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L'azienda agricola della Cornovaglia crea un kit per trasformare i liquami in carburante

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Le emissioni di gas serra dall'allevamento di bestiame raramente sono una lettura felice, ma una piccola azienda della Cornovaglia ha messo a punto una serie di tecniche intelligenti per catturarle e convertirle in un bene redditizio.

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Attualmente, l'agricoltura produce circa il 10% delle emissioni totali di gas serra del Regno Unito - la maggior parte dei quali è metano - e una grande fetta di questo proviene dal letame nei depositi di liquame e nei cumuli di letame.

Gran parte dell'attenzione attuale si concentra sulla modifica delle pratiche agricole per ridurre la quantità di gas prodotto, ma l'approccio di Bennamann richiede pochi cambiamenti al modo in cui opera un'azienda agricola.

"Nei prossimi 20 anni, il metano ha un potenziale di riscaldamento globale 86 volte superiore all'anidride carbonica, ma è un ottimo combustibile, con una densità energetica volumetrica molto più alta dell'idrogeno", dice il co-fondatore e chief technology officer Chris Mann.

"Catturandolo e usandolo per sostituire i combustibili fossili, possiamo rallentare rapidamente il cambiamento climatico e fare soldi per noi e la fattoria nel processo"

Quando il combustibile a base di metano viene bruciato nei più recenti motori a combustione efficiente, l'unica emissione è una quantità di anidride carbonica equivalente a quella assorbita dal materiale organico utilizzato per produrlo.

Di conseguenza, nella sua forma pura, il ciclo rigenerativo di Bennamann di convertire l'erba in latte e liquami, catturare il metano e bruciarlo in un motore a combustione, si sostiene che sia meglio di carbonio netto-zero.

A proposito di Bennamann

Bennamann è stata fondata nel 2011 dagli imprenditori e compagni di surf Michael Bennett e Chris Mann, che volevano trovare fonti locali di energia pulita che non dipendessero dai sussidi del governo.

Hanno esaminato vari tipi di energia rinnovabile, prima di rendersi conto di quanta energia veniva semplicemente sprecata dalla decomposizione della materia organica.

"Mi sono reso conto per la prima volta di questo negli Stati Uniti, dove devono stare attenti a conservare i ritagli d'erba nei garage perché possono emettere abbastanza gas da far saltare in aria il posto quando le luci sono accese", dice il dottor Mann.

"Mi ha fatto capire quanta energia è rinchiusa nella materia organica, e da allora abbiamo continuato a individuare altre opportunità"

Inizialmente, il piano era quello di utilizzare materiale organico come l'erba tagliata per fare biometano, ma poi hanno capito che c'era già così tanto gas là fuori che avevano solo bisogno di catturarlo piuttosto che produrlo.

Le lagune di liquame erano un buon punto di partenza, poiché rilasciano grandi quantità di gas e, una volta adattate, genereranno energia senza che gli agricoltori debbano cambiare il loro modo di operare.

Il background del dottor Mann in fisica applicata e aerospaziale gli ha dato il background tecnologico per sviluppare i complessi sistemi necessari per eseguire il processo.

Ora è anche supportato da un team di 35 persone che sono divise tra due siti - una struttura di progettazione e produzione presso l'Aerohub adiacente all'aeroporto della Cornovaglia, Newquay, e una struttura di ricerca a Chenoweth Farm vicino a Truro.

L'azienda sta crescendo a un ritmo tale che la forza lavoro è destinata a raddoppiare nei prossimi tre anni.

Carburante dai liquami

Le lagune di liquami sono il primo degli obiettivi dell'azienda, che ha progettato un nuovo tipo di deposito coperto che raccoglie il metano quando bolle dalla cima del liquido.

Una volta che c'è un volume sufficiente di gas trattenuto sopra la laguna, viene portato un camion di lavorazione per convertirlo in gas pulito e compresso o in carburante liquido a metano che può essere usato per alimentare motori a combustione.

È essenzialmente la stessa cosa del biometano compresso o liquefatto (CBG e LBG), ma dato che i gas di scarico vengono sfruttati piuttosto che scomporre intenzionalmente il materiale organico, gli è stato dato un nome diverso.

"Lo chiamiamo metano fuggitivo e i prodotti in cui lo trasformiamo sono il metano fuggitivo compresso e liquido [CFM e LFM]", dice il dottor Mann.

Vantaggio finanziario

Oltre al beneficio ambientale, il valore del combustibile prodotto dovrebbe rendere possibile per le aziende lattiero-casearie familiari più piccole di giustificare l'investimento in un migliore stoccaggio dei liquami.

La laguna di Bennamann costa circa il doppio di una costruzione convenzionale in terra e il 30% in più di un deposito fuori terra, ma l'azienda dice che il valore del combustibile prodotto significa che l'investimento dovrebbe ripagarsi in quattro-sei anni, a seconda delle dimensioni dell'azienda.

"Una tipica fattoria lattiera produce sei volte la quantità di metano fuggitivo di cui ha bisogno per funzionare, quindi il resto può essere catturato, venduto e possiamo condividere il profitto con l'agricoltore", dice il dottor Mann.

C'è anche la possibilità di far funzionare alcuni dei veicoli dell'azienda con il carburante, come i nuovi trattori a gas di aziende come New Holland, o i macchinari esistenti che sono stati dotati di un kit di conversione. E può essere usato anche per il riscaldamento o per alimentare un generatore per caricare veicoli elettrici.

Il sistema è stato progettato in modo che la distribuzione dell'energia prodotta non richieda che l'azienda sia situata vicino a una conduttura del gas. È anche conveniente per le fattorie con 50 o più mucche, e ci saranno varie opzioni di finanziamento per gli agricoltori che vogliono essere coinvolti nel progetto.

Per coloro che hanno già un negozio di buona qualità, c'è una tettoia di cattura del gas retrofit che può essere posizionata sopra la parte superiore con modifiche minime.

A causa della complessità della configurazione, Bennamann prevede di prendere il controllo dei magazzini di liquami che installa e gestire il processo di conversione del gas. Questo significa che l'azienda deve preoccuparsi solo del riempimento e dello svuotamento.

Una volta che il gas è stato raccolto dal deposito, il liquame può essere sparso nel modo convenzionale, o può passare attraverso un processo aggiuntivo per migliorare le sue proprietà nutritive del suolo. Questo comporta l'uccisione dei batteri anaerobici con l'aria prima di introdurre batteri aerobici dal compost o dal letame, i cui effetti sono attualmente in fase di sperimentazione.

Fattorie di prova

Il lavoro di sviluppo di Bennamann - parzialmente finanziato dal Fondo europeo di sviluppo regionale - è stato condotto nella Chenoweth Farm vicino a Truro, che è gestita dalla famiglia Foote.

La prossima fase è un progetto pilota di due anni con il Cornwall Council per raccogliere il gas da sei delle sue fattorie da latte affittate con mandrie che vanno da 70 a 300 vacche. Ogni fattoria avrà una laguna di liquami con spazio per immagazzinare una settimana o più di gas e questa sarà convertita da un'unità di trattamento mobile.

Il gas prodotto sarà usato per far funzionare una flotta di camion Iveco Daily per la manutenzione stradale gestiti dall'appaltatore Cormac.

Questi hanno un motore a gas da 3 litri che sviluppa 136hp e 350Nm di coppia.

Bennamann prevede di mettere a punto il processo per tutta la durata del progetto prima di estenderlo a tutte le 58 aziende lattiero-casearie in affitto del consiglio.

Ha anche piani ambiziosi per servire tutto il Regno Unito e offrire i suoi servizi a livello globale.

L'azienda ha già attirato diversi investitori, e Case IH Industrial ha acquisito una quota di minoranza quest'anno.

Tecnologia

Il peso di un grande produttore aiuterà Bennamann a espandersi su scala globale e ad adottare un modello di franchising per la produzione di gas.

La tecnologia è in atto per monitorare a distanza centinaia di depositi di liquami, ma l'organizzazione ha bisogno di ulteriore supporto per far funzionare i veicoli di lavorazione e distribuire il gas.

Gli agricoltori desiderosi di essere coinvolti nel progetto sono incoraggiati a contattare l'azienda e registrare il loro interesse. L'organizzazione costruirà poi un quadro della domanda e stabilirà su quali aree è meglio concentrarsi.

Uno dei suoi camion mobili per la conversione del metano servirà circa sei fattorie di medie dimensioni, quindi saranno necessari dei cluster per far funzionare l'economia.

Un altro progetto è un caricatore per veicoli elettrici alimentato a metano che può essere collocato in luoghi remoti senza bisogno di attingere energia dalla rete.

Questo avrà l'ultimo motore a metano FPT che alimenta un generatore e offre abbastanza capacità per caricare completamente una Tesla in meno di un'ora.

Una volta che questi sono installati, il calore generato dal motore può riscaldare case locali, locali commerciali o magazzini.

Gas compresso contro combustibile liquido

Inizialmente, Bennamann si sta concentrando sulla produzione di una versione compressa del gas, che viene distribuita in bottiglie e serbatoi fortemente rinforzati. Questo può essere usato per alimentare nuovi veicoli a biometano, come la gamma Iveco di furgoni e camion a biogas.

Con alcune piccole modifiche, funzionerà anche su auto a benzina dotate di conversioni GPL, e sono disponibili kit per convertire anche i diesel.

Uno di questi fornitori è Landi Renzo, che offre attrezzature per convertire auto a benzina e diesel per funzionare a gas. Ha anche recentemente firmato un accordo per costruire piccoli trattori a gas per Mahindra.

Per i macchinari più pesanti, la densità energetica relativamente bassa del metano compresso significa che è necessario trasportare un gran numero di serbatoi di gas per ottenere un'autonomia sufficiente - questo è il caso dell'attuale trattore T6 Methane Power di New Holland.

Bennamann ha già la tecnologia per produrre la versione liquefatta del gas, che ha sei volte la densità di energia.

Questo lo mette in un campo di gioco simile a quello del diesel, e significa che i veicoli pesanti possono usare un serbatoio di carburante di dimensioni simili a quello di un trattore convenzionale.

Questa tecnologia è già utilizzata con successo su alcuni camion, ma il carburante deve essere gestito con attenzione per evitare che bolla e rilascia emissioni nell'atmosfera. "Non appena questi serbatoi iniziano a rilasciare, si potrebbe anche bruciare carburante fossile", dice il dottor Mann.

Bennamann dice di aver aggirato questo problema progettando un serbatoio con un dispositivo di raffreddamento integrato che mantiene il carburante a una temperatura costante di -164C. Questo può essere alimentato da una fonte esterna o funzionare con il metano nel serbatoio.

Altre fonti di energia agricola

Gli ingegneri dell'azienda hanno anche lavorato su una tecnica per catturare il metano dal mangime di scarto e dai concimi solidi.

Questo comporta l'aggiunta di acqua al materiale e lasciarlo riposare per un paio di giorni mentre forma un liquame, che può poi essere estratto in una laguna coperta, dove il gas può essere catturato. Il materiale fibroso rimanente può essere sparso come ammendante del suolo o pastorizzato e usato come lettiera.

Stanno anche cercando di fornire una fonte di combustibile simile dai terreni erbosi biodiversi gestiti, che possono essere incorporati nel bestiame o nelle aziende agricole.

L'azienda ha una prova di 1ha con nove appezzamenti gestiti con cura che stanno gestendo per raccogliere 20t di materia secca all'anno.

Questi non hanno input artificiali, ma massimizzano la resa monitorando la crescita di ogni appezzamento dallo spazio e controllando la densità con un misuratore di piastre.

"Speriamo di arrivare al punto in cui possiamo produrre una quantità di metano che ha l'energia equivalente a un litro di benzina per ogni metro quadrato di terreno", dice il dottor Mann.

Benefici ambientali

Secondo Bennamann, due terzi delle emissioni mondiali di metano sono prodotte dall'uomo, e insieme le varie forme di tecnologia di cattura del metano saranno in grado di rimuoverne un quarto e usarlo per sostituire direttamente i combustibili fossili.

"Questo lavoro da solo ridurrebbe drasticamente il tasso di riscaldamento globale e ci darebbe una finestra per risolvere altri problemi", dice il dottor Mann.

L'azienda può anche immagazzinare grandi volumi di metano sopra le lagune - fino a diversi mesi in alcuni casi - quindi c'è l'opportunità di bruciare questo su richiesta e mettere ulteriore energia nella rete, senza utilizzare combustibili fossili.

Un'altra area di interesse chiave è l'industria del petrolio e del gas, che è responsabile del 30% delle emissioni di metano nel mondo.

Insieme, il dottor Mann e il consulente per i cambiamenti climatici Tim Fox hanno formato l'International Fugitive Emissions Abatement Association (IFEAA), che mira ad aumentare la consapevolezza del metano fuggitivo e a fare pressione sull'industria per un cambiamento.

"Ora abbiamo la tecnologia per monitorare le emissioni di metano dallo spazio e individuare i responsabili del suo rilascio", dice il dottor Mann.

Costruire un deposito di liquami Bennamann

Il punto di partenza per un'efficiente cattura del gas metano è la laguna dei liquami costruita su misura da Bennamann, che si basa su una costruzione standard di una banca di terra.

Tuttavia, la parte intelligente è il suo sistema di membrane a triplo strato, che intrappola il gas e lo mantiene separato dal liquido.

Il primo strato è un rivestimento convenzionale alla base della fossa e il secondo è una membrana flessibile che si trova sopra il liquido per evitare la formazione di una crosta.

L'azienda ha anche aggiunto un paio di getti nella fossa per mantenere il liquame lentamente in movimento.

Quando il liquame rilascia metano, viene catturato da un tubo perforato che corre lungo il perimetro della laguna, proprio sotto la seconda membrana.

Questo viene poi convogliato in una coppia di filtri a carbone attivo che rimuovono le tossine dannose come l'idrogeno solforato.

Il gas pulito rifluisce nella laguna e viene immagazzinato in una tasca tra la seconda e la terza membrana. Quando la quantità di gas aumenta, la terza membrana si espande con essa, dando almeno una settimana di stoccaggio.

Le membrane sono sigillate in una vaschetta piena d'acqua lungo il perimetro che avviserà la squadra di eventuali perdite.

Per i negozi esistenti di buona qualità, una membrana ponderata di retrofit può essere installata con modifiche minime. Questa non è così ben sigillata come l'opzione su misura, ma catturerà la maggior parte del gas rilasciato.

Tutte le lagune sono dotate di una serie di sensori intelligenti che monitorano parametri come la quantità, la qualità e la temperatura del gas.

Questi permettono alle lagune di essere costantemente monitorate senza dover tenere un operatore in azienda.

Bennamann produce le membrane in-house, e attualmente sta costruendo un impianto di produzione più grande e personalizzato alla Chenoweth Farm.

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