28 giugno ore 10 – Spazio Murat (Bari)
Sperimentazione Tecnologie innovative per la costruzione di un modello di economia circolare per il trattamento e la valorizzazione dei fanghi da depurazione di reflui civili — Estrazione Biodiesel e Biometano
Acquedotto Pugliese è stata pioniera nel campo della depurazione, investendo su impianti sperimentali ed oggi gestisce 185 depuratori in Puglia, un parco impiantistico tra i più grandi ed evoluti d’Italia in termini di tecnologie impiegate e di qualità degli scarichi; ed è da sempre impegnato a implementare tecnologie tese al risparmio della risorsa e al rispetto per la natura: depurazione e riutilizzo dei reflui costituiscono uno degli assi principali della strategia aziendale, insieme alla produzione di energia elettrica pulita.
Oggi grazie al progetto BFBioS, Acquedotto Pugliese rende ancora più ambizioso il suo piano di sostenibilità ambientale, orientato allo sviluppo dell’economia circolare del ciclo idrico e alla tutela dell’ambiente. La gestione dei fanghi rappresenta infatti l’elemento critico su cui cercare soluzioni per garantirne la valorizzazione ed il corretto smaltimento. Attualmente gli sbocchi per lo smaltimento dei fanghi sono il compostaggio in impianti extra regione e, per quella tipologia che rispetta i parametri, lo smaltimento in discarica. Entrambe le vie di destinazione presentano costi significativi (da 100 a 150 euro/t).
“All’economia circolare – ha commentato Francesca Portincasa, Direttrice Generale di Acquedotto Pugliese – destiniamo circa il 10% degli investimenti totali. Stiamo studiando e attuando diverse tecnologie sostenibili per la trasformazione degli impianti di depurazione in ‘fabbriche verdi’ che possano anche fornire acqua per usi industriali e civili attraverso l’affinamento delle acque di depurazione. In quest’ottica, abbiamo avviato il progetto Bf Bios sull’impianto di Lecce al fine di sviluppare un modello vincente per il trattamento e la valorizzazione dei fanghi da depurazione di reflui civili, in modo che da scarto possano sempre più divenire una risorsa da valorizzare, nella consapevolezza che una politica adeguata di gestione rappresenta un beneficio per l’ambiente e le comunità servite”.
A partire da aprile 2021 nell’impianto di depurazione di Lecce di Acquedotto pugliese sono state sperimentate, per la prima volta in Italia, tecnologie innovative utili a recuperare biometano e biodiesel. Aqp è stato il primo gestore in Italia a sperimentare tale tecnologia innovativa (BFBios – BioFuel and Biomethane from Sludge) che riduce la quantità di fanghi prodotti dagli impianti di depurazione, recuperando il loro potenziale chimico-energetico, attraverso la estrazione/produzione di biocarburanti (biodiesel e biometano), creando un sistema virtuoso.
Lo scopo era dunque quello di recuperare la frazione lipidica dai fanghi prodotti.
“A seconda della composizione del fango è stato possibile ottenere un recupero complessivo sino al 70% del contenuto di lipidi iniziale. Durante la sperimentazione sono stati lavorate circa 100 tonnellate di fanghi sedimentati, ottenendo 200 kg di grassi, garantendo, in media, dal solo impianto consortile di Lecce, un potenziale recupero di circa 300 kg di biodiesel al giorno, che supererebbe di gran lunga il fabbisogno di carburante di tutti i mezzi aziendali dell’Acquedotto Pugliese – sede di Lecce. In concomitanza si è notevolmente ridotta la produzione di fanghi finali, il cui residuo potrebbe essere utilizzato all’interno del processo di generazione del biodiesel stesso. In aggiunta, il processo di raffinazione del biogas prodotto dall’impianto depurativo mediante assorbimento dell’anidride carbonica ha consentito di ottenere il biometano (da 1 mc/h di biogas si è ottenuto oltre il 50% di biometano). Adattando dunque i risultati della sperimentazione del progetto BFBIoS ad una scala reale si potrebbe ottenere, trattando una portata di biogas di 1.000 mc/h, un ricavo economico, al netto dei costi di gestione, di oltre € 1.200.000 valorizzando il biometano al valore attuale del mercato libero” ha spiegato in sintesi l’ingegnere Sebanino Giotta di BFBIoS.
Analizzando più nello specifico gli obiettivi è emerso come sia importante la riduzione dei volumi finali dei fanghi per contenere i costi di smaltimento degli stessi (attraverso un essiccamento a bassa temperatura), puntando contemporaneamente ad una produzione netta di un prodotto ad elevato valore aggiunto. Si riduce così al minimo l’eventuale apporto di energia dall’esterno. La realizzazione di un obiettivo così ambizioso si basa non solo sull’applicazione di tecnologie di per sé innovative, ma anche attraverso una rispettiva efficiente integrazione dei suddetti processi, con recuperi termici di correnti esauste. La sperimentazione ha avuto una durata di due anni, con inizio nell’aprile 2021 e termine nel marzo 2023 ed è stata suddivisa in una serie di sotto-attività, con altrettanti obiettivi di ricerca specifici e differenti che hanno poi portato alle conclusioni dell’ing. Giotta e di Aqp. Entrando nel dettaglio dei singoli obiettivi ricercati, per i più tecnici, si può evidenziare che il primo obiettivo riguardante l’estrazione di lipidi e la trasformazione in biodiesel è stato portato avanti dal gruppo di ricerca del CNR di Bari coordinato dal dott. Carlo Pastore. Durante il corso della sperimentazione, sono stati prelevati ed analizzati (caratterizzazione chimico-fisica) campioni di fanghi primari in entrata e le principali correnti ottenute a seguito del processo di lavorazione messo a punto su scala laboratorio negli anni precedenti: alimento (derivante dall’aggiunta di acido ai fanghi di depurazione), affiorato (lipidi estratti), acque esauste e fanghi residui. I dati acquisiti hanno permesso di ottenere informazioni utili relative alla composizione dei fanghi di depurazione in ingresso correlata alla stagionalità e alla natura delle acque reflue presenti nell’impianto di depurazione. La determinazione del contenuto lipidico nelle diverse correnti generate ha permesso inoltre di poter valutare l’efficienza di estrazione in ogni ciclo di estrazione al fine di favorire la successiva ottimizzazione dei parametri di processo. La recuperabilità effettiva della fase lipidica è risultata fortemente correlata al tenore di grassi iniziali. A tal proposito sono state sviluppate le attività di caratterizzazione e trasformazione della fase grassa recuperata dal pilota in biodiesel (metil esteri degli acidi grassi) mediante applicazione di una procedura di sintesi brevettata (IT2017000038638) che fa uso di alluminio cloruro come catalizzatore. È stato possibile apprezzare la totale conversione degli acidi grassi nel prodotto finale (rese del 99%).
Il secondo obiettivo di ricerca era collegato alla digestione anaerobica dei fanghi residuali del trattamento di estrazione dei lipidi (“fanghi LE”). Le attività sono state sviluppate dal gruppo di ricerca del CNR-IRSA di Roma coordinato dalla dott.ssa Camilla Braguglia. L’unità CNR IRSA di Roma ha proseguito sostanzialmente le attività di conduzione dei BMP test sui fanghi provenienti dall’applicazione della tecnologia solvent-free condotta su scala pilota: anche in questo caso è stato possibile confermare i risultati di adeguata digeribilità, così come già rilevato sui campioni recuperati su scala laboratorio. In altre parole, il fango proveniente dalla sezione di estrazione dei lipidi dell’impianto di Lecce è stato alimentato ad un reattore anaerobico in scala semi-pilota operante in semicontinuo al fine di valutarne la trattabilità anaerobica, la resa in metano nonché di verificare la stabilità a lungo termine del processo di digestione. Sono stati rilevati dei potenziali biometanigeni.
Il terzo ambito di sperimentazione era legato al processo di raffinazione mediante assorbimento dell’anidride carbonica con zeoliti. L’attività di ricerca, coordinata e sviluppata dalla T&A è stata essenzialmente articolata su due direttrici: a) progettazione esecutiva e definizione specifiche di processo per implementazione dell’impianto pilota per upgrading biogas; b) test di laboratorio per testare la produzione di biogas da fanghi di depurazione, sviluppare le idonee metodiche analitiche per monitorare la qualità del biogas e provvedere alla corretta installazione in campo delle apparecchiature. Il biogas uscente dal digestore anaerobico è stato alimentato all’unità di assorbimento/desorbimento dove un letto di sorbente a base di zeolite trattiene per fisisorbimento la CO2 (anidride carbonica), mentre lascia passare la parte rimanente di corrente gassosa, costituita a questo punto dal solo biometano, che in uscita dall’unità, è quindi inviata al camino. La composizione della corrente gassosa in ingresso e in uscita dal reattore viene misurata in continuo tramite un analizzatore in grado di rilevare e misurare le concentrazioni di CO2 (anidride carbonica), CH4 (idrocarburo) e H2S (idrogeno solforato). La sperimentazione effettuata sul campo, durante le prove di lunga durata, ha dimostrato che nelle condizioni ottimali di esercizio, il processo di upgrading utilizzando come sorbente la zeolite, rigenerata a 85° C e 100 mbar e con 100 Nl/h di N2 di stripping, garantisce una capacità sorbente di 110 g di CO2 per kg di sorbente. Sulla base di tali evidenze sperimentali, è stato stimato l’assetto impiantistico per un trattamento su scala industriale, individuando i principali driver relativi ai costi di investimento ed esercizio.
Il quarto e ultimo obiettivo di ricerca, infine, era indirizzato verso lo studio dell’essiccamento termico a bassa temperatura. Le attività sono state sviluppate dal gruppo di ricerca del CNR di Bari coordinato dal dott. Carlo Pastore in partnership con la Vitone Eco. L’obiettivo della sperimentazione è stato quello di verificare l’effettiva efficienza di un essiccatore fanghi a bassa temperatura definendo le diverse possibilità di taratura, sia in funzione del fango in ingresso che del fango in uscita che si desidera ottenere; in particolare sono stati monitorati i consumi energetici ed i valori delle emissioni in atmosfera in corrispondenza di tenori di secco pari a 60%, 75% e 90%. Il principio di funzionamento dell’essiccatore si basa sull’asportazione dell’umidità dal fango, attraverso il passaggio forzato di aria calda riscaldata, e insufflata su un tappeto magliato che trasporta il prodotto da esiccare; minore è la velocità del tappeto (maggior tempo di permanenza del fango nell’impianto) e maggiore è la riduzione del grado di umidità del fango. Con una potenza elettrica assorbita dell’essiccatore pari a: 53 kW – 55 kW (valore medio preso nel periodo di lavoro) si ottiene una temperatura interna all’essiccatore che varia fra i 60°C – 70°C. Per quanto riguarda il valore, della percentuale di secco nel fango da disidratare, all’entrata dall’essiccatore è di circa il 35% contro quello in uscita dall’essiccatore che è di circa il 79%.
Il progetto BFBIoS è finanziato dalla Regione Puglia nell’ambito del P.O. FESR Puglia 2014/2020 – Asse VI, Azione 6.4, Sub-Azione 6.4.a – “Sostegno all’introduzione di misure innovative in materia di risparmio idrico, depurazione per il contenimento dei carichi inquinanti, riabilitazione dei corpi idrici degradati attraverso un approccio ecosistemico”. Il progetto è stato realizzato grazie ad Acquedotto Pugliese S.p.A., CNR IRSA, Engeo, T&A, Vitone Eco e The Hub Bari. E gode del patrocinio dell’Ordine dei Geologi di Puglia.
I partner hanno costituito un’apposita Associazione Temporanea di Scopo (A.T.S.):
Laboratorio di ricerca
CNR IRSA: L’Istituto di Ricerca sulle Acque del CNR è stato istituito nel 1968 con il compito di svolgere attività di ricerca nei settori della gestione e protezione delle risorse idriche, e nello sviluppo di metodologie e tecnologie finalizzate alla potabilizzazione, distribuzione e trattamento delle acque per differenti utilizzi (civile ed irriguo). Il referente di progetto, dott. Carlo Pastore, Dottore di Ricerca in “Sintesi Chimica ed Enzimatica Applicata”, dal dicembre 2011 ricercatore di III livello presso il CNR IRSA di Bari, ha dedicato una cospicua parte della sua attività di ricerca nell’ambito della valorizzazione delle biomasse residuali e, ad oggi, ha in sottomissione di brevetto una tecnologia specifica per l’estrazione di biodiesel da fanghi di depurazione civili. Nell’ambito del presente progetto le sperimentazioni fino ad oggi condotte potranno essere messe ulteriormente a punto attraverso la realizzazione di un impianto dimostrativo, su scala reale, per l’estrazione di lipidi dai fanghi di depurazione e la loro successiva trasformazione in biodiesel. Il CNR IRSA ha offerto, inoltre, nell’ambito di tale progetto, tutto il supporto scientifico necessario alla caratterizzazione delle matrici, all’analisi ed alla validazione dei risultati.
Ingegneria
ENGEO soc. coop. a r.l. società di ingegneria nata, come spin-off della Studio Romanazzi Boscia e Associati s.r.l., proprio per dare nuovo impulso alle attività di ricerca e sviluppo nell’ambito della gestione delle risorse idriche, facendo tesoro della quarantennale esperienza maturata nell’ambito della progettazione e direzione lavori di infrastrutture idrauliche, tra cui numerosissimi impianti di trattamento delle acque reflue. I suoi soci, ing. Fabio Paccapelo e ing. Sebanino Giotta hanno poi maturato una significativa esperienza anche nel coordinamento di progetti di ricerca e nello sviluppo di procedure autorizzative di impianti complessi. Nell’ambito del presente progetto la Engeo si è occupata del coordinamento delle attività, dello sviluppo delle procedure autorizzative, della progettazione esecutiva, della progettazione ed esecuzione delle opere complementari per l’installazione degli impianti (opere civili ed elettriche), del supporto tecnico nell’ambito dello sviluppo del piano di comunicazione.
T&A s.r.l.: Spin off del Politecnico di Bari, dal 2010 svolge attività di ricerca e offre servizi avanzati di ingegneria in tema di ambiente, con particolare riguardo alla gestione dei rifiuti, bonifica di siti inquinati, trattamento delle acque reflue ed alle emissioni in atmosfera. Da diversi anni offre interventi di consulenza ed ingegneria nel campo della gestione e trattamento dei rifiuti, della bonifica di siti contaminati (suoli e acque sotterranee), della tutela delle risorse idriche, del controllo e monitoraggio ambientale degli effluenti gassosi di attività produttive e dello sviluppo di processi innovativi eco-sostenibili. Di recente ha implementato un proprio laboratorio di analisi chimiche per la caratterizzazione delle matrici ambientali. T&A è associata e convenzionata con: DIPAR – Distretto produttivo regionale dell’ambiente e del riutilizzo, Confindustria Bari – BAT, Centro Interdipartimentale del Politecnico di Bari “Magna Grecia”, Politecnico di Bari – Tirocini formativi. Nell’ambito del progetto T&A ha curato la conduzione della sperimentazione relativa alla raffinazione del biogas per ottenere biometano (compresa la realizzazione dell’impianto pilota).
Partner industriali
VITONE ECO s.r.l.: nata nel 1904 nell’ambito della produzione di macchine da frantoio per la produzione di olio di oliva, oggi è presente nel mercato delle bio-energie, del riciclo dei rifiuti, della disidratazione dei fanghi e del trattamento di acque reflue. Oggi Vitone Eco costruisce centrifughe ad asse orizzontale (altrimenti chiamati decanter) e separatori verticali, capaci di separare diversi tipi di fluidi epurandoli dalla loro frazione solida. Nell’ambito del presente progetto fornirà e gestirà tutte le apparecchiature per l’estrazione dei lipidi. La peculiarità delle sue realizzazioni consiste nel riuscire a mantenere estremamente compatti gli impianti, allestendoli su skid scarrabili. Nell’ambito del presente progetto il suo know-how è stato fondamentale per allestire impianti che siano facilmente modulabili e trasportabili, in modo da consentire di eseguire le sperimentazioni anche su più impianti. Ha assunto inoltre il compito di installare e gestire l’impianto di essiccazione a bassa temperatura.
Comunicazione
THE HUB BARI s.r.l.: azienda che ha fondato 5 anni fa il primo spazio di coworking in Puglia: Impact Hub Bari. Innovativo spazio di lavoro di 1.600mq. per freelance e piccole aziende, con una community multidisciplinare di 150 persone che si arricchisce ogni giorno di progetti e talenti diversi che condividono la stessa visione. Con più di 15.000 membri in 75 città in tutto il mondo, la community di Impact Hub riunisce professionisti e imprese impegnate a innovare modelli esistenti, disegnare nuove soluzioni e mettere in rete risorse e passioni per generare un impatto positivo sulla società e l’ambiente. L’azienda e il suo team è specializzata in attività di facilitazione di processi, percorsi di co-progettazione, organizzazione e sviluppo di eventi innovativi, strutturazione di strategie comunicative innovative, percorsi di accompagnamento per lo sviluppo di modelli di business sostenibili. Nell’ambito del presente progetto ha curato, con il supporto tecnico di Engeo (sinergia già collaudata in altri progetti), lo sviluppo del piano di comunicazione.