le potenzialità dell'allevamento suino - Centro Ricerche Produzioni ...

GREEN ECONOMY/3
Biogas: le potenzialità
dell’allevamento suino
Con impianti efficienti e di adeguata dimensione,
anche con soli liquami sono possibili produzioni con elevate
rese specifiche e percentuali di metano fino al 67-68%,
con ricadute positive sulla quantità di energia elettrica ottenibile.
Foto Arch. Crpa
RICERCA E SPERIMENTAZIONE
70
GIUGNO
2010
CLAUDIO FABBRI
CRPA spa,
Reggio Emilia
Impianto di digestione
anaerobica semplificato
a plug-flow riscaldato
ma non miscelato.
L’
inserimento di un
impianto di digestione
anaerobico nell'allevamento
suinicolo consente
di sfruttare una biomassa,
l'effluente zootecnico (liquame),
normalmente gestita come
problema ambientale e di costo.
I problemi ambientali più significativi
sono legati alle emissioni
di gas (principalmente
odori, ammoniaca, metano),
alla necessità di trovare un corretto
equilibrio con i terreni
necessari per un utilizzo agronomico
che ne massimizzi l'efficienza
e all’esigenza di mantenere
condizioni ottimali di
qualità dell'aria interna ai ricoveri
per il benessere degli animali.
Sotto il profilo economico,
invece, i maggiori costi
vengono sostenuti per la rimozione
dai ricoveri, lo stoccaggio
e lo spandimento.
Le quantità di effluenti prodotti,
a loro volta, dipendono
fortemente dalle tecniche di
rimozione dai ricoveri e dall'acqua
utilizzata per il loro
lavaggio. Ad esempio, l'allevamento
di suini nella fase di
ingrasso può portare ad una
produzione variabile da 36
m 3 /tpv/anno nel caso di ricoveri
con pavimento totalmente
fessurato a 72 m 3 /tpv/anno nel
caso di ricoveri con pavimento
pieno e pulizia ad acqua con
getto a bassa pressione. (tpv
= tonnellate di peso vivo, ndr).
LA DISPONIBILITÀ
DI SOSTANZA
ORGANICA
La potenzialità produttiva di
biogas da un allevamento suinicolo
non dipende tanto dai
volumi di effluenti prodotti,
quanto dalle quantità di
sostanza secca e organica (quota
parte della sostanza secca,
al netto delle ceneri) escrete
dagli animali. In prima approssimazione,
le quantità di
sostanza secca escrete da un
suino in accrescimento possono
essere rappresentate da
una curva come quella del
grafico 1.
Le quantità di sostanza secca
escreta, tuttavia, non sono tutte
disponibili per il processo
di digestione anaerobica. In
parte vengono trasformate in
biogas all'interno dei ricoveri,
per effetto del tempo di
ritenzione idraulica nelle fosse
di stoccaggio e dell'efficienza
di rimozione dei solidi. Tecniche
a rimozione rapida e
frequente permettono di raggiungere
le massime efficienze
(perdite del 10-15%), in
quanto riducono al minimo
le sedimentazioni e i tempi di

permanenza nelle fosse di stoccaggio;
tecniche di gestione
con stoccaggio prolungato,
invece, possono arrivare a
determinare perdite di sostanza
organica fino al 40-50%,
mentre quelle che prevedono
l'uso di flushing o raschiatori
hanno la massima efficienza,
dato che le frazioni solide vengono
rimosse giornalmente e
integralmente.
IL POTENZIALE
METANIGENO
Il potenziale metanigeno, ossia
la produzione di metano per
kg di sostanza organica (o solidi
volatili, SV), contrariamente
a quanto si pensa, può raggiungere
valori molto elevati
anche nei liquami. In una prova
di laboratorio sono state
messe a confronto due tecniche
di rimozione dei liquami:
liquame suino proveniente da
Graf. 1 - Correlazione fra peso vivo e sostanza secca escreta
da suini in accrescimento.
un allevamento dotato di un
sistema di gestione degli
effluenti nei ricoveri con pavimento
totalmente fessurato e
fossa sottostante di accumulo
con scarico per tracima-
zione continua (età media del
liquame circa 20 giorni), e
liquame proveniente da un
sistema vacuum system (scarico
comandato manualmente
sul fondo delle vasche che

RICERCA E SPERIMENTAZIONE
consente una elevata spinta
idraulica, con allontanamento
efficiente delle feci sedimentate)
evacuato con frequenza
settimanale.
La tabella 1 mostra i risultati:
392 m 3 biogas/t SV nel caso di
tracimazione continua rispet-
Impianto di digestione
anaerobica per effluenti suinicoli
completamente miscelato
e riscaldato.
Foto Arch. Crpa
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GIUGNO
2010
Tab. 1 - Parametri di resa rilevati a fine prova (valori medi).
Reattore Resa in biogas (Nm 3 /t SV)
Liquame
da tracimazione
Liquame
da vacuum system
to a 557 m 3 biogas/t SV nel caso
del vacuum system.
Tali differenze sono dettate
dalla maggiore rapidità ed efficienza
con cui la sostanza organica,
gestita con la tecnica
vecuum system, viene avviata
al digestore. In entrambi i casi
il biogas aveva una percentuale
di metano (la quota del
biogas utile per la combustione
in motori endotermici)
di circa il 67-68%. Per fare
Tab. 2 - Parametri dimensionali
dell’impianto monitorato.
Volume totale dei digestori (m3 )
Volume netto dei digestori (m3 Parametri
)
Miscelazione (kW)
Temperatura di processo (°C)
Tempo ritenzione idraulica (giorni)
Potenza elettrica cogeneratore (kW)
392
557
% di metano nel biogas
Impianto
3.120
2.740
60
35-40
23
215
68,5
67,2
Resa in metano (Nm 3 /t SV)
269
375
un confronto, si tenga conto
che il biogas ottenuto da insilati
di mais ha circa il 52% di
metano.
I risultati della prova dimostrano
che una gestione accurata
delle deiezioni prodotte
nei ricoveri può portare, a
parità di peso vivo presente
in azienda, ad un incremento
notevole di produzione di
biogas (42% nel caso sperimentato).
LA DIMENSIONE
IMPIANTISTICA
Sulla base dei dati riportati precedentemente,
si può concludere
che per un allevamento
a ciclo aperto a solo ingrasso,
con una consistenza zootecnica
di circa 1.000 tpv, che produce
suini da 160 kg partendo
da suinetti da 25 kg,la potenza
elettrica installabile può passare
da 170-180 a 240-250 kW.
L'economicità della produzione
risulta ancor più evidente
se si considera che la
dimensione del digestore non
viene modificata, in quanto il
carico organico volumetrico
(quantità di sostanza organica
caricata per metro cubo di
digestore e per giorno) non si
modifica in modo sostanziale,
mentre la produzione volumetrica
specifica (metri cubi
di biogas per metro cubo di
digestore) cresce di una entità
proporzionale all’aumento di
resa in biogas sopra indicata.
Da notare, infine, che la produzione
specifica di metano
per kg di sostanza organica
del liquame suinicolo di buona
qualità (375 m 3 /tSV) è praticamente
identica a quella di
un buon insilato di mais (380
m 3 /tSV).
Differenza fra produzione
di biogas con insilati e con
colture dedicate. La differenza
più importante tra un
impianto di digestione anaerobica
a liquami suini e un
impianto alimentato prevalentemente
con colture dedicate
sta nella diluizione del
quantitativo di sostanza organica
disponibile.
Nel primo caso, una tonnellata
di prodotto contiene circa
30-40 kg di sostanza organica,
nel secondo caso circa
300 kg, ovvero 10 volte di più.
Ciò ha influenza sia sulla
dimensione del digestore anaerobico
che, tenendo conto del
tempo di ritenzione idraulica
necessario per la conversione
biologica delle due matrici
(20-25 giorni per il liquame
suino e 50-60 giorni per un
insilato di cereali), è circa 5
volte superiore, sia sui consumi
energetici necessari per la
miscelazione e il riscaldamento.
Un’altra differenza significativa
riguarda la potenza elettrica
installabile. In un allevamento
suinicolo a solo
ingrasso da 1.000 tpv (10.000
capi circa) è possibile installare
un cogeneratore da 170-
250 kW, mentre in un impianto
a biomasse il limite superiore
dipende solo dalle quantità
di matrici disponibili o
reperibili sul mercato. La codigestione
fra liquami e biomasse
dedicate consente di
raggiungere la potenzialità
ottimale per l'azienda.
Ovviamente, l'utilizzo di soli
effluenti zootecnici non modifica
il carico azotato e, quindi,
il terreno necessario all'azienda
per l'utilizzo agrono

mico del digestato; negli
impianti in co-digestione,
invece, le quantità di azoto
nel digestato aumentano, come
pure le superfici di terreno
necessarie. Ad titolo di esempio,
ricordiamo che una tonnellata
di insilato di mais contiene
circa 4,2 kg di azoto.
UN TEST DEL CRPA
Tra il 2007 e il 2008, il Crpa
ha monitorato un impianto
di biogas alimentato con i
liquami di un allevamento di
suini all'ingrasso (10.500 capi
all'ingrasso). La produzione
di effluenti zootecnici è risultata
mediamente pari a 120
m 3 /giorno, equivalente a circa
42 m 3 /tpv/anno, che, rapportata
al volume utile del
digestore, comporta un tempo
di ritenzione idraulico
medio di 23 giorni circa. La
potenza elettrica installata è
215 kW, mentre la produzione
di energia elettrica annuale
è risultata pari a 1.043 MWh,
che rapportata a 8.760 ore si
traduce in una potenza elettrica
media effettiva di 119
kW. La produzione di energia
e la conseguente potenza
elettrica media erogata è risultata
essere condizionata sia
dai tempi tecnici di manutenzione
che dal peso vivo presente
in allevamento e dalla
dinamica delle vendite dei suini
grassi.
Nel caso esaminato, le rese di
trasformazione della sostanza
organica caricata in biogas
è risultata pari a 0,423
Nm 3 /kgSV, ovvero 0,283 Nm 3
di metano/kgSV. Considerando,
invece, la taglia dimensionale
dell'impianto di cogenerazione
e i relativi rendimenti
elettrici, la resa in energia
elettrica ottenuta dell'impianto
è risultata di 0,99
kWh/kgSV.