Impiego delle macroalghe marine per la produzione di biogas

Eutrofizzazione della Sacca di
Goro: cause, effetti e possibile
utilizzo delle biomasse
macroalgali
Pierluigi Viaroli & Mariachiara Naldi
Dipartimento di Scienze Ambientali
Università di Parma
La crescita di Ulva è in relazione con la disponibilità di azoto
1000
Ulva
azoto
800
150
600
100
400
50
0
90
200
0
91
92
93
94
anno
95
96
97
98
Biomassa (g d.w. m-2)
Azoto inorganico disciolto (M)
200
1991
1992
1994
1997
fioriture macroalgali nella tarda primavera
Ulva
Gracilaria
saturazione)
(%saturation)
Ossigeno
dissolveddisciolto
oxygen (%
200
0
90
ossigeno
91
92
fosforo
150
6
100
4
50
2
0
93
94
anno
year
95
96
97
98
solubile (M)
reattivo
Fosforo
soluble
reactive
phosphorus
(M)
La decomposizione delle biomasse macroalgali causa anossia
8
Le crisi distrofiche (1992)
Colonna d’acqua
Nutrienti (P, N, Si)
Fitoplancton
Rigenerazione
Nutrienti disciolti
(P, N, Si)
Detrito
organico
Ossigeno
disciolto
pellet
fecali
Sedimento
Bt (g m-2)
Quando e come raccogliere le alghe
tasso di crescita medio = 3% per giorno
Biomassa di Ulva (g m-2)
come peso secco
1400
+ 0.0283x
15 g m-2
1200
Bt = 34.117e
R2 = 0.6986
1000
x = giorni
800
+ 3 g m-2
600
400
200
0
0
20
40
60
80
100
Giorni dal 01.01.1997
120
Raccolta delle macroalghe:
cosa fare con le biomasse?
• discarica
• fertilizzante
• carta “verde”
• biocarburanti
• biogas
Il progetto SEA-R: Digestione Anaerobica e
produzione di biogas
http://www.biogas-info.co.uk
Composizione media del biogas
Componenti
Formula
Concentrazione
Metano
CH4
50-75% vol.
Biossido di carbonio CO2
25-45% vol.
Vapore acqueo
H2O
2-7% vol.
Ossigeno
O2
<2% vol.
Azoto
N2
<2% vol.
Ammoniaca
NH3
<1% vol.
Idrogeno
H2
<1% vol.
Acido solfidrico
H2S
0.02-2 % vol.
Composizione di Ulva spp.
Ulva sp.
U. clathrata
U. lactuca
U. lactuca
U. rotundata
Proteine (% dw)
10-17
20-26
8.5
6.67
2-4
Lipidi (% dw)
1.8-3.5
2-3.5
7.9
12
-
-
25-41
54
-
-
Ceneri (% dw)
17-35
27-49
19-20
-
-
Solidi volatili (% dw)
65-83
51-73
80-81
Zuccheri (% dw)
41-61
19-24
10-11
22
8-28
Ramnosio
36-41%
34-40%
-
-
-
Acidi uronici
19-21%
26-28%
-
-
-
Xylosio
7-9%
10-13%
-
-
-
Glucosio
10-16%
9-15%
-
-
-
Galattosio
3-4%
5-8%
-
-
-
3-4
1-2
-
-
1-3
Fibre totali (% dw)
di cui:
Zolfo (% dw)
Valori minimi, massimi, mediani e medi del contenuto di carbonio, azoto,
fosforo, ceneri e di alcuni metalli in campioni di Ulva e Gracilaria raccolti in
Sacca di Goro dal 1991 al 1997. Tutti valori sono espressi come % o µg/g di
sostanza secca. d.s. = deviazione standard; n = numero di campioni
analizzati; n.r. = non rilevabile
%C
%N
%P
% ceneri
Fe
(µg/g)
Mn
(µg/g)
Cu
(µg/g)
Zn
(µg/g)
Cr
(µg/g)
Ni
(µg/g)
Pb
(µg/g)
Cd
(µg/g)
21.15
36.00
30.25
29.61
3.18
97
1.50
5.05
3.22
3.17
0.66
108
0.08
0.43
0.19
0.21
0.08
109
14.59
45.85
23.16
24.37
5.71
109
268
7026
963
1479
1524
34
40
4541
426
681
862
34
0.06
23.66
3.91
6.96
7.96
20
15.40
269.20
70.60
92.83
68.01
32
0.64
27.80
3.50
5.76
6.26
22
3.89
27.90
14.60
14.31
6.18
22
0.40
13.00
3.50
3.84
3.37
21
0.06
0.62
0.12
0.17
0.16
10
26.58
34.39
30.75
30.57
1.96
27
2.85
4.51
3.34
3.57
0.50
27
0.09
0.43
0.26
0.25
0.08
32
17.60
41.80
25.73
26.86
6.66
21
204
3497
1295
1536
923
21
49
14384
3996
3745
3326
21
4.42
17.30
9.48
9.42
3.87
21
29.30
185.70
52.80
65.05
40.31
21
0.51
10.80
2.70
3.75
2.71
21
3.34
29.30
12.28
13.88
6.51
21
0.20
13.00
8.50
7.27
4.81
18
n.r.
n.r.
n.r.
n.r.
Ulva
min
max
mediana
media
d.s.
n
Gracilaria
min
max
mediana
media
d.s.
n
RACCOLTA MACROALGHE NELLA SACCA DI GORO
Anno
Quantità (tonnellate di
biomassa fresca)
Ente che ha effettuato la raccolta
1990
non conosciuta
1991
1.100
Soc. Castalia per conto del commissario
ad acta per l’Adriatico
Consorzio Pescatori di Goro
1997
3.200
Consorzio gestione Sacca di Goro
1998
12.000
Consorzio gestione Sacca di Goro
1999
4.500
Consorzio gestione Sacca di Goro
2000
non conosciuta
Provincia di Ferrara
2001
3.000
Provincia di Ferrara
2002
nessuna raccolta
2003
nessuna raccolta
2004
500
Provincia di Ferrara
2005
6.000
Provincia di Ferrara
2006
1.650
2007
6.000
Provincia di Ferrara
Provincia di Ferrara
2008
2009
2010
5.000
4.000
3.000
Provincia di Ferrara
Provincia di Ferrara
Provincia di Ferrara
Produzione di metano da digestione di biomasse vegetali:
Cereali: 150 – 650 m3 CH4 per t di solidi volatili
Ulva: 160 – 270 m3 CH4 per t di solidi volatili
Gracilaria: 280 – 400 m3 CH4 per t di solidi volatili
10.000 t di biomassa secca con 80% solido volatile
Ulva: 1.3-2.2 Mm3 CH4
Gracilaria: 2.2-3.2 Mm3 CH4
Raccolto media degli ultimi 10 anni: ca. 1000 t (maggio-giugno)
Braun R., Weiland P., Wellinger A., 2010. Biogas from energy crop digestion. IEA Bioenergy
http://www.iea-biogas.net/_download/publi-task37/energycrop_def_Low_Res.pdf
Prospettive:
• Tassi di crescita elevati
• Buon contenuto di polisaccaridi
• Non sottraggono superficie agricola e non necessitano di
acqua dolce (nessuna competizione con la produzione
agricola)
• Possibilità di crescita in impianti di acquacoltura integrata
(Integrated Multi-Trophic Aquaculture) o di trattamento di
acque reflue di impianti di itticoltura
• Le macroalgae potrebbero essere “coltivate” in acque
costiere e di transizione, che ricevono elevati input di
nutrienti, come “filtri” naturali che rimuovono l’eccesso di
nutrienti dall’acqua; la biomassa algale potrebbe quindi
essere raccolta ed utilizzata nella digestione anarobica
invece di essere conferita in discarica
Problemi
•
•
•
•
•
La disponibilità di biomassa non è costante durante l’anno, ma si
concentra in periodi brevi (due o tre mesi): sebbene le macroalghe
siano presenti tutto l’anno, la raccolta meccanica non è conveniente
sotto una certa soglia di biomassa
Elevato contenuto di acqua dei talli macroalgali (circa 85-90% del peso
fresco)
Elevato contenuto di ceneri dei talli macroalgali (20-50 % del peso
secco), costituite da metalli, in particolare metalli alcalini quali Na e K
Elevato contenuto di zolfo (formazione di solfuro di idrogeno H2S)
I pre-trattamenti necessari per aumentare la resa della digestione ed
evitare i problemi al digestore (risciacquo con acqua dolce per eliminare
sale e sabbia, essicamento per ridurre il contenuto di acqua,
frammentazione e/o macerazione) incrementano significativamente i
costi di produzione