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12 n. 25/2011 IL RUOLO DELLA FIBRA GREZZA NELLA PRODUZIONE DI BIOGAS che si sta facendo in Italia nella L’esperienza conduzione dei fermentatori per la produzione di biogas, soprattutto negli impianti di più recente realizzazione, fa avanzare la convinzione che buona parte delle conoscenze proprie del nutrizionista che si occupa di bovine da latte possa essere trasferita con successo anche a chi si occupa della produzione di biogas. L’obiettivo della ricerca che stiamo conducendo insieme a BTS è di poter prevedere la risposta energetica fornita dai diversi foraggi immessi nei digestori, sulla base della loro composizione, in maniera dinamica e cioè nel corso del processo. Il rumine della bovina può essere considerato un grande digestore dove decine di tonnellate di batteri di diverse specie operano incessantemente. Una componente fondamentale dei vegetali utilizzati nell’alimentazione zootecnica ma anche nei digestori per la produzione di biogas, è la fibra. La fibra non può essere digerita direttamente dagli animali ma viene attaccata da microrganismi che vivono in speciali camere fermentative naturali, il rumine e l’intestino, e da questa viene ricavata energia che svolge ruoli dietetici insostituibili. Il processo di digestione della fibra da parte dei batteri è lungo e laborioso ed inizia dall’interno della cellula, dove i batteri secernono enzimi che liberano il glucosio da pectina, emicellulosa e cellulosa. La digestione viene ostacolata ed inibita dalla presenza di lignina, che è un componente non digeribile. Poiché nel rumine e nell’intestino la fibra viene trattenuta per un tempo relativamente breve, una parte della fibra non viene digerita. La lignina è componente essenziale delle piante ed aumenta la sua presenza nei tessuti man mano che avanza la maturità della coltura, con un allungamento dei tempi di digestione. La lignina non viene digerita dai batteri ma si lega a cellulosa ed emicel- [ INFOBIOGAS ] [ DI ANDREA FORMIGONI* ] [ TAB. 1 - RAPPORTI FRA LIGNINA E NDF INDIGE- RIBILE (INDF) IN ALCUNI ELEMENTI *Università di Bologna N° MEDIA INDF/LIGNINA MIN. MAX. Buccetta soia 4 0,97 0,56 1,46 Polpe bietola 4 0,71 0,64 0,84 Cruscami 4 2,88 2,82 2,93 Farinaccio grano 4 2.24 1,7 2,61 Medica 20 2,5 1,93 2,92 Fieno misto 3 2,75 2,57 2,99 Loietto 1 3,17 .. .. Silomais 10 3,64 2,8 4,83 Triticale (Dimorfipa, 2010) 10 3,63 2,31 4,15 [ TAB. 2 - LIGNINA & FIBRA INDIGERIBILE NDF % LIGNINA % INDF/ LIGNINA INDF % DNDF % DNDF/NDF % 45 2,5 3 7,5 37,5 83,3 45 3,5 3 10,5 34,5 76,7 45 4,5 3 13,5 31,5 70,0 45 3,5 2,8 9,8 35,2 78,2 45 3,5 3,8 13,3 31,7 70,4 45 3,5 4,8 16,8 28,2 62,7 lulosa e così facendo rende una parte della cellulosa indigeribile. Nella tabella 1 vengono riportati i dati relativi alla masticazione e alla velocità di degradazione della fibra nei digestori in confronto con quello che avviene nei ruminanti. In definitiva la presenza di lignina rallenta l’utilizzo di sostanza organica, non è digeribile quindi non contribuisce a produrre metano, rende indigeribile una parte più o meno rilevante di fibra che non contribuirà a formare metano. Se ad esempio abbiamo un silomais con il 45% di NDF, il 3,5% di lignina e un rapporto iNDF/lignina pari a 4 che costituisce un fattore di indi- [ Andrea Formigoni. geribilità, il 31% della fibra di quel silomais non può essere digerita nel fermentatore e quindi ne abbasserà la resa in biometano. Nella tabella 2 si riporta l’esempio di foraggi che a parità di NDF presentano valori di lignina crescenti. Si nota che la quota di fibra utile e quindi capace di essere digerita, varia dall’83,3% al 62,7% man mano che aumenta il contenuto di lignina. Per la corretta stima del potenziale fermentativo delle fonti fibrose è necessario tener conto della lignina e della quota di fibra ad essa legata e quindi indigeribile. I batteri per fermentare al meglio la fibra debbono essere riforniti di tutti i nutrienti necessari e il trattamento fisico degli alimenti rende più veloce e completa la degradazione della fibra, quindi il galleggiamento nel digestore con mancato o incompleto contatto batteri-fibra, rallenta il processo di fermentazione. La nostra ricerca mira a predisporre un modello per la stima dinamica della produzione di energia e della sua economicità e la valutazione della sostanza organica fermentescibile tiene conto dei seguenti parametri: 1)livelli di lignina, 2)dell’NDF e delle proteine non degradabili, 3) crescita batterica, 4) composizione del digestato.
n. 25/2011 [ INFOBIOGAS ] 13 BIODRY, SISTEMA DI ESSICCAZIONE CHE VALORIZZA L’AZOTO [ DI ALESSANDRO CHIUMENTI* ] Nell’ambito del progetto RiduCa Reflui finanziato dalla regione Veneto e coordinato da Veneto Agricoltura, si sta conducendo un monitoraggio delle tipologie di trattamento degli effluenti di allevamento ritenute più significative nell’ottica del rispetto della Direttiva Nitrati. Le soluzioni offerte sono molteplici e possono essere ricondotte essenzialmente in tecnologie distruttive, cioè che comportano l’allontanamento dell’azoto dal digestato e in trattamenti conservativi che non eliminano l’azoto ma lo rendono utilizzabile. L’essiccazione del digestato in uscita dall’impianto di biogas può essere considerato un processo conservativo dal momento che i nutrienti vengono conservati negli output del sistema rappresentati da una matrice organica essiccata e da una soluzione di solfato ammonico. E’ stato proposto un monitoraggio del primo impianto di essiccazione realizzato da BTS in Italia su scala reale, nell’azienda Andretta che ha 670 bovini all’ingrasso su una superficie agricola di 86 ettari. L’impianto di biogas in funzione viene alimentato con biomasse e liquami e ha una potenza di 1.069 kWe. L’essiccazione del digestato viene effettuata utilizzando un sistema a doppio nastro attraversato da un flusso d’aria riscaldata con l’ener- *Università di Udine [ FIG. 1 - L’ESSICCATOIO ANDRETTA gia termica recuperata dal raffreddamento del motore e dei gas di scarico provenienti dall’unità di cogenerazione. L’aria in uscita dal letto di essiccazione viene sottoposta a lavaggio con acqua acidificata con acido solforico con conseguente produzione di solfato di ammonio. L’impianto di essiccazione monitorato è in grado di trattare una massa pari a circa il 47% del digestato prodotto, cioè circa 12,6 t/giorno determinando una rimozione dal flusso principale del digestato del 47% di azoto trasferito tal quale princi- palmente al solido essiccato ( 1,2 t/giorno) e al solfato d’ammonio (0,3 t/giorno). Il prodotto essiccato è caratterizzato da un contenuto di sostanza secca dell’ordine dell’85-90% con un contenuto di azoto totale di circa 30g/kg. Il solfato di ammonio è prodotto in una soluzione al 35% con un pH pari a 3-4 ed una concentrazione di ammonio che può raggiungere anche 1003. Le caratteristiche e la quantità di tale prodotto sono strettamente legate al tipo di prodotto trattato, alla qualità dell’aria esausta e infine alla [ FIG. 2 - SCHEMA DEL SISTEMA DI ESSICCAMENTO [ Alessandro Chiumenti. gestione del sistema di scrubbing acido. I risultati del monitoraggio indicano un efficace abbattimento delle emissioni di ammoniaca fino al 90% con scrubber a potenzialità massima ottenendo concentrazioni di ammoniaca nell’aria in uscita accettabili di 11 mg/m 3 contro valori massimi rilevati dell’ordine di 50 mg/m 3 con minore utilizzo di acido solforico. Le soluzioni di tipo conservativo non determinano dunque una riduzione dell’azoto ma una sua valorizzazione agronomica attraverso il digestato prodotto mantenendono il potere fertilizzante anche se con i nutrienti suddivisi in prodotti diversi. Gli output di questi processi quali ad esempio il digestato essiccato e il solfato d’ammonio ottenuti dall’essiccazione ovvero il concentrato palabile dell’evaporazione sotto vuoto, o ancora le frazioni solide ottenute da processi di separazione S/L ed il concentrato derivante dal trattamento con membrane, sono tutti processi da un significativo contenuto di azoto. Il potenziale agronomico di questi prodotti è superiore a quello del digestato e la riduzione dei volumi da gestire rappresenta un vantaggio notevole. E’ bene tenere presente che ai fini di una riduzione effettiva del carico di azoto una parte di questi prodotti deve essere trasferita fuori azienda.
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