Produzione di combustibili liquidi (bio-etanolo) e gassosi (metano) da rifiuti dell'industria alimentare

Starting date
January 1, 2007
Duration (months)
24
Departments
Biotechnology
Managers or local contacts
Bolzonella David

Alla luce del quadro scientifico internazionale delineato nell'analisi dello stato dell'arte, appare auspicabile intraprendere una ricerca in cui, operando con substrati
a costo nullo o negativo, quali i rifiuti dell'industria alimentare e considerando processi fermentativi che riducano al massimo i costi del processo nel suo complesso
si avranno netti miglioramenti della resa economica del processo: in questo senso si propone, in questa sperimentazione, di operare in reattore continuo in condizioni
anaerobiche e senza sterilizzazione.
L'obbiettivo principale di questo progetto di ricerca è lo studio di un processo di fermentazione di rifiuti dell'industria alimentare ricchi in zuccheri, quali i residui
dell'industria conserviera, per la produzione di etanolo quale bio-combustibile per la produzione diretta di energia elettrica e calore o per auto-trazione. Ciò
attraverso la conduzione di processi di fermentazione condotti in condizioni non sterili (popolazioni miste di lieviti Saccharomyces) in reattore continuo a biomassa
sospesa in condizioni anaerobiche al fine del miglior contenimento dei costi di produzione.
Con particolare riferimento a questi aspetti possiamo qui indicare che:
- la sperimentazione sarà condotta a scala di laboratorio in reattore miscelato del volume di 15 litri con controllo automatizzato della temperatura;
- i substrati utilizzati saranno rifiuti dell'industria alimentare (produzione di marmellate e confetture per pasticceria) caratterizzati da elevati contenuti di zuccheri
(fino al 60%);
- le condizioni favorevoli al mantenimento nel reattore della popolazione di lieviti inizialmente inoculati verrà garantita, secondo una prassi consolidata nel settore
enologico, attraverso aggiunte minime (circa 1 mg/l) di meta-bi-solfito nella portata influente al fine di ridurre la carica batterica autoctona presente nel rifiuto;
- il controllo del reattore sarà condotto attraverso analisi delle caratteristiche (pH, solidi, COD, TKN, P, zuccheri, etanolo, acidi grassi volatili, glicerolo, acido
lattico e altri composti organici minori) dell'influente ed effluente liquidi del reattore oltre al controllo, in termini di portata e composizione, del biogas prodotto.
L'attività sperimentale considererà tre fasi distinte:
1) individuazione della migliore configurazione reattoristicaCon riferimento all'impiantistica, verranno verificate, a parità di condizioni di alimentazione, le seguenti configurazioni del reattore
- fermentazione in reattore continuo
- fermentazione in reattore continuo con ricircolo della biomassa
In relazione ai risultati ottenuti, sia in termini di performances che di resistenza all'inibizione, si individuerà la soluzione impiantistica migliore da utilizzare poi nel
prosieguo dell'attività di ricerca.
.
2) Individuazione delle condizioni limite
In relazione alla più affidabile configurazione del reattore verranno poi verificate le condizioni di stress in termini di massimo carico organico sopportabile dal
reattore prima di andare incontro ad inibizione del sistema. Ciò anche nell'ottica di massimizzare la concentrazione di etanolo nell'effluente in modo tale da
agevolare la successiva fase di distillazione.
L'ottica finale è quella di verificare la possibilità di utilizzare quale substrato il rifiuto tal quale, al fine di limitare le operazioni up-stream e quindi i costi di
intervento ed inoltre di sfruttare al massimo volumetria di reattore disponibile (process intensification).
3) Recupero di biogas dai residui di fermentazione
Al fine di sfruttare al massimo il rifiuto trattato, verranno poi condotti test di metanazione sulle frazioni residuali del processo di fermentazione che risultano ancora
ricchi in zuccheri ed altre sostanze organiche complesse.
Le prove di metanazione saranno condotte a scala di laboratorio in modalità batch utilizzando reattori da 1,5 litri utilizzando come inoculo fango mesofilo e termofilo
prelevati da di gestori anaerobici a scala pilota. Le modalità di esecuzione dei tests saranno quelle indicate dal Test were carrie dout acoccridng to the methodology
proposed by the Task Group for the Harmonization of Anaerobic Biodegradation, Activity and Inhibition Assays (TG-ABAI) , Specialist Group on Anaerobic
Digestion of the International Water Association.
Il processo nella sua concezione complessiva permetterà quindi di produrre bio-combustibili liquidi, quali l'etanolo, particolarmente utili per l'autotrazione, e
combustibili gassosi (metano) che potranno essere utilizzati nella normale rete di distribuzione e per la produzione di energia e calore, oltre che per autotrazione.

Sponsors:

PRIN VALUTATO POSITIVAMENTE
Funds: assigned and managed by the department
Syllabus: PRIN

Project participants

David Bolzonella
Full Professor
Research areas involved in the project
Chemical

Activities

Research facilities