LEHMANN Maschinenbau GmbH - B.T.S. Biogas

Bioaccelerator: Abbassamento dei costi di alimentazione
importanza della lisi cellulare
5. Info Biogas Montichiari 23.01.2009
LEHMANN
Maschinenbau GmbH
Jocketa-Bahnhofstraße 34
D- 08543 Pöhl
23.01.2009 Pr 45-8 Bioaccelerator: Abbassamento dei costi di
alimentazione- limportanza della lisi cellulare.ppt
Tel.: (+49) 037439 / 744- 0
Fax: (+49) 037439 / 744-25
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1

Tecnica sollevamento
Schwerlasthubtechnik
carichi pesanti
Hydraulik
Idraulica
Sondermaschinenbau
Costruz. macchine speciali
- in Tradition sächsischer Ingenieur-Technik -
Sonderanlagenbau und Zulieferung
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Ingegneristica Umwelttechnischer ambientale
costruzione Zulieferung
Anlagenbau
impianti Fornitura
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L EH M A N N Ma s ch in en ba u G mbH
Engineering
2

MSZK 15
MSZK sistemi per lo sfibramento
e la compattazione
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MSZK 65-90
Sfibramento Compattazione
MSZK 180-250
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3

Fibra legnosa (microscopio elettronico analitico)
Lisi termomeccanica tramite estrusore a coclea doppia
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4

Bioestrusione (princìpi)
Coclee ingrananti, controrotanti provocano
Energia meccanica
Sminuzzamento
Schiacciamento
Frantumazione
Lisi idrotermica
alta pressione
alta temperatura (legata alla pressione)
La distensione improvvisa provoca
Frantumazione della struttura cellulare
Pressione / calore
Fase lignina
Carico alternato (cavità) tramite ripetizioni continue
> Lisi / sfibramento / plastificazione <
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5

Bioestrusione (Vantaggi)
Miglioramento delle caratteristiche meccaniche
1. Adatta negli impianti di biogas per substrati di difficile gestione come letame, sfalci
erba, stocchi di mais, paglia, erba, insilati, piante intere, rifiuti biologici
2. Nessuno strato galleggiante
3. Buona trasportabilità, facilità di flusso in tubi e valvole
4. Bassa energia di miscelazione, dato che il substrato estruso scende ad altezza
media e si distribuisce bene
5. Alta omogeneità del substrato (lestrusore è un miscelatore ad alta intensità)
6. Alto contenuto di ss inseribile attraverso la via delle sostanze solide
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6

Bioestrusione (Vantaggi)
Miglioramento della decomposizione biochimica
1. Formazione di nuovi ceppi batterici in base allofferta di cibo tramite la meccanica
delle superfici di contatto
2. Incremento della velocità di reazione nella decomposizione della biomassa a
causa delle superfici più grandi e delle condizioni ottimali di reazione e ambiente
3. Abbassamento del tempo di ritenzione con un migliore grado di decomposizione
risparmio per il volume di fermentazione
4. Incremento della produzione di gas del contenuto di sostanza secca organica
5. Aumento del carico con un migliore rapporto C/N
6. Bassa differenza di temperatura tra il substrato estruso e il fermentatore
7. Le pressioni alte allinterno dellestrusore provocano leliminazione di germi, spore
fungine e semi di malerbe riduzione dellazione dei germi
cibo ideale per i batteri
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7

Vantaggi per lagricoltura
> Il fattore importante è la sostanza secca organica disponibile <
1. Aumento della resa tramite lutilizzo di piante con alto contenuto di ss
Substrato
Segale ibrida*
Mais
Differenza
Condizione
del
substrato
GPS
Insilato
Bioestrusione (Vantaggi)
Raccolto SS
20 t/ha
40 t/ha
80%
30%
Raccolto
16 t/ha SS
12 t/ha SS
2. La monocoltura del mais come pianta energetica non è più lunica opzione (v. s.
esempio)
3. Risparmio nel dispendio logistico (lumidità rimane sul campo, meno volume da
trasportare, meno umidità nellimpianto) e nel volume del silo
4. I campi sono disponibili più velocemente
5. Miglioramento del valore del suolo tramite rotazione libera delle colture
1 kg SSo = 1 m³ Biogas x 0.7 (tasso di decomposizione), 4 t / ha x 0.7 = 2.8 t / ha = 2.800 m³ Biogas / ha resa aggiuntiva
2.800 m³ Biogas x 1.85 = 5.180 kWh x 0.20 / kWh (EEG 2009) = 1.036.- / ha resa aggiuntiva
* La segale ibrida viene raccolta come insilato della pianta intera 14 giorni prima del raccolto normale.
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SSo
92,8%
90,0%
Raccolto
14,8 t/ha SSo
10,8 t/ha SSo
4,0 t/ha SSo
Produzione
di corrente
19.166 kWh = 3.833,20 /ha
13.986 kWh = 2.797,20 /ha
5.180 kWh = 1.036,00 /ha
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Bioestrusione (Calcolo dei benifici)
Kosten / Nutzen der Bioextrusion im Vergleich (Der Nachweis bedarf immer der Einzelfallbetrachtung)
( Quelle: Sächsische Landesanstalt, Schriftenreihe, Heft 19/2008, S.91-93 - Auszug ) von Dr.Cl.Brückner
ohne Bioextrusion mit Bioextrusion
Leistungen ges. () bezogen auf 8.286 t FM (207 ha) bezogen auf 7.264 t FM (182 ha) Differenz
Maissilage original Maissilage fein (extrudiert) anrechenbare
Mehraufwendungen
pro tFM pro tFM /tFM
Abschreibungen 100.000 12,07 106.250 14,63 6250 0,86
Zinsen 39.000 4,71 42.000 5,78 3000 0,41
Versicherung 6.400 0,77 6.800 0,94 400 0,06
Wartung, Instandhaltung
Betriebsmittel 80.000 9,65 85.000 11,70 5000 0,69
Strom für Aufbereitungsanlage
7.366 0,89 22.320 3,07 14954 2,06
Arbeitskosten 13.156 1,59 12.782 1,76 -374 -0,05
Sonstige Kosten 16.640 2,01 17.680 2,43 1040 0,14
Summe Mehrkosten 262.562 31,69 292.832 40,31 30270 4,17
Nutzen ges. () bezogen auf 440 kWhel / t FM bezogen auf 502 kWhel / t FM 62
pro tFM pro tFM /tFM
Mehrerlös x 0,20 / kWh el (EEG 2009) 88,00 100,40 12,40
Gewinn pro t FM durch Extrusion 8,23
Gewinn pro Jahr 59.803,60
zuzüglich · Wärmenutzung
· bessere Hektarerträge / Subtratkosten
· Logisitik-, Betriebskosteneinsparung
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9

0,8
0,6
0,4
0,2
Resa del gas
3
A/m/kg SSo
5
Incremento della resa di biogas
tramite lisi idrotermica (Bioestrusione)
A/m³/kg SSo= Produttività riferita al substrato in m³ Biogas / kg sostanza secca organica
V opt.
E=14%
Materiale estruso
Substrato non trattato
10 15 20 25 30 35
Ritenzione
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V/d
Schema 2:
Incremento della resa di gas tramite il
miglioramento della disponibilità biologica
- Superficie
-Meccanica delle superfici di
contatto
nellimpianto esistente.
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10

Incremento della resa del biogas
tramite lisi idrotermica (Bioestrusione)
con bioestrusione
senza bioestrusione
Produzione di corrente
Media settimanale [kWh d -1 ]
Schema 1: Produzione meda settimanale (kwh/d)
Sia nellesercizio batch sia nellimpianto esistente si è ottenuto un incremento della resa del
biogas grazie alla lisi idrotermica. (nello schema ca. il 30 % di resa in più).
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Dopo 37 sett.
bioestrusione
settimana
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Incremento della resa del biogas
tramite lisi idrotermica (Bioestrusione)
Volume giornaliero nella cofermentazione di liquame con insilato di mais
Originale: pre-sminuzzato con una Estrusore: sfibrato secondo il principio termomeccanico
falcatrinciatrice
Schema 3
Incremento della resa del gas nellesercizio batch (estratto dal rapporto VTI 064 2/02)
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Abbassamento della ritenzione
Incremento del carico specifico organico tramite bioestrusione
Carico organico Ritenz.
ritenzione
senza
bioestrusione
carico organico
Strati galleggianti
con
bioestrusion
e
senza strati
galleggianti
Grazie alla lisi si accorcia la ritenzione, mentre il grado di decomposizione dei resti di fermentazione rimane uguale o
viene persino migliorato.
Ciò significa: - Meno volume fermentativo necessario --> impianti più piccoli e compatti oppure
--> maggiore resa con le stesse dimensioni dellimpianto
-Meno energia necessaria per lagitazione; perciò lenergia utilizzata per il processo di
-sminuzzamento e lisi non grava sul bilancio energetico in confronto a un impianto tradizionale.
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settimana
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Resa metano
Insilato di
mais
originale
Insilato di
mais
estruso
Fermentazione dellinsilato di mais
Resa
biogas
Resa
metano
Conten.
metano
Incremento resa metano
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resa
metano
Ricavo
addizionale
Ins. mais
estruso
Ins. mais
non estr.
Aumento di
giorni
resa
biogas
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Resa metano
Insilato di
erba
originale
Insilato di
erba
estruso
Fermentazione dellinsilato derba
Resa
biogas
Resa
metano
Conten.
metano
Incremento resa metano
23.01.2009 Pr 45-8 Bioaccelerator: Abbassamento dei costi di
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resa
metano
Ricavo
addizionale
Ins. erba
estruso
Ins. erba
non estr.
Aumento di
giorni
resa
biogas
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Abbassamento della ritenzione
Incremento del carico specifico organico tramite bioestrusione
3
2
Produttività del gas specifica per limpianto in m³ Biogas / m³ Volume fermentativo / giorno
3 Bh3
G/M/m xd
1
F
Stato della
tecnica
Nuova procedura
1 2 3 4 5 6 7 8
FB/kg Sso/wd
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0
3
F
- La meccanica delle superfici di contatto tramite
bioestrusione garantisce un alto tasso di decomposizione
della biomassa
- Alto carico specifico organico senza variazioni
significative della concentrazione di acido propionico
- Il materiale scende sul livello intermedio e si evita la
formazione di strati galleggianti
La bioestruzione permette lutilizzo di nuove
sostanze biogene come la cellulosa o materiali
contenente emicellulose (paglia, sfalci derba, letame
ecc.) e la formazione di nuovi batteri metanogeni
favorita dalla presenza di cibo disponibile dopo la
lisi.
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Tecnica di bioestrusione
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Portata e consumo energetico per biomasse
scelte
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Leistung [kWh/t FM]
24
22
20
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
Consumo energetico medio
Tendenza dei valori di potenza* del substrato in riferimento alla SS
15 20 30 40 50 60 70 80
TS - Gehalt
23.01.2009 Pr 45-8 Bioaccelerator: Abbassamento dei costi di
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1
*) i valori di potenza comprendono: Dosatore, coclea / nastro / rivelatore, bioestrusore, coclea / nastro
1 impianto di biogas 500 KW, insilato di mais 30% SS, tecnica di immissione e lisi ca. 4,7 kWh/t FM (Agrofarm 2000)*
2 impianto di biogas 192 KW, insilato di mais, GPS, cereali 50% SS, tecnica di immissione e lisi ca. 7,4 kWh/tFM (Hertel, Möschwitz)
Foto di entrambi gli impianti nel periodico Biogasanlagenbau
Unulteriore dipendenza deriva dal contenuto di fibra grezza del substrato, dal contenuto di ceneri ecc.
* Valori tratti dal documento 19/2008 Biomasseaufbereitung zur Vergärung (Landesanstalt für Landwirtschaft)
2
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18

Pressa-filtro-coclea FSP 500-30
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FSP 500-30 è stata sviluppata
per la separazione delle fasi (solido/liquido)
di sospensioni pompabili,
come p.es. il digestato derivante da impianti
di biogas.
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Compattazione
Pellettaggio
Bricchettatura
Trattamento dei residui di fermentazione
per ottenere combustibile (solido e gassoso) e fertilizzante
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20

kumulierte Gasmenge [l]
70
60
50
40
30
20
10
V 8 EXTRUDIERTER FM
V 9 NICHT EXTRUDIERTER FM
Confronto dei substrati testati 1
0
22.4.08 27.4.08 2.5.08 7.5.08 12.5.08 17.5.08 22.5.08 27.5.08 1.6.08
Confronto quantità cumulata di gas [l] per letame solido (FM) estruso
e non estruso
EXTRUDIERTER FM
240
220
200
180
160
NICHT EXTRUDIERTER FM
1
140
120
100
2
80
60
40
20
0
2
0 5 10 15 20 25 30 35 40
1) lt. KTBL
Verweilzeit [d]
2) lt. Handreichung FA Nachw. Rohstoffe
1
Biogasausbeute [m³/t FM]
Trasferimento dei valori da confrontare TUD iaa su resa di biogas m³/tFM
secondo KTBL o risultati FHS Wismar ecc. (letame bovino solido 22% SS)
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‡ I valori assoluti devono ancora essere
determinati!
‡ La composizione del letame (contenuto di
paglia, tempo di stoccaggio, tipo di paglia
ecc.) ha un ruolo fondamentale.
Vantaggi della bioestrusione
1. Aumento della resa di biogas fino a 3,45
volte assoluto di 40-60 m³/BG/t l (lt. KTBL
ecc.) su 138-207 m³/BG/t l (FHS Wismar,
TUD iaa)
2. Decomposizione più veloce in 15 giorni
(importante per il trattamento di grosse
quantità)
3. Costruzione di impianti più piccoli,
risparmio nei costi dinvestimento
4. Nessuno strato galleggiante
5. Miglioramento del valore fertilizzante
(disponibilità delle piante)
Conclusione
Senza bioestrusione il letame paglioso può
essere utilizzato solo parzialmente. 2 impianti
a secco con il 70% di letame muniti di
bioestrusione parlano chiaro.
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21

kumulierte Gasmenge [l]
70
60
50
40
30
20
10
Confronto dei substrati testati 2
90% STROH : 10% MAISSILAGE
80% STROH : 20% MAISSILAGE
0
22.4.08 27.4.08 2.5.08 7.5.08 12.5.08 17.5.08 22.5.08 27.5.08 1.6.08
Quantità cumulata di gas [l] 90% paglia, 10% insilato di mais e 80% paglia, 20% insilato di mais
Quantità cumulata di gas [l] 90% paglia, 10% insilato derba e 80% paglia, 20% insilato derba
23.01.2009 Pr 45-8 Bioaccelerator: Abbassamento dei costi di
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kumulierte Gasmenge [l]
70
60
50
40
30
20
10
90% STROH : 10% GRASSILAGE
80% STROH : 20% GRASSILAGE
0
22.4.08 27.4.08 2.5.08 7.5.08 12.5.08 17.5.08 22.5.08 27.5.08 1.6.08
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22

Confronto dei substrati testati 3
La fermentabilità dei
substrati analizzati è data.
80
Maggiori quantità di gas sono state
misurate con unaggiunta del 10% di
erba o mais.
60
Il contenuto di metano nel biogas era
uguale per quasi tutti i substrati
40
analizzati e ammontava al 51 55 %
(unica eccezione il letame con il 59%) 20
Grassilage 100 % unzerfasert
Grassilage 100 % zerfasert
Le aggiunte del 10% di insilato derba
o di mais hanno prodotto le stesse
quantità di gas.
Il contenuto medio di metano nel
Versuchsdauer [d]
biogas con laggiunta di insilato di mais
ammontava al 54% mentre con laggiunta di
insilato derba ammontava al 51%.
Quantità cumulata [l] di insilato derba sfibrato e non sfibrato
La concentrazione di acido solfidrico in entrambi i reattori era bassa e ammontava a 700 ppm.
Con laggiunta del 20%di vari prodotti la produzione di gas era identica per lutilizzo di letame,
erba e panello di colza. Laggiunta del 20% di mais invece ha prodotto il 30% di gas in più.
Grazie allestrusione di letame si possono raggiungere maggiori rese di gas in confronto
allutilizzo di letame non estruso.
23.01.2009 Pr 45-8 Bioaccelerator: Abbassamento dei costi di
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kumulierte Gasmenge [l]
0
0 5 10 15 20 25 30
23

Esempio di un piccolo impianto
Esempio di un impianto La nostra meta: Clienti soddisfatti
Fermentazione a umido 195 kW elettrici
Impianto con: - Dosatore con catena fresante 25 m³
- Nastro con metal detector
- Estrusore MSZB 22e
- Coclea di trasporto
- Coclea a sifone
23.01.2009 Pr 45-8 Bioaccelerator: Abbassamento dei costi di
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Sin dallinizio il nostro impianto funziona in
maniera stabile e affidabile. Grazie alla
bioestrusione non abbiamo strati galleggianti
e riusciamo a raggiungere una produzione
maggiore di biogas fino al 19% in confronto
alla lista KTBLk*.
* Kuratorium f. Technik und Bauwesen in der
Landwirtschaft e.V.
H. Hertel, agronomo e gestore dellimpianto di
biogas, Möschwitz Gmd. Pöhl / Vogtlandkreis
Input: Insilato derba
Insilato di piante intere
Insilato di mais
Paglia
Sfalci derba
Letame/ Liquame
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Esempio di impianto
23.01.2009 Pr 45-8 Bioaccelerator: Abbassamento dei costi di
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La nostra meta: Clienti soddisfatti
Bioextruder MSZ B 55e
14 bioestrusori installati, alcuni in
impianti con fermentazione a secco
secondo C.A.R.M.E.N. e.V., installati
dal 2004 al 2007, parlano chiaro.
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25

Nastro per
eliminazione di
impurità con
metal detector
Pompa
Coclea
Estrusore
Tecnica di caricamento Biogas
Nastro trasportatore
Nastro trasportatore
Tramoggia con
raschiatore
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Apparecchio per
sciogliere balle di
paglia
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Grazie per la cortese attenzione!
Ci sono domande?
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Fax: (+49) 037439 / 744-25
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