Presentazione di chiusura del mio dottorato sulla ricerca fatta in questi ultimi 3 anni

2. Outline
1. Premessa
2. Obiettivi
3. Attività di ricerca
4. Fasi di sviluppo
5. Work-flow misure
6. Conclusioni
14/01/2013 Discussione dottorato di Manzo Ciro 2

3. Framework
• Progetto Valutazione e individuazione di metodologie
di caratterizzazione delle emissioni di biogas da
discarica (acronimo BIOGAS-CGT), previsto
nell’Accordo di Programma Quadro Ricerca e
Trasferimento Tecnologico per il Sistema Produttivo
tra Centro di Geotecnologie dell’Università di Siena
(Capofila dell’ATS) e la Regione Toscana
14/01/2013 Discussione dottorato di Manzo Ciro 3

4. BIOGAS DA DISCARICA
R B R = Rifiuto
Discarica A = Acqua
A P B = Biogas
Reattore P = Percolato
Il biogas si genera dalla decomposizione della parte organica dei Rifiuti Solidi
Urbani durante la fase anaerobica
La qualità e i componenti del biogas sono influenzate da:
• tipi e merceologia del rifiuto Gas (% vol) Fasi metanigene
• quantità e tipi di composti organici
• U% e TEMP. del rifiuto
E’ possibile tramite modelli teorici
«stimare» il biogas producibile dalla
discarica I II III IV V t
n 1
Mt kt ij Farquhar e Rovers, 1973
QCH4 = KL 0 e
i 1 j 0 ,1 10
14/01/2013 Discussione dottorato di Manzo Ciro 4

5. Premessa
Rifiuti
Source EDGAR 4.0 (JRC/PBL.2009)
Tg CH4
Problema
Opportunità
14/01/2013 Discussione dottorato di Manzo Ciro 5

6. Premessa
Non tutto il BIOGAS può essere
captato
Strategico disporre di diversi metodi
di misura indipendenti
dal momento che a priori non è noto
il valore “vero” di emissione
Modificato da Bogner & Scott, 1997
Metano generato = Estratto + Emesso + Migrato + Ossidato +
differenza nello stoccaggio del metano
Diossido di Carbonio generato = Estratto + Emesso + Migrato +
Ossidazione Metano + Combustione metano + CO2
nel percolato + differenza nello stoccaggio del metano
Approssimazione modelli di max
produzione di LFG
 Misura puntuale della emissione diffusa ?
COSTOSA E CON QUALITA’ STRETTAMENTE
f:griglia e tempo di misura
•LFTGN03 è la guida tecnica per la
valutazione dell’emissione per i siti
ormai chiusi diffusa dall’EA
(Environmental Agency)
14/01/2013 Discussione dottorato di Manzo Ciro 6

7. Obiettivi
1. Messa a punto di METODOLOGIE DI RILEVAMENTO
DIVERSE/ALTERNATIVE rispetto a quelle correnti
2. Confronto dei valori ottenuti con diverse metodologie di
misura
3. Stima dei valori globali di emissione in base ai dati rilevati
14/01/2013 Discussione dottorato di Manzo Ciro 7

8. Attività di ricerca
Spettroradiometro Rilevatore a ionizzazione di
fiamma (FID)
FTIR Multigas Analyzer
Anemometro 3d Termocamera
sonico Tuneable diode Laser
14/01/2013 Discussione dottorato di Manzo Ciro 8

9. Attività di ricerca
0,35-2,5 m
14/01/2013 Discussione dottorato di Manzo Ciro 9

10. Attività di ricerca
Slank +
Metano
ml
14/01/2013 Discussione dottorato di Manzo Ciro 10

11. Attività di ricerca
Alloggiamento Fibra
Ottica 8° IFOV
1 50 cm
Metano
ml
14/01/2013 Discussione dottorato di Manzo Ciro 11

12. Attività di ricerca
ppm CH4
ml
14/01/2013 Discussione dottorato di Manzo Ciro 12

13. Attività di ricerca
14/01/2013 Discussione dottorato di Manzo Ciro 13

14. Idea progettuale
•Griglia o percorsi di misura sul lato sottovento della discarica
•Intercettazione del plume emissivo
Discarica
BIOGAS
Vento
Campo di vento sull’area della discarica
14/01/2013 Discussione dottorato di Manzo Ciro 14

15. Idea progettuale
•Griglia o percorsi di misura sul lato sottovento della discarica
•Intercettazione del plume emissivo
•Misura concentrazioni metano sui nodi della griglia
•Modellazione all’indietro per la determinazione delle sorgenti e dell’emissione totale
Discarica
BIOGAS
Vento
Campo di vento sull’area della discarica
14/01/2013 Discussione dottorato di Manzo Ciro 15

16. Idea progettuale
•Griglia o percorsi di misura sul lato sottovento della discarica
•Intercettazione del plume emissivo
•Misura concentrazioni metano sui nodi della griglia
•Modellazione all’indietro per la determinazione delle sorgenti e dell’emissione totale
Discarica
BIOGAS
Vento
Campo di vento sull’area della discarica
14/01/2013 Discussione dottorato di Manzo Ciro 16

17. Idea progettuale
•Griglia o percorsi di misura sul lato sottovento della discarica
•Intercettazione del plume emissivo
•Misura concentrazioni metano lungo percorsi ottici
•Modellazione all’indietro per la determinazione delle sorgenti e dell’emissione totale
Discarica
BIOGAS
Vento
Campo di vento sull’area della discarica
14/01/2013 Tuneable Diode Laser
Discussione dottorato di Manzo Ciro 17

18. Idea progettuale
•Griglia o percorsi di misura sul lato sottovento della discarica
•Intercettazione del plume emissivo
•Misura concentrazioni metano lungo percorsi ottici
•Modellazione all’indietro per la determinazione delle sorgenti e dell’emissione totale
Raggio IR che esegue una Retroriflettori
singola misura posti su carrello
elevatore
Discarica
BIOGAS
Vento
Misura diretta
del plume
Campo di vento sull’area della discarica Retroriflettore posto a terra
14/01/2013 Tuneable Diode Laser
Discussione dottorato di Manzo Ciro 18

19. Idea progettuale
•Griglia o percorsi di misura sul lato sottovento della discarica
•Intercettazione del plume emissivo
•Misura concentrazioni metano sui nodi della griglia
•Modellazione all’indietro per la determinazione delle sorgenti e dell’emissione totale
Discarica
BIOGAS
Vento
Campo di vento sull’area della discarica
14/01/2013 Discussione dottorato di Manzo Ciro 19

20. Fasi di sviluppo e misure
Campionamento su sezione verticale
Sistema di campionamento basato sull’impiego di un vettore aerostatico
Messa a punto del pallone aereostatico Osservazioni:
-Elevato numero di analisi sul lato della discarica
-Campioni acquisiti tutti nelle medesime condizioni
atmosferiche
-Uso multiplo di micropompe radiocomandate per
migliorare la produttività del sistema
14/01/2013 Discussione dottorato di Manzo Ciro 20

21. Campionamento su sezione verticale
Sistema di campionamento basato sull’impiego di un vettore aerostatico
Messa a punto del pallone aereostatico Osservazioni:
-Elevato numero di analisi sul lato della discarica
-Campioni acquisiti tutti nelle medesime condizioni
atmosferiche
-Uso multiplo di micropompe radiocomandate per
migliorare la produttività del sistema
14/01/2013 Discussione dottorato di Manzo Ciro 21

22. Campionamento su sezione verticale
Sistema di campionamento basato sull’impiego di un vettore aerostatico
Osservazioni:
Messa a punto del pallone aereostatico
-Elevato numero di analisi sul lato della discarica
-Campioni acquisiti tutti nelle medesime condizioni
atmosferiche
-Uso multiplo di micropompe radiocomandate per
migliorare la produttività del sistema
Sacco di nalophan
14/01/2013 Discussione dottorato di Manzo Ciro
da 8 L 22

23. Campionamento su sezione verticale
Sistema di campionamento basato sull’impiego di un vettore aerostatico
Osservazioni:
Messa a punto del pallone aereostatico
-Elevato numero di analisi sul lato della discarica
-Campioni acquisiti tutti nelle medesime condizioni
atmosferiche
-Uso multiplo di micropompe radiocomandate per
migliorare la produttività del sistema
Sacco di nalophan 650 ml/min
14/01/2013 Discussione dottorato di Manzo Ciro
da 8 L 23

24. Campionamento su sezione verticale
Sistema di campionamento basato sull’impiego di un vettore aerostatico
Osservazioni:
Messa a punto del pallone aereostatico
-Elevato numero di analisi sul lato della discarica
-Campioni acquisiti tutti nelle medesime condizioni
atmosferiche
-Uso multiplo di micropompe radiocomandate per
migliorare la produttività del sistema
Strumento FTIR
Gasmet DX 4030
Sacco di nalophan
14/01/2013 Discussione dottorato di Manzo Ciro
da 8 L 24

25. Confronto Gasmet vs GC MS
14/01/2013 Discussione dottorato di Manzo Ciro 25

26. Campionamento su sezione verticale
14/01/2013 Discussione dottorato di Manzo Ciro 26

27. Campionamento su sezione verticale
14/01/2013 Discussione dottorato di Manzo Ciro 27

28. Campionamento su sezione verticale
Esempio di applicazione
14/01/2013 Discussione dottorato di Manzo Ciro 28

29. Campionamento su sezione verticale
Esempio di applicazione
14/01/2013 Discussione dottorato di Manzo Ciro 29

30. Campionamento su sezione verticale
N
357
#
0 #
0 #
0
Legend
Grid
354
#
0 #
0 #
0 CH4
mg/mc
0,714 - 1,08
351
#
0 #
0
#
0 1,08 - 1,77
1,77 - 2,2
348
#
0 #
0 2,2 - 2,4
#
0 2,4 - 2,91
2,91 - 3,6
#
0 #
0
345
3,6 - 4,68
#
0
4,68 - 6,04
#
0 #
0 6,04 - 9,12
342
#
0 9,13 - 13,44
#
0
#
0
4786782 4786785 4786788 4786791 4786794 4786797 4786800 4786803 4786806
357
#
0 #
0 #
0
Legend
Grid
354
#
0 #
0 #
0 CH4
40 m2 mg/mc
Partial plume
0,714 - 1,08
351
#
0 section
#
0
#
0 1,08 - 1,77
1,77 - 2,2
348
#
0 #
0 2,2 - 2,4
#
0 2,4 - 2,91
2,91 - 3,6
#
0 #
0
345
3,6 - 4,68
#
0
4,68 - 6,04
#
0 #
0 6,04 - 9,12
342
#
0 9,13 - 13,44
#
0
#
0
4786782 4786785 4786788 4786791 4786794 4786797 4786800 4786803 4786806
Section of the plume= 40 m2
Average conc. = 8 mg/m3
Wind Speed = 3,2 m/s 1,02 g/s??
14/01/2013 Discussione dottorato di Manzo Ciro 30

31. Fasi di sviluppo
Tuneable Diode Laser
Retroriflettori
Raggio IR che esegue una posti su carrello
singola misura elevatore
Discarica
BIOGAS
Vento
Misura diretta
del plume
1-4 m
Retroriflettore posto a terra
Range di misura: 0 – 5,000 ppm
Detection limit: 0,29 – 0,56 ppm*m
Coeff. di Irradianza Rapidità e numerosità delle misure
attenuazione spettrale
14/01/2013 Discussione dottorato di Manzo Ciro 31

32. Campagne test con il TDL
• Indentificare il
miglior array di
misura del metano
14/01/2013 Discussione dottorato di Manzo Ciro 32

33. Tuneable Diode Laser
Path measurement array
horizontal
vertical
14/01/2013 Discussione dottorato di Manzo Ciro 33

34. Tuneable Diode Laser
Path measurement array
horizontal
vertical
14/01/2013 Discussione dottorato di Manzo Ciro 34

35. Tuneable Diode Laser
Path measurement array
horizontal
vertical
Cornercube 100m Retroriflettori fino a 500m
14/01/2013 Discussione dottorato di Manzo Ciro 35

36. Tuneable Diode Laser
Path measurement array
horizontal
vertical
14/01/2013 Discussione dottorato di Manzo Ciro 36

37. Fasi di sviluppo
Concentrazione media di metano in funzione del tempo sul percorso ottico
14/01/2013 Discussione dottorato di Manzo Ciro 37

38. Fasi di sviluppo
Concentrazione media di metano in funzione del tempo sul percorso ottico
14/01/2013 Discussione dottorato di Manzo Ciro 38

39. Valutazione delle emissioni
1. Definizione della distribuzione sul piano orizzontale
A = matrice di convoluzione
b=A*c c = concentrazione
b = misure lungo i percorsi ottici
2. I valori delle emissioni sono scalati rispetto ad una misura di riferimento
• Assegnazione di un valore di riferimento ad una sotto-area (massimo assoluto)
• Applicazione di un modello di dispersione (Calpuff)
14/01/2013 Discussione dottorato di Manzo Ciro 39

40. Valutazione delle emissioni
3. Calcolo dei flussi e dei valori integrati sul piano verticale
sottovento all’area sorgente
14/01/2013 Discussione dottorato di Manzo Ciro 40

41. Valutazione delle emissioni
3. Calcolo dei flussi e dei valori integrati sul piano verticale
sottovento all’area sorgente
•Applicazione di un modello di
dispersione (Calpuff), in corrispondenza
di una serie di misure meteorologiche
•Calcolo di un fattore di scala per
l’emissione di ogni sotto-area
Gasfinder 2.0
4. Stima globale dell’emissione
• Calcolo totale dell’emissione e della varianza
14/01/2013 Discussione dottorato di Manzo Ciro 41

42. Work-flow misure
14/01/2013 Discussione dottorato di Manzo Ciro 42

43. Campagne misure effettuate
• Tecniche utilizzate:
– Laser
– Sezione Verticale
– FID con camera di flusso
14/01/2013 Discussione dottorato di Manzo Ciro 43

44. Campagne misure effettuate
 Le analisi sono state effettuate in 3 differenti tipologie di discarica per Rifiuti NP:
 Sito in attività
 Discarica chiusa
 In fase di chiusura
14/01/2013 Discussione dottorato di Manzo Ciro 44

45. Work Flow
Studio della discarica (Conf. t/a, Lotti etc…)
Analisi Termografica e Walk Over
Campagna di misure
Elaborazione dati meteo e modellazione
EMISSIONE GLOBALE
14/01/2013 Discussione dottorato di Manzo Ciro 45

46. Studio della discarica
14/01/2013 Discussione dottorato di Manzo Ciro 46

47. Studio della discarica
Rifiuti conferiti e Modelli predittivo produzione totale biogas
14/01/2013 Discussione dottorato di Manzo Ciro 47

48. Analisi Termografica
14/01/2013 Discussione dottorato di Manzo Ciro 48

49. Analisi Termografica
Area Emissiva?
14/01/2013 Discussione dottorato di Manzo Ciro 49

50. Walk Over
Rilievi puntuali effettuati con il FID effettuati sulla
superfice della discarica in maniera speditiva.
 FID Gastec TM
14/01/2013 Discussione dottorato di Manzo Ciro 50

51. Walk Over
Rilievi puntuali effettuati con il FID effettuati sulla
superfice della discarica in maniera speditiva.
14/01/2013 Discussione dottorato di Manzo Ciro 51

52. Walk Over
Rilievi puntuali effettuati con il FID effettuati sulla
superfice della discarica in maniera speditiva.
14/01/2013 Discussione dottorato di Manzo Ciro 52

53. Walk Over
Rilievi puntuali effettuati con il FID effettuati sulla
superfice della discarica in maniera speditiva.
14/01/2013 Discussione dottorato di Manzo Ciro 53

54. Esempi di rilievi puntuali nelle altre
discariche
14/01/2013 Discussione dottorato di Manzo Ciro 54

55. Walk Over
• Gasmet DX4030
– Analisi di miscele di gas a 1.5m dal suolo
14/01/2013 Discussione dottorato di Manzo Ciro 55

56. Misure di emissione puntuale
secondo i criteri della EA 2003
Ottobre 2010 Aprile 2011
0,259 g/s 6,35 g/s Misure puntuali con
Strumentazione FID Gastec con camera camera CGT e nuovo
di flusso Magnano FID Gastec
14/01/2013 Discussione dottorato di Manzo Ciro 56

57. Definizione dell’emissione globale
tramite Laser
Condizioni Meteo
mbar
hour
16,2 g/s
14/01/2013 Discussione dottorato di Manzo Ciro 57

58. Risultati ottenuti per diverse tipologie di
discarica
1a campagna laser – Luglio 2010
Tipologia di discarica Emissione (g/s) Sigma (g/s) CV (%)
In attività 16,18 6,20 38 %
In gestione post chiusura da più di
2,81 0,32 11 %
5 anni
In fase di chiusura 25,31 7,60 30 %
14/01/2013 Discussione dottorato di Manzo Ciro 58

59. Risultati ottenuti per diverse tipologie di
discarica
2a campagna laser – Febbraio 2011
Tipologia di discarica Emissione (g/s) Sigma (g/s) CV (%)
In attività 28,85 10,9 38%
In gestione post chiusura da più di
2,55 1,24 49%
5 anni
In fase di chiusura 37,2 7,9 21%
14/01/2013 Discussione dottorato di Manzo Ciro 59

60. 1a Campagna misure camera di flusso – Ottobre 2010
Tipologia di discarica Emissione (g/s)
In attività 0.259
In gestione post chiusura da più di 5 anni -
2a Campagna misure camera di flusso – Aprile 2011
Tipologia di discarica Emissione (g/s)
In attività 6,35
In gestione post chiusura da più di 5 anni 0.83
14/01/2013 Discussione dottorato di Manzo Ciro 60

61. Risultati
Applicazione del Modello BIO5 (Magnano, 2010) ad una
delle discariche e confronto con i dati misurati
14/01/2013 Discussione dottorato di Manzo Ciro 61

62. Risultati
Applicazione del Modello BIO5 (Magnano, 2010) ad una
delle discariche e confronto con i dati misurati
14/01/2013 Discussione dottorato di Manzo Ciro 62

63. Risultati
Applicazione del Modello BIO5 (Magnano, 2010) ad una
delle discariche e confronto con i dati misurati
14/01/2013 Discussione dottorato di Manzo Ciro 63

64. Risultati
Applicazione del Modello BIO5 (Magnano, 2010) ad una
delle discariche e confronto con i dati misurati
14/01/2013 Discussione dottorato di Manzo Ciro 64

65. Risultati
Applicazione del Modello BIO5 (Magnano, 2010) ad una
delle discariche e confronto con i dati misurati
14/01/2013 Discussione dottorato di Manzo Ciro 65

66. Conclusioni
TDL GasFinder Measures Sezione verticale di dispositivi di
campionamento aeriforme
Pro
Pro • valutazione diretta del plume
• Ampio dataset di misure per path emissivo
• Misura contemporanea di ampie • Poco complessa l’elaborazione
aree della discarica emissione
• Non è necessario captare • Meno costosa della precedente
integralmente il plume emissivo
• È possibile proporlo come SME Contro
(sistema di monitoraggio delle
emissioni) • Necessita di strade di accesso
• Necessarie molte risorse umane in
campagna
• Più sensibile alle variazioni delle
Contro condizioni meteo
• Risulta necessaria una fase di post • Sezioni campionate non coeve
processing
• Costo dello strumento elevato
14/01/2013 Discussione dottorato di Manzo Ciro 66

67. Conclusioni
• Il confronto tra gli approcci di misure adottati ci
ha permesso di concludere che:
– Il metodo EA può non essere esaustivo nella
valutazione delle emissioni
– La tecnica laser permette di ottenere risultati che
prendono in considerazione le variabili ambientali
– Tecnica della sezione verticale con array di misura
fornisce valori di flusso approssimati
Per il futuro…
• Resta da ampliare la casistica delle misure su base annuale e
su un più ampio dataset di discariche
14/01/2013 Discussione dottorato di Manzo Ciro 67

68. • Pacitti P., Disperati L., Lodi M., Manzo C., Robasto G., Salerno R., Veggi S., Vannucci
F., Colombo A.,Rotella G., Borghero N. (2011). Development and implementation of new
techniques for landfill biogas emission assessment SETAC Europe 21st Annual Meeting
Abstract Book, 15-19 May 2011, pp 8 (Special Session) [oral presentation]
• Pacitti P., Disperati L., Lodi M., Manzo C., Robasto G., Salerno R., Veggi S., Vannucci F."Laser
technique as new frontier on landfill biogas emission assessment in Italy" Atti del Field Laser
Application in Industry and Research (FLAIR) Congress, Murnau 11-17 September 2011 pp
112 [poster presentation]
• Pacitti P., Disperati L., Lodi M., Manzo C., Robasto G., Salerno R., Veggi S., Vannucci F. “New
techniques for landfill biogas emission assessment in Italy” 34th International Geological
Congress Brinsbane, 5-11 Agosto 2012 [oral presentation]
• Giornata di studio su “Valutazione ed individuazione di metodologie di caratterizzazione delle
emissioni di biogas da discarica (Progetto CIPE)”, San Giovanni Valdarno (Ar), 7 Marzo 2012
14/01/2013 Discussione dottorato di Manzo Ciro 68

69. Grazie per l’attenzione.
14/01/2013 Discussione dottorato di Manzo Ciro 69

70. Attività di ricerca
1
Hitran, 2004
Slank
2
Slank +
Metano
3
luce alogena calda (3000°K) da 500 watt con
picco di irradianza a 1110 nm.
14/01/2013 Discussione dottorato di Manzo Ciro 70

71. Attività di ricerca
Implementazione della
camera di flusso secondo
la LFTGN 03 dell’Agenzia
per l’Ambiente Inglese
(EA)
14/01/2013 Discussione dottorato di Manzo Ciro 71

72. Campionamento biogas in discarica
Campionamento biogas da sistema di
captazione
Campionamento biogas da
sorgente puntuale
14/01/2013 Discussione dottorato di Manzo Ciro 72

73. 14/01/2013 Discussione dottorato di Manzo Ciro 73

74. 14/01/2013 Discussione dottorato di Manzo Ciro 74

75. Esempi di array in altre discariche
Discarica B Discarica C
µ
µ
14/01/2013 Discussione dottorato di Manzo Ciro 75

76. Normativa tecnica
IN ITALIA  Normativa tecnica dell’Agezia
 Non esistono allo stato attuale per l’Ambiente Inglese (EA):
normative tecniche nazionali atte
a definire un metodo analitico
preciso e ripetibile. Guidance for Monitoring Landfill Gas
Surface Emissions – LFTGN07
 Fornisce i dettagli tecnici sulla
 Allegato II del D.Lgs. 36/2003, metodologia e
relativo ai piani di sorveglianza e strumentazione da applicare e
controllo, al punto 5.4 è precisato sull’elaborazione dei dati
che “ deve essere previsto un  Identifica i limiti di
monitoraggio delle emissioni accettabilità per le emissioni
gassose, convogliate e diffuse, in atmosfera di metano
della discarica stessa, in grado di attraverso la superficie:
individuare anche eventuali fughe  Temporary Capping (TC):
di gas esterne al corpo della 10-1 mg/m2/sec
discarica”.  Permanent Capping (PC):
10-3 mg/m2/sec
14/01/2013 Discussione dottorato di Manzo Ciro 76

77. 14/01/2013 Discussione dottorato di Manzo Ciro 77

78. Condizioni meteo durante le misure
15 luglio 2010
mbar
°C
15 Febbraio 2011
ora
mbar
°C
ora
14/01/2013 Discussione dottorato di Manzo Ciro 78

79. Condizioni meteo durante le misure
8 ottobre 2010
mbar
°C
19 Aprile 2011
ora
mbar
°C
79
14/01/2013 Discussione dottorato di Manzo Ciro ora

80. 14/01/2013 Discussione dottorato di Manzo Ciro 80

81. 14/01/2013 Discussione dottorato di Manzo Ciro 81

82. Confronto misurato/captato
14/01/2013 Discussione dottorato di Manzo Ciro 82