La necessità di migliorare il benessere degli animali, la salute dei lavoratori e di ridurre le emissioni in atmosfera di ammoniaca, lavando l’aria delle porcilaie, è stata la motivazione alla base della nascita del Gruppo operativo per l’innovazione “Ammonia Washing Machine - Prototipo per ridurre le emissioni di ammoniaca dai ricoveri suini con recupero a fini fertilizzanti”, che ha realizzato un sistema prototipale di trattamento dell’aria.
Il progetto, finanziato dal Programma di sviluppo rurale 2014-2020 della Regione Emilia-Romagna, vede come partner del Gruppo operativo il Centro ricerche produzioni animali - Crpa, Asser – Organizzazione dei suinicoltori dell’Emilia-Romagna e due allevamenti suinicoli di Formigine in provincia di Modena: Società Agricola S. Anna e Società Agricola Colombaro.
| Tabella 1 - Caratterizzazione chimica della soluzione di solfato d’ammonio prodotta dal trattamento | ||
| Solidi Totali (ST) | 102 | kg/t |
| Solidi Sospesi Totali (SST) | 5,9 | Kg/t |
| Azoto Totale Kjeldahl (NTK) | 20 | kg/t |
| 2% | in peso | |
| Azoto Ammoniacale (N-NH4+) | 99 | %NTK |
| pH | 3 | - |
Mediamente, le emissioni ammoniacali durante la fase di ingrasso dei suini, quando non vengono applicate misure di mitigazione, sono nell’intervallo 1,8 ÷ 4,9 kg NH3 per posto per anno e possono rappresentare fino al 23% dell’azoto escreto (Irpp Bref, 2017).
Numerose Bat (migliori tecniche disponibili) sono state applicate al settore suinicolo per ridurre le emissioni in accordo alla direttiva europea Ied 2010/75/E e precedenti. In un’ottica di economia circolare è però auspicabile lo sviluppo di nuove soluzioni tecniche che riducano le emissioni di ammoniaca, come appunto convertire le emissioni ammoniacali in una risorsa fertilizzante.
Quale obiettivo
Obiettivo del Goi è stato pertanto quello di mettere a punto un dispositivo che prelevasse l’aria dalle sale delle porcilaie rimuovendone l’ammoniaca; durante i periodi freddi l’aria trattata viene reintrodotta al fine di non disperdere il calore, mentre nei mesi caldi espulsa in atmosfera. Il prototipo affronta anche il problema di migliorare la qualità dell’aria in quelle sale ove i ricambi d’aria sono ridotti. L’ammoniaca rimossa dalle sale viene poi recuperata dal prototipo come sospensione di solfato d’ammonio.
Come rimuovere l’ammoniaca
Il sistema di trattamento dell’aria si basa sull’assorbimento chimico dell’ammoniaca contenuta nel flusso aeriforme mediante lavaggio in controcorrente con reagente acido nebulizzato in una torre cilindrica contenente opportuni corpi di riempimento. Un demister, collocato nella parte superiore della torre, evita il trascinamento all’esterno del vapor acqueo. Il processo viene condotto a pH 3 ed una soluzione di acido solforico (H2SO4) al 2% viene utilizzata come matrice assorbente, che reagendo con l’ammoniaca (NH3) forma una soluzione stabile di solfato d’ammonio ((NH4)2SO4).
Le prove effettuate all’interno della Società agricola Colombaro
Dal mese di gennaio 2019, l’impianto è operativo presso l’allevamento suinicolo Società Agricola Colombaro, dove si è provveduto a testarne il funzionamento e rilevarne i costi di esercizio. Durante il 2019 l’efficienza di trattamento è stata monitorata nelle diverse stagioni climatiche ed in differenti situazioni di ventilazione delle sale: sala ingrasso con estrazione forzata dell’aria (sala con 144 suini e 18,3 t di peso vivo mediamente presenti nel periodo) e sala ingrasso a ventilazione naturale (col medesimo numero di suini e peso vivo medio).
La portata di aria mediamente trattata dal prototipo è stata pari a 1735 ± 113 Nm3/h.
L’efficienza del pilota nel rimuovere l’ammoniaca dall’aria, e di conseguenza ridurre le emissioni verso l’ambiente, è stata valutata misurando le concentrazioni di ammoniaca nel flusso d’aria prelevato dalla sala prima e dopo il lavaggio. La concentrazione media di ammoniaca riscontrata nel flusso d’aria prima del lavaggio è stata di 9,0 mg/m3 (6,0 ÷ 17,1 mg/m3), mentre nel flusso d’aria dopo il lavaggio è stata in media pari a 0,6 mg/m3 (0,0 ÷ 2,6 mg/m3), con un’efficienza media di rimozione dell’ammoniaca nel flusso d’aria pari al 93%.
Quanto è migliorata la qualità dell’aria
Obiettivo della ricerca è stato, inoltre, quello di valutare quanto il trattamento potesse migliorare la qualità dell’aria all’interno della porcilaia. Pertanto, la concentrazione di ammoniaca è stata misurata in continuo, durante ciascun periodo di monitoraggio, all’interno della sala trattata e contemporaneamente in una sala di controllo confinante pressoché identica, con lo stesso numero e peso di suini. La concentrazione di ammoniaca è stata rilevata mediante un analizzatore gas fotoacustico collegato a un campionatore multipunto (Innova Multi Gas Monitor 1412). La figura 1 mostra la concentrazione di ammoniaca rilevata nelle sale da ingrasso (Sala Trattata vs Sala controllo) in differenti condizioni climatiche e con le diverse modalità di ventilazione: ventilazione naturale (Vn) e ventilazione forzata (Vf). La concentrazione di ammoniaca nella sala in cui operava il lavaggio dell’aria è stata mediamente inferiore del 24,3% rispetto alla sala controllo. Il maggior effetto del trattamento lo si riscontra d’inverno (-31% e -26%, valori medi per le sessioni di monitoraggio invernali) quando la ventilazione è ridotta. Nel mese di febbraio 2019, in alcune giornate con temperature minime di -3°C e massime di 6°C, la concentrazione di ammoniaca nella sala trattata è risultata sino al 50% inferiore rispetto alla sala controllo durante le ore diurne. Il sistema di trattamento, quindi, è anche in grado di limitare quei picchi di ammoniaca che si riscontrano quando i ricambi d’aria sono ridotti durante le ore diurne ma con gli animali in attività (figura 1).
Risultati che promettono bene
Il monitoraggio sino a ora condotto ha messo in evidenza che il sistema prototipale è in grado di recuperare, sotto forma di soluzione di solfato d’ammonio, 6,5 kg N/anno per tonnellata di peso vivo, che significa aver evitato emissioni ammoniacali in atmosfera pari a 7,9 kg NH3/anno per t di p.v.
La soluzione di solfato d’ammonio prodotta è risultata pari a 265 litri/anno per t di peso vivo. In tabella 1 si riportano le caratteristiche chimiche della soluzione derivante dal trattamento.
Si sottolinea che la soluzione di solfato d’ammonio prodotta ha un tenore in azoto pari al 2% in peso, di cui il 99% sotto forma di azoto ammoniacale a pronto rilascio, ed un ridotto contenuto di solidi sospesi; caratteristiche che la rendono già di per sé una discreta matrice azotata per fini fertilizzanti.
Valorizzare la sospensione di solfato d’ammonio
Per chiudere il cerchio, l’idea del Gruppo operativo è stata quella di valorizzare la sospensione di solfato d’ammonio spruzzandola sul cumulo di frazione solida prodotta dalla separazione meccanica solido-liquido del liquame suino. Lo scopo di tale operazione è duplice: primo, sfruttare il pH ancora acido della soluzione per salificare parte dell’azoto ammoniacale presente nel solido limitando le emissioni di ammoniaca dalla fase di stoccaggio; secondo, aumentare il contenuto di azoto della frazione solida incrementandone le proprietà fertilizzanti.
A tale proposito sono stati formati due cumuli, nel capannone adibito a stoccaggio, simili in peso (3,5 t cadauno), forma e freschezza del materiale. Sulla superficie di uno dei due cumuli è stata spruzzata uniformemente la soluzione di solfato d’ammonio con dose pari a 20 litri/t di solido, una volta alla settimana per 3 settimane. L’altro cumulo è servito come controllo. A oggi è stata condotta una campagna di monitoraggio, altre due saranno condotte nel 2020. Le emissioni ammoniacali dai due cumuli sono state misurate in diversi momenti durante le 3 settimane. I risultati evidenziano emissioni pari a 4,5 g NH3/m2 dal cumulo trattato in superficie, rispetto a 6,8 g NH3/m2 dal cumulo non additivato.
Conclusioni
In conclusione, catturare l’ammoniaca presente nell’aria delle porcilaie recuperandola sotto forma di soluzione acida di solfato d’ammonio e valorizzandola sulla frazione solida separata, permette di evitare emissioni ammoniacali dalla fase di stabulazione sino a 7,9 kg NH3/anno per t di p.v. e dalla fase di stoccaggio della frazione solida di 40 g NH3/m2 di stoccaggio per anno. Nell’ottica del “nutrient recovery and reuse”, un importante elemento nutritivo quale l’azoto può essere recuperato a fini fertilizzanti in sostituzione di fertilizzanti di sintesi.
Progetti futuri
Nel 2020 il sistema di trattamento verrà testato su una sala ingrasso e una sala magronaggio, entrambe con ventilazione forzata in pressione, presso l’allevamento suinicolo Società Agricola Sant’Anna. Le attività del Gruppo Operativo prevedono, al termine, la valutazione dei costi-benefici della tecnologia e dell’incidenza sui costi di produzione per kg di carne macellata.
Per rimanere aggiornati
Per rimanere aggiornati è possibile seguire il Gruppo Operativo sul sito di progetto http://ammonia.crpa.it
Divulgazione a cura di Centro Ricerche Produzioni Animali – Crpa spa - Autorità di Gestione: Direzione Agricoltura, caccia e pesca della Regione Emilia-Romagna. Iniziativa realizzata nell’ambito del programma regionale di sviluppo rurale 2014-2020 – Tipo di operazione 16.1.01 – Gruppi operativi del partenariato europeo per l’innovazione: Produttività e sostenibilità per l’agricoltura - Focus Area 5D – Ridurre le emissioni di gas a effetto serra e di ammoniaca prodotte dall’agricoltura – Progetto Ammonia washing machine “Prototipo per ridurre le emissioni di ammoniaca dai ricoveri suini con recupero a fini fertilizzanti”.
