimenti diminuzione del costo del raccolto superiore al 10%*
digestione anaerobica libera CO2
digestione anaerobica / fermentazione = produzione effettiva di biogas
digestione anaerobica libera CH4 e CO2, dopo la combustione solo CO2
Utilit: produzione di energia elettrica e termica da biogas
Coseguenza: Mineralizzaione / trasformazione di materiali di conferimento (rimangono sostanzialmente nel liquido digestato / Fugat N : P : K)
Migliore utilizzabilit delle piante, buon legame con, hohes Luftporenvolumen
Differenze minime del bilancio CO2 tra marcimento e produzione di biogas
* Schtz, G. (1977); Ackerbauliche Varianten der Kombination von Glle- und Strohdngung zu Zuckerrben und Sommergerste bei industriemiger Produktion in der LPG Pflanzenproduktion Vereinte Kraft Vippachedelhausen; Dissertation, Martin-Luther-Universitt Halle-Wittenberg
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Potenziali residui agricoli
In base a uno studio del DBFZ* in Germania sono a disposizione ca. 8 -13 Mio. t/a di
paglia residua per lo sfruttamento energetico.
SubstratiEuropa
(Mio. t)
Nel mondo
(Mio. t)
Paglia di frumento 133 354
Paglia di mais 29 204
Paglia di riso 4 731
Bagassa 0 181
Quelle: Biomass&Bioenergy 26 (2004) 361&375
* Informazioni di basse per uno
sfruttamento sostenibile di
residui agricoli per la produzione
di bioenergie
DBFZ (2011)
Utilizzando solo il dieci percento di questa energia della paglia si potrebbero costruire 260 impianti nuovi da 500 kW [Fraunhofer IKTS, BiogasJournal 1_2013]
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Caratteristiche negative di paglia & Co
Alto contenuto di lignina
Alto contenuto di ceneri e di sostanze estranee, soprattutto nel letame
Alto contenuto di sostanza secca
La pratica attuale contro lo sfruttamento
Dispendio per raccolta e stoccaggio
Lavorazione difficile
Tecnica sofisticata ed energia di sminuzzamento
Galleggia nel fermentatore, alto dispendio di agitazione
Scarsa decomposizione nel fermentatore
Monofermentazione paglia/letame impossibile!
Molti prodotti e piante longeve non vengono sfruttate!
Gabi S
choenem
ann / pix
elio
.de
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Ampliamento della scelta di substrati sfruttabili
Senza B. Con bioestrusione
Substrati non/poco utilizzati
Paglia di frumento
Letame/letame equino
Erba/insilato derba/paglia
Paglia di colza
Paglia di mais
Miscanthus
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Bioextrusion by LEHMANN
Grazie alla decomposizione del 100% della sostanza secca organica fermentabile
(FoM) si hanno risparmi significativi di substrati, cio
Basse quantit di substrati
Bassi costi dei substrati
Bassi costi di logistica
Piccoli volumi di stoccaggio grazie alla separazione
Bassa necessit di superfici per spandimento
Rain
erS
turm
/ p
ixelio
.de
Massimizzazione del grado di decomposizione
Abbassamento dei costi
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Componenti della biomassa
Substrati / Biomassa
Sostanza secca SS Acqua
Sostanza secca organica
SSo (Organico)
Anorganico
Lipidi Carboidrati Proteine Fibra grezza Minerali
Metano Anidride carb. Digestato Nutrienti
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Lignocellulosi un substrato complesso
Paglia
Non trattata
Lisi cellulare,
Dopo bioestr.
Struttura cell.,
Non trattata
Paglia
Dopo la bioestrusione
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Composizione della sostanza seccaConfronto tra paglia di frumento e mais
48%
30%
12%
10%
81%
11%
3%
5%
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
Stroh Mais
vergrbare oTS (Biogas) unvergrbare oTS Lignin Asche
Lisi meccanica e
ritenzione
Lisi della
lignina
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Bioextrusion by LEHMANN
La bioestrusione provoca unaumento accelerato
della resa di biogas e di metano
Gerd Altmann / pixelio.de
Da sfibramento alla lisi cellulare
La fibra un supporto ideale per batteri
La fibra offre nutrienti e minerali
Migliora il rapporto C / N tramite messa a
disposizione e liberazione di contenuti di piante
Gerd Altmann / pixelio.de
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Fermentazione di paglia (SS > 85%)
Fonte: Fraunhofer Gesellschaft IKTS Dresden
0
100
200
300
400
500
600
700
0 5 10 15 20 25 30 35 40
zu
fuh
rsp
ez. G
ass
um
me
(lN
/kg
oT
Rzu
)
Versuchsdauer (d)
Weizenstroh unbehandelt Weizenstroh extrudiert Weizenstroh NaOH-Vollaufschluss
588 Nl
535 Nl
441 Nl
Langzeitwert
520 Nl / kgoTRzu
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Impianto IKTS nel centro di applicazione BioEnergie Phl
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Lisi adattata al substrato
Tipo/ Substrato Principio attivo Vantaggi
B 22 B 74
Insilati, erba, paglia
Tipo finora dimostrato
> Per substrati omogenei
Costruzione semplice modulare
buona lisi del substrato
B 22 B 90 S2
Insilati, letame, paglia, erba, sfalci
Parte del processo allungata
> Per substrati mischiati, non
omogenei
costruzione modulare
ulteriore sfruttamento del substrato
struttura omogenea delle fibre
alto grado di sminuzzamento
attrito elevato
B 22 B 90 S3
Insilati, letame, paglia, erba,
sfalci, miscele acquose, frutta,
patate, piume, ossi
Parte del processo allungata
Fase sottile tramite coclea,
fondo a vaglio
> Per substrati umidi, non
omogenei; prosciugamento tramite
fondo a vaglio
Aumenta attrito tramite separazione
di liquido
struttura migliore delle fibre
alto grado di sminuzzamento
permette la lisi di substrati difficili e
rifiuti
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Serie di bioestrusori
Estrusore da laboratorio
MSZ B15e
MSZ B22e
Per ricerca (Laboratorio)
e utilizzo a piccola scala
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Serie di bioestrusori utilizzo industriale/agricolocostruzione modulare adattata al substrato
MSZ B44e MSZ B60 S3
MSZ B110eMSZ B74e
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Aumento di resa del metano tramiteBioextrusion
0,0
50,0
100,0
150,0
200,0
250,0
300,0
350,0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
ohne Bioextrusion mit Bioextrusion
Quellen: 1 Schs. Landesanstalt f. Landwirtschaft, 2 Biogas Oberfranken, 3 Prf- u. Forschungsinst. Pirmasens, Batchversuche nach VDJ 4630
Angaben in lN / kg oTS
+14% +26% +50% +50% +74% +11% +69% +19% +73% +84% +268% +27% +16%
1 1 2 2 2 2 2 2 3 2 2 2 2Mais
silag
e
Gra
ssilag
e
Str
oh
m. g
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ng
em
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en
ters
ub
str
at
Rap
ssil
ag
e
Hyb
rid
rog
gen
sil
ag
e
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Tendenz der Leistungswerte* des Grsubstrates, bezogen auf TS
Consumo energetico medio
Parti soggette a usura per Bioextruder sotto 0,60 / t tal quale.
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
20 30 40 50 60 70 80
TS - Gehalt
Leis
tun
g [
kW
h/t
FM
]
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Ampliamento delle possibilit di substrati
Erba
Salvaguardia
dellambiente
Paglia MiscanthusBiogas Forum Bayern
Rudolpho Duba / pixelio.de
Carlosh von Irmer / pixelio.de
Gerd Altmann / pixelio.de
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Fermentazione di miscanthus (SS > 80%)
Quelle: Biogas Oberfranken
Quelle: Biogas Forum Bayern
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Bioestrusione con idrolisi a corrente verticale
Legenda:
1 Sciogliballoni
2 Contenitore sostanze estranee
3 Coclea dimmissione
4 Idrolisi con
5 lisi da estrusore + uscita
6 Pompa a coclea eccentrica con dosaggio a fugato
7 Tubazione, valvole, isolamento ecc.
8 scambiatore termico
- Integrazione nel comando dellimpianto intero -
Modulare Einheit
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Idrolisi e bioestrusione
Legenda:
1 Presminuzzamento/soffiante
2 Coclea
3+4 Vasca a corrente verticale con
rastrello
5 Estrusore parte del processo
6 Pompa a imbuto
7 Comando
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Bioestrusione con idrolisi
Legenda:
1 Trasporto balloni
2 Sciogliballoni
3 Uscita
4 Coclea verticale o soffiante
5 Coclea
6 Contenitore a corrente verticale
7 Nastro
8 Estrusore tubo nel tubo
9 Pompa a imbuto
Adatto per :
Paglia
Fieno
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Trattamento della paglia lavaggio substrato +
bioestrusione
Legenda:
1 Trasporto balloni
2 Sciogliballoni/dosatore
3 Nastro duscita
4 Lavaggio substrato
5 Separazione corpi estranei
6 Bioestrusore con scarico liquido
7 Pompa a imbuto
8 Trattamento del liquido
(acqua, digestato, liquame)
Adatto per:
Letame
F.O.R.S.U.
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Idrolisi con corrente a tappo e bioestrusione
Legenda:
1 Trasporto balloni
2 Sciogliballoni/dosatore
3 Bunker intermedio
4 Coclea di adduzione
5 Idrolisi
6 Raschiatore di uscita
7 Bioestrusore con uscita per liquido
8 Pompa a imbuto
Adatto per:
Mix di substrati
pagliosi
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Fasi del pretrattamento a pi livelli
Sminuzzamento dei balloni a ~ 4 cm (fresa a rullo oscillante), alternativamente da
cumuli di fieno (dosatore)
Trasporto tramite coclea o soffiante
Coclea
Corrente verticale/sedimentazione/corrente a tappo
Digestato, liquame o acqua separati riscaldati tramite scambiatore tubo in tuboGlle
oder Wasser (ammorbidimento)
Aggiunta di urea (ammorbidimento, scioglimento, regolazione del rapporto C/N/P/S di
600/15/5/3)
Sedimentazione (Eliminazione di sostanze estranee come ceneri, sassi, metalli)
Uscita/fresatura
Estrusore conico tubo in tubo con zona di uscita liquido
Pompe con aggiunta di ricircolo dal fermentatore
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Confronto tra paglia secca e idrolitica
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Distribuzione nel contenitore
Paglia trinciata Paglia dopo la lisi
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Vantaggi del pretrattamento a pi livelli
Basta una breve ritenzione
Diminuzione del consumo di corrente per la lisi (dimezzamento)
Miglioramento di quantit e qualit di lisi
Lisi fino allinterno della cellula tramite disintegrazione
Formazione di carboidrati a catena breve
Nutrienti e carboidrati (glucosi, polisaccaridi) a disposizione di batteri
Liberazione di enzimi della pianta (Pectinasi, Amilasi, Cellulasi), ha un effetto
accelerante
Condizioni di agitazione e pompaggio favorevoli
Abbassamento dei tempi di agitazione e del dispendio energetico
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Idrolisi a corrente verticale e bioestrusione adattano paglia & co
al biogas
Miglioramento qualit di miscela/agitazione
Abbassamento della viscosit
Abbassare potenza pompe/garantire pompabilit
Aumento della prestazione
Miglioramento della redditivit
Processo di fermentazione stabile
Aumento della resa di gas
Meno substrati
Alta SS, alto carico organicoClaudia Hautumm / pixelio.de
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Es. di impianti - 2 MWelektr. (monoferm. paglia)
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Impianto di biogas Phl 499 kWel
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Il nostro impianto pilota per la fermentazione
Aasecco 499 kW elektr.
- Inizio costruzione febbriao 2008
- Messa in servizio fine dicembre 2008
- Input ca. 30 t/d materia prima ricrescente
Impianto di biogas Phl 499 kWel
Input:
Letame paglioso, sfalci derba, insilato pianta intera
secca, insilato di mais, insilato derba e un alto
contenuto di erba del 55 %, paglia di colza
Vantaggi
- Nessuna idrolisi separata necessaria (alto
dispendio, alimentazione spesso difficile)
- Nessuna aggiunta di enzimi necessaria grazie all
lisi di catalizzatori nelle sostanze; gli enzimi per
composizione e decomposizione della pianta
contenuti nella parete cellulare sono a disposizione
- Basso autoconsumo energetico per substrati
difficili con contenuto lignocellulosico
- 100% decomposizione dell massa organica ferm.
Particolarit dellimpianto
- Bioextrusion
- Agitatori esterni con immisione di calore
- Separazione del digestato
- Compattamento/pellettaggio del digestato con
essiccazione
- Desolforazione secondo metodo BioPEAC
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Repowering equipaggiamento di impianti esistenti
Miglioramento del grado di
decomposizione
Aumento del grado di decomp.
di sost. secca organica
Decomposizione semplice di
cellulosi ed emicellulosi
Senza Bioextrusion (lisi termo-
meccanica) molti substrati non sono
utilizzabili
Utilizzo in 150 impianti
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Possibilit dellestrusore tramite lisi cellulare per
sfruttamento materiale ed energetico Per la lisi termomeccanica
Per agglomerazione alla parete esterna
Per plastificare/compattare
Per miscelazione/Compound
Per togliere liquido/separazione (scissione di
aminoacidi, acidi lattici)
Per la conversione di biomassa (conversione idrotermica)
per la produzione di alcol o HTC
Per la conservazione (insilamento)
Per la produzione di foraggio per maiali, polli e animali
piccoli (foraggio concentrato o pellet)
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Grazie per lattenzione
LEHMANN Maschinenbau GmbH
Jocketa Bahnhofstrae 34
08543 Phl
Dipl.-Ing. Thilo Lehmann
Geschftsfhrer
Tel.: (+49) (0)37439 / 74410
Fax: (+49) (0)37439 / 74425
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Mitglied des Fachverband Biogas e.V.