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Modulo diModulo di Chimica dei processi biotecnologiciChimica dei processi biotecnologici
IL BIOGASIL BIOGAS
Modulo di Modulo di Chimica dei processi biotecnologiciChimica dei processi biotecnologici
IL BIOGASIL BIOGAS
16 Marzo 201016 Marzo 2010
Elena TamburiniElena Tamburini
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Il ciclo del carbonio
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La digestione anaerobica
b l d l lè un processo biologico per mezzo del quale, inassenza di ossigeno, la sostanza organica vienetrasformata in biogas (energia rinnovabile)trasformata in biogas (energia rinnovabile)costituito principalmente da metano e anidridecarbonica;
la percentuale di metano nel biogas varia ad d l i di i di isecondo del tipo di sostanza organica digerita e
delle condizioni di processo, da un minimo del50% fino all’80% circa50% fino all 80% circa.
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BIOGAS CH4 50-80%CO2 20-50%H2O tracceH2S tracce
Potere calorifico di 20000 kJ/m3
Potere calorifico di 37300 kJ/m3
‐CO2
Potere calorifico di 37300 kJ/m3
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FASI DELLA DIGESTIONE ANAEROBICAFASI DELLA DIGESTIONE ANAEROBICA
1. FASE IDROLITICA
BATTERI IDROLITICI
1. FASE IDROLITICA
Bacillus subtilisClostridium thermocellumSt h lStaphylococcus aureus
Carboidrati Proteine
Acidi grassi GliceroloProteine
Lipidi Glicerolo Peptidi e AminoacidiMonosaccaridi
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2 FERMENTAZIONE ACIDOGENICA
BATTERI ACETOGENICI E OMOACETOGENICI
2. FERMENTAZIONE ACIDOGENICA
E OMOACETOGENICI
Monosaccaridi Formiati HCOOH Acetati CH3COOH P i ti C H COOHPropionati C2H5COOH Butirrati C3H7COOH CO2 H2H2
A i idi A iAminoacidi Ammoniaca Acidi volatili
Composti solforati
Mercaptani R-SH Solfati
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3 FERMENTAZIONE ALCALINA
BATTERI METANIGENI Acidi CH4
3. FERMENTAZIONE ALCALINA
Methanobacterioum Methanosarcina
organici 4
CO2 H2
Methanosarcina Methanospirillum Methanobacter
4HCOOH CH4 + 3CO2 + 2 H2O
CH3COOH CH4 + CO2
C2H5COOH + 2H2O 7CH4 + 5CO2
C3H7COOH + CO2 + 2H2O CH4 + CH3COOH
CO2 + 2H2 CH4 + 2 H2O C3H7COOH + 2 H2O H2 + CH3COOH
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Produzione di biogas
Concentrazione di sostanza biodegradabile
Concentrazione diacidi volatili
giorni10 20 30
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GERMANIAGERMANIA
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Le filiere locali – il modello di filiera corta
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Esempio di filiera corta
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IL COMPOSTAGGIO È UNA TECNICA CHE IL COMPOSTAGGIO È UNA TECNICA CHE
PERMETTE IL TRATTAMENTO
DELLA FRAZIONE ORGANICA DELLA FRAZIONE ORGANICA
BIODEGRADABILE
PROMOSSO DA GRUPPI DIVERSI DI PROMOSSO DA GRUPPI DIVERSI DI
MICRORGANISMI IN CONDIZIONI AEROBICHE,
CON CONSEGUENTE RECUPERO DI MATERIALE E
RIDUZIONE DELL'IMPATTO AMBIENTALE.
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VANTAGGI DEL COMPOSTVANTAGGI DEL COMPOST
AMMENDANTE
azione chimica: fa da vettore al reintegro degli elementi sottrattidalle colti a ioni
AMMENDANTE
dalle coltivazioni;
azione fisica: è utilizzato per potenziare la permeabilità deiterreni per evitarne l'erosione e trattenerne l'umidità deiterreni, per evitarne l erosione e trattenerne l umidità deiargillosi suoli favorisce la permeabilità alle acque, mentre haazione opposta nei suoli sabbiosi
azione biologica: potenzia le colture nella capacità diassimilazione dei componenti naturali dal suolo e migliora lafacoltà di assorbimento dell'azoto da parte delle piante, grazie aifacoltà di assorbimento dell azoto da parte delle piante, grazie aimicrorganismi contenuti in esso.
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PROCESSO DI COMPOSTAGGIO
materiale organico + O2 compost + CO2 + H2O + NO3- + SO4
—
+ calore
Per compostaggio si intende un processo bio‐chimico che, attraverso bio‐ossidazioni termofile porta allaattraverso bio ossidazioni termofile, porta alla trasformazione di materiali organici eterogenei e complessi in composti più stabili di quelli di partenza.
1. BIO-OSSIDAZIONE
2 UMIFICAZIONE
batteri termofili
attinomiceti funghi protozoi2. UMIFICAZIONE attinomiceti, funghi, protozoi, nematodi, vermi, formiche
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1. BIO-OSSIDAZIONE batteri termofili
CARBOIDRATIPROTEINEGRASSI
MOLECOLE SEMPLICIACQUACO2
CELLULOSALIGNINA
2
+CALORE
Temperatura 60-70°C
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2 UMIFICAZIONE attinomiceti, funghi, protozoi,2. UMIFICAZIONE attinomiceti, funghi, protozoi, nematodi, vermi, formiche
MOLECOLE SEMPLICIMOLECOLE SEMPLICIMOLECOLE COMPLESSENON DEGRADATE
ACIDI UMICIACIDI FULVICI
(HUMUS)(HUMUS)
Temperatura 35-40°C4-5 mesi( U US)( U US)
ACIDI FULVICI di colore rossiccio e derivanti dalla condensazione dei carboidrati e degli acidi uronici con icondensazione dei carboidrati e degli acidi uronici con i prodotti intermedi della idrolisi proteica;
ACIDI UMICI rappresentano la forma più evoluta dell’humus eACIDI UMICI rappresentano la forma più evoluta dell humus e possono essere considerati come derivati dalla condensazione di gruppi fenolici con aminoacidi, peptidi e altri costituenti organici. g
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Prima fase mesofila 25-37°CInizia la biodegradazione aerobica dei compostiInizia la biodegradazione aerobica dei composti facilmente biodegradabili Inizia la crescita delle specie termofile
Fase termofila 60-70°CFase di massima degradazione dei composti organici facilmente biodegradabiliS il d ll i filSviluppo delle specie termofileLa fase termina con l’esaurimento dei substrati
Seconda fase mesofila 25 37°CSeconda fase mesofila 25-37°CInizia la biodegradazione aerobica dei composti lentamente biodegradabiliSintesi di molecole complesse stabili (humus)Sintesi di molecole complesse stabili (humus)Crescita e sviluppo di funghi, batteri cellulosoliticiInizia la crescita di organismi superiori
Fase di maturazione 25-37°CProcesso lentoAttività microbica rallentataCompletamento della umificazione e mineralizzazione