Categorie di tecnologie

CATEGORIA DI TECNOLOGIA PRINCIPALE: RECUPERO DI BIO-NUTRIENTI: COMPOSTAGGIO, DIGESTIONE ANAEROBICA, TECNOLOGIE A BASE DI MICROALGHE
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Digestione anaerobica

La digestione anaerobica è una sequenza di processi mediante i quali i microrganismi decompongono il materiale biodegradabile in assenza di ossigeno.

Tramite il processo di digestione anaerobica (AD) viene prodotto biogas come alternativa rinnovabile al gas naturale, a partire da biomasse. Il processo AD non solo produce energia rinnovabile, ma la biomassa trattata risulta anche avere proprietà che migliorano la fertilità del suolo, come ad esempio la conversione del carbonio organico in una forma stabile più persistente nel terreno. Ulteriori vantaggi riguardano l'aumento del carbonio organico presente nel suolo., diventando un prodotto di stoccaggio del carbonio, come menzionato negli obiettivi di mitigazione del cambiamento climatico con l'Accordo di Parigi COP-21. I letami vengono spesso digeriti anaerobicamente, mescolati con altri rifiuti organici con un potenziale di biometano più elevato e un rapporto C/N più bilanciato quali: rifiuti verdi, sottoprodotti dell'industria alimentare, rifiuti organici separati per uso domestico. La co-digestione del letame con altri substrati consente una migliore produzione di biogas, una gestione più semplice del reattore nonché una resa economica migliore. L'AD può ora essere considerata una tecnologia chiave nella catena del valore per il recupero dei nutrienti. Ciò è dovuto alla sua capacità di mineralizzare i substrati organici in modo che i nutrienti (N, P e altri) contenuti al loro interno possano essere più facilmente assorbiti dalle piante. Ciò implica che il digestato e i prodotti derivati ​​possono essere più adatti come fertilizzanti rispetto alle risorse grezze da cui hanno origine (come fanghi, reflui, rifiuti organici, ecc.). Tuttavia, le diverse fonti di input possono portare a grandi differenze nella composizione del digestato tra gli impianti di biogas così come tra i digestati in uscita con una composizione diversa e imprevedibile in ogni singolo impianto di biogas. Tuttavia, gli agricoltori hanno bisogno di nutrienti minerali omogenei e "prevedibili", come è comunemente il caso dei fertilizzanti minerali e di sintesi, quindi i proprietari di impianti di biogas potrebbero dover affrontare questo vincolo. [1]

Durante la digestione anaerobica l'azoto organico viene mineralizzato e alla fine del processo il rapporto tra ammoniaca e azoto totale può raggiungere il 70-80%. L'aumento della concentrazione di azoto ammoniacale porta anche ad un aumento del pH che solitamente rientra fra 8 e 9. È bene precisare, però, che il processo di digestione non modifica la quantità di azoto totale nei prodotti. La digestione anaerobica rappresenta un trattamento potenzialmente molto efficace nel ridurre le emissioni di gas serra: infatti, durante il processo la maggior parte della sostanza organica fermentescibile viene degradata in metano e anidride carbonica, ottenendo un effluente (digestato) con un potenziale di emissione di gas serra inferiore rispetto a quello dei prodotti in entrata. Alcuni studi, viceversa, hanno riportato un aumento delle emissioni di metano durante le fasi di stoccaggio del digestato. Questo effetto può essere correlato al tempo di ritenzione idraulica nel digestore che può essere troppo breve per consentire una degradazione completa del materiale nell'impianto e quindi proseguire durante la fase di stoccaggio. Inoltre, possono verificarsi perdite significative di biogas anche dai tubi e dalle coperture dei digestori stimate in circa il 10% del biogas prodotto. Questo trattamento può aumentare le emissioni di ammoniaca nella successiva fase di stoccaggio. Il digestato è generalmente caratterizzato da un contenuto elevato di azoto ammoniacale e da valori di pH più alti rispetto al materiale in ingresso, entrambi parametri che facilitano la volatilizzazione di ammoniaca durante il processo. Un altro fattore che facilita queste emissioni è il contenuto e il tipo di solidi presenti nel digestato. I solidi, infatti, diminuiscono in quantità e dimensioni a causa dei processi di degradazione e ciò rende difficile la formazione di una crosta protettiva che può rappresentare un efficace ostacolo alle emissioni. [1]

Vantaggi:

  • Produzione di energia rinnovabile
  • Abbattimento degli odori
  • Stabilizzazione del letame e di co-substrati: la demolizione del carbonio organico derivante dalla digestione anaerobica conferisce al digestato una stabilità sufficiente per i successivi periodi di stoccaggio e provoca un rallentamento dei processi di degradazione e fermentazione.
  • Riduzione dei patogeni: la digestione anaerobica in ambiente mesofilo (40°C) può ridurre parzialmente la carica patogena del letame. Operando in condizioni termofile (55°C) è possibile, invece, ottenere la completa igienizzazione dei liquami con il totale contenimento dei patogeni. [1]

[1] https://ec.europa.eu/eip/agriculture/sites/agri-eip/files/eip-agri_fg_nutrients_recycling_final_report_2017_en.pdf

Compostaggio

Il compostaggio è il processo di decomposizione dei rifiuti organici per azione di batteri aerobici, funghi e altri organismi.

Il compostaggio è una delle tecniche più antiche per creare un prodotto maggiormente stabile e sicuro. La stabilità e l'igienizzazione sono essenziali per il recupero degli elementi nutritivi a partire da prodotti organici complessi e variabili come i rifiuti organici. Questi prodotti organici tendono a funzionare maggiormente come ammendanti del terreno, infatti contengono una maggiore concentrazione di carbonio organico e di P a lento rilascio. La qualità del prodotto finale, quando il materiale di partenza sono i rifiuti organici, è di grande interesse per l'utente finale. Pertanto vengono seguiti protocolli di valutazione della qualità, preferibilmente da parte di enti certificatori indipendenti. Il calore naturale rilasciato durante il compostaggio determina un fenomeno chiamato "essiccazione biotermica" che riduce il contenuto di acqua e rende il prodotto più semplice da trasportare. [1]

Il compostaggio (autoriscaldamento) del prodotto a temperature superiori a 70° C è possibile solo se si utilizza al massimo il 30% in peso della frazione solida di letame suino. Questo può quindi essere combinato con la frazione solida di reflui bovini, con letame di bovini misto a paglia, letame di cavallo o pollina al fine di ottenere un materiale sufficientemente strutturato ed un rapporto C/N ottimale. In alcuni siti di compostaggio vengono aggiunte anche biomasse vegetali o rifiuti vegetali, di frutta e giardini (VFG) o compost verde. Questo processo ha luogo principalmente in capannoni chiusi in cui sono presenti diversi tunnel che possono essere chiusi e aerati separatamente (alta capacità). Il compost può essere prodotto anche utilizzando un tamburo aerato (a livello di azienda agricola). I processi di compostaggio più semplici prevedono inoltre che il materiale venga posizionato ad andane sul pavimento e venga miscelato manualmente (compostaggio estensivo). Il compostaggio autonomo in azienda agricola può essere effettuato per l'ottimizzazione della qualità della frazione solida di letame come fertilizzante/ammendante del suolo e per ridurre le perdite di nutrienti durante lo stoccaggio. [2]

Se un agricoltore ha investito in un sistema di separazione (pressa a vite), può utilizzare la frazione liquida come fertilizzante NK sul suo terreno e può effettuare l'igienizzazione della frazione solida. In questo modo ha l’opportunità di produrre un fertilizzante organico che può essere esportato al di fuori del Paese o può essere venduto al mercato privato (giardinaggio, ecc.). Nei Paesi Bassi, la frazione solida pastorizzata viene utilizzata anche come materiale di lettiera per le vacche. Questo ad ulteriore garanzia che non avvenga alcuna infezione. Nei Paesi Bassi ci sono due aziende che offrono un tamburo aerato decentralizzato (a livello di azienda agricola) in cui la frazione solida di letame può essere pastorizzata. Si tratta di un tamburo rotante aerato in cui il letame/digestato viene pastorizzato senza calore esterno. A causa della rotazione e dell'aria che viene soffiata con un ventilatore nel tamburo, inizia un processo di compostaggio naturale. Il compostaggio a livello di azienda agricola è un processo esteso, a cielo aperto, in cui non viene utilizzata l'aerazione esterna. Per ottimizzare il processo di compostaggio, è necessario disporre di un buon rapporto tra materiali in entrata ricchi di carbonio e altri ricchi in N. Altri parametri da considerare sono la temperatura, la CO2 e l’umidità. Per aerare e omogeneizzare le andane è necessario capovolgerle di volta in volta. A livello di azienda agricola, questo può essere eseguito con l’impiego di un rivoltatore. La rotazione periodica e completa delle andane richiede tempo e disponibilità a lavori straordinari da parte dell’agricoltore. L'obiettivo del compostaggio agricolo estensivo è quello di produrre un compost omogeneo e stabile da applicare sui suoli agricoli utile al manutenimento del suolo (applicazione di SO). Nel caso in cui il compost venga pastorizzato durante il processo produttivo, potrà anche essere esportato. [2]

[1] https://ec.europa.eu/eip/agriculture/sites/agri-eip/files/eip-agri_fg_nutrients_recycling_final_report_2017_en.pdf

[2] https://ec.europa.eu/eip/agriculture/sites/agri-eip/files/fg19_minipaper_1_state_of_the_art_en.pdf

Digestione anaerobica + compostaggio

Uso combinato di digestione anaerobica e compostaggio per trattare i rifiuti organici

 

Tecnologie a base di microalghe/lemnoideae/insetti/enzimi

Questa tecnologia prevede l’impiego di microalghe/lemnoideae/insetti/enzimi nei flussi di rifiuti al fine di recuperare elementi nutritivi e produrre biomassa adatta alla produzione di mangime per animali o di fertilizzanti per le piante.

La coltivazione delle alghe: il processo consiste nell'accumulare biologicamente e recuperare sostanze nutritive da flussi di acque reflue complesse. La biomassa algale può successivamente servire a diversi scopi, sia tal quali sia per applicazioni chimiche fini. Vengono impiegate ad esempio per l'alimentazione animale o l'energia rinnovabile, ma anche per il recupero di coloranti (ad es. ficocianina tramite spirulina). [1]

Un potenziale metodo di estrazione dei nutrienti dai rifiuti organici è la produzione di biomassa proteica tramite la coltivazione di microalghe. Ciò aumenta il valore e la gestibilità dei nutrienti. Il recupero dei nutrienti dal letame e la loro assimilazione nella biomassa algale può essere utile per la produzione di fertilizzanti di alta qualità, riducendo i costi ambientali e monetari che caratterizzano l'uso di fertilizzanti chimici e rimediando al contempo agli effluenti zootecnici con questo processo. Il digestato da letame è una materia prima particolarmente interessante per la coltivazione di microalghe finalizzata alla produzione di biofertilizzanti, poiché è meno contaminato rispetto agli effluenti non trattati ed è ricco in azoto e fosforo. Le microalghe possono essere utilizzate per recuperare i nutrienti dalla frazione liquida del digestato e quando le microalghe incorporano questi nutrienti nella loro biomassa, viene prodotto un fertilizzante che è meno soggetto a disperdere i nutrienti nell'ambiente. Riducendo il volume del digestato liquido, i nutrienti diventano più gestibili e può essere prodotta dell’acqua di recupero. Le microalghe vive possono anche essere utilizzate come fissatrici dell’azoto atmosferico nel suolo a scopi ammendanti. Infine, le microalghe possono anche essere trattate (ad esempio attraverso l’idrolisi) per ottenere biofertilizzanti più elaborati e biostimolanti. [2]

[1] https://ec.europa.eu/eip/agriculture/sites/agri-eip/files/eip-agri_fg_nutrients_recycling_final_report_2017_en.pdf

[2] https://ec.europa.eu/eip/agriculture/sites/agri-eip/files/fg19_minipaper_1_state_of_the_art_en.pdf

CATEGORIA DI TECNOLOGIA PRINCIPALE: PRECIPITAZIONE DEL FOSFORO DA LETAME, ACQUE REFLUE E ACQUE DI SCARICO
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Precipitazione di fosforo da letame/digestato

Attraverso questa tecnologia viene recuperato fosfato solubile a partire da letame o dal digestato aggiungendo soluzioni chimiche contenenti ioni metallici multivalenti come calcio, magnesio, ferro ecc.

 

 

Precipitazione di fosforo da rifiuti organici di vario genere

Attraverso questa tecnologia viene recuperato fosfato solubile a partire dalla miscela di rifiuti organici aggiungendo soluzioni chimiche contenenti ioni metallici multivalenti come calcio, magnesio, ferro ecc.

 

 

Precipitazione di fosforo da acque reflue/fanghi

Attraverso questa tecnologia viene recuperato fosfato solubile a partire dalle acque reflue o dai fanghi aggiungendo soluzioni chimiche contenenti ioni metallici multivalenti come calcio, magnesio, ferro ecc.

Il fosforo nei flussi liquidi (come acque reflue o frazioni liquide) può essere recuperato in forma purificata mediante processi di precipitazione selettiva. I precipitati bersaglio più noti sono la struvite (MgNH4PO4) e il fosfato di calcio (CaPO4). Nell'industria di trasformazione delle patate l’installazione di reattori a struvite ha riscontrato un progressivo assorbimento del mercato mentre in altri settori (come la lavorazione del letame) lo sviluppo di tecniche di recupero del fosfato di calcio sembra aver preso slancio negli ultimi anni. [1]

[1] https://ec.europa.eu/eip/agriculture/sites/agri-eip/files/eip-agri_fg_nutrients_recycling_final_report_2017_en.pdf

CATEGORIA DI TECNOLOGIA PRINCIPALE: RECUPERO TERMOCHIMICO DEGLI ELEMENTI NUTRITIVI
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Recupero termochimico riduttivo del fosforo

Il recupero termochimico riduttivo del P attraverso la monoalimentazione mediante ossa animali è un processo specifico di pirolisi in assenza di aria con prestazioni di emissione pari a zero per la produzione di biofosfato. Questo processo è esplicitamente progettato per il trattamento termico riduttivo alla temperatura interna del materiale in ingresso (sottoprodotti di macellazione di ossa animali) di 850°C, per recuperare su larga scala economica prodotti contenenti elevate concentrazioni di fosforo utilizzabili come fertilizzanti organici a rilascio controllato e materiali adsorbenti.

Vantaggi: elevata efficienza di trattamento, prestazioni ambientali a zero emissioni e completo riutilizzo/riciclo di tutti i flussi di materiale in ingresso. Si tratta di una tecnologia autotermica avanzata appositamente sviluppata/progettata per trattare ossa animali che consente, al contempo, di produrre grandi quantità di energia elettrica verde in eccesso. L’idea è di generare filiere economicamente sostenibili convertendo la biomassa apparentemente inutilizzabile in prodotti ad alto valore aggiunto. La tecnologia è progettata per essere sfruttata a ciclo continuo continuo su scala industriale con sistema di alimentazione "all’occorrenza" minimizzando i costi operativi. Svantaggi: tecnologia altamente avanzata che richiede intensi investimenti di capitale.

 

Processo termochimico riduttivo da alimentazioni multiple.

La pirolisi termochimica riduttiva ad alimentazione multipla è un tradizionale trattamento termico riduttivo alla bassa temperatura di 450° C in assenza di aria finalizzato alla carbonizzazione di materiali cellulosici e altri sottoprodotti/materiali di scarto, anche su scala ridotta, per la produzione di biochar. Vantaggi: approccio ad alimentazione multipla, diversi tipi di sistemi pirolitici possono essere applicati su scala medio-piccola. Svantaggi: approvvigionamento e logistica delle materie prime per l’alimentazione del sistema, impatti ambientali, economia di scala, elevati costi operativi anche per impianti medio-piccoli, gestione economicamente sostenibile dell'attività produttiva in condizioni commerciali competitive.

Recupero ossidativo termochimico del fosforo

Il trattamento termochimico ossidativo è l'incenerimento attraverso la combustione di materiali in pieno ambiente ossidativo o la gassificazione (combustione parziale di materiali in ambiente semi-ossidativo) per la produzione di ceneri solide da combustione seguite da post-trattamento chimico per il recupero di P.

Vantaggi: tecnologie tradizionali e ben conosciute.

Svantaggi: approvvigionamento e logistica delle materie prime per l’alimentazione del processo, impatti ambientali e climatici significativi, complesso e costoso post-trattamento chimico delle ceneri solidi insolubili, basso valore del prodotto in uscita.

 

CATEGORIA DI TECNOLOGIA PRINCIPALE: RECUPERO FISICO-CHIMICO DI AZOTO DA LETAME, DIGESTATO E ACQUE REFLUE: PROCESSI DI SEPARAZIONE, STRIPPAGGIO E FILTRAZIONE SU MEMBRANA
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Recupero di azoto dall’aria

Attraverso questa tecnologia è possibile catturare l'azoto atmosferico. Nel sistema di assorbimento, l'azoto viene assorbito per formare un fertilizzante azotato stabile, aumentando il contenuto di N minerale del prodotto in ingresso.

Trattamento con l’aggiunta di sostanze chimiche

Soluzioni acide vengono aggiunte al letame per ridurre le emissioni di N durante lo stoccaggio e l'applicazione e determinano quindi un aumento del valore del fertilizzante. L'acidificazione di fanghi e digestati non è una tecnica di recupero dei nutrienti in quanto tale, ma è promossa in alcuni Stati membri dell'UE come misura attenuante per ridurre le emissioni di ammoniaca legate alla gestione del letame/digestato. Coloro a favore dell'acidificazione sostengono che attraverso questa tecnica sia possibile migliorare lo stoccaggio e contribuire un miglior ritorno dell’azoto alle colture quando viene applicato il letame, migliorando pertanto l’efficienza dell’uso dell’azoto da parte del letame. Un punto cruciale quando si utilizza la tecnica dell'acidificazione è la tipologia di acido utilizzato: utilizzando l'acido solforico è importante evitare la formazione microbica anaerobica di idrogeno solforato (H2S) nelle fasi finali di stoccaggio. Il problema dell'acido solfidrico non è solo che è fastidiosamente odoroso, ma questo prodotto è anche molto tossico e persino letale anche a concentrazioni ridotte, se inalato. Pertanto, è necessario seguire rigide linee guida operative. Lo svantaggio principale dell'acidificazione del letame è la perdita della capacità tampone che possiedono il letame grezzo  di partenza e il digestato sotto forma di carbonati liberi. L'acidificazione riduce la capacità di calcinazione di tali prodotti e favorisce la conversione dei carbonati in CO2, rilasciandoli nell'atmosfera. [1]
Il letame è una ricca fonte di azoto, in particolare di azoto ammoniacale (NH4 +) che è direttamente disponibile per le piante. Tuttavia, parte di questo azoto ammonico può essere persa durante lo stoccaggio o l'applicazione in campo a causa della volatilizzazione dell'ammoniaca (NH3). Le emissioni di NH3 rappresentano un grave problema ambientale, considerato che l'80% di queste emissioni in ambito agricolo provengono da bruciature e dal deposito dei reflui, inoltre fino al 50% dell’N può volatilizzare durante o dopo l’applicazione al suolo dei liquami. Tali perdite hanno portato a due problemi principali in termini di efficienza d'uso degli elementi nutritivi: una diminuzione del valore fertilizzante dei liquami in termini di azoto e una significativa variabilità delle concentrazioni di N nei liquami in seguito all'applicazione in campo. [2] L'acidificazione dei liquami è una soluzione semplice per evitare le emissioni di NH3, ma tale tecnica è oggi utilizzata su scala agricola esclusivamente in Danimarca e in alcuni Paesi dell'Europa settentrionale ed orientale. Il motivo principale di questa scarsa attuazione in ambito agricolo in altri Paesi europei è probabilmente la paura degli agricoltori rispetto alla manipolazione di acidi concentrati (principalmente acido solforico). In effetti, tale operazione deve essere eseguita da personale qualificato, il che implica, nella maggior parte dei casi, l’affidarsi a contoterzisti. L'acidificazione dei liquami può anche comportare emissioni significative di CO2 durante il processo, nonché emissioni di H2S durante lo stoccaggio. Le conseguenze dell'applicazione a lungo termine del liquame acidificato al suolo non sono ancora chiare e la diminuzione del pH del suolo e l'aumento del contenuto di S nel suolo sono spesso presentate come la principale minaccia dell'applicazione del liquame acidificato (con H2SO4) al suolo. Infine, mancano ancora strumenti per una misurazione rapida e accurata del pH dei liquami per le operazioni di supervisione da parte delle autorità nelle aziende agricole che utilizzano tale tecnologia. L'acidificazione dei liquami è promossa per ridurre al minimo le perdite di N, ma potrebbe anche aumentare la disponibilità di P alle piante. Infatti, la quantità di P solubile aumenta significativamente quando i liquami vengono acidificati con acido solforico. [2]

[1] https://ec.europa.eu/eip/agriculture/sites/agri-eip/files/eip-agri_fg_nutrients_recycling_final_report_2017_en.pdf

[2] https://ec.europa.eu/eip/agriculture/sites/agri-eip/files/fg19_minipaper_1_state_of_the_art_en.pdf

Filtrazione su membrana

La filtrazione su membrana copre tutti gli approcci ingegneristici per il trasporto di sostanze tra due frazioni con l'aiuto di membrane permeabili. A seconda delle condizioni operative, questa tecnologia può essere suddivisa in: microfiltrazione, ultrafiltrazione, nanofiltrazione, osmosi inversa, osmosi diretta ed elettrodialisi.

Le tecniche che utilizzano membrana (MF) e ultrafiltrazione (UF) consistono nella separazione fisica attraverso la forzatura del flusso in entrata (cioè la frazione liquida di letame o digestato dopo la centrifugazione del decantatore del digestato, passa attraverso la membrana mediante pressione). Le membrane utilizzate per il trattamento del digestato possono essere così classificate in base alla dimensione dei pori: MF- (pori> 0,1 μm, 0,1-3 bar), UF- (pori> nm, 2-10 bar) e membrane RO (senza pori, 10-100 bar). Le membrane utilizzate possono essere organo-polimeriche o in ceramica. Le prime sono meno costose, ma sono difficili da pulire e non sopportano pressioni elevate. Le membrane in ceramica, utilizzate soprattutto per l'ultrafiltrazione, sono più facili da pulire (sono più resistenti agli agenti chimici) e determinano prestazioni più elevate grazie alle pressioni elevate cui vengono sottoposte. Tuttavia maggiore è la prestazione di separazione maggiore è il consumo di energia, il che potrebbe costituire la principale limitazione per la diffusione di questa tecnologia. [1]

 Le cascate di membrane, terminando con un’ultrafiltrazione o una osmosi inversa, consentono di filtrare le particelle sospese e di concentrare ulteriormente i nutrienti minerali sotto forma di sali disciolti (principalmente N e/o K). L'osmosi inversa come passaggio finale nella cascata di membrane consente, infine, di produrre acqua ultra pura che potrebbe essere riciclata e riutilizzata. Questo tipo di tecnologia permette di produrre concentrati minerali, sebbene tali concentrazioni non siano elevate come nel caso dei fertilizzanti minerali sintetici. Inoltre l'uso di membrane nell'ambiente agricolo ha riscontrato problemi operativi di intasamento dei pori della membrana, con conseguente ridimensionamento delle prestazioni e un’aumento talvolta insostenibile dei costi operativi. Sono in corso nuovi sviluppi per far fronte a queste problematiche. Finora, si è rivelato difficile introdurre la tecnologia a membrana negli ambienti agricoli. [2]

[1] https://ec.europa.eu/eip/agriculture/sites/agri-eip/files/fg19_minipaper_1_state_of_the_art_en.pdf

[2] https://ec.europa.eu/eip/agriculture/sites/agri-eip/files/eip-agri_fg_nutrients_recycling_final_report_2017_en.pdf

Strippaggio + Depurazione

Lo strippaggio viene eseguito insufflando aria in flussi di rifiuti ricchi di N mentre aumentano la temperatura o il pH (ad esempio con CaOH) che gassificherà l'azoto minerale (NH3). Questo è considerato come un pretrattamento necessario prima del processo vero e proprio di recupero di N di lavaggio in cui l'aria satura di NH3- viene lavata con acqua di lavaggio acidificata (con HNO3 o H2SO4)  per catturare l'ammonio in forma liquida (solfato ammonico da H2SO4 o nitrato ammonico da HNO3).

L'ammoniaca può essere rimossa dall'aria, dal vapore o dal sottovuoto attraverso la frazione liquida in una torre di strippaggio. Lo strippaggio di ammoniaca può avvenire direttamente a partire dal letame o dal digestato o anche dalla rispettiva frazione liquida mediante riscaldamento a 80°C. Tuttavia, un aumento del pH (con NaOH) fino a 10,5 e una temperatura di 70°C, consente di eliminare l'85-90% di ammoniaca. Il gas strippato ricco di ammoniaca viene quindi recuperato lavando il flusso d'aria con una soluzione acida forte (H2SO4) che determina la produzione di solfato ammonico (N = 3-8% p/p). Oltre all'H2SO4 come assorbente, anche l'acido nitrico (HNO3) può essere applicato per ottenere nitrato ammonico. Un'altra soluzione è rappresentata dalla "strippaggio dell'ammoniaca a freddo" da utilizzare sul concentrato di minerali. In questo caso lo strippaggio di N può avvenire a temperatura ambiente regolando il pH con CaO (o simili). Le prestazioni riportate per gli impianti a grandezza naturale sono dell'80-90% di ammoniaca strippata. [1]

 L'equilibrio chimico tra lo ione ammonio solubile in acqua (NH4+) e la sua controparte volatile ammoniaca (NH3) è determinato quasi interamente dalla temperatura e dal pH. Concretamente, aumentando il pH e la temperatura, lo ione ammonio può essere espulso sotto forma di ammoniaca gassosa. Sottoporre l'aria satura di ammoniaca ad un sistema di lavaggio acido, quindi, consente di recuperare l'azoto come ione ammonio solubile. A seconda dell’acido utilizzato durante le operazioni di lavaggio (ad esempio acido solforico, acido nitrico) è possibile ottenere come fertilizzante il solfato ammonico puro (NH4SO4) o il nitrato ammonico (NH4NO3). I prodotti risultanti sono costituiti interamente da azoto minerale e quindi hanno un'efficienza di utilizzo dell'azoto del 100% (NUE), del tutto paragonabile ai fertilizzanti sintetici. Sia l'azoto che lo zolfo (S) sono nutrienti essenziali per le piante: ne consegue che anche l'acqua di lavaggio sotto forma di NH4SO4 fornisce all'agricoltore una buona fonte di S minerale. Tuttavia, il rapporto N/S riscontrato nel fluido di lavaggio può differire dall'effettivo rapporto N/S di cui necessita la coltura il che potrebbe portare ad una sovra-fertilizzazione di S. Questa problematica non si presenta quando vengono utilizzate acque di lavaggio con NH4NO3. [2]

[1] https://ec.europa.eu/eip/agriculture/sites/agri-eip/files/fg19_minipaper_1_state_of_the_art_en.pdf

[2] https://ec.europa.eu/eip/agriculture/sites/agri-eip/files/eip-agri_fg_nutrients_recycling_final_report_2017_en.pdf

Separazione fisica

Separazione fisica del letame/digestato esclusa l’aggiunta di sostanze chimiche o membrane (stalle, centrifughe, essiccazione, ecc.)

La separazione meccanica del letame fresco o del digestato determina la concentrazione di azoto (e potassio) nella frazione liquida e la concentrazione di fosforo e materiale organico nella frazione solida. Questa tecnologia viene principalmente utilizzata come pretrattamento per il recupero degli elementi nutritivi. Tuttavia, la separazione si configura come un'interessante tecnica di gestione del letame. La frazione liquida ricca di N, può essere utilizzata sui seminativi e sui prati dell'azienda agricola per ridurre l'uso di fertilizzanti minerali. La frazione solida contiene un’elevata concentrazione di fosforo ed è utilizzata principalmente in regioni con bassi livelli di P nel suolo e/o con una alta richiesta di carbonio. Concentrando il P nella frazione solida, una grande quantità di P può essere trasportata in un piccolo volume (15-20% della frazione solida). La separazione del letame può essere ottenuta mediante diverse tecniche come l’utilizzo della pressa a vite, della centrifuga o della pressa a nastro. L'obiettivo principale degli allevatori di suini che decidono di optare per la separazione del letame è quello di smaltire il P in ecceso allontanandolo dall’azienda (i reflui suini hanno un basso rapporto N:P) mentre, per gli allevatori di vitelli da carne o vacche da latte, la maggior motivazione è che anche la frazione liquida viene solitamente distribuita sui terreni agricoli e sui prati stabili (distribuzione agevole, rapporto N:P elevato). Una centrifuga è più costosa (investimenti e costi operativi) rispetto ad una pressa a vite e, come investimento per la singola azienda agricola, una centrifuga nella maggior parte dei casi non è sostenibile mentre una pressa a vite, più adatta a volumi ridotti di fanghi o di letame, risulta più ammortizzabile nel tempo. [1]

Questo processo consiste nella separazione fisica del letame o del digestato in una frazione solida con un contenuto di sostanza organica e di P più elevato e in una frazione liquida con un contenuto di N minerale e K più elevato. La frazione liquida di solito ha un rapporto più elevato di N minerale rispetto all’N totale, il che implica una maggiore disponibilità diretta per le piante rispetto al digestato separato o ai fanghi. D'altra parte, poiché il P è meno solubile, tende a residuare prevalentemente nella frazione solida. Ciò si traduce in rapporti N/P diversi nelle due frazioni rispetto al digestato o al liquame non separati. Considerando le esigenze colturali e la gestione dei piani di fertilizzazione, le frazioni liquide che hanno un’elevata concentrazione di N minerale rispetto all’N totale così come un alto tenore in N rispetto al P sono considerati fertilizzanti migliori rispetto al letame o al digestato nella loro forma grezza non trattata. Tuttavia, l'efficienza di separazione e la conseguente ripartizione di P e N dipendono dal letame grezzo in entrata o dal digestato che possono essere molto variabili. L'omogeneità del prodotto risulta essere pertanto una problematica chiave da affrontare per ottenere fertilizzanti di qualità. [2]

[1] https://ec.europa.eu/eip/agriculture/sites/agri-eip/files/fg19_minipaper_1_state_of_the_art_en.pdf

[2] https://ec.europa.eu/eip/agriculture/sites/agri-eip/files/eip-agri_fg_nutrients_recycling_final_report_2017_en.pdf