Produrre biogas - Ermes Agricoltura

I SUPPLEMENTI DI
48
Produrre biogas
un’opportunità
che piace agli agricoltori
A cura di MAGDA C. SCHIFF - CRPA Spa, Reggio Emilia
e di ANTONIO APRUZZESE - Redazione “Agricoltura”
ASSESSORATO AGRICOLTURA, ECONOMIA
ITTICA, ATTIVITÀ FAUNISTICO-VENATORIE

I SUPPLEMENTI DI
48
Produrre biogas
un’opportunità
che piace agli agricoltori
© Copyright Regione Emilia-Romagna - Anno 2011
Foto di copertina
Banzi, Crpa Spa, Fotolia, Samaritani/Meridiana Immagini,
Foto del fascicolo interno
Banzi, Cervellati, Paddok/Marchetti, Arch. Crpa
Coordinamento redazionale
Magda C. Schiff, Crpa Spa, Reggio Emilia e Antonio Apruzzese, rivista “Agricoltura”.
Distribuzione
Redazione “Agricoltura” - Viale della Fiera, 8 - 40127 Bologna - Tel. 051.5274289 - 5274701 - Fax 051.5274577
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Il Sole 24 ORE (BU Business Media) - Via Monte Rosa, 91 - 20149 Milano - Tel. 051.6675822
E-mail: marketing.edagricole@ilsole24ore.com

SOMMARIO
05 PREFAZIONE
Rinnovabili compatibili con ambiente e comunità
di Tiberio Rabboni
06 PRESENTAZIONE
Progetto Sebe,
opportunità per l’agricoltura di qualità
di Nicola Labartino
07 Impianti a effluenti bovini:
una pratica interessante
di Claudio Fabbri, Sergio Piccinini, Fabio Verzellesi
12 Digestione anaerobica a colture dedicate
di Claudio Fabbri, Sami Shams-Eddin,
Filippo Bondi, Sergio Piccinini
16 Le rese in biogas del sorgo e del mais
di Mariangela Soldano, Nicola Labartino
19 Utilizzo della separazione solido-liquido
del digestato
di Claudio Fabbri, Sergio Piccinini, Fabio Verzellesi
22 Biogas e Parmigiano-Reggiano:
una coesistenza possibile?
di Paola Vecchia, Sergio Piccinini
27 Progettazione e gestione:
le prove di laboratorio
di Mariangela Soldano, Giuseppe Moscatelli, Claudio Fabbri
31 Siti e impatto ambientale:
le norme in Emilia-Romagna
di Giuseppe Bonazzi, Lorella Rossi,
Andrea Giapponesi, Leonardo Palumbo

Rinnovabili compatibili
con ambiente e comunità
TIBERIO RABBONI, Assessore all’Agricoltura, Economia Ittica, Attività faunistico-venatorie, Regione Emilia-Romagna
La produzione di energie rinnovabili da biomasse di origine agricola e zootecnica
sta assumendo, grazie ai progressi in campo scientifico e tecnologico e alla politica
di incentivazione, un ruolo sempre più significativo nella formazione del bilancio
energetico del nostro Paese.
Le aziende agricole sono protagoniste in questo campo. La Regione ne ha
sostenuto l’iniziativa attraverso un piano d’azione articolato in cinque misure,
tra le quali un budget di 9 milioni di euro per bandi Psr di cofinanziamento, ma
soprattutto cercando una soluzione per conciliare la vocazione alimentare della
nostra produzione agricola con quella energetica. La via è stata quella della
complementarietà tra le due produzioni attraverso l’utilizzo energetico degli effluenti
zootecnici, dei sottoprodotti e scarti, dei terreni marginali.
Questo è il senso delle linee guida regionali per il fotovoltaico a terra che hanno
fissato il limite del 10% di copertura massima delle superfici agricole aziendali
disponibili. Ed è anche il senso delle successive linee guida per la localizzazione
degli impianti a biogas, biomasse, eolici, idroelettrici, anche se, naturalmente,
non potevano intervenire sulla causa prima del grande sviluppo delle coltivazioni
agricole destinate alla trasformazione energetica, vale a dire l’elevata redditività
assicurata dalle attuali tariffe elettriche incentivanti nazionali.
Le linee guida regionali si sono date, inoltre, un secondo grande obiettivo
propedeutico allo sviluppo delle rinnovabili in un territorio rurale con elevati livelli
insediativi: la compatibilità della trasformazione energetica con la qualità dell’aria,
dell’ambiente e della vita di comunità. Insomma un quadro di reali certezze per tutti
all’interno del quale collocare scelte imprenditoriali particolarmente significative per
il nostro futuro.
PREFAZIONE
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PRESENTAZIONE
Progetto Sebe, opportunità
per l’agricoltura di qualità
NICOLA LABARTINO, CRPA Spa, Reggio Emilia
Il biogas, una delle filiere agro-energetiche con il più alto trend di crescita nelle regioni del nord Italia, è
un’ottima opportunità per raggiungere gli obiettivi del Piano Energetico Regionale dell’Emilia-Romagna.
Attualmente nella regione sono presenti 63 impianti di biogas, nel settore agro-zootecnico, di cui 17
in costruzione (fonte Crpa: censimento maggio 2011).
Il progetto Sebe (Sustainable and Innovative European Biogas Environment) ben si inserisce in questo contesto
di crescita del comparto, dato che con la sua attività mira a ottimizzare e ampliare l’utilizzazione del biogas
a livello transnazionale. Gli obiettivi generali del progetto Sebe - che vede coinvolti il Crpa di Reggio Emilia
e l’Environment Park di Torino, insieme ad altri 12 partner provenienti dal settore privato e pubblico di Austria,
Slovenia, Polonia, Slovacchia, Germania, Repubblica Ceca, Romania e Ungheria - sono la protezione e l’uso
responsabile delle risorse naturali. In particolare Sebe (www.sebe2013.eu) fa parte del programma Central
Europe Programme (www.central2013.eu), finanziato dall’Unione Europea
e volto a migliorare l’innovazione, la fruibilità e la gestione ambientale per
accrescere la competitività e l’attrattiva dei Paesi che ne sono protagonisti. Nello
specifico, Sebe vuole favorire lo sviluppo del settore della produzione di energia
rinnovabile da biogas con l’intento di rendere i Paesi coinvolti meno dipendenti
dalle importazioni estere per quanto riguarda l’approvvigionamento energetico,
contribuendo nel contempo al raggiungimento degli obiettivi fissati dall’UE di
ridurre di almeno il 20% le emissioni di gas a effetto serra e aumentare al 20%
il consumo di fonti rinnovabili.
All’interno del progetto il Crpa ha individuato in Emilia-Romagna quattro impianti di biogas (Az. agricola
Antonio di Molinella - BO; Az. Agricola Cazzani di Medicina-Buda - BO; Cat di Correggio - RE; Persiceto
Bioenergia di San Giovanni in Persiceto - BO) per monitorarne i principali parametri relativi all’efficienza
energetica, all’affidabilità gestionale e alla convenienza economica. In questi impianti vengono
organizzate giornate dimostrative per i portatori di interesse (stakeholder) del settore. In varie province
dell’Emilia-Romagna, inoltre, il Crpa svolge corsi di formazione sul biogas. Per dare supporto tecnicoinformativo
è stato anche attivato un servizio sul sito italiano del progetto (http//sebe.crpa.it) per rispondere
ai quesiti inerenti la produzione di biogas da biomasse agro-zootecniche.
Questo supplemento riporta una serie di esperienze del Crpa nell’ambito della produzione di biogas, che
focalizzano l’attenzione sulle principali problematiche tecnico-gestionali. Produrre biogas, infatti, può essere
una buona integrazione di reddito per gli agricoltori, a patto però che l’impianto, le biomasse e il digestato
vengano gestiti nella maniera più appropriata e nel rispetto delle linee guide regionali, le quali tengono
conto delle peculiarità territoriali e produttive di qualità dell’agricoltura emiliano-romagnola.
6

IL BIOGAS COME OPPORTUNITÀ
Impianti a effl uenti bovini:
una pratica interessante
CLAUDIO FABBRI, SERGIO PICCININI, FABIO VERZELLESI - Crpa Spa, Reggio Emilia
Negli ultimi anni la costruzione di impianti di biogas
ha coinvolto in modo consistente il mondo
agricolo tanto che, secondo un’indagine condotta dal
Crpa nel maggio 2011 (Fabbri et al. - L’Informatore
Agrario. Supplemento al n. 26/2011), si è arrivati alla
realizzazione di circa 521 impianti per circa 350 MW
di potenza elettrica installata.
Di questi, il 57,9% sono impianti di co-digestione
di effl uenti zootecnici, sottoprodotti agroindustriali
e colture dedicate, il 29% utilizza solo effl uenti e il
13,1% colture energetiche e/o sottoprodotti agroindustriali.
L’utilizzo in digestione anaerobica solo degli effl uenti
zootecnici comporta molti vantaggi:
– produzione di energia rinnovabile senza modifi che
all’assetto colturale dell’azienda;
– diminuzione delle emissioni di odori e gas ad eff etto
serra (principalmente metano) in atmosfera;
– ottenimento, alla fi ne del processo, di una riduzione
di circa il 50% del contenuto di sostanza secca e del
2-5% del volume degli effl uenti, che diventano più
facilmente pompabili;
– stabilizzazione della sostanza organica residua che
mantiene un elevato valore ammendante;
CAPI IN LATTAZIONE
per il 70% circa dei capi cuccette testa
a testa con corsie di alimentazione e
smistamento pulite quotidianamente
con raschiatore; per il 30% restante
cuccette testa a testa con 1 corsia di
alimentazione e 1 corsia di smistamento
su fessurato
– miglioramento dell’effi cienza d’uso dell’azoto, quando
utilizzato secondo le buone pratiche agricole.
Al fi ne di consentire una corretta valutazione del grande
potenziale energetico disponibile, soprattutto nelle
aree a elevata vocazione zootecnica, vengono riportati
in questo articolo i risultati di un’esperienza della
durata di circa sei mesi condotta in un impianto di
digestione anaerobica alimentato con soli effl uenti zootecnici.
Si tratta di un impianto di biogas realizzato
da Brevetti Cremonesi presso l’allevamento di bovini
da latte dell’azienda F.lli Pedrotti di Reggio Emilia.
Descrizione dell’azienda
Tab. 1 - TIPOLOGIA DI STABULAZIONE.
CAPI IN ASCIUTTA
lettiera permanente
e corsia di
alimentazione pulita
quotidianamente
con raschiatore
La F.lli Pedrotti produce latte per Parmigiano-Reggiano
ed è composta da due distinti siti aziendali, distanti tra
loro circa un paio di chilometri. I bovini in lattazione
sono circa 700, 190 sono i capi in asciutta e 700 circa
sono i vitelli, le manzette e le manze nel loro complesso,
per un totale di quasi 1.600 capi presenti. Nei piani
aziendali è previsto un ampliamento dell’allevamento
per ulteriori 150 bovini in lattazione, fi no a portare la
mandria ad un totale di circa 1.800 capi (tabella 1).
MANZE
cuccette con fessurato
e fossa sottostante di
stoccaggio o lettiera
permanente con
corsia di alimentazione
pulita con raschiatore
MANZETTE
lettiera integrale
7

IL BIOGAS COME OPPORTUNITÀ
Le sale di mungitura sono due: in un caso le acque
di lavaggio vengono gestite separatamente dagli effluenti
della stalla, mentre nell’altro viene fatta la
miscelazione. In tabella 2 sono riportate le caratteristiche
dei due effl uenti, la cui produzione è risultata
pari complessivamente a 110-115 t/giorno in primavera
e a 120-125 t/giorno nei mesi estivi, per eff etto della
diluizione dei liquami provocata dai sistemi di raff rescamento
evaporativo presenti nelle stalle delle vacche
produttive. La disponibilità di solidi totali è risultata
mediamente pari a quasi 11.000 kg/giorno, con una
percentuale media di solidi volatili dell’81% circa, pari
a 12,3 kg ST/giorno/capo produttivo o 9,7 kg SV/giorno/capo
produttivo.
8
Descrizione dell’impianto
L’impianto è composto da un sistema di pretrattamento
degli effl uenti al carico, due digestori anaerobici
completamente miscelati e riscaldati in regime mesofi
lo coperti con teli gasometrici a doppia membrana
(tabella 3), un sistema di separazione solido/liquido a
compressione elicoidale del digestato e una vasca di
stoccaggio della frazione chiarifi cata coperta con telo
per il contenimento delle emissioni gassose residue.
Il biogas prodotto viene avviato ad un cogeneratore di
potenza elettrica installata pari a 330 kWe, già dimensionato,
quindi, per la consistenza prevista dal nuovo
ampliamento dell’allevamento.

Risultati
Nel corso del periodo monitorato
sono stati raccolti i dati
di funzionamento e di resa
dell’impianto relativi sia alla
fase di avviamento che a regime.
Durante la fase di avviamento,
durata circa 2,5 mesi,
è stato progressivamente aumentato
il carico di effl uenti,
con brevi intervalli per modifi
che dovute all’esigenza di
mettere a punto il sistema di
pretrattamento, miscelazione
e carico. Nel periodo di
funzionamento a regime il
carico organico volumetrico
è risultato pari a circa 2,3-2,5
kg SV/m3 1,2
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
/giorno.
0,0
febbraio marzo
Nel grafi co 1 sono riporta-
350
te le curve di produzione
specifi ca di biogas rappor-
300
tate sia alla volumetria
250
utile del digestore che alla
200
quantità di solidi volatili
caricati. In entrambe le
150
curve è evidente una pri-
100
ma fase di avviamento in
50
cui all’aumentare del carico
organico e della messa a
regime del processo biologico
le rese specifi che aumentanoprogressivamente;
segue una fase stabile in
0
cui i valori oscillano in un intervallo piuttosto ristretto.
Le variazioni di produzione sono riconducibili principalmente
a due motivi:
– interventi sulle componenti elettromeccaniche di regolazione
(miscelazione, riscaldamento, carico, regolazione
delle pressioni, regolazioni del motore, ecc.)
necessari al fi ne di individuare i parametri ottimali di
funzionamento;
– variabilità delle matrici dovuta principalmente alla diluizione
provocata dalle precipitazioni qualora gli scarichi
Potenza elettrica media sulle 24h
Produzione specifica di biogas
GRAF. 1 - RESA DI CONVERSIONE IN GAS DELL’IMPIANTO.
aprile maggio giugno luglio agosto
m 3 biogas/kg SV m 3 biogas/m 3 digestore/giorno
GRAF. 2 - POTENZA ELETTRICA MEDIA SULLE 24 ORE [kW].
marzo aprile maggio giugno luglio agosto settembre
potenza elettrica media sulle 24 ore
dei pluviali o la raccolta degli sgrondi dai paddock non
siano regimentati a dovere (in questo caso le quantità
di effl uente prodotte giornalmente possono anche raddoppiare
o triplicare), oppure alla modifi ca della dieta
o alla variazione della quantità di lettime.
Nel periodo a regime la produzione media di biogas è
risultata di 380-400 m 3 biogas/t SV. La percentuale di
metano nel biogas prodotto è stata mediamente pari al
54,5%, mentre la produzione specifi ca di metano è risultata
pari a 0,22 m 3 metano/kg SV.
9

IL BIOGAS COME OPPORTUNITÀ
La produzione elettrica generata dall’impianto è stata mediamente
di circa 6.500 kWh/giorno, per una potenza
elettrica rapportata alle 24 ore pari a 272 kWe (fi gura 2),
equivalenti a 0,30 kWe/capo produttivo presente o 2.600
kWhe/capo produttivo/anno. Gli autoconsumi elettrici, invece,
sono risultati pari a 940 kWh/giorno, cioè il 14,4%
della produzione totale. La produzione netta giornaliera
è quindi risultata di circa 5.550 kWh, mentre il risultato
produttivo totale arriva a quasi 2.000 MWh/anno.
Con l’applicazione della tariff a omnicomprensiva di 280
€/MWh il fatturato lordo ammonta a 560.000 euro, pari
a 800 €/bovino in lattazione.
In tabella 4 sono riportati i dati analitici del digestato tal
quale e delle due frazioni dopo separazione solido-liquido.
10
Conclusioni
La variabilità e la non sempre regolare disponibilità di
effl uenti bovini messe in evidenza nel corso delle attività
di monitoraggio impone, per gli impianti alimentati
esclusivamente con questa biomassa, una progettazione
accurata. Allo scopo servono una analisi preliminare
particolarmente approfondita delle modalità di gestione
degli effl uenti nella stalla - dalla tecnica di rimozione
alla gestione delle acque di lavaggio della sala mungitura
e delle acque meteoriche - fi no all’uso di altre tecniche
che potrebbero infl uire sulla diluizione dei prodotti e
delle relative caratteristiche chimico-fi siche.
Rispetto ad altri impianti alimentati a biomasse vegetali

dedicate, inoltre, gli autoconsumi elettrici sono più alti
perché le rese per unità di solidi volatili e le concentrazioni
di sostanza secca sono più basse e ciò comporta un
maggior dispendio per la movimentazione e la miscelazione.
Nonostante il breve periodo di monitoraggio dell’impianto
(6 mesi), si può comunque aff ermare che la produzione
di biogas da soli effl uenti zootecnici permette di
ottenere risultati molto interessanti sia in termini energetici
che economici.
Le rese produttive sono state dell’ordine dei 380-400
Tab. 2 - CARATTERISTICHE CHIMICHE DEGLI EFFLUENTI AVVIATI A DIGESTIONE ANAEROBICA.
TIPOLOGIA DI EFFLUENTE pH ST SV NTK N-NH4+
[-] [g/kg] [g/kg] [%ST] [mg/kg] [%ST] [mg/kg] [%NTK]
Liquame con acque lavaggio
sala mungitura
7,11 48,9 40,9 82,8 1.493 4,6 656 43,9
Liquame senza acque lavaggio 7,25
sala mungitura
80,4 63,4 78,7 3.097 4,3 1.585 51,2
Letame 8,03 163,9 137,3 83,8 4.610 2,9 1.492 32,4
Tab. 3 - CARATTERISTICHE COSTRUTTIVE DELL’IMPIANTO.
m 3 biogas/t SV con il 54,5% di metano, equivalenti
a circa il 40% in meno di quanto producibile mediamente
con la stessa quantità di sostanza organica da
un buon insilato di mais, ma a costi di approvvigionamento
molto bassi o nulli.
Non sono poi da sottovalutare i benefi ci ambientali derivanti
dalla riduzione delle emissioni di gas ad eff etto
serra, come pure il contenimento dell’impatto olfattivo
al momento dell’utilizzo agronomico del digestato,
rispetto all’effl uente zootecnico non sottoposto a digestione
anaerobica.
PARAMETRO UNITÀ MISURA VALORE
Tipologia [-] CSTR
Numero digestori [n°] 2
Volume totale lordo [m3 ] 4.560
Volume totale netto [m3 ] 3.800
Carico organico volumetrico (COV) [kg SV/m3 /giorno] 2,3-2,5
Tempo di ritenzione idraulica (HRT) [giorni] 30-35
Tab. 4 - CARATTERISTICHE CHIMICHE DEGLI EFFLUENTI AVVIATI A DIGESTIONE ANAEROBICA
E DEL DIGESTATO PRODOTTO.
TIPOLOGIA DI EFFLUENTE pH ST SV NTK N-NH4+
[-] [g/kg] [g/kg] [%ST] [mg/kg] [%ST] [mg/kg] [%NTK]
Miscela media al carico 7,8 97 81,3 83,98 3.236 3,34 1.420 43,9
Digestato tal quale 7,82 56,36 40,86 72,23 3.400 5,6 2.039 60,4
Digestato chiarificato 7,94 45,9 29,18 63,52 3.419 7,47 2.067 60,6
Digestato solido separato 8,63 259 231 89,2 5.111 1,97 1.802 35,2
11

IL BIOGAS COME OPPORTUNITÀ
Digestione anaerobica
a colture dedicate
CLAUDIO FABBRI, SAMI SHAMS-EDDIN, FILIPPO BONDI, SERGIO PICCININI - Crpa Spa, Reggio Emilia - Azienda Cominello, Volta Mantovana (MN)
Fin dalla sua nascita il mercato del biogas non ha
avuto uno sviluppo omogeneo sul territorio nazionale,
ma si è concentrato in particolare in Lombardia,
Piemonte, Veneto ed Emilia-Romagna. Il più delle
volte si è trattato di aziende agricole che hanno convertito
la propria produzione di cereali da granella alla
produzione di energia, ma ci sono stati anche casi di
aziende zootecniche che hanno ampliato la propria superfi
cie agricola coltivata per coniugare le due attività.
L’impianto di Volta Mantovana
Tra queste l’azienda agricola Cominello di Volta Mantovana
(MN), che ha realizzato un impianto di digestione
anaerobica alimentato a colture dedicate e sottoprodotti
agroindustriali, nel quale confl uiscono matrici da circa
180 ha dei diversi soci agricoltori, oltre che da ulteriori
12
Tab. 1 - CARATTERISTICHE COSTRUTTIVE DELL’IMPIANTO.
150 ha di fornitori non soci. L’impianto è entrato in
produzione nel settembre 2009.
L’impianto di produzione di biogas è costituito da due
digestori primari completamente miscelati e riscaldati
per operare in mesofi lia del volume utile di circa 2.283 m 3
cadauno, connessi con due tramogge automatiche su
celle di carico che provvedono al caricamento degli insilati
di mais a intervalli di tempo prefi ssati (tabella 1).
Il digestato uscente dai reattori primari viene pompato
nel reattore secondario di 3.385 m 3 e da qui alle vasche
di stoccaggio fi nale coperte (due vasche da 3.385 m 3 ).
Il volume lordo totale dedicato direttamente al processo
di digestione anaerobica è pari a 7.940 m 3
(7.280 m 3 utili), il volume di stoccaggio (6.760 m 3
lordi), invece, viene utilizzato nella digestione limitatamente
al periodo in cui il digestato è presente.
Nei momenti di massima presenza di digestato in im-
PARAMETRO UNITÀ MISURA VALORE
Tipo di reattore (1) CSTR
Numero digestori n° 3
Volume totale lordo m3 7.940
Volume totale netto m3 7.280
Volume di stoccaggio del digestato m3 6760
Temperatura di processo °C 38-40
Tempo ritenzione idraulica (2) giorni 130-140
Potenza elettrica installata CHP(3) kW 999
(1) CSTR: reattore completamente miscelato e riscaldato
(2) considerando il solo carico di biomasse solide (insilati) e escludendo il volume delle vasche di stoccaggio;
(3) CHP: cogeneratore.

pianto, di conseguenza, il volume di processo è pari a
14.700 m 3 lordi (13.480 m 3 netti), equivalenti a 13,5
m 3 /kWe installato.
Tutte le vasche realizzate, comprese quelle di stoccaggio,
sono dotate di copertura gasometrica a doppio
telo con sostentamento pneumatico a pressione diff erenziata.
Per l’utilizzo del biogas prodotto e raffi nato
viene utilizzato un cogeneratore da 999 kWe.
Lo stoccaggio delle colture dedicate (prevalentemente
insilato di mais) viene fatto in tre trincee di cemento
armato costruite in opera.
Verifi ca dell’effi cienza
Presso l’impianto dell’azienda Cominello il Crpa ha
realizzato un programma di monitoraggio per verifi care
l’effi cienza di conversione delle biomasse utilizzate,
ma anche per rilevare i principali parametri di funzionamento
dell’impianto e individuare eventuali problemi
gestionali. Il periodo considerato è stato di quello
compreso fra l’avvio dell’impianto (settembre 2009) e
la fi ne di novembre 2010, per un totale di 457 giorni
di lavoro ovvero 10.968 ore.
In questo lasso di tempo l’impianto ha prodotto 10.354
MWhe. Gli autoconsumi (tabella 2) per il funzionamento
dei cogeneratori e dei digestori sono stati pari a 947
MWhe, equivalenti al 9,2% della produzione lorda. La
potenza media prodotta, calcolata sulle 24 ore, è stata di
944 kWe, pari al 94,4% della potenza installata del cogeneratore.
In fi gura 1 viene riportato l’andamento del-
FIG. 1 - POTENZA ELETTRICA PRODOTTA
NEL PERIODO MONITORATO.
FIG. 2 - RIPARTIZIONE DEI SOLIDI VOLATILI CARICATI
NELL’IMPIANTO PER TIPOLOGIA DI MATRICI ORGANICHE.
Tab. 2 - SINTESI DEI PARAMETRI DI PRODUZIONE ENERGETICA
DELL’IMPIANTO NEL PERIODO DI MONITORAGGIO (15 MESI) E PER ANNO.
PARAMETRO UNITÀ DI MISURA PERIODO MONITORATO (15 MESI) PER ANNO
Produzione lorda energia elettrica MWh 10.354 8.270
Potenza elettrica media prodotta kW 944 944
- percentuale della potenza installata % 94,4 94,4
Autoconsumo ausiliari cogeneratore MWh 393 314
- percentuale della produzione lorda % 3,8 3,8
Autoconsumo impianto digestione MWh 554 443
- percentuale della produzione lorda % 5,4 5,4
Produzione di energia elettrica vendibile MWh 9.406 7.513
13

IL BIOGAS COME OPPORTUNITÀ
la produzione della potenza
elettrica totale giornaliera
dell’impianto. Rapportando
i valori monitorati all’arco
temporale annuale, la
produzione elettrica lorda
è risultata pari a 8.270
MWhe (equivalente ad un
funzionamento giornaliero
del cogeneratore a pieno
carico di 22,6 h), mentre la
produzione netta vendibile
è stata di 7.513 MWhe.
Carico della biomassa nelle tramogge dosatrici.
Mediamente sono state
caricate 50,3 t di matrici
organiche (18.311 t/anno, per il 95% da insilati
di mais), equivalenti a 16,7 t/giorno di solidi volatili
(6.095 t SV/anno). In tabella 3 sono riportate le caratteristiche
chimiche medie del digestato: considerando
la percentuale di solidi volatili (SV) sui solidi totali
Vista aerea dell’impianto di digestione anaerobica.
14
(ST) è possibile calcolare una conversione dei solidi
volatili in biogas pari al 78%. La resa di conversione
biologica delle biomasse è stata pari a 638 Nm 3 /t SV,
corrispondente a 331 Nm 3 /t SV di metano (212 Nm 3
biogas/t di biomassa).

Conclusioni
Nel caso degli impianti alimentati prevalentemente a colture
energetiche, la costanza del prodotto permette di costruire
impianti affi dabili anche se più complessi e con esigenze di
competenze sia ingegneristiche che biologiche importanti.
Nel caso preso in esame le rese di trasformazione della
sostanza organica caricata è risultata molto vicina ai
valori riscontrabili in letteratura: a fronte di un carico
complessivo di 18.311 t/anno (6.095 t SV/anno) la produzione
di biogas è risultata pari a 3.886.000 Nm 3 /anno
(2.013.000 Nm 3 metano/anno). In termini specifi ci
ciò ha comportato una resa di conversione biologica di
638 Nm 3 biogas/t SV con una percentuale di metano del
Tab. 3 - CARATTERISTICHE CHIMICHE DEL DIGESTATO NELLE DIVERSE SEZIONI DELL’IMPIANTO.
PARAMETRO UNITÀ DI MISURA FM1 FM2 FM3 SF
pH - 7,8 7,77 7,91 7,92
ST g/kgtq 88,7 88,1 82,3 73,3
SV g/kgtq 72,4 72,1 68,18 57,8
%ST 81,7 81,8 82,8 78,8
NTK mg/kgtq 4.408 4.903 4.953 4.783
%ST 4,89 5,57 6,07 6,81
N-NH4+ mg/kgtq 2.034 2.070 2.175 2.471
%NTK 45,4 40,1 42,8 51,7
FM1 e FM2: digestori primari, FM3: postfermentatore, SF: stoccaggio
Tab. 4 - INDICI DI EFFICIENZA PRODUTTIVA DELL’IMPIANTO.
51,8% che porta ad una resa in metano di 331 Nm 3 /t SV.
Non sono mancati problemi di carattere impiantistico e
gestionale: le problematiche maggiori sono state legate alle
coperture, all’allestimento del gruppo di cogenerazione e
alla gestione biologica. L’adozione del monitoraggio continuo
attraverso la registrazione di tutti i parametri funzionali
e di carico, nonché delle caratteristiche chimiche
del digestato, hanno consentito di gestire in modo ottimale
l’impianto. L’esperienza maturata nella conduzione ha fornito,
inoltre, gli elementi per redigere una programma di
controlli ispettivi e di manutenzione preventiva e predittiva
dell’impianto, anche con l’adozione di un protocollo di
valutazione della qualità dei trinciati che ha permesso di
ridurre al minimo la variabilità della produzione.
INDICE UNITÀ DI MISURA VALORE
Carico organico volumetrico (COV) kgSV/m3digestore/giorno 2,29
Tempo di ritenzione idraulica giorni 138
Resa specifica di conversione in biogas Nm3 /t SV 638
Nm3 /t tal quale 221
Resa specifica di conversione in metano Nm3 /t SV 331
Nm3 /t tal quale 114
Percentuale metano % 51,8
Produzione gas per unità di volume di digestione (GPR) Nm3 /m3 digestore/giorno 1,36
Resa specifica di conversione in energia elettrica kWhe/kgSV 1,37
15

Utilizzo della separazione
solido-liquido del digestato
CLAUDIO FABBRI, SERGIO PICCININI, FABIO VERZELLESI - Crpa Spa, Reggio Emilia
Il digestato è il frutto di una serie molto complessa di reazioni che
- seppur non variando in modo signifi cativo il quantitativo di
azoto introdotto nel digestore - ne modifi cano la composizione.
Durante il processo di digestione anaerobica, infatti, parte della
sostanza organica delle diverse forme di azoto organico viene
demolita per produrre biogas, mentre il gruppo amminico
ad essa legato viene liberato in soluzione sotto forma di azoto
minerale (ione ammoniacale, N-NH4+); l’entità di queste reazioni
dipende dal tipo di composto azotato e dall’effi cienza
del processo di digestione anaerobica. Parte dell’azoto ammoniacale
presente nel materiale
all’interno dei digestori viene
allontanato con il biogas, ma
tale quota rappresenta in genere
non più dell’1-2% della
quantità di azoto complessivamente
caricato con le diverse
matrici.
Le quote di azoto organico e
di quello ammoniacale che
si ritrovano nel digestato dipendono
quindi dalla “dieta”
utilizzata per alimentare il digestore.
Nel caso di impianti
alimentati a soli effl uenti zootecnici
l’azoto ammoniacale
nel digestato può arrivare
fi no all’80-85% dell’azoto
totale, mentre negli impianti
alimentati a sole colture
dedicate tale quota arriva
generalmente al 50-60%.
In linea generale la gestione
del digestato viene notevolmente
agevolata se questo
viene sottoposto a separazio-
ne solido-liquido. Il trattamento, infatti, genera una frazione
chiarifi cata, che contiene principalmente azoto in forma ammoniacale,
e una frazione palabile caratterizzata da un’elevata
percentuale di sostanza organica parzialmente stabilizzata. La
frazione chiarifi cata potrebbe essere, quindi, usata per fertilizzare
le colture, in luogo del concime di sintesi, a patto che venga
utilizzata in periodi coincidenti con lo sviluppo colturale e
facendo in modo di limitare le emissioni gassose ammoniacali
che avvengono durante la distribuzione. La frazione solida potrebbe,
invece, essere valorizzata ai fi ni ammendanti.
19

IL BIOGAS COME OPPORTUNITÀ
Vantaggi nella gestione
degli effl uenti
Dal punto di vista della gestione
pratica degli effl uenti,
inoltre, la separazione solido-liquido
previene i problemi
di fl ottazione superfi
ciale delle frazioni sospese
(il caratteristico “cappello”)
negli stoccaggi e/o la sedimentazione
sul fondo delle
vasche, che nel tempo ne riduce
la capacità di contenimento,
cioè il volume utile.
L’interesse per l’implementazione
di questa tecnologia
negli impianti a biogas è
elevato, ma lo sviluppo contrasta con la problematica della
destinazione d’uso dell’azoto introdotto nel sistema. L’attuale
tecnologia di produzione di biogas, infatti, comporta
spesso la realizzazione di impianti che prevedono l’aggiunta
di biomasse (insilati di cereali e/o sottoprodotti agroindustriali)
con elevati tenori di azoto, che incrementano
signifi cativamente il quantitativo di azoto al campo che i
gestori degli impianti si trovano a dovere distribuire. Ciò
potrebbe compromettere o ridurre in modo signifi cativo
la fattibilità di impianti di questo tipo nelle aziende con
limitata disponibilità di terreno per l’utilizzo agronomico
della frazione chiarifi cata.
In uno studio condotto dal Crpa sull’utilizzo della separazione
solido-liquido con le macchine più comunemente utilizzate
in questo settore (sistemi a compressione elicoidale),
sono stati analizzati i principali fattori che infl uiscono sull’effi
cienza di separazione. Questa viene convenzionalmente
espressa come la quota parte del singolo elemento (peso,
azoto totale, azoto ammoniacale, solidi totali, ecc.) che viene
separata/segregata nella frazione solida/addensata rispetto alla
quantità dello stesso elemento avviata al trattamento.
Le prove hanno riguardato tre distinti impianti di biogas
caratterizzati da diversi mix di alimentazione (colture dedicate
+ sottoprodotti vegetali e animali; solo colture dedicate;
colture dedicate + sottoprodotti vegetali) e compressore
elicoidale. La compressione elicoidale lavora sul principio
fi sico della fi ltrazione per compressione attraverso un ce-
20
Separatore e platea di stoccaggio con solido separato.
stello forato e di fatto consente di trattenere soprattutto la
frazione più fi brosa e particellare di media/grossa dimensione
a cui è legata la frazione di azoto organico, mentre la
frazione di azoto ammoniacale, soluta come ione minerale
nella frazione liquida, fi ltra attraverso i fori del cestello.
Di conseguenza, quanto maggiore è la diluizione del prodotto,
minore la dimensione delle particelle e maggiore la
quantità di azoto ammoniacale in relazione alla quantità di
azoto totale, tanto minore è l’effi cienza di separazione che
la macchina è in grado di esercitare.
Diversi gradi di effi cienza
Sulla base delle risultanze analitiche è stato possibile desumere
che le effi cienze di separazione diff eriscono in modo
considerevole quando le stesse macchine sono applicate a
digestati di caratteristiche chimico-fi siche diverse:
– l’effi cienza di separazione in peso passa dal 16,3%, media
per digestati molto densi al 9,2% di solidi totali e derivanti
da sole colture dedicate, al 6,1% quando derivanti
da digestati al 5,9% di solidi totali prodotti con colture
dedicate e sottoprodotti animali e vegetali;
– l’effi cienza di separazione dei solidi totali, allo stesso
modo, si riduce dal 39,9 al 22%, così come l’effi -
cienza di separazione dei solidi volatili che passa dal
46,9 al 26,7%: la riduzione dell’effi cienza è dell’ordine
del 45% per i solidi totali e del 43% per i solidi volatili;

– in merito all’azoto totale, le
diff erenze nella miscela al
carico e le relative caratteristiche
chimiche hanno un
duplice eff etto in quanto
viene ridotta contemporaneamente
sia l’effi cienza
di separazione dei solidi
totali, e quindi dell’azoto
organico, sia dell’azoto ammoniacale:
l’effi cienza di
separazione passa dal 18,4
al 7,3% con una riduzione
del 60% circa;
– l’effi cienza di separazione
dell’azoto ammoniacale
passa dal 14,1 al 4,9% con
una riduzione del 65%;
– l’effi cienza di separazione
del fosforo passa dal 38,5
al 19,6% con una dinamica
del tutto simile a quella
dei solidi totali, mentre
l’effi cienza di separazione
del potassio passa dal 14,6
al 4,3% con una dinamica
simile a quella dell’azoto
ammoniacale. Ciò, ovviamente,
a causa del fatto
che il fosforo è legato
principalmente alla presenza
di solidi totali, mentre
il potassio è soluto in
soluzione acquosa al pari
dell’azoto ammoniacale.
In defi nitiva, il monitoraggio
di diff erenti macchine funzionanti in diverse condizioni operative
ha permesso di ricavare una serie di curve di effi cienza.
Dall’elaborazione dei dati sono emersi alcune importanti considerazioni
ed elementi utili per la progettazione e la gestione degli
impianti di digestione anaerobica:
– l’alimentazione dell’impianto infl uenza in modo determinante
le caratteristiche chimiche e fi siche del digestato
e questo, a sua volta, l’effi cienza di separazione dei diversi
elementi chimici;
FIG. 1 - EFFICIENZA DI SEPARAZIONE IN PESO IN FUNZIONE DELLA CONCENTRAZIONE
DI SOLIDI TOTALI PRESENTI NEL DIGESTATO AVVIATO AL TRATTAMENTO.
Efficienza separazione peso
Efficienza separazione azoto totale
Solidi totali (g/kg)
FIG. 2 -EFFICIENZA DI SEPARAZIONE DELL’AZOTO TOTALE
IN FUNZIONE DELL’EFFICIENZA DI SEPARAZIONE DEI SOLIDI TOTALI.
Efficienza separazione solidi totali
– l’effi cienza è direttamente proporzionale al contenuto di
solidi totali e di azoto totale (fi gure 1 e 2);
– all’aumentare del contenuto di azoto ammoniacale l’effi -
cienza di separazione dell’azoto sia totale che ammoniacale
si riduce a causa dell’elevata solubilità di questo composto;
– la separazione del fosforo segue le dinamiche della separazione
dei solidi totali, mentre la separazione del potassio
segue la dinamica della separazione dell’azoto ammoniacale.
21

IL BIOGAS COME OPPORTUNITÀ
Biogas e Parmigiano-Reggiano:
una coesistenza possibile?
PAOLA VECCHIA, SERGIO PICCININI - Crpa Spa, Reggio Emilia
Negli ultimi mesi il dibattito sulle opportunità e
sulle problematiche che derivano dall’installazione
di digestori anaerobici per la produzione di
biogas nel comprensorio del Parmigiano-Reggiano è
stato particolarmente acceso. Le questioni che legano
biogas e formaggio Dop sono, a questo proposito,
essenzialmente dovute al timore di un aumento della
contaminazione con spore di clostridi degli ambienti
22
di produzione del latte, a seguito della produzione
e utilizzazione di insilati negli impianti di biogas in
associazione a effl uenti zootecnici e al relativo spandimento
dei digestati sui terreni a foraggere destinate
all’alimentazione delle bovine da latte.
Altri aspetti di preoccupazione riguardano la produzione
di essenze vegetali da orientare alla produzione
di biogas e le possibili turbative in termini di disponibilità
e di prezzo degli
alimenti zootecnici.
Con delibera dell’Assemblea
legislativa n. 51 del
26 luglio 2011 la Regione
Emilia-Romagna ha
definito le disposizioni
per la localizzazione degli
impianti che producono
energia elettrica a
partire da fonti energetiche
rinnovabili (eolica,
da biogas e idroelettrica).
Per quanto riguarda
gli impianti di biogas,
vengono stabiliti livelli di
attenzione particolari per
il territorio di produzione
del Parmigiano-Reggiano
e per le zone di coltivazione
dei prati stabili. Il
territorio di produzione
del Parmigiano-Reggiano
è considerato non idoneo
all’installazione di
impianti di produzione
di energia da biogas e
produzione di biometa-

no «qualora gli impianti utilizzino silomais o altre
essenze vegetali insilate, fatto salvo il caso in cui
l’utilizzazione agronomica del residuo del processo
di fermentazione (digestato), tal quale o trattato,
avvenga in terreni ubicati all’esterno del medesimo
comprensorio».
Il problema dei clostridi
La microfl ora legata agli ambienti di produzione del
latte rappresenta un elemento fondamentale di caratterizzazione
e di qualifi cazione dei formaggi a denominazione
d’origine, ma altrettanto signifi cativamente
può infl uenzarne negativamente gli andamenti
maturativi e quindi la qualità, in modo particolare
quella del Parmigiano-Reggiano in quanto prodotto
senza l’ausilio di additivi per il controllo dello sviluppo
microbico.
Il controllo della contaminazione ambientale da spore
di Clostridium (componente batterica particolarmente
dannosa per le produzioni casearie con grave
deprezzamento del prodotto) in aziende che producono
latte per Parmigiano-Reggiano è da molto tempo
oggetto di prescrizioni da parte del disciplinare di
produzione.
I clostridi sono batteri anaerobi e sporigeni (formano
all’interno della cellula vegetativa un’endospora).
Le spore, resistenti al calore, a radiazioni e a diversi
agenti chimici, mantengono a lungo la possibilità
di germinare e dar luogo a nuove cellule vegetative
quando si presentano condizioni ambientali idonee.
Questi batteri sono ubiquitari e possono essere isolati
23

IL BIOGAS COME OPPORTUNITÀ
dal suolo, dall’acqua, dalla polvere, da sedimenti, da
feci, da materiale in decomposizione, ecc.
La diff usione dei clostridi nella fi liera latte segue uno
schema preciso: le spore presenti nelle produzioni vegetali
imbrattate di terra infl uenzano la quantità di
quelle degli alimenti conservati; il numero di spore
negli alimenti condiziona quello nelle feci, che inevitabilmente
contaminano l’ambiente di allevamento,
gli animali, gli impianti di mungitura e di conseguenza
il latte; le feci, a loro volta, tornando come concimi
organici al terreno, restituiscono spore al suolo e
possono indurre anche un aumento del loro numero.
La presenza di spore negli alimenti zootecnici è,
quindi, la base della contaminazione del processo di
produzione del latte. La presenza di spore nel latte è
strettamente legata al numero di spore presenti nelle
feci, che generalmente sono più di quante ne siano
state ingerite dalle bovine con l’alimento.
Clostridium tyrobutyricum è la specie più comune nei
24
formaggi difettosi; meno frequenti C. butyricum, e
C. sporogenes. I primi due fermentano i carboidrati e
l’acido lattico, producendo acido butirrico, anidride
carbonica e idrogeno. Il terzo è responsabile di degradazioni
putrefattive dei composti azotati, liberando
acidi organici, anidride carbonica e composti maleodoranti.
La produzione di gas determina gonfi ore,
occhiature e spaccature della pasta del formaggio. La
produzione di acidi organici e l’attività proteolica
portano, invece, ad alterazioni di sapore e aroma. La
ricerca di ottimali condizioni nella pasta del formaggio
e alcune pratiche da adottare sia in azienda che in
stalla possono limitare fortemente i danni, ma non
eliminare il problema.
Pertanto i clostridi svolgono un ruolo fondamentale
negli impianti di digestione anaerobica contribuendo
all’idrolisi dei composti organici e alla produzione
delle molecole base utilizzate dai metanobatteri per la
produzione di metano.

Il contenuto di spore nel digestato
Nel 2009 il Crpa ha condotto una sperimentazione, fi nanziata
dalla Regione Emilia-Romagna con il contributo del
Consorzio del Parmigiano-Reggiano, tesa a verifi care gli
eff etti del processo di digestione anaerobica sulla presenza
di spore di Clostridium introdotte negli impianti di biogas
tramite liquami bovini tal quali o addizionati di altre frazioni
fermentescibili.
La sperimentazione nasceva dall’esigenza di non perdere
un’opportunità economica importante anche per le aziende
zootecniche da latte rappresentata dalla produzione di energia
da fonti rinnovabili, alla luce però della necessità di verifi -
carne la compatibilità con la qualità microbiologica dell’ambiente
di produzione del latte per Parmigiano-Reggiano.
All’avvio della sperimentazione
non erano disponibili
risultati di ricerche orientate
a defi nire l’entità della
presenza delle spore di clostridi
nei refl ui di impianti
di produzione di biogas da
co-digestione; per contro,
era viva la preoccupazione
che tali batteri anaerobi,
naturalmente presenti, potessero
trovare negli impianti
condizioni favorevoli
al loro sviluppo e che l’utilizzazione
agronomica dei
digestati potesse contribuire
ad aumentare la contaminazione
ambientale da
parte di questi batteri.
Allo scopo sono stati condotti
tre cicli di digestione
anaerobica in reattori da
laboratorio che simulano il
processo di produzione del
biogas come avviene in scala
reale. Ogni ciclo ha visto
l’utilizzazione contemporanea
di tre reattori; le matrici
in ingresso dei reattori,
per ognuno dei cicli, sono
state: liquame bovino proveniente da un allevamento per
la produzione di latte per Parmigiano-Reggiano tal quale;
liquame bovino proveniente da un allevamento per la produzione
di latte per Parmigiano-Reggiano addizionato con
insilato di mais; liquame bovino proveniente da un allevamento
per la produzione di latte per Parmigiano-Reggiano
addizionato con insilato di sorgo. Ogni ciclo, condotto
in mesofi lia (38-39°C), ha avuto una durata di 90 giorni
(start-up di 30 giorni, più un periodo di prova vero e proprio
di 60 giorni).
La composizione chimica e il profi lo fermentativo dei
materiali impiegati per alimentare i digestori, insilati
ed effl uenti zootecnici hanno mostrato valori normali.
La resa in biogas è stata quella attesa e maggiore per le
miscele liquame-insilato rispetto al solo liquame. An-
25

IL BIOGAS COME OPPORTUNITÀ
che i digestati ottenuti hanno mostrato caratteristiche
normali in base alla tipologia dei materiali utilizzati in
ingresso, a testimonianza di un regolare svolgimento dei
processi fermentativi e di metanogenesi.
Confrontando il contenuto di spore rilevato nelle tre
tipologie di digestato non si sono rilevate diff erenze statisticamente
signifi cative fra il contenuto di spore dei
digestati del reattore liquame+silomais e quello dei digestati
del reattore liquame+silosorgo: l’insilato di mais
e di sorgo, addizionati al liquame, hanno condizionato
allo stesso modo il contenuto di spore nei digestati.
La diff erenza è stata signifi cativa, invece, fra contenuto
di spore dei digestati dei reattori liquame+silomais e
liquame+silosorgo e quello dei digestati del reattore con
solo liquame: i digestati provenienti da solo liquame
hanno presentato un numero di spore più basso.
Facendo un bilancio delle spore in ingresso e in uscita
dai digestori si è rilevato che l’aumento delle spore nel
digestore solo liquame non è signifi cativo, mentre lo è
quello che si realizza nei digestori liquame-solomais e
liquame-silosorgo.
26
Conclusioni
Alla domanda se le spore di clostridi aumentano oppure
no nei digestati in uscita dagli impianti di biogas
rispetto a quelle presenti nei materiali in ingresso,
la sperimentazione condotta consente di rispondere
che le spore aumentano nei digestati provenienti da
digestori alimentati con insilati e liquame, mentre
non aumentano nei digestori alimentati con solo liquame.
I risultati ottenuti danno conto dell’attenzione che
deve essere posta nello sviluppo di una pratica innovativa
che può portare ad un arricchimento in spore
del materiale organico destinato ad essere utilizzato
come concime. Ciò avvalora le ragioni alla base
dell’adozione da parte della Regione Emilia-Romagna
del principio di precauzione, volto a evitare un
accumulo di spore nel ciclo produttivo del Parmigiano-Reggiano.
D’altra parte, sono indiscutibili le potenzialità tecniche
ed economiche del recupero di biogas nel settore
zootecnico da latte. Per
questo motivo si auspica
da più parti un “supplemento
d’indagine”, volto
ad ampliare e verifi care in
campo i risultati ottenuti
nella sperimentazione di
laboratorio, per meglio
delineare i limiti della
coesistenza fra produzione
di Parmigiano-Reggiano
e produzione di
biogas e defi nire l’eff ettiva
possibilità di una integrazione
sinergica delle
due fi liere: valutando, ad
esempio, l’uso di matrici
alternative agli insilati o
la possibilità di attenuare
la carica clostridica dei
digestati mediante opportune
modalità di gestione
degli impianti e degli
effl uenti.

Progettazione e gestione:
le prove di laboratorio
MARIANGELA SOLDANO, GIUSEPPE MOSCATELLI, CLAUDIO FABBRI - Crpa Spa, Reggio Emilia
Per dimensionare e gestire correttamente un impianto
per la produzione di biogas è necessario
tener conto del potenziale metanigeno delle biomasse
utilizzate. Occorre considerare, infatti, che solo una
parte di esse, i solidi volatili degradabili, viene convertita
in biogas. La quota di prodotto che non viene
convertita costituisce il cosiddetto digestato, che deve
poi essere stoccato e possibilmente utilizzato agronomicamente.
La fi liera biogas, di fatto, è praticamente l’unica fi liera
bioenergetica in cui un residuo del processo produttivo è
così fortemente vincolante in termini gestionali, normativi
ed economici. La quantità di digestato, la volumetria
dei bacini di stoccaggio, il quantitativo di azoto da gestire
e, in defi nitiva, i suoi costi di gestione dipendono dalle
caratteristiche di reattività delle biomasse scelte. A parità
di metano prodotto, le quantità di digestato e/o di azoto
da gestire possono andare da 1 a 10-20 volte, passando
da impianti alimentati a colture energetiche ad impianti
alimentati ad effl uenti zootecnici.
Conoscendo, inoltre, le quantità di biomasse disponibili
in azienda o reperibili
sul mercato e il relativo
potenziale metanigeno è
possibile defi nire sia il corretto
dimensionamento
delle volumetrie dell’impianto
di biogas che i costi
di approvvigionamento,
prima voce di spesa
nella conduzione di un
impianto di digestione
anaerobica quando si usano
biomasse dedicate. La
valutazione del potenziale
è, inoltre, particolarmen-
te importante quando si considera di introdurre nella
dieta dell’impianto sottoprodotti di origine agroindustriale,
che, per defi nizione, hanno una composizione
chimica molto variabile - oltre che da fornitore a fornitore
- anche nel tempo.
Esistono diversi sistemi di determinazione del potenziale
metanigeno: con analisi chimica, con metodo statico
(o in batch) e con metodo dinamico. La scelta di
applicare un metodo piuttosto che un altro dipende
essenzialmente dalle fi nalità e dall’importanza che ha
la misura.
Nel corso del 2011 il Crpa, con la propria struttura
Crpa Lab, ha realizzato un apparato per la valutazione
del potenziale metanigeno con “metodo statico”,
che si affi anca a quello già esistente per la valutazione
del potenziale metanigeno con “metodo dinamico”.
Il laboratorio nasce con l’obiettivo di fornire supporto
alle imprese di costruzione e ai gestori di impianti
per sviluppare proprie tecnologie di produzione di
biogas e verifi care le performance produttive delle diverse
matrici utilizzabili per produrre biogas.
CRPA Lab è un laboratorio dedicato alla ricerca industriale rivolto
ai settori dell’agroalimentare, dell’ambiente e dell’energia. CRPA
Lab ha avuto il sostegno finanziario della Regione Emilia-Romagna
(POR FESR 2007-2013) ed è insediato nel Tecnopolo di Reggio Emilia.
CRPA Lab è una divisione di CRPA Spa.
27

IL BIOGAS COME OPPORTUNITÀ
Il potenziale metanigeno (BMP)
L’elemento di base che maggiormente infl uenza qualunque
tipo di analisi, e dal quale gli studi di fattibilità per la realizzazione
di un impianto di digestione anaerobica devono
partire, è rappresentato dalla conoscenza del “Potenziale
Metanigeno Biochimico” o BMP (dall’inglese Biochemical
Methane Potential). Questo parametro esprime la quantità
di biogas/metano massimo potenzialmente ottenibile dalla
degradazione di una biomassa ed è espresso come Nm 3 /
kg SV, ovvero normal metri cubi di biogas per kg di solidi
volatili ovvero di sostanza organica. Accanto al volume di
biogas producibile, l’analisi deve sempre riportare anche
la percentuale di metano presente nel biogas, in quanto è
questo il combustibile utile per la conversione energetica.
Dispositivo per la determinazione del BMP con test statico progettato dal Crpa.
28
Il metodo statico del Crpa Lab
L’analisi del BMP con “metodo statico” viene condotta
in laboratorio cercando di simulare in un ambiente
controllato quanto avviene in un digestore anaerobico.
La biomassa da valutare viene dapprima analizzata e poi
miscelata ad un inoculo “aff amato”, cioè un substrato
organico predigerito e proveniente da un impianto che
possibilmente stia già utilizzando la biomassa da valutare,
e ad una soluzione di sali (per tamponare la produzione
di acidi e fornire i micronutrienti essenziali al
corretto sviluppo del consorzio batterico). La miscela
viene riposta in un piccolo digestore, tipicamente una
bottiglia da 1.000-1.500 ml, la cui forma dipende dalla
tipologia di prodotto da analizzare, e posizionata
in un ambiente termostatato
in cui viene mantenuta
costante la temperatura
di processo. Accanto
al digestore utilizzato per
la conduzione della prova,
occorre prevedere la conduzione
di un test con il
solo inoculo, in modo da
poter sottrarre alla produzione
di biogas della
miscela l’eff etto di produzione
residua dell’inoculo
stesso.
Il processo si innesca rapidamente,
grazie alla presenza
della fl ora microbica
che si trova nell’inoculo,
e la produzione di biogas
inizia sin dai primi giorni
del test. La curva di
produzione cumulativa di
biogas presenta, normalmente,
una prima parte di
crescita intensa per poi ridurre
la velocità di produzione,
in una seconda fase,
fi no a tendere nell’ultima
parte ad un asintoto orizzontale,
che rappresenta il

Dettaglio dei reattori della digestione anaerobica.
FIG. 1 - SCHEMA DI PRINCIPIO DEL DISPOSITIVO
REALIZZATO DA CRPA LAB.
valore massimo di produzione.
Il dispositivo realizzato
dal Crpa Lab dispone di
32 reattori indipendenti
e dotati ciascuno di una
propria linea di raccolta
del gas (fi gura 1). Vista
l’importanza che ha
la determinazione della
quantità di gas sviluppato,
il dispositivo è stato
realizzato con un doppio
di sistema di misura
in serie: manometrico e
massico. Il gas prodotto
nel reattore viene misurato
continuamente e
direttamente all’interno
del digestore analizzando
l’incremento di pressione
nello spazio di testa
con metodo manometrico
(la produzione di gas
è direttamente proporzionale
all’incremento di pressione nello spazio di
testa del digestore).
Ogni volta che la pressione del gas raggiunge una soglia
preimpostata, una valvola si apre e il contenuto
dello spazio di testa viene svuotato in un piccolo gasometro
esterno. Una volta raggiunta la massa critica
suffi ciente a fl ussare l’analizzatore di qualità, il biogas
viene pompato attraverso un sensore massico a dispersione
termica (il sensore massico a dispersione termica
misura la massa di biogas fl uente attraverso una correlazione
con la dissipazione di calore da una superfi cie
riscaldata, corretta per la composizione specifi ca del
biogas analizzato).
Un test per la qualità
Accanto alla misura della produzione di biogas il
test prevede, ovviamente, anche la determinazione
della qualità del biogas prodotto. La composizione
del biogas dipende dalla composizione chimica del-
29

IL BIOGAS COME OPPORTUNITÀ
le sostanze contenute nel
substrato e dai parametri
fisico-chimici della
prova: il contenuto di
metano (CH ) varia so-
4
litamentenell’intervallo compreso fra il 50 e
l’80% in volume, mentre
il contenuto di biossido
di carbonio (CO ) va- 2
ria nell’intervallo 20-50%.
Sono presenti anche basse
concentrazioni di idrogeno
(10-1.000 ppm), ammoniaca
(50-2.000 ppm),
idrogeno solforato (50-
2.000 ppm) e vari altri gas
in tracce.
Il test BMP statico generalmente
viene prolungato
fino a quando la produzione del giorno marginale
è pari a più dell’1% di tutta la produzione
accumulata. La misura viene fatta in continuo e
la curva cumulata della produzione fornisce anche
importanti informazioni in merito alla velocità di
degradazione. A titolo di esempio, in figura 2 sono
riportati due test BMP per due tipi di insilato
di cereale: sull’asse delle ascisse viene rappresentato
il tempo in giorni, sull’asse delle ordinate la
produzione di metano. Sono evidenti le differenze
dovute principalmente al tipo di frazioni fibrose
della biomassa: nel primo caso il potenziale massimo
viene raggiunto in circa 50 giorni, nel secondo
caso dopo circa 20 giorni la produzione cessa e la
curva non cresce più.
In generale nel rapporto di conduzione del test devono
essere riportati almeno i seguenti aspetti:
– descrizione del substrato;
– descrizione dell’inoculo;
– descrizione della matrice di fermentazione;
– andamento della formazione di biogas, descrizione
qualitativa del processo fermentativo con indicazione
del valore percentuale di metano;
– potenziale metanigeno espresso come Nm3 /kg SV,
ovvero normal metri cubi per kg di solidi volatili.
30
Produzione metano (Nm 3 /t SV)
FIG. 2 - TEST BMP PER DUE TIPI DI INSILATO DI CEREALE.
Durata del test (giorni)
Dettaglio dei gasometri di raccolta del biogas
prima della misura della qualità del biogas stesso.

Siti e impatto ambientale:
le norme in Emilia-Romagna
GIUSEPPE BONAZZI, LORELLA ROSSI - Crpa Spa, Reggio Emilia
ANDREA GIAPPONESI - Servizio Sviluppo Sistema Agro-Alimentare Regione Emilia-Romagna
LEONARDO PALUMBO - Servizio Tutela e Risanamento Risorsa Acqua Regione Emilia-Romagna
Con la delibera dell’Assemblea legislativa n. 51 del
26 luglio 2011 “Individuazione delle aree e dei siti
per l’installazione di impianti di produzione di energia
elettrica mediante l’utilizzo delle fonti energetiche
rinnovabili eolica, da biogas, da biomasse ed idroelettrica”,
la Regione Emilia-Romagna ha defi nito - in linea
con quanto previsto dal decreto del ministro dello
Sviluppo economico del 10 settembre 2010 “Linee
guida per l’autorizzazione
degli impianti alimentati
da fonti rinnovabili” - alcune
importanti disposizioni
sulla futura localizzazione
degli impianti di
biogas.
Si tratta di prescrizioni fi -
nalizzate ad evitare il cumolo
degli impianti e la
loro dispersione insediativa.
A tale scopo la Regione
obbliga a fare riferimento
alle leggi, ai piani
territoriali e urbanistici
(regionali, provinciali e
comunali) e ai piani settoriali,
adottati o approvati.
Nella stessa delibera
sono elencate le aree non
idonee, come le zone di
particolare tutela paesaggistica,
quelle perimetrate
nel Piano territoriale paesistico
regionale (PTPR)
o nei Piani provinciali e
Sistema di distribuzione del digestato a basso impatto ambientale.
comunali che abbiano provveduto a darne attuazione.
Di particolare interesse per il comparto agricolo regionale
sono le disposizioni stabilite per i nuovi impianti
di biogas progettati nei territori del comprensorio di
produzione del formaggio Parmigiano-Reggiano e nelle
zone di coltivazione dei prati stabili.
I primi non sono considerati idonei qualora gli impianti
utilizzino silomais o altre sostanze vegetali insilate, fat-
31

IL BIOGAS COME OPPORTUNITÀ
to salvo il caso in cui l’utilizzazione
agronomica del
residuo del processo di
fermentazione (digestato),
tal quale o trattato,
avvenga in terreni ubicati
all’esterno del medesimo
comprensorio.
Sono considerate idonee,
invece, all’installazione
di impianti di biogas le
zone di coltivazione dei
prati stabili, ricadenti
nell’ambito delle zone
di tutela naturalistica, di
cui all’art. 25 del PTPR,
a condizione che gli impianti
siano realizzati da
aziende agricole zootecniche
ivi insediate e che,
quando localizzati nel
comprensorio di produzione
del formaggio Parmigiano-Reggiano,
non
utilizzino silomais o altre
essenze vegetali insilate.
Le disposizioni relative alla localizzazione degli impianti
non si applicano, tuttavia, oltre che ai procedimenti
già conclusi alla data di pubblicazione del provvedimento
sul Burert, anche a quelli che risultino formalmente
avviati in data antecedente alla medesima pubblicazione,
per eff etto della presentazione dell’istanza
di autorizzazione unica ovvero del sostitutivo titolo
abilitativo. Sono inoltre esclusi - ai soli fi ni localizzativi
fermo restando, però, l’obbligo del rispetto delle
prescrizioni tecniche previste dal provvedimento - gli
impianti per i quali, alla data di pubblicazione sul Burert,
sia stata presentata domanda di accesso a fi nanziamento
pubblico e quelli previsti nei progetti di sviluppo
o riconversione del settore bieticolo-saccarifero.
Per assicurare sul territorio regionale misure uniformi
per l’abbattimento delle emissioni odorigene e contemperare
le esigenze di promozione della produzione
di energia da fonti rinnovabili con quelle di tutela
dell’ambiente e riduzione degli impatti sullo stesso, la
32
Distribuzione del digestato a “bande”.
delibera 51/11 stabilisce inoltre che la Giunta regionale
provveda ad elaborare criteri tecnici nella progettazione
e gestione degli impianti a biogas.
L’esercizio di un impianto di biogas, infatti, può determinare
una serie di ricadute negative sull’ambiente che
vanno attentamente considerate già in fase progettuale
e realizzativa. Ciò è particolarmente importante in una
regione come l’Emilia-Romagna dove le aree agricole
in cui tali impianti sorgono possono essere disseminate
di residenze sparse o anche di veri e propri aggregati di
abitazioni civili. Le misure di mitigazione di questi potenziali
impatti dovranno essere attentamente valutate
dalla Regione e riguardare i rumori e tutte le emissioni
in atmosfera di tipo diff uso e convogliato (ammoniaca,
gas serra, materiale particolato, ecc.).
Nello specifi co, in linea con quanto previsto dalla delibera
n. 51/11, particolare attenzione dovrà essere
posta alle emissioni odorigene, individuando idonee
misure strutturali e gestionali.

Lo stoccaggio delle biomasse…
Tra gli interventi strutturali di grande importanza vi sono
quelli relativi allo stoccaggio delle biomasse in arrivo da
inviare all’impianto. Per la loro diversa natura fi sica potranno
essere richieste modalità diverse di stoccaggio. Ad
esempio, per prodotti vegetali come mais, sorgo, triticale,
residui vegetali da agroindustria, ecc., da destinare
all’insilamento nell’area dell’impianto, potranno valere
le strutture e le tecniche di insilamento normalmente
utilizzate nelle aziende zootecniche per l’alimentazione
animale. Per le biomasse palabili da caricare all’impianto
nel giro di pochi giorni dall’arrivo, potranno essere,
invece, prescritte modalità
di stoccaggio diff erenziate
a seconda del tenore di
sostanza secca che le caratterizza,
tenendo presente
che a carico dei materiali a
tenore di secco inferiore al
60% si innescano rapidamente
processi putrefattivi
con liberazione di sostanza
odorigene. Per tali matrici
umide si valuterà il ricorso
allo stoccaggio in contenitori
chiusi a tenuta, con
eventuali sistemi di trattamento
degli sfi ati, anche
in relazione alla specifi ca
tipologia di biomassa.
..e del digestato
Le misure strutturali dovranno
riguardare anche
lo stoccaggio del digestato,
e/o delle frazioni solide e
chiarifi cate risultanti da
un eventuale trattamento
di separazione solido/
liquido. Le autonomie di
stoccaggio dei materiali
palabili e non palabili
saranno le stesse stabilite
dal nuovo regolamento regionale in materia di utilizzazione
agronomica. Si valuteranno, inoltre, le modalità
di copertura degli stoccaggi del digestato e, in caso
di obbligo, saranno defi nite le relative esenzioni per gli
impianti nuovi e per quelli esistenti.
Le misure gestionali
Tra le misure gestionali i criteri tecnici riserveranno particolare
attenzione alla movimentazione dei materiali
all’interno dell’area perimetrata dell’impianto. Lo stoccaggio
dei materiali in arrivo, ad esclusione degli insilati,
dovrà essere di breve durata per prevenire fenomeni di
33

IL BIOGAS COME OPPORTUNITÀ
anaerobiosi. Per il trasporto e il carico dell’insilato si farà
riferimento a mezzi chiusi e a tenuta per evitare perdite di
percolato. Nello scarico di matrici non palabili negli apposti
contenitori si dovranno porre in essere tutte quelle
cautele per evitare turbolenze nella massa liquida, fonti di
potenziale emissione di odori.
Più in generale, per limitare la genesi e la diff usione di
odori, si provvederà a mantenere una buona funzionalità
dell’impianto (ad esempio, verifi che tenuta valvole, torce,
pulizie pozzetti e reti di scolo, quantità e caratteristiche delle
biomasse caricate all’impianto).
I criteri tecnici rimanderanno alle disposizioni relative allo
spandimento agronomico del digestato, previste nel già
citato regolamento regionale, in quanto ulteriore sorgente
di emissione potenziale di odori. La distribuzione si dovrà,
quindi, svolgere secondo le seguenti modalità:
a. per i digestati non palabili distribuiti in superfi cie, la
pressione di esercizio degli erogatori dovrà essere inferiore
a sei atmosfere;
b. per i digestati tal quali e le frazioni risultanti da trattamenti
di separazione distribuiti in superfi cie dovrà essere
prevista l’incorporazione nel terreno entro 24 ore dalla
distribuzione, fatte salve alcune eccezioni (foraggere, prati
permanenti-pascoli; frutteti e vigneti).
Vasca di stoccaggio del digestato coperta.
34
La distribuzione del digestato
Nel caso si renda necessario ridurre ulteriormente il rischio di
odori, le Province e gli Enti locali potranno disporre l’adozione
delle altre tecniche di distribuzione dei digestati tal quali e
loro frazioni chiarifi cate, come l’iniezione diretta al suolo o lo
spandimento superfi ciale a bassa pressione e similari.
Le modalità di distribuzione, in assenza di specifi che indicazioni
nelle norme comunali, dovranno comunque garantire
il rispetto di:
– una distanza non inferiore a 100 m dalla delimitazione
dell’ambito urbano consolidato, come individuato dallo
strumento urbanistico vigente;
– una distanza di almeno 50 m dagli edifi ci di terzi ad uso
abitativo e/o produttivi, se utilizzati, in zona agricola.
I criteri tecnici prevederanno poi misure specifi che relative alla
sicurezza, al trasporto delle biomasse, alle emissioni dalla sezione
di conversione energetica, ai sistemi di raccolta e trattamento
delle acque generate nell’area dell’impianto.
A completamento, saranno riportate disposizioni su procedure
di “comunicazione” e criteri di utilizzazione agronomica
del digestato, a partire da formule per il calcolo dei volumi
da stoccare, dell’azoto contenuto, dell’effi cienza agronomica,
in conformità con quanto riportato nel regolamento citato.

ASSESSORATO AGRICOLTURA, ECONOMIA
ITTICA, ATTIVITÀ FAUNISTICO-VENATORIE
Produrre biogas
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che piace agli agricoltori
SUPPLEMENTO AD “AGRICOLTURA” N. 11 - NOVEMBRE 2011
DIRETTORE RESPONSABILE: Franco Stefani
REG. TRIB. DI BOLOGNA N. 4269 DEL 30 - 3 - 1973
PROGETTO GRAFICO E IMPAGINAZIONE: SATIZ, Moncalieri (TO)
STAMPA: ILTE spa, Moncalieri (TO)