LA CARBONIZZAZIONE DEL DIGESTATO - Ing. Casini David
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LA CARBONIZZAZIONE
DEL DIGESTATO
Ing. Casini David
Miliotti E., Lotti G., Bettucci L.,
Pennazzi S., Rizzo A. M., Chiaramonti D.
EVENTO FINALE PROGETTO AGROCHAR
15 SETTEMBRE 2017
SALA DELLE ADUNANZE - ACCADEMIA DEI GEORGOFILI - FIRENZE
Biomass conversion processes involved
INTRODUZIONE
DEFINIZIONE BIOCHAR
BIOCHAR È UN NEOLOGISMO PER INDICARE IL CARBONE VEGETALE
SOLITAMENTE PRODOTTO DALLA CONVERSIONE TERMOCHIMICA DI BIOMASSA LEGNOSA
PROCESSI QUALI PIROLISI LENTA, HTC E GASSIFICAZIONE
LA PIROLISI LENTA
BIOMASSA AL 15-20% DI UMIDITÀ
400-600 ˚C IN AMBIENTE ANOSSICO
OUTPUT PYROCHAR + OIL + GAS (CO, H2, CO2, …)
CHAR SOLITAMENTE DI BUONA QUALITÀ
CARBONIZZAZIONE IDROTERMA
BIOMASSA / ACQUA AL 10%
180-250 ˚C ED ALTA PRESSIONE
OUTPUT HYDROCHAR + FASE ACQUOSA + GAS (CO2)
BIOMASSA NON NECESSITA BIOMASSA ESSICATA
IDONEO PER PROCESSARE ALGAE, FANGHI, DIGESTATO, ETC.
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Biomass conversion
IL PROGETTO processes involved
AGROCHAR
IMPIANTO DI
DIGESTATO t.q. DIGESTIONE
SST @8-9% w/w w.b.
ANAEROBICA
SPARGIMENTO IN CAMPO SEPARAZIONE MECCANICA REATTORE
DRYING
DIGESTATO UMIDO DIGESTATO SECCO
Water content @76% w/w w.b. Water content @15% w/w w.b.
CARBONIZZAZIONE IDROTERMA Hydrochar PYROCHAR PIROLISI LENTA
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Feedstock: The digestate
DIGESTATO UMIDO
PROVENIENZA:
• IMPIANTO DI DIGESTIONE ANAEROBICA DI GROSSETO
• TRATTAMENTO ANAEROBICO MESOFILO (~40˚C)
• ALIMENTATO PRINCIPALMENTE AD INSILATO DI ORZO
(60%), INSILATI DI GRANO ED ARBACEI, POLLINA.
PARAMETER VALUE NORM DIGESTATO DIGESTATO DIGESTATO
Moisture content [wt% w.b.] 76.2 UNI 13040
UMIDO SECCO TRITATO E
Ash content [wt%] d.b. 9.3 UNI 13039
Volatile matter [wt%] d.b. 68.9 UNI 15148
VAGLIATO A 4MM
Fixed carbon [wt%] d.b. 21.8 Calculated
C [wt%] d.b. 46.71 UNI 15104
H [wt%] d.b. 5.50 UNI 15104
N [wt%] d.b. 1.15 UNI 15104
S [wt%] d.b. 0.46 Internal method
O [wt%] d.b. 36.88 Calculated
K [wt%] d.b. 0.97 UNI EN 15290
P [wt%] d.b. 0.28 UNI EN 15290
Higher Heating Value [MJ/kg] d.b. 19.24 UNI 14918 HYDROCHAR PYROCHAR
Lower Heating Value [MJ/kg] d.b. 17.95 UNI 14918
pH 7.7 DIN ISO 10390
Surface area [m2/g] 3.72 ASTM D 6556-10
MICRO-REACTORE
Total pore volume [cm3/g] 1.10·10-2 ASTM D 6556-10 ANALISI EFFETTUATE:
Average pore diameter [nm] 11.61 Calculated HTC
CHNS, TGA, POTERE CALORIFICO, BET
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Feedstock: The digestate
UNITA’ SPERIMENTALI E PARAMETRIC DI PROCESSO
PIROLISI LENTA MICRO-HTC MICRO-HTC
PRETRATTAMENTO SMINUZZATO E BANCO PROVA
ESSICCATO REATTORE BATCH DA 27 ml
PER TEST VAGLIATO
DIGESTATO 1 kg 2g CON SENSORI DI P AND T
TEMPERATURA 500°C 200-250°C LETTO FLUIDIZZATO
IN AGITAZIONE CONTINUA
TEMPO 1h 0.5-3 h
RAPPORTO
- 10 wt%
BIOMASSA/ACQUA
REATTORE DI PIROLISI LENTA
VOLUME LORDO DI 31 LITRI
OPERATO IN BATCH
RISCALDATO A RESISTENZE ELETTRICHE
SOTTO CONTINUO FLUSSO DI AZOTO
E CON RIMESCOLAMENTO
DEL FEEDSTOCK
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Analysis
RISULTATIresults
DELLE PROVE RESA E CONTENUTO IN CARBONIO
• HTC – CON L’INCREMENTO DELLA TEMPERATURA E DELLA DURATA DELLA PROVA SI OTTIENE:
LA DIMINUZIONE DELLA RESA IN SOLIDO DAL 72.6 AL 51.0 wt% db
L’INCREMENTO DEL CONTENUTO IN CARBONIO DAL 49.7 AL 62.9 wt% db
AL DIMINUIRE DELLA QUANTITÀ OTTENUTA DI CHAR NE AUMENTA LA QUALITÀ
• PIROLISI LENTA:
LA RESA IN SOLIDO E DEL 33.1 wt%; IL CONTENUTO IN CARBONIO DEL 64.3 wt% db
MIGLIOR PROCESSO DI CARBONIZZAZIONE
d.a.f.
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Analysis results BET E RAPPORTO H/C
ANALISI PRODOTTI
ANALISI BET ANALISI C-H-N-S
CARATTERIZZAZIONE MATERIALI POROSI CALCOLO RAPPORTO MOLARE H/C ED O/C
SUPERFICE DIAMETRO VOLUME TOTALE
CAMPIONE
SPECIFICA MEDIO DEI PORI DEI PORI
[m2/g] [nm] [cm3/g]
DIGESTATO 3.72 11.61 1.1·10-2
HYDROCHAR 250-3 4.92 16.50 2.0·10-2
PYROCHAR 23.10 14.80 8.5·10-2
CONSIDERAZIONI QUALITATIVE
IL PYROCHAR HA UNA POROSITÀ PIÙ ALTA DELL’ HYDROCHAR, MA COMUNQUE CONTENUTA RISPETTO
AL VALORE CONSIGLIATO DA EBC
IL PYROCHAR HA UN MIGLIORE RAPPORTO MOLARE H/C ED O/C (DOVUTO ALLA MIGLIORE
CARBONIZZAZIONE OTTENUTA), VALORI INTERESSANTI RISPETTO AGLI STANDARD SUL BIOCHAR.
REF.: H. Huang, S. Wang, K. Wang, M.T. Klein, W.H. Calkins, A. Davis, Thermogravimetric and Rock-Eval studies of coal properties and coal rank, Energy and Fuels. 13 (1999) 396–400. doi:10.1021/ef980088q.
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Analysis results ELEMENTI INORGANICI
ANALISI PRODOTTI
ANALISI ICP
NEI DUE GRAFICI SI EVIDENZIANO QUALI ELEMENTI INORGANICI SI SONO CONCENTRATI E QUALI PERSI PER
DEVOLATILIZZAZIONE O DILUIZIONE NEL PROCESSO DI CONVERSIONE. INOLTRE È POSSIBILE VERIFICARE
EVENTUALI CONTAMINAZIONI.
SLOW PYROLYSIS HYDROTHERMAL CARBONIZATION
CONTAMINATIONE
CONCENTRATIONE
DILUIZIONE
NEL PYROCHAR NON SI HANNO PERDITE IMPORTANTI DEI PRINCIPALI NUTRIENTI NEL RESIDUO SOLIDO
(P, K, NA AND CA). NELL’HYDROCHAR ALCUNI ELEMENTI SONO DILUITI NELLA FASE ACQUOSA, IN
PARTICOLARE K AND NA.
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Analysis resultsDEI RISULTATI CON GLI STANDARDS
COMPARAZIONE
HYDROCHAR D.L. 29 APRILE
PARAMETER PYROCHAR EBC IBI
250-3 2010, N. 75
CLASS 1: >=60
CONTENUTO IN CARBONIO
62.85 64.34 NOT REQUIRED CLASS 2: >=30 & =10 & 60
CARBONIO ORGANICO TOTALE
n.m. n.m. >=50 NOT REQUIRED CLASS 2: >30 & =20 &
Why?
DIGESTATO SECCO E SCALING UP
BRICCHETTAGGIO
DIGESTATO SECCO SMINUZZATRICE
CARBONIZZATORE RE-CORD BRICCHETTE DI DIGESTATO
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BIOCHAR NEGLI IMPIANTI DI DIGESTIONE ANAEROBICA
TRATTAMENTO
BIOGAS
BIOGAS
COGENERAZIONE SEPARAZIONE
FEEDSTOCK REATTORE DA
CALORE BIOMETANO
SPARGIMENTO
AL SUOLO
ELETTRICITÀ
DIGESTATO
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BIOCHAR NEGLI IMPIANTI DI DIGESTIONE ANAEROBICA
TRATTAMENTO
BIOGAS
BIOGAS
COGENERAZIONE SEPARAZIONE
FEEDSTOCK REATTORE DA
CALORE BIOMETANO
SPARGIMENTO
CARBONIZZAZIONE
AL SUOLO
BIOCHAR ELETTRICITÀ
DIGESTATO
RESIDUI FORESTALI RESIDUI AGRICOLI
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BIOCHAR NEGLI IMPIANTI DI DIGESTIONE ANAEROBICA
TRATTAMENTO
BIOGAS
BIOGAS
COGENERAZIONE SEPARAZIONE
FEEDSTOCK REATTORE DA
CALORE BIOMETANO
SPARGIMENTO
CARBONIZZAZIONE
AL SUOLO
BIOCHAR ELETTRICITÀ
DIGESTATO
RESIDUI FORESTALI RESIDUI AGRICOLI
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BIOCHAR NELLA DIGESTIONE ANAEROBICA
L’AGGIUNTA DI BIOCHAR NEL REATTORE DI DA RIDUCE I RISCHI DI INIBIZIONE DEL PROCESSO DI
METANAZIONE ATTRAVERSO 3 AZIONI:
(i) ADSORBIMENTO DEGLI INIBITORI (METALLI PESANTI, PESTICIDI, LIMONENE, ANTIBIOTICI..)
(ii) AUMENTANTO IL POTERE TAMPONE (PROCESSO SENSIBILE ALLA MODIFICA DEL PH)
(iii) L’IMMOBILIZZAZIONE DELLE CELLULE BATTERICHE (PRODUTTIVITÀ AUMENTATA)
MAGGIORE PRODUTTIVITÀ
MAGGIORE STABILITÀ
IL BIOCHAR LO SI RITROVA DUNQUE NEL DIGESTATO, AUMENTANDONE LA QUALITÀ:
(i) TRATTIENE I NUTRIENTI E GLI INQUINANTI
(ii) COMPORTA UN AUMENTO DEL RAPPORTO C/N
(iii) RIDUCE LA PERDITA DEI NUTRIENTI PER LISCIVIAZIONE DOPO L’APPLICAZIONE IN CAMPO
MIGLIORE QUALITÀ
VANTAGGI AMBIENTALI
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BIOCHAR NEGLI IMPIANTI DI DIGESTIONE ANAEROBICA
TRATTAMENTO
BIOGAS
BIOGAS
COGENERAZIONE SEPARAZIONE
FEEDSTOCK REATTORE DA
CALORE BIOMETANO
SPARGIMENTO
CARBONIZZAZIONE
AL SUOLO
BIOCHAR ELETTRICITÀ
DIGESTATO
RESIDUI FORESTALI RESIDUI AGRICOLI BIOCHAR
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BIOCHAR NEGLI IMPIANTI DI DIGESTIONE ANAEROBICA
RIDUZIONE DEGLI ODORI BIOGAS
TRATTAMENTO
BIOGAS
ADSORBIMENTO INIBITORI
COGENERAZIONE SEPARAZIONE
FEEDSTOCK REATTORE DA
CALORE BIOMETANO
SPARGIMENTO
CARBONIZZAZIONE
AL SUOLO
BIOCHAR ELETTRICITÀ
DIGESTATO
RESIDUI FORESTALI RESIDUI AGRICOLI BIOCHAR
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SALA DELLE ADUNANZE – ACCADEMIA DEI GEORGOFILI 16Why?
BIOCHAR NEGLI IMPIANTI DI DIGESTIONE ANAEROBICA
PURIFICAZIONE BIOGAS H2S APPLICAZIONE
RIMOZIONE H2S NEL SUOLO
BIOCHAR
TRATTAMENTO
BIOGAS
BIOGAS
COGENERAZIONE SEPARAZIONE
FEEDSTOCK REATTORE DA
CALORE BIOMETANO
SPARGIMENTO
CARBONIZZAZIONE
AL SUOLO
BIOCHAR ELETTRICITÀ
DIGESTATO
RESIDUI FORESTALI RESIDUI AGRICOLI BIOCHAR
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SALA DELLE ADUNANZE – ACCADEMIA DEI GEORGOFILI 17GRAZIE PER L’ATTENZIONE
LORENZO SILVIA EDOARDO
BETTUCCI PENNAZZI MILIOTTI
DAVID GIULIA
CASINI LOTTI
ANDREA M. DAVID
RIZZO CHIARAMONTI
E-MAIL RINGRAZIAMENTI
DAVID.CASINI@RE-CORD.ORG MIPAAFPuoi anche leggere
