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23.01.2009 Pr 45-8 Bioaccelerator: Abbassamento dei costi dialimentazione- l importanza della lisi cellulare.ppt

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Bioaccelerator: Abbassamento dei costi di alimentazioneL importanza della lisi cellulare

5. Info Biogas Montichiari 23.01.2009


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LEHMANNMaschinenbauGmbH

UmwelttechnischerAnlagenbau Zulieferung

SchwerlasthubtechnikHydraulik

Sondermaschinenbau

- in Tradition sächsischer Ingenieur-Technik -Sonderanlagenbau und Zulieferung

LEHMANN Maschinenbau GmbH

Engineering

Tecnica sollevamentocarichi pesanti

IdraulicaCostruz. macchine speciali

Ingegneristica ambientalecostruzione impianti Fornitura


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LEHMANNMaschinenbau GmbH

MSZK sistemi per lo sfibramentoe la compattazione

MSZK 15

MSZK 65-90

MSZK 180-250

Sfibramento Compattazione


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


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Bioestrusione (princìpi)

Coclee ingrananti, controrotanti provocanoEnergia meccanica

SminuzzamentoSchiacciamentoFrantumazione

Lisi idrotermicaalta pressionealta temperatura (legata alla pressione)

La distensione improvvisa provocaFrantumazione della struttura cellularePressione / caloreFase lignina

Carico alternato (cavità) tramite ripetizioni continue

> Lisi / sfibramento / plastificazione <


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Bioestrusione (Vantaggi)

Miglioramento delle caratteristiche meccaniche1. Adatta negli impianti di biogas per substrati di difficile gestione come letame, sfalcid 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 altezzamedia e si distribuisce bene

5. Alta omogeneità del substrato (l estrusore è un miscelatore ad alta intensità)

6. Alto contenuto di ss inseribile attraverso la via delle sostanze solide


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Miglioramento della decomposizione biochimica1. Formazione di nuovi ceppi batterici in base all offerta di cibo tramite la meccanica

delle superfici di contatto

2. Incremento della velocità di reazione nella decomposizione della biomassa acausa 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 all interno dell estrusore provocano l eliminazione di germi, sporefungine e semi di malerbe riduzione dell azione dei germi

cibo ideale per i batteri


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> Il fattore importante è la sostanza secca organica disponibile <

1. Aumento della resa tramite l utilizzo di piante con alto contenuto di ss

2. La monocoltura del mais come pianta energetica non è più l unica opzione (v. s.esempio)

3. Risparmio nel dispendio logistico (l umidità rimane sul campo, meno volume datrasportare, meno umidità nell impianto) e nel volume del silo

4. I campi sono disponibili più velocemente

5. Miglioramento del valore del suolo tramite rotazione libera delle colture



Vantaggi per l agricoltura

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 aggiuntiva2.800 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.

Substrato

Segale ibrida*MaisDifferenza

Condizionedelsubstrato

GPSInsilato

Raccolto

20 t/ha40 t/ha

SS

80%30%

Raccolto

16 t/ha SS12 t/ha SS

SSo

92,8%90,0%

Raccolto

14,8 t/ha SSo10,8 t/ha SSo4,0 t/ha SSo

Produzionedi corrente

19.166 kWh = 3.833,20 /ha13.986 kWh = 2.797,20 /ha5.180 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

Leistungen ges. ( ) bezogen auf 8.286 t FM (207 ha) bezogen auf 7.264 t FM (182 ha) DifferenzMaissilage 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, InstandhaltungBetriebsmittel 80.000 9,65 85.000 11,70 5000 0,69

Strom für Aufbereitungs-anlage 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 / kWhel (EEG 2009) 88,00 100,40 12,40

Gewinn pro t FM durch Extrusion 8,23Gewinn pro Jahr 59.803,60

zuzüglich · Wärmenutzung· bessere Hektarerträge / Subtratkosten· Logisitik-, Betriebskosteneinsparung

ohne Bioextrusion mit Bioextrusion


10


5

0,2

0,4

0,6

0,8

10 15 20 25 30 35V/dRitenzione

Resa del gas

E=14%Materiale estruso

Substrato non trattato

V opt.

A/m/kg SSo3

Schema 2:

Incremento della resa di gas tramite ilmiglioramento della disponibilità biologica

- Superficie-Meccanica delle superfici dicontatto

nell impianto esistente.

A/m³/kg SSo= Produttività riferita al substrato in m³ Biogas / kg sostanza secca organica

Incremento della resa di biogastramite lisi idrotermica (Bioestrusione)



Incremento della resa del biogastramite lisi idrotermica (Bioestrusione)

Schema 1: Produzione meda settimanale (kwh/d)

Sia nell esercizio batch sia nell impianto esistente si è ottenuto un incremento della resa delbiogas grazie alla lisi idrotermica. (nello schema ca. il 30 % di resa in più).

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Produzione di correnteMedia settimanale [kWh d-1]

con bioestrusione

Dopo 37 sett.

bioestrusione

senza bioestrusione

settimana


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Originale: pre-sminuzzato con unafalcatrinciatrice

Estrusore: sfibrato secondo il principio termomeccanico

Schema 3Incremento della resa del gas nell esercizio batch (estratto dal rapporto VTI 064 2/02)

Incremento della resa del biogastramite lisi idrotermica (Bioestrusione)

Volume giornaliero nella cofermentazione di liquame con insilato di mais


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Abbassamento della ritenzioneIncremento del carico specifico organico tramite bioestrusione

Grazie alla lisi si accorcia la ritenzione, mentre il grado di decomposizione dei resti di fermentazione rimane uguale oviene persino migliorato.Ciò significa: - Meno volume fermentativo necessario --> impianti più piccoli e compatti oppure

--> maggiore resa con le stesse dimensioni dell impianto

-Meno energia necessaria per l agitazione; perciò l energia utilizzata per il processo di-sminuzzamento e lisi non grava sul bilancio energetico in confronto a un impianto tradizionale.


senzabioestrusione

conbioestrusion

e

ritenzione

carico organico

Carico organico Ritenz.

settimana

Strati galleggiantisenza stratigalleggianti


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Fermentazione dell insilato di mais

Incremento resa metano

Ricavoaddizionale

Ins. maisestruso

Ins. maisnon estr.

giorni

Insilato dimais

originaleInsilato di

maisestruso

Resabiogas

Resametano

Conten.metano

Aumento diresa

metanoresa

biogas

Res

a m

etan

o


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Fermentazione dell insilato d erba

Incremento resa metano

Ricavoaddizionale

Ins. erbaestruso

Ins. erbanon estr.

giorni

Insilato dierba

originaleInsilato di

erbaestruso

Resabiogas

Resametano

Conten.metano

Aumento diresa

metanoresa

biogas

Res

a m

etan

o


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- La meccanica delle superfici di contatto tramitebioestrusione garantisce un alto tasso di decomposizionedella biomassa

- Alto carico specifico organico senza variazionisignificative della concentrazione di acido propionico

- Il materiale scende sul livello intermedio e si evita laformazione di strati galleggianti

La bioestruzione permette l utilizzo di nuovesostanze biogene come la cellulosa o materialicontenente emicellulose (paglia, sfalci d erba, letameecc.) e la formazione di nuovi batteri metanogenifavorita dalla presenza di cibo disponibile dopo lalisi.

1

1 2 3 4 5 6 7 8

2

3

G/M/m xd3 Bh3

F

FB/kg Sso/wd 3

F

0

Stato della

tecnica

Nuova procedura

Produttività del gas specifica per l impianto in m³ Biogas / m³ Volume fermentativo / giorno


Abbassamento della ritenzioneIncremento del carico specifico organico tramite bioestrusione


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Tecnica di bioestrusione

Portata e consumo energetico per biomassescelte


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Consumo energetico medio

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

15 20 30 40 50 60 70 80

TS - Gehalt

Leis

tung

[kW

h/t F

M]

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Tendenza dei valori di potenza* del substrato in riferimento alla SS

*) i valori di potenza comprendono: Dosatore, coclea / nastro / rivelatore, bioestrusore, coclea / nastro1 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 BiogasanlagenbauUn ulteriore 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)


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Pressa-filtro-coclea FSP 500-30

L FSP 500-30 è stata sviluppataper la separazione delle fasi (solido/liquido)di sospensioni pompabili,come p.es. il digestato derivante da impiantidi biogas.



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Compattazione

Trattamento dei residui di fermentazioneper ottenere combustibile (solido e gassoso) e fertilizzante

Bricchettatura

Pellettaggio


21

0

10

20

30

40

50

60

70

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

kum

ulie

rte G

asm

enge

[l] V 8 EXTRUDIERTER FM

V 9 NICHT EXTRUDIERTER FM

Confronto dei substrati testati 1


Confronto quantità cumulata di gas [l] per letame solido (FM) estrusoe non estruso

Trasferimento dei valori da confrontare TUD iaa su resa di biogas m³/tFMsecondo KTBL o risultati FHS Wismar ecc. (letame bovino solido 22% SS)

à I valori assoluti devono ancora esseredeterminati!

à La composizione del letame (contenuto dipaglia, tempo di stoccaggio, tipo di pagliaecc.) ha un ruolo fondamentale.

Vantaggi della bioestrusione

1. Aumento della resa di biogas fino a 3,45volte assoluto di 40-60 m³/BG/tl (lt. KTBLecc.) su 138-207 m³/BG/tl (FHS Wismar,TUD iaa)

2. Decomposizione più veloce in 15 giorni(importante per il trattamento di grossequantità)

3. Costruzione di impianti più piccoli,risparmio nei costi d investimento

4. Nessuno strato galleggiante5. Miglioramento del valore fertilizzante

(disponibilità delle piante)

ConclusioneSenza bioestrusione il letame paglioso puòessere utilizzato solo parzialmente. 2 impiantia secco con il 70% di letame muniti dibioestrusione parlano chiaro.

020406080

100120140160180200220240

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Verweilzeit [d]

Biog

asau

sbeu

te[m

³/tF

M]

EXTRUDIERTER FMNICHT EXTRUDIERTER FM

1) lt. KTBL2) lt. Handreichung FA Nachw. Rohstoffe

1

2

21


22



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 d erba e 80% paglia, 20% insilato d erba

0

10

20

30

40

50

60

70

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

kum

ulie

rte

Gas

men

ge [l

]

90% STROH : 10% MAISSILAGE

80% STROH : 20% MAISSILAGE

0

10

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30

40

50

60

70

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

kum

ulie

rte

Gas

men

ge [l

]90% STROH : 10% GRASSILAGE

80% STROH : 20% GRASSILAGE


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Quantità cumulata [l] di insilato d erba sfibrato e non sfibrato

0

20

40

60

80

0 5 10 15 20 25 30

Versuchsdauer [d]

kum

ulie

rte

Gas

men

ge [l

]

Grassilage 100 % unzerfasert

Grassilage 100 % zerfasert

La fermentabilità deisubstrati analizzati è data.Maggiori quantità di gas sono statemisurate con un aggiunta del 10% dierba o mais.Il contenuto di metano nel biogas erauguale per quasi tutti i substratianalizzati e ammontava al 51 55 %(unica eccezione il letame con il 59%)Le aggiunte del 10% di insilato d erbao di mais hanno prodotto le stessequantità di gas.Il contenuto medio di metano nelbiogas con l aggiunta di insilato di maisammontava al 54% mentre con l aggiunta diinsilato d erba ammontava al 51%.La concentrazione di acido solfidrico in entrambi i reattori era bassa e ammontava a 700 ppm.Con l aggiunta del 20%di vari prodotti la produzione di gas era identica per l utilizzo di letame,erba e panello di colza. L aggiunta del 20% di mais invece ha prodotto il 30% di gas in più.Grazie all estrusione di letame si possono raggiungere maggiori rese di gas in confrontoall utilizzo di letame non estruso.


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Esempio di un piccolo impianto

Impianto con: - Dosatore con catena fresante 25 m³- Nastro con metal detector- Estrusore MSZB 22e- Coclea di trasporto- Coclea a sifone

Input: Insilato d erbaInsilato di piante intereInsilato di maisPagliaSfalci d erbaLetame/ Liquame

Fermentazione a umido 195 kW elettrici

Esempio di un impianto La nostra meta: Clienti soddisfatti

Sin dall inizio il nostro impianto funziona inmaniera stabile e affidabile. Grazie allabioestrusione non abbiamo strati galleggiantie riusciamo a raggiungere una produzionemaggiore di biogas fino al 19% in confrontoalla lista KTBLk*.

* Kuratorium f. Technik und Bauwesen in derLandwirtschaft e.V.

H. Hertel, agronomo e gestore dell impianto dibiogas, Möschwitz Gmd. Pöhl / Vogtlandkreis


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Esempio di impianto

La nostra meta: Clienti soddisfatti

14 bioestrusori installati, alcuni inimpianti con fermentazione a seccosecondo C.A.R.M.E.N. e.V., installatidal 2004 al 2007, parlano chiaro.

Bioextruder MSZ B 55e


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Tecnica di caricamento Biogas

Nastro trasportatore

Nastro trasportatore

Coclea

Tramoggia conraschiatore

Pompa Estrusore

Nastro pereliminazione diimpurità con

metal detector

Apparecchio persciogliere balle di

paglia


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Tel.: (+49) 037439 / 744- 0Fax: (+49) 037439 / 744-25

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Grazie per la cortese attenzione!

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