NUTRIFARM

Processo innovativo per l’abbattimento dell’azoto e il recupero come fertilizzante ad elevato valore aggiunto (MAPEP -SEP )

La tecnologia proposta nel progetto consiste nella precipitazione dell’azoto in eccesso presente nei digestati anaerobici e/o in altre matrici liquide di origine zootecnica e/o agro-industriale sotto forma di cristalli di struvite arricchita di sostanza organica.
Il processo si basa su una reazione chimica in cui l’ammonio, in soluzione con sali di magnesio e acido fosforico (o sali fosfatici), sotto specifiche condizioni di sovrasaturazione chimica e pH, innesca una serie di meccanismi chimici e chimico-fisici molto complessi dal punto di vista stechiometrico e cinetico che ne determinano la precipitazione sotto forma appunto di struvite

Tale processo è stato studiato a fondo dai tecnici della Sereco da più di 15 anni attraverso la conduzione di centinaia di prove, sia in laboratorio che in condizioni real-scale, adibendo per l’esecuzione della reazione vasche dismesse non concepite specificatamente per il processo.
Il presente progetto si prefigge quindi di ampliare l’orizzonte sperimentale del processo SERMAP attraverso la realizzazione di in un impianto dimostrativo pilota munito di appositi reattori di precipitazione/cristallizzazione a maggiore efficienza concepiti specificatamente per l’ottimizzazione della reazione.
L’articolazione trans-disciplinare del progetto si basa sulla confluenza di diverse attività: tecnologico-ingegneristica, chimica, agronomica, chimico-agronomica.
Il progetto NUTRIFARM si inserisce in un quadro agro-ambientale di grande respiro, in quanto in un sistema caratterizzato dalla presenza di un reattore di Digestione Anaerobica (DA) il recupero dei nutrienti azotati si accoppia a quello della componente energetica, attuato appunto dalla conversione della quota di C organico in CH4 (recupero energetico) e ad altri recovery streams (acqua di irrigazione), configurando un approccio olo-circolare all’ agro-economia. Tutto ciò è appunto favorito dall’implementazione di sistemi di digestione anaerobica (DA). Per questo il progetto NUTRIFARM è collegabile al progetto GASFARM presentato nella stessa misura PSR

Gli obiettivi raggiunti a dicembre 20203 sono:

– possibilità di implementare un processo industriale di tipo chimico-fisico (reazione e precipitazione) direttamente in un’azienda agricola sfruttando volumi, utenze elettromeccaniche già presenti opportunamente ricondizionate e ricalibrate per adattarle al processo che, come tutti i processi di depurazione, generalmente vengono condotti in impianti ad hoc e forniti chiavi in mano;
– risultati analitici della matrice da trattare dopo studio e progettazione relativa al campionamento al fine di predisporre un protocollo metodologico per le prove in lab scale;
– scelta dei tipi di reagenti e relativi quantitativi da utilizzare nelle prove, sia in laboratorio che in ambiente operativo;
– efficienza di abbattimento dell’azoto ammoniacale in laboratorio in media pari al 70%, resa di precipitazione del fosfato pari al 99,7%, del magnesio pari al 81,3% e del calcio pari al 17,8%. I recuperi di nutrienti confermano l’efficacia del processo e rappresenteranno gli obiettivi di abbattimento dal digestato in ambito operativo;
– redazione del progetto definitivo (vedi output att. 1.3) che include relazione di progetto ed elenco forniture per revamping e installazione dell’impianto pilota.
– Fornitura e messa in opera e servizio dell’impianto pilota alla stessa cifra preventivata in Agosto 2021 dopo aver effettuato il cambio fornitore a parità di dotazioni e capacità operativa e funzionale del prototipo.

Le attività realizzate sono coerenti con quelle previste. Infatti, la prima fase è consistita nella valutazione della possibilità di implementare il processo utilizzando facilities già presenti in azienda. Questa fase ha richiesto almeno 6 sopralluoghi da parte dello staff di Sereco, con il decisivo supporto degli addetti del Capofila, al fine di valutare ciò che c’è ed è recuperabile e funzionale, ciò che va realizzato ex novo (elenco forniture). Questa fase ha permesso di ottenere tutti gli elementi utili per guidare il processo di studio e progettazione dell’implementazione dell’impianto pilota presso l’azienda. Si può definire che questa fase rappresenti una progettazione del prototipo.

Contemporaneamente, si è proceduto allo studio del campionamento della matrice che verrà sottoposta al processo sperimentale dal momento che, variando la dieta di alimentazione dell’impianto di DA, si è dovuto campionare ogni qual volta si verificasse un cambiamento così da avere dei campioni da analizzare rappresentativi della matrice che verrà trattata nell’impianto pilota. Gli stessi campioni prelevati, oltre a essere sottoposti a caratterizzazione, sono serviti anche per le prove di trattabilità e precipitazione. Le attività appena descritte fanno parte del lavoro di ricerca e sperimentazione (TRL 1-2-3-4).

Nel mese di Luglio si è conclusa la fase di progettazione definitiva dell’impianto con la redazione del computo che è stato inviato al fornitore.

I contenuti del progetto (vedi output att. 1.3) derivano dalle conoscenze acquisite nelle precedenti fasi: tipi e quantità di reagenti, flussi e portate dell’impianto di DA, misurazione e verifica dei volumi e delle funzionalità delle opere elettro-meccaniche recuperabili.

I risultati ottenuti, anche se allo stato attuale del progetto in scala di laboratorio, vanno incontro alle priorità poste dall’UE in tema di circular economy. Infatti, il recupero dal digestato di ammonio, fosfato e magnesio sottoforma di materiale a valore fertilizzante è estremamemte raccomandato nel “A new Circular Economy Action Plan” (COM/2020/98). Inoltre, la Commissione Europea ha recentemente riconosciuto i precipitati di sali di fosforo (tra cui appunto la struvite) come CMC (Component Material Category, cioè una categoria di materiali che entra nella composizione di un prodotto fertilizzante) per la produzione di fertilizzanti nella UE. A tale scopo, con provvedimento del 5.7.2021 (Regolamento delegato della Commissione) sono stati modificati gli allegati II e IV del regolamento (UE) 2019/1009 del Parlamento europeo e del Consiglio al fine di aggiungere i precipitati di sali di fosfato e i loro derivati (quindi anche la struvite) come categoria di materiali costituenti (CMC) nei prodotti fertilizzanti prodotti e commercializzati dell’UE.
– Le fasi del cronoprogramma fin ad oggi espletate hanno permesso di introdurre nell’azienda agricola un processo innovativo circolare, nonché di cooperazione e di accrescimento delle conoscenze di base degli operatori del settore al fine di implementare processi rispettosi dell’ambiente e che permettono di accrescere i redditi aziendali, sia per la riduzione dei costi legati alla depurazione sia per un aumento dei ricavi dovuto alla diversificazione delle attività aziendali che nel caso del progetto in esame prevede la possibilità di produrre e mettere in commercio un fertilizzante pregiato (struvite organica) o di impiegarlo al posto dei fertilizzanti minerali attualmente impiegati (costo evitato). L’azienda capofila e l’altro partner agricolo, che è un’azienda suinicola, hanno intenzione di valorizzare i propri scarti attraverso la DA, e l’azienda IRACI BORGIA potrà fare in modo che il proprio impianto di biogas possa essere correttamente inserito in un contesto territoriale ed ambientale complicato (aree vulnerabili e super vulnerabili ai nitrati). Inoltre, se la sperimentazione in ambito operativo reale, che avverrà nel prossimo e ultimo anno di progetto, darà buoni risultati, soprattutto in relazione alle caratteristiche agronomiche del materiale ottenuto, per l’azienda, l’innovazione in questione, potrà garantire una diversificazione del reddito aziendale dovuta alla produzione, vendita o reimpiego di fertilizzanti organo-minerali. Nell’attività 2.3 verrà effettuata una simulazione tecnico-economica al fine di stimare costi e ricavi per un’adozione full-scale del processo, ovvero, in grado di trattare l’intero quantitativo di digestato prodotto in un anno dall’azienda agricola.
– La principale innovazione è consistita nell’adattare un processo circolare e di recupero di nutrienti innovativo alle esigenze e alle facilities già presenti in azienda facendo in modo che sia il processo e l’impianto ad adattarsi all’azienda e non viceversa, come spesso accade nell’implementare un processo di depurazione in un’azienda agricola (stripping, compostaggio, nitro-denitro). Come sopra riportato, oltre alla caratterizzazione chimico-fisica del precipitato, dalla quale si evince il potenziale agronomico e nutritivo, i campioni ottenuti dai vari lotti di prova verranno inviati ad un’industria di fertilizzanti che fornirà un giudizio di valore e tecnologico del materiale prodotto.
– Il processo implementato di precipitazione della struvite organica, inoltre, permette, attraverso il recupero di NH4, di ridurre in maniera significativa le emissioni di ammoniaca, e favorisce indirettamente, anche la buona pratica del recupero energetico dai reflui (biogas), anche attraverso la riduzione delle emissioni di CH4.
Nel mese di Luglio sono stati inviati al fornitore (ME.CO.) il progetto definitivo, comprensivo dello schema funzionale e della sistemazione in pianta e il computo delle forniture utili a completare l’installazione e la messa in servizio. Nel mese di Settembre, dopo numerosi incontri e sopralluoghi, e ripetuti solleciti a inviare la conferma del preventivo e a dare inizio agli ordini per la fornitura, lo stesso fornitore comunica che l’installazione e la messa in opera viene preventivata ad un costo di 49.400 € rispetto ai 38.000 € come da spesa di progetto. Il fornitore giustifica l’aumento di costo, rispetto a quanto preventivato due anni prima, a fenomeni inflattivi per le materie prime e all’aumento del costo di manodopera per l’installazione. L’aumento di costo avrebbe determinato un serio problema per l’equilibrio e la sostenibilità economica dell’intero progetto.
Quindi, dopo la decisione di interpellare altri fornitori/installatori locali capaci di svolgere l’opera presa in seguito ad un meeting di progetto, e in seguito a varie ricerche per l’individuazione di un fornitore locale, l’azienda UMBRA MECCANICA si è mostrata interessata a prendere in carico il lavoro a prezzi inferiori a ME.CO. Nel mese di Ottobre si sono avuti incontri presso la loro sede e due sopralluoghi presso il sito d’impianto, anche insieme al loro elettricista, per illustrare il progetto e le caratteristiche delle forniture delle unità, attrezzature ed elementi del piping idraulico, al fine di mettere in condizione l’azienda di preventivare e con lo scopo di confermare la spesa per l’installazione dell’impianto pilota. Nel mese di Novembre, i tecnici SERECO hanno lavorato a stretto contatto con l’ufficio tecnico dell’azienda per individuare le forniture (sensoristica, sedimentatore, PLC, chemicals, etc…) con le migliori caratteristiche e funzionali allo scopo e finalità del progetto.
In seguito a procedura di cambio fornitore nel mese di Dicembre UMBRA MECCANICA conferma il costo di 38.000 € (IVA ESCLUSA) con la stessa distinta di fornitura del preventivo di due anni fa e dà inizio agli ordini e ad allestire in situ l’impianto pilota, predisponendo il tutto per i collegamenti idraulici del sedimentatore e la messa in servizio dell’impianto elettrico effettuando le prove a quadro per verificare la funzionalità delle utenze elettro-meccaniche.