Microbioenergy : heat and biogas biomass-fueled generation plant for domestic use. Design, construction and monitoring of microbioenergy prototype

This paper presents a small-scale heat and biogas generator, which aim is to promote the use of biomass as mean of sustainable energy production and waste management in areas with high availability of ligneous and cellulosic biomass waste. The proposed system called Microbioenergy® integrates two complementary technologies of biomass valorization, respectively Compost Heat Recovery System (CHRS) and Aerobic Digestion (AD), and includes an external feeding system based on the dark fermentation process. The plant is thought for decentralized energy generation by biomass valorization and promotes greening, as well as EU policies on circular economy. In this project the first on-field Microbioenergy® prototype has been constructed and tested in the rural area of Lozzo Atestino (Padua), in collaboration with the Italian association TERRE (for the construction phase) and the department of Environmental Science and Policy - Università di Milano (for the design phase). The thesis includes a detailed literature research, to explain the two biomass valorization processes, and Microbioenergy® combined solution development, including the design and construction procedures and the simulation and monitoring results. Some relevant results, here reported, indicate a system maximum temperature of over 60°C allowing the production of hot water of temperature up to 55°C. The application of Microbioenergy® prototype as an integration to a pellet boiler shows a 33 % estimated value of savings on pellet consumption to cover the energy request, for both space heating and domestic hot water production, of the case study and a 100% estimated value of savings on gas consumption for cooking in the case study.

Questo elaborato presenta un generatore di calore e biogas su piccola scala, che mira a promuovere l'uso della biomassa come mezzo sostenibile di produzione di energia e di gestione dei rifiuti in aree con elevata disponibilità di rifiuti di biomassa lignea e cellulosica. Il sistema proposto chiamato Microbioenergy® integra due tecnologie complementari di valorizzazione della biomassa, rispettivamente Sistema di Recupero di Calore da Compostaggio (acronimo inglese CHRS) e Digestore Anaerobico (acronimo inglese AD), e include un sistema di alimentazione esterno basato sul processo di fermentazione scura. L’impianto è pensato per la generazione di energia decentralizzata attraverso la valorizzazione della biomassa e promuove l'ecocompatibilità, così come le politiche dell'UE sull'economia circolare. In questo progetto il primo prototipo di Microbioenergy® è stato costruito e testato nell'area rurale di Lozzo Atestino (Padova), in collaborazione con l'associazione italiana TERRE (per la fase di costruzione) e il dipartimento di Scienze e politiche ambientali - Università di Milano (per la fase di progettazione). Alcuni risultati rilevanti, qui riportati, indicano una temperatura massima del sistema di oltre 60 ° C che consente la produzione di acqua calda di temperatura fino a 55 ° C. L'applicazione del prototipo Microbioenergy® come integrazione a una caldaia a pellet mostra un valore stimato del 33% di risparmio sul consumo di pellet per coprire la richiesta di energia, sia per il riscaldamento che per la produzione di acqua calda sanitaria, del caso in esame e un valore stimato del 100% di risparmio sul consumo di gas per cucinare nel caso di studio.