L’Italia, dopo la Spagna, è il secondo produttore europeo di olio d’oliva (447.000 t/anno, media degli ultimi 8 anni) e ciò rappresenta una doppia opportunità bioenergetica: da un lato il nocciolino d’oliva come biomassa da combustione e dall’altro l’utilizzo della sansa come sottoprodotto per alimentare gli impianti di biogas. Ogni tonnellata di olive produce 200 litri di olio e 500 chili di sansa umida (sostanza secca 30 % ÷ 60% in origine, a seconda dal processo di estrazione). La sansa secca contiene all’incirca parti uguali di polpa e nocciolino. Mentre il nocciolino d’oliva ha un potere calorifico inferiore (PCI) abbastanza costante (» 16 KJ/kg = 4,6 kWh/kg), la polpa di sansa ha un potenziale metanigeno (BMP, Biochemical Methane Potential) apparentemente molto variabile. Le ragioni di questa variabilità sono molteplici: c’è chi sostiene che i polifenoli siano causa d’inibizione – se non totale, almeno parziale- del processo di digestione anaerobica, c’è chi addita “l’inaffidabilità delle misure in laboratorio”, chi più pragmaticamente indica lo stato di maturazione delle olive e il tipo di processo di estrazione e, infine, c’è chi segnala come principale fattore la maggiore, o minore specificità del sistema batterico del digestore, per digerire un substrato così complesso. Di seguito riportiamo i risultati di un doppio test che abbiamo condotto in laboratorio, con tre inoculi diversi, su un unico campione di sansa, proveniente da un oleificio che lavora con il classico processo a tre fasi.
Criteri generali e metodo della prova
Le prove sono state condotte nei seguenti laboratori: nel laboratorio dell’Autore a Latisana (Ud) e in quello di ADMIL Agroenergia di Tortona (Al). Il protocollo utilizzato in entrambi i test è stato chiamato provvisoriamente “metodo del minimo errore” ed è stato appositamente sviluppato per colmare le principali lacune della bozza di norma VDI 4630/2014. Vediamo brevemente di quali strumentazioni si avvalgono i menzionati laboratori. A Latisana sono installati: un AMPTS® (Automatic Methane Potential Test System) di seconda generazione, dotato di reattori da 500 millilitri, il cui errore di misura del volume di metano è pari all’1%; una termobilancia con errore massimo ± 1milligrammo; un sistema di essiccazione con raccolta di condensa e uno spettrofotometro. A Tortona sono installati: un Biogas Endeavour ® -strumento dotato di reattori da 2 litri, il cui errore di misura del biogas totale è pari al 4%, una bilancia digitale con errore massimo pari a 5 mg e un forno muffola, sia per l’essiccazione che per la calcinazione.
Nel laboratorio di Latisana, la sostanza secca del campione di sansa è stata determinata mediante l’essiccazione in distillatore con la raccolta del condensato (figura 1). Successivamente, il residuo solido è stato calcinato per ricavare i solidi volatili secondo gli Standard Methods. Il condensato del distillatore è stato, invece, analizzato con lo spettrofotometro, riscontrando che assieme all’umidità erano evaporati anche dei composti organici volatili. I solidi volatili totali risultavano dunque pari al 33% del campione tale quale, ma a questi andavano sommati 4.901 mg/l di COD presente nel condensato, quindi la materia organica totale risultava pari al 33,3% del campione tale quale. Il campione è stato dunque digerito con due inoculi diversi: il digestato utilizzato in prove precedenti, proveniente da un impianto generico abitualmente alimentato con deiezioni animali ed insilati, e lo stesso inoculo al quale è stata aggiunta una certa dose di un prodotto commerciale a base di batteri liofilizzati e di enzimi.
Nel laboratorio di Tortona, i solidi volatili sono stati misurati applicando gli Standard Methods, senza correzione alcuna. L’unico accorgimento addizionale agli Standard Methods è stato definire la quantità del campione, da essiccare e poi calcinare, in funzione dell’errore della bilancia e secondo la logica del protocollo del minimo errore. I solidi volatili misurati in tale modo risultavano pari al 34,5% del campione tale quale. Il campione è stato poi digerito utilizzando un inoculo proveniente da un impianto solitamente alimentato con deiezioni animali, insilati e sottoprodotti vari, il quale era già stato utilizzato in precedenza per altre prove. Poiché il Biogas Endeavour® misura il biogas totale prodotto dai reattori, il BMP fu stimato assumendo un 60% di metano.
Risultati ottenuti
Dopo 30 giorni il BMP ottenuto nel laboratorio di Tortona risultava pari a 217 ± 28 Nml/g SV mentre nel laboratorio di Latisana risultava: 163 ± 6 Nml/g SV nell prova realizzata con inoculo “naturale” e 260 ± 8 Nml/g SV nell prova realizzata con lo stesso inoculo “rinforzato” con batteri liofilizzati. Il margine d’errore di tutte e tre le prove è stato calcolato applicando i teoremi della teoria di propagazione degli errori e le direttive del Bureau International de Poids et Mesures. La figura 2 mostra le tre curve di degradazione ottenute dalla sansa.
Figura 2: Digestione anaerobica di uno stesso campione di sansa, misurata da due laboratori con tre inoculi diversi. E’ stato applicato il metodo del minimo errore
Discussione dei risultati
Dalle tre curve desumiamo che l’attività batterica e la specificità dell’inoculo influiscono notevolmente sulla resa di metano, fino ad un 50% in più nei casi dell’inoculo “generico” comparato con la sua versione “rinforzata” con batteri ed enzimi. Si osservi come l’inoculo di Tortona, proveniente da un impianto che funziona con insilati e sottoprodotti vari, inizia a produrre sin dal primo istante, mentre l’inoculo di Latisana, proveniente da un impianto alimentato solo con insilati e letame, subisce due giorni di inibizione (curva leggermente negativa) seguiti da una ripresa più lenta. Lo stesso inoculo “rinforzato” con batteri liofilizzati si comporta meglio del suo omologo, ma all’inizio ha reso di meno rispetto a quello di Tortona. Si osserva che a partire dal 13º giorno l’ecosistema batterico si è stabilizzato, rendendo più degli altri. Tutto ciò ci consente di affermare che, ai fini pratici, è molto raccomandabile realizzare delle prove previe all’utilizzo di sanse negli impianti di biogas, specialmente in quelli impianti che non sono stati mai alimentati con substrati del genere, giacché la mancanza di specializzazione dell’ecosistema batterico potrebbe causare fenomeni d’inibizione parziale, come si apprezza dalla curva blu della figura 2 (altri problemi potenziali sono già stati segnalati nel nostro articolo http://agronotizie.imagelinenetwork.com/bio-energie-rinnovabili/2014/07/02/mitologia-e-folklore-sul-potenziale-metanigeno-bmp-di-morchia-e-sansa/38843 ). Inoltre, l’applicazione di booster commerciali a base di enzimi e batteri liofilizzati è un’alternativa da valutare seriamente con le sanse, ma va verificato sperimentalmente il dosaggio ottimale ed in base a questo vanno calcolati i costi. Il criterio adottato da alcuni fabbricanti (X kg di prodotto per kW di potenza installata), secondo prove che abbiamo effettuato in passato, non sempre funziona.
Facciamo osservare che l’applicazione cieca degli Standard Methods, adottata dalla bozza di norma VDI4630/2014, implica un errore sistematico nella valutazione dei solidi volatili il quale nel caso della sansa è risultato dell‘ordine dell’1%,ma può superare anche il 10% nel caso degli insilati (si veda in proposito il nostro articolo http://agronotizie.imagelinenetwork.com/bio-energie-rinnovabili/2015/03/12/errori-nel-calcolo-del-bmp-degli-insilati-quali-sono-e-come-evitarli/42196 ).
Entrambe le prove condotte dall’Autore nel laboratorio di Latisana risultano avere un errore massimo del 3% e 4% rispettivamente, contro il 13% delle prove realizzate nel laboratorio di Tortona con strumenti meno accurati.
Ciò nonostante, se consideriamo che l’inoculo di Tortona sembri essere abbastanza simile all’inoculo “rinforzato”, perché proveniva da un impianto alimentato con sottoprodotti variegati, si apprezza come le fasce d’incertezza di entrambe le prove si intersechino, dimostrando la validità del metodo del minimo errore e, inoltre, che il metodo in questione consente di ottenere risultati consistenti anche quando gli strumenti e gli operatori siano diversi e con diverso grado di esperienza. La principale causa della variabilità del BMP delle sanse sembra essere dunque la maggiore o minore attività specifica dell’ecosistema batterico del digestore.
L’Autore ringrazia il dott. Mattirolo, per la condivisione dei risultati della prova nel suo laboratorio.
Figura 3: Il dott. Pîero Mattirolo preparando le prove con il Biogas Endeavour nel suo laboratorio di biogas al Parco Scientifico e Tecnologico di Tortona
Criteri generali e metodo della prova
Le prove sono state condotte nei seguenti laboratori: nel laboratorio dell’Autore a Latisana (Ud) e in quello di ADMIL Agroenergia di Tortona (Al). Il protocollo utilizzato in entrambi i test è stato chiamato provvisoriamente “metodo del minimo errore” ed è stato appositamente sviluppato per colmare le principali lacune della bozza di norma VDI 4630/2014. Vediamo brevemente di quali strumentazioni si avvalgono i menzionati laboratori. A Latisana sono installati: un AMPTS® (Automatic Methane Potential Test System) di seconda generazione, dotato di reattori da 500 millilitri, il cui errore di misura del volume di metano è pari all’1%; una termobilancia con errore massimo ± 1milligrammo; un sistema di essiccazione con raccolta di condensa e uno spettrofotometro. A Tortona sono installati: un Biogas Endeavour ® -strumento dotato di reattori da 2 litri, il cui errore di misura del biogas totale è pari al 4%, una bilancia digitale con errore massimo pari a 5 mg e un forno muffola, sia per l’essiccazione che per la calcinazione.
Nel laboratorio di Latisana, la sostanza secca del campione di sansa è stata determinata mediante l’essiccazione in distillatore con la raccolta del condensato (figura 1). Successivamente, il residuo solido è stato calcinato per ricavare i solidi volatili secondo gli Standard Methods. Il condensato del distillatore è stato, invece, analizzato con lo spettrofotometro, riscontrando che assieme all’umidità erano evaporati anche dei composti organici volatili. I solidi volatili totali risultavano dunque pari al 33% del campione tale quale, ma a questi andavano sommati 4.901 mg/l di COD presente nel condensato, quindi la materia organica totale risultava pari al 33,3% del campione tale quale. Il campione è stato dunque digerito con due inoculi diversi: il digestato utilizzato in prove precedenti, proveniente da un impianto generico abitualmente alimentato con deiezioni animali ed insilati, e lo stesso inoculo al quale è stata aggiunta una certa dose di un prodotto commerciale a base di batteri liofilizzati e di enzimi.
Nel laboratorio di Tortona, i solidi volatili sono stati misurati applicando gli Standard Methods, senza correzione alcuna. L’unico accorgimento addizionale agli Standard Methods è stato definire la quantità del campione, da essiccare e poi calcinare, in funzione dell’errore della bilancia e secondo la logica del protocollo del minimo errore. I solidi volatili misurati in tale modo risultavano pari al 34,5% del campione tale quale. Il campione è stato poi digerito utilizzando un inoculo proveniente da un impianto solitamente alimentato con deiezioni animali, insilati e sottoprodotti vari, il quale era già stato utilizzato in precedenza per altre prove. Poiché il Biogas Endeavour® misura il biogas totale prodotto dai reattori, il BMP fu stimato assumendo un 60% di metano.
Risultati ottenuti
Dopo 30 giorni il BMP ottenuto nel laboratorio di Tortona risultava pari a 217 ± 28 Nml/g SV mentre nel laboratorio di Latisana risultava: 163 ± 6 Nml/g SV nell prova realizzata con inoculo “naturale” e 260 ± 8 Nml/g SV nell prova realizzata con lo stesso inoculo “rinforzato” con batteri liofilizzati. Il margine d’errore di tutte e tre le prove è stato calcolato applicando i teoremi della teoria di propagazione degli errori e le direttive del Bureau International de Poids et Mesures. La figura 2 mostra le tre curve di degradazione ottenute dalla sansa.
Figura 2: Digestione anaerobica di uno stesso campione di sansa, misurata da due laboratori con tre inoculi diversi. E’ stato applicato il metodo del minimo errore
Discussione dei risultati
Dalle tre curve desumiamo che l’attività batterica e la specificità dell’inoculo influiscono notevolmente sulla resa di metano, fino ad un 50% in più nei casi dell’inoculo “generico” comparato con la sua versione “rinforzata” con batteri ed enzimi. Si osservi come l’inoculo di Tortona, proveniente da un impianto che funziona con insilati e sottoprodotti vari, inizia a produrre sin dal primo istante, mentre l’inoculo di Latisana, proveniente da un impianto alimentato solo con insilati e letame, subisce due giorni di inibizione (curva leggermente negativa) seguiti da una ripresa più lenta. Lo stesso inoculo “rinforzato” con batteri liofilizzati si comporta meglio del suo omologo, ma all’inizio ha reso di meno rispetto a quello di Tortona. Si osserva che a partire dal 13º giorno l’ecosistema batterico si è stabilizzato, rendendo più degli altri. Tutto ciò ci consente di affermare che, ai fini pratici, è molto raccomandabile realizzare delle prove previe all’utilizzo di sanse negli impianti di biogas, specialmente in quelli impianti che non sono stati mai alimentati con substrati del genere, giacché la mancanza di specializzazione dell’ecosistema batterico potrebbe causare fenomeni d’inibizione parziale, come si apprezza dalla curva blu della figura 2 (altri problemi potenziali sono già stati segnalati nel nostro articolo http://agronotizie.imagelinenetwork.com/bio-energie-rinnovabili/2014/07/02/mitologia-e-folklore-sul-potenziale-metanigeno-bmp-di-morchia-e-sansa/38843 ). Inoltre, l’applicazione di booster commerciali a base di enzimi e batteri liofilizzati è un’alternativa da valutare seriamente con le sanse, ma va verificato sperimentalmente il dosaggio ottimale ed in base a questo vanno calcolati i costi. Il criterio adottato da alcuni fabbricanti (X kg di prodotto per kW di potenza installata), secondo prove che abbiamo effettuato in passato, non sempre funziona.
Facciamo osservare che l’applicazione cieca degli Standard Methods, adottata dalla bozza di norma VDI4630/2014, implica un errore sistematico nella valutazione dei solidi volatili il quale nel caso della sansa è risultato dell‘ordine dell’1%,ma può superare anche il 10% nel caso degli insilati (si veda in proposito il nostro articolo http://agronotizie.imagelinenetwork.com/bio-energie-rinnovabili/2015/03/12/errori-nel-calcolo-del-bmp-degli-insilati-quali-sono-e-come-evitarli/42196 ).
Entrambe le prove condotte dall’Autore nel laboratorio di Latisana risultano avere un errore massimo del 3% e 4% rispettivamente, contro il 13% delle prove realizzate nel laboratorio di Tortona con strumenti meno accurati.
Ciò nonostante, se consideriamo che l’inoculo di Tortona sembri essere abbastanza simile all’inoculo “rinforzato”, perché proveniva da un impianto alimentato con sottoprodotti variegati, si apprezza come le fasce d’incertezza di entrambe le prove si intersechino, dimostrando la validità del metodo del minimo errore e, inoltre, che il metodo in questione consente di ottenere risultati consistenti anche quando gli strumenti e gli operatori siano diversi e con diverso grado di esperienza. La principale causa della variabilità del BMP delle sanse sembra essere dunque la maggiore o minore attività specifica dell’ecosistema batterico del digestore.
L’Autore ringrazia il dott. Mattirolo, per la condivisione dei risultati della prova nel suo laboratorio.
Figura 3: Il dott. Pîero Mattirolo preparando le prove con il Biogas Endeavour nel suo laboratorio di biogas al Parco Scientifico e Tecnologico di Tortona
