Feasibility study of a biogas plant for energy recovery from food industry waste

This thesis explores the feasibility study related to the choice of technology, design, and financial analysis of a plant for the energy recovery of waste from the industrial processes of a food industry. The study begins with a detailed review of the available scientific literature on biomass and the technologies for its energy recovery, focusing on three main solutions: gasification, pyrolysis, and anaerobic digestion. In the second part, the impact of biomass use on global and European sustainable energy production is further examined. In the third chapter, the business case study is analyzed: starting with the identification of four scenarios, the classification of available waste materials is followed by the selection of the most appropriate technology, which was found to be anaerobic digestion equipped with an internal combustion engine cogeneration system. The developed technical analysis determined the amount of biogas that could be produced and the resulting potential for electricity and thermal energy generation, and the main components of the plant and process parameters were sized for each of the four scenarios. Finally, through the financial analysis, it has emerged that both case 3 and case 4 are not profitable when considering a fifteen year horizon, and so they were discarded. For the selection of the optimal investment scenario, a sensitivity analysis was carried out on the most critical process variables, which revealed that case 2 is the most robust and thus the best option.

Questa tesi esplora lo studio di fattibilità relativo alla scelta della tecnologia, alla progettazione e all’analisi finanziaria di un impianto per la valorizzazione energetica dei rifiuti derivanti dai processi industriali di un’azienda del settore alimentare. Lo studio inizia con un’analisi approfondita della letteratura scientifica disponibile sulla biomassa e le tecnologie per la sua valorizzazione energetica, focalizzandosi su tre principali soluzioni: gassificazione, pirolisi e digestione anaerobica. Nella seconda parte viene approfondito l’impatto che l’utilizzo della biomassa ha sulla produzione energetica sostenibile globale ed europea. Nel terzo capitolo infine viene analizzato il caso studio aziendale: partendo dall’identificazione di quattro scenari, si passa alla classificazione dei materiali di scarto disponibili e alla scelta della tecnologia più appropriata che si è rivelata essere la digesione anaerobica con annesso sistema di cogenerazione a motore endotermico. L’analisi tecnica sviluppata ha quindi stabilito la quantità di biogas producibile e la con seguente potenziale produzione di energia elettrica e termica ed infine sono stati dimensionati e calcolati i principali componenti dell’impianto e i parametri di processo per ognuno dei quattro scenari. Infine tramite l’analisi finanziaria è emerso infine che sia il caso 3 che il caso 4 non risultano profittevoli considerando un orizzonte di quindici anni, e sono quindi stati scartati. Per la scelta dello scenario di investimento ottimale è stata sviluppata un’analisi di sensitività sulle variabili di processo più critiche da cui è emerso che il caso 2 è il più robusto, e risulta quindi la migliore opzione.