Università degli studi di Napoli Federico II€¦ · Luigi Molettieri 1. 2 • Processo di Digestione Anaerobica 1 • Scopo della Tesi 3 • Processo di Dark Fermentation ... SCOPO

Università degli studi di Napoli Federico II

Scuola Politecnica e delle Scienze di Base

Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria per l’Ambiente e il Territorio

Tesi di laurea:

TEST DI BIO-METANAZIONE E BIO-IDROGENAZIONE SU SCARTI ORGANICI E RESIDUI

AGROINDUSTRIALI

Relatore: Candidato:

Ch.mo prof. Massimiliano Fabbricino Michele Lerro

Luigi Molettieri1

2

• Processo di Digestione Anaerobica

1

• Scopo della Tesi

3

• Processo di Dark Fermentation

5• Metodo sperimentale

6 • Studio delle cinetiche

7 • Risultati e conclusioni

INDICE

2

4

• Consumo energetico globale

CONSUMO ENERGETICO SUDDIVISO PER

FONTE

3

• CONSUMO ENERGETICO

• GLOBALE

• PROCESSO DI DIGESTIONE ANEROBICA

• PROCESSO DI DARK FERMENTATION

• METODO SPERIMENTALE

• STUDIO DELLE CINETICHE

• RISULTATI E CONCLUSIONI

80%

6%5%

9%

PETROLIO, CARBONE E GAS METANO

IDROELETTRICO

BIOMASSE, GEOTERMICO ED EOLICO

ALTRO

BIOMASSA

BIOMASSA COME FONTE DI ENERGIA

4

• CONSUMO ENERGETICO GLOBALE






MATRICE ORGANICA:

VEGETALE

ANIMALE

LE BIOMASSE PROVENGONO ESSENZIALMENTE :

FILIERA DEL LEGNO

FILIERA DELL’AGRICOLTURA

FILIERA DEGLI SCARTI E DEI RIFIUTI

SCOPO DELLA TESI

5

CONSUMO

ENERGETICO GLOBALE






SCOPO DELLA TESI

DIGESTIONE

ANAEROBICA

RESE DI

PRODUZIONE

CINETICHE

VALORIZZAZIONE

ENERGETICA

DARK

FERMENTATION

PROCESSO DI DIGESTIONE ANAEROBICA

6

• PRODUZIONE ENERGETICA GLOBALE






SCOPO DELLA TESI

DECOMPOSIZIONE DELLA SOSTANZA

ORGANICA IN AMBIENTE ANAEROBICO

PROCESSO DI DIGESTIONE ANAEROBICA

7







SCOPO DELLA TESI

BIO-METANO

BIOGAS DEPURATO

DALL’ANIDRIDE CARBONICA

PROCESSO DI DARK FERMENTATION

8







SCOPO DELLA TESI

DECOMPOSIZIONE DELLA SOSTANZA ORGANICA

AL BUIO – IN CONDIZIONE ANAEROBICA

PROCESSO DI DARK FERMENTATION

9







SCOPO DELLA TESI

PRO

• Elevato potere calorifico inferiore

• Nessuna emissione

• Non tossico

CONTRO

• Inaccessibilità in natura

• Difficoltà nel trasporto e stocaggio

• Costo di produzione elevato

METODO SPERIMENTALE

10







SCOPO DELLA TESI

SUBSTRATI

INOCULO

METODO SPERIMENTALE• PRODUZIONE

ENERGETICA GLOBALE






SCOPO DELLA TESI

METODO SPERIMENTALE

12







SCOPO DELLA TESI

Misura del biogas

METODO SPERIMENTALE

13







SCOPO DELLA TESI

Misura del biometanoe bioidrogeno

SOLUZIONE ACIDA

SOLUZIONE BASICA

METODO SPERIMENTALE

14







SCOPO DELLA TESIAnalisi dei V.F.A.

Misura del pH

METODO SPERIMENTALE

15







SCOPO DELLA TESIPROVA SUBSTRATO PROCESSO CONDIZIONE PRODUZIONE F/M

A1 FOOD WASTE DARK FERMENTATION MESOFILA BIOGAS 5

B1 FOOD WASTE DIGESTIONE ANAEROBICA MESOFILA BIOGAS 0,5

C1 FOOD WASTE DARK FERMENTATION TERMOFILA BIOGAS 5

D1 FOOD WASTE DIGESTIONE ANAEROBICA TERMOFILA BIOGAS 0,5

E1 PAGLIA DARK FERMENTATION MESOFILA BIOGAS 5

F1 PAGLIA DIGESTIONE ANAEROBICA MESOFILA BIOGAS 0,5

G1 PAGLIA DARK FERMENTATION MESOFILA BIO-IDROGENO 5

H1 PAGLIA DIGESTIONE ANAEROBICA MESOFILA BIO-METANO 0,5

I1 FOOD WASTE DARK FERMENTATION MESOFILA BIO-IDROGENO 5

L1 FOOD WASTE DIGESTIONE ANAEROBICA MESOFILA BIO-METANO 0,5

M1 50 % F.W + 50 % PAGLIA DIGESTIONE ANAEROBICA MESOFILA BIO-METANO 0,9

N1 70 % F. W + 30 % PAGLIA DIGESTIONE ANAEROBICA MESOFILA BIO-METANO 0,9

P1 30 % F. W + 70 % PAGLIA DIGESTIONE ANAEROBICA MESOFILA BIO-METANO 0,9

R1 50 % F. W + 50 % PAGLIA DIGESTIONE ANAEROBICA MESOFILA BIO-METANO 2

S1 70 % F. W + 30 % PAGLIA DIGESTIONE ANAEROBICA MESOFILA BIO-METANO 1,5

T1 30 % F. W + 30 % PAGLIA DIGESTIONE ANAEROBICA MESOFILA BIO-METANO 2,4

STUDIO DELLE CINETICHE

16







SCOPO DELLA TESI

MODELLO DI GOMPERTZ MODIFICATO

C(T)= H* exp [- exp[(R*e/H)*(λ-t)+1]

MODELLO LOGISTICO

C(T)=H/(1+EXP(4 R (λ-t/H)+2)


17







SCOPO DELLA TESI


18







SCOPO DELLA TESI

REATTORE H(ml) R(ml) e λ(giorni) t(giorni)

A 488,5 190 2,718 0 9

B 483 198 2,718 0 9

D 196,5 272 2,718 0 5

G1 1257 108 2,718 0 38

H1 753 110 2,718 0 31

I 376 38 2,718 6 31

L 1075 86 2,718 0 34

M 1862 210 2,718 0 34

N 711 204 2,718 0 10

O 452 291 2,718 0 9

P 368 219 2,718 0 7

R 1499 118 2,717 0 25

S 533 244 2,718 0 13

T 1396 271 2,718 0 25

U 1305 108 2,718 0 25

SOLO PAGLIA 1194 118 2,718 0 31

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

550

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

BIO

GA

S [

ml]

tempo [d]

DIGESTIONE ANAEROBICA - SUBSTRATO FOOD WASTE

CURVA SPERIMENTALE

T= 35 °C

RISULTATI: DIGESTIONE ANAEROBICA

19







SCOPO DELLA TESI

NO LAG

PHASE

PROCESSO

QUASI STABILE

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

BIO

GA

S [

ml]

tempo [d]


CURVA SPERIMENTALE

T=55°c

RAPIDO

ACCRESCIMENTO

BATTERICO

PRODUZIONE

TOTALE

485 ml BIOGAS

DISCONTINUITÀ

PRODUZIONE

TOTALE

1610 ml BIOGAS

RISULTATI:DIGESTIONE ANAEROBICA

20







SCOPO DELLA TESI

0

100

200

300

400

500

600

700

800

0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39

CH

4 [

ml]

tempo [d]


CURVASPERIMENTALE

pH=5,19

0100200300400500600700800900

10001100

VFA

[m

g/l

]

ACIDO LATTICO

ACIDO ISO VALERICO

ACIDO BUTIRRICO

0

150

300

450

600

750

900

1050

1200

0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39

CH

4 [

ml]

tempo [d]

DIGESTIONE ANAEROBICA - SUBSTRATO PAGLIA

CURVASPERIMENTALE

pH=5,190

100200300400500600700800900

100011001200

VFA

[m

g/l

]

ACIDO ACETICO ACIDO BUTIRRICO

VELOCITÀ DI IDROLISI

ELEVATA

PRODUZIONE

TOTALE

711 ml BIOGAS

PRODUZIONE

TOTALE

1059ml BIOGAS

RISULTATI:DIGESTIONE ANAEROBICA

21







SCOPO DELLA TESI

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

CH

4 [

ml]

tempo [d]

DIGESTIONE ANAEROBICA - 50% F.W + 50% PAGLIA

CURVASPERIMENTALE

pH(iniz)=7,1

pH(fin)=6,9

080

160240320400480560640720800880960

10401120

VFA

[m

g/l

]

ACIDO PROPIONICO ACIDO ISO VALERICO

ACIDO BUTIRRICO ACIDO VALERICO

0150300450600750900

10501200135015001650

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28

CH

4[m

l]

tempo [d]

DIGESTIONE ANAEROBICA - 70% PAGLIA + 30% FOOD WASTE

CURVA SPERIMENTALE

pH(fin)=7,0

pH(iniz)=7,3

80% CH4

ARRESTO

PROVVISORIO

PRODUZIONE

TOTALE

452 ml BIOGAS

10% CH4

PRODUZIONE TOTALE

1497 ml BIOGAS

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

CH

4 [

ml]

tempo [d]

DIGESTIONE ANAEROBICA - 70% F.W + 30 % PAGLIA

CURVASPERIMENTALE

pH(iniz)=6

pH(fin)=5,40

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

VFA

[m

g/l

]

ACIDO LATTICO ACIDO PROPIONICO

ACIDO ISOVALERICO ACIDO BUTIRRICO

90 % CH4

PRODUZIONE

TOTALE

1610 ml

BIOGAS

RISULTATI: DARK FERMENTATION (1)

22







SCOPO DELLA TESI

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

550

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

BIO

GA

S [

d]

tempo [d]

DARK FERMENTATION - SUBSTRATO FOOD WASTE

CURVASPERIMENTALE

488,5 ml

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

0 1 2 3 4 5 6

BIO

GA

S [

ml]

tempo [d]


CURVASPERIMENTALE

196,5 ml

78%

T=35 °C

T=55 °C

33

mL


23







SCOPO DELLA TESI

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

1200

1300

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40

BIO

GA

S [

ml]

tempo [d]

DARK FERMENTATION - SUBSTRATO PAGLIA

CURVASPERIMENTALE

T=35 °C

1209 ml

λ


24







SCOPO DELLA TESI

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39

H2 [

ml]

tempo [d]


CURVASPERIMENTALE

1873 ml

T=35 °C

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39

H2 [

ml]

tempo [d]

DARK FERMENTATION - SUBSTRATO PAGLIA

CURVA SPERIMENTALE

340 ml

λ

T=35 °C

CONCLUSIONI (1)

25







SCOPO DELLA TESI

PRODUZIONE BIO-IDROGENO

0

10

20

30

40

50

60

70

1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40

H2/S

V (

ml/

g)

TEMPO (d)

PRODUZIONI SPECIFICHE - DARK FERMENTATION

SUBSTRATO PAGLIA

SUBSTRATO FOODWASTE

TEMPERATURA

CONCLUSIONI (2)

26







SCOPO DELLA TESI

PRODUZIONE BIO-METANO

0

5

10

15

20

25

30

35

40

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41

CH

4/S

V (

ml/

g)

TEMPO (d)

PRODUZIONI SPECIFICHE CUMULATE - DIGESTIONE

ANAEROBICA

SUBSTRATO FOODWASTE

SUBSTRATO PAGLIA

0

10

20

30

40

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14CH

4/S

V (

ml/

g)

TEMPO (d)

PRODUZIONI SPECIFICHE CUMULATE - DIGESTIONE

ANAEROBICA

50% F.W + 50%PAGLIA

70% F.W + 30%PAGLIA

30 % F.W + 70%PAGLIA

RAPPORTO SUBSTRATI

PROSPETTIVE FUTURE

27







SCOPO DELLA TESI

Ottimizzazione del processo:

PRE-TRATTAMENTO

pH: 4,5-6,5

C/N: 47-200

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