GASFARM

Reattore innovativo modulare e ad alta efficienza ABR (Anaerobic Buffled Reactor) per impianti di Digestione Anaerobica (DA) di piccola scala

Ideazione, dimensionamento, progettazione, realizzazione e testing in ambiente industriale reale di un reattore innovativo prototipale in scala pilota per la digestione anaerobica di biomasse di scarto di tipo ABR modificato che permette l’ottenimento di rese di conversione a biogas aumentate e più efficienti rispetto alla tipologia standard (CSTR). La ricerca si inserisce nell’ambito delle tecnologie SSAD/MAD (Small-Scale Anaerobic Digestion/Mini Anaerobic Digestion) e si prefigge di dimostrare l’efficacia dei reattori ABR nel poter consentire anche alle SMFs (Small-Medium Farms) l’adozione di tale opzione tecnologica (benefica dal punto di vista ambientale ed economico) ora preclusa a causa dei costi e della complessità installativa e gestionale.

Il key challenge dell’iniziativa di Sereco è il lancio del sistema AD ABR-based sul mercato per la cui realizzazione è indispensabile testare un impianto AD pilota con reattore ABR in un sito dimostrativo. Il sito individuato è quello dell’azienda Checcarini di Marsciano che possiede stalle di allevamento di suini. Nello specifico, il progetto ha la finalità di installare presso l’azienda Checcarini un ABR-reactor dimostrativo che funga da pilota per i) dimostrare l’efficienza della produzione di biogas ii) fungere da parametrizzatore in scala superiore a quella finora ottenuta di laboratorio (bench-scale) iii) ottenere risultati utili per poter dimensionare un pilota dimostrativo full-scale prodromico al lancio sul mercato.
Da calcoli simulativi progettuali si ritiene che un reattore ABR full-scale capace di supportare una potenza elettrica di 60-70 Kw debba avere un volume di ca. 110 m3. Come ipotesi sperimentale di progetto si assume che il prototipo sperimentale da utilizzare sarà in scala a 1:110 rispetto a quello reale, quindi con un volume di ca. 500 l.
L’obiettivo che ci si prefigge è di ottenere allo stato stazionario almeno il 90% della resa specifica di biogas tipica per le biomasse in questione, che per i reflui zootecnici è di 650-750 Nmc/t SV con un contenuto di biogas di almeno il 60-65% con il raggiungimento del 50% della resa massima intorno ai 10-25 gg dallo start del processo e il 90% intorno ai 20-30 gg.
Il SRT (Sludge Retention Time) atteso dovrà essere > 20gg.
L’ottenimento di tali risultati, confermato in almeno 3 cicli distinti di prova, permetterà di sostenere l’ipotesi secondo cui il processo sia coerente con gli obiettivi del progetto, ovvero che sia possibile passare ad un prototipo full-scale pre-industriale da 60-70 Kwe. Queste evidenze potrebbero portare al coinvolgimento di investitori industriali o finanziari e all’interessamento di allevatori ed altri stakeholders produttivi.
A dicembre 2023 sono stati realizzati i seguenti obiettivi progettuali:
– individuazione delle migliori biomasse metanigene prodotte nell’ambito del processo produttivo dell’Azienda Checcarini
• definizione del concept di reattore e dimensionamento adeguato e tecnicamente coerente del prototipo dimostrativo downscaled rispetto alla full-scale industriale
• progettazione di dettaglio pienamente eseguita e capace di mantenere invarianza di costi a distanza di 2 anni dalla preventivazione originaria con migliorie ed ottimizzazioni tecniche
• realizzazione del reattore in officina pienamente riuscita e in tempi rapidi
• ottenimento di piena compliance normativa da parte degli organi pubblici di regolazione e controllo
• installazione dell’impianto e collaudo funzionale pienamente riusciti

A dicembre 2023 sono state espletate le seguenti attività:

1) DIMENSIONAMENTO, PROGETTAZIONE, REALIZZAZIONE E INSTALLAZIONE IMPIANTO PILOTA

1.1) Analisi dello stato dell’arte e dei fabbisogni. Sopralluogo nelle aziende
E’ stato visionato il sito in cui verrà ospitato l’impianto sperimentale per definire la miglior collocazione in relazione all’ottimizzazione della rete di alimentazione del liquame.

1.2) Definizione dei parametri sperimentali e progettuali
1.2.1) Analisi delle biomasse e loro disponibilità
E’ stato caratterizzato a fondo l’influente biometanigeno (liquame suinicolo) attraverso l’esecuzione di analisi chimiche e chimico-fisiche di laboratorio su più campioni avendo applicato un opportuno disegno sperimentale. Come risultato si sono ottenuti elementi utili alla definizione delle leggi di carico e diluizione (attività 1.2.2). Attraverso i test BMP a miscelazione continua bench-scale sono state previste sperimentalmente le rese attese di biogasificazione

1.2.2) Definizione delle portate e delle leggi di carico
Sulla base degli output dell’attività 1.2.1 sono stati stabiliti i volumi e le portate di carico per i testing trials, la scelta tra processi in batch e continui, la definizione dei tempi di residenza idraulica e dei solidi (HRT e SRT) all’interno del reattore, le modalità di ricircolazione tra i diversi comparti del reattore.

1.2.3) Definizione della geometria e volume del reattore
I parametri geometrici e volumetrici sono stati determinati con precisione: reattore in scala 1:180 o 1:108 in volume rispetto ad un reattore containerizzabile 40’’ high da 16 m o 12 m, rispettivamente.

1.3) Progettazione preliminare, definitiva ed esecutiva del reattore
La progettazione si è articolata nelle seguenti fasi:

• Design brief: definizione di una short-list di requisiti essenziali
• Progettazione preliminare: con una prima versione del reattore che è stato soggetto a revisioni ed emendamenti da parte degli specialisti del team di
• Progettazione definitiva utile per la fase di produzione in officina
.
1.4) Realizzazione bioreattore ABR in officina
E’ stata eseguita la costruzione del reattore ABR, con alcune ottimizzazione e migliorie in termini economici, così come previsto dal progetto e rispondente alle esigenze progettuali

1.5) Trasporto ed installazione
Il reattore insieme alle altre componenti ancillari (vasca di omogeneizzazione e di carico), è stato trasferito al sito di prova c/o l’Azienda Checcarini con le linee idrauliche a bordo macchina. Il fornitore ha provveduto, di concerto e in collaborazione con le maestranze alla dipendenza diretta della Azienda Agricola Checcarini, ad effettuare le connessioni idrauliche e ad installare le utenze elettriche. Verifiche sono state effettuate sul funzionamento del sistema di riscaldamento dell’acqua per il mantenimento del reattore AD ABR alla temperatura di esercizio.

2) SPERIMENTAZIONE

2.1) E’ stata eseguita la fase di pre-testing (Collaudo funzionale in bianco) volta a verificare le tenute idrauliche e aerauliche (linea gas) e il corretto funzionamento dei sistemi di trasferimento (pompe, valvole di intercettazione, ecc…)

– Costruzione di un reattore AD modulare a basso costo e facilmente installabile.
– Produzione di biogas con efficienze medie (m3 biogas/Kg SV) superiori almeno del 30% rispetto alle rese ottenute in laboratorio con sistemi BGP (BioGas Production) tradizionali CSTR
– Stabilità della produzione di biogas con SRT non inferiori a 30gg
– Valutazione tecnico-economica di un impianto AD basato sulla tecnologia reattoristica ABR con obiettivo di conseguire un costo a KWe installato per potenze < 100Kwe di almeno il 30% rispetto ad un impianto CSTR di eguale potenza