IL BIOGAS
UN GAS OTTENUTO DALLA DIGESTIONE ANAEROBICA DELLA SOSTANZA ORGANICA, CHE PUÒ ESSERE IMPIEGATO COME SOSTITUTO DEL METANO

La sostituzione del gasolio con un carburante alternativo di origine vegetale ha molteplici vantaggi.

La particolarità di questa filiera è rappresentata dalla fatto di poter ottenere dei benefid di tipo economico ed ambientale da un sistema di trattamento di reflui/liquami, prima del loro smaltimento. I vantaggi sono relativi sia al prodotto principale, quale il biogas, sia relativi al sottoprodotto della digestione anaerobica, cioè il “digestato”.

I vantaggi dalla produzione ed utilizzo del biogas
- Possibilità di sfruttamento energetico
- Risparmi/ricavi dalla vendita dell’energia autoprodotta
- Riduzione nel consumo di cbmbustibili fossili
- Riduzione delle emissioni di gas serra in atmosfera
- Contributo alla generazione energetica nel territorio
- Sussidiarietà energetica
I vantaggi dall’utilizzo del sottoprodotto della digéstione anaerobica: il digestato
I principali vantaggi sono relativi soprattutto all’utilizzo agronomico in particolare dei liquami zootecnici:
- Stabilizzazione dei liquami
- Abbattimento di odori ed emissioni inquinanti
- Riduzione della carica patogena
- Riduzione di sostanze fitotossiche e inattivazione di semi infestanti potenzialmente presenti nel liquame
- Miglioramento delle proprietà fertilizzanti del materiale digerito
- Fluidificazione del liquame e quindi miglioramento della distribuzione sul suolo
- Miglioramento delle caratteristiche del suolo

Esempio di utilizzo: Stima della produzione di biogas ed energia da un allevamento bovino. Per un allevamento di 500 bovini all’ingrasso con peso vivo medio pari a 300 kg, allevati in stalle su grigliato, è possibile stimare una produzione di liquame pari a circa 4.000 m3/anno. Considerando un contenuto in sostanza secca di circa il 9,2%, è possibile effettuare un stima della produzione di biogas e quindi dell’energia producibile in seguito alla digestione anaerotica dei liquami in regime di termofilia (tempo di permanenza del liquame nel reattore pari a circa 30 giorni).

Per la produzione di energia viene considerato un rendimento elettrico pari al 30% e termico dell’ordine del 50%. Per il cogeneratore vengono ipotizzate 6.000 ore/anno di funzionamento. Sul fronte dei ricavi economici ottenibili dalla produzione di energia elettrica si avrebbe l’emissione di 4 Certificati Verdi (0,11 €/kWh), nonché un utile dalla vendita dell’energia elettrica prodotta pari a 95 €/MWh.

Cos’è il biogas?

La digestione anaerobica, o fermentazione metanica, è la biodegradazione della sostanza organica in assenza di ossigeno (anaerobiosi), che porta alla formazione di biogas, combustibile ad elevato potere calorifico.

POTERE CALORIFICO BIOGAS: 18,81 MJ/m3 (4.500 kcal/m3) - 27,17 MJ/m3 (6.500 kcal/m3)

Con il processo di digestione anaerobica, l’energia racchiusa nei legami chimici dei composti organici è rilasciata e immagazzinata principalmente nelle molecole di metano (CH4) che, assieme all’anidride carbonica (CO2) sono i principali costituenti del biogas. Altre sostanze presenti in minor percentuale sono ossido di carbonio (CO), azoto (N2), idrogeno (H2), idrogeno solforato (H2S):

Come può essere impiegato il biogas?

Le principali possibilità di utilizzo del biogas sono:

La produzione combinata di calore e di elettricità (cogenerazione). attualmente la soluzione più comunemente adottata
produzione di calore sotto forma d’acqua calda, di vapore o d’aria calda

Altre possibilità di applicazione emergenti sono:

la produzione di carburante per veicoli
la produzione di gas naturale per iniezione nella rete pubblica di trasporto e distribuzione
la produzione di freddo, per esempio con macchine ad assorbimento ed utilizzo in forni industriali come combustibile primario o ausiliario

Prima dell’utilizzo a fini energetici il biogas potrebbero essere richiesti opportuni trattamenti di depurazione, al fine di rimuovere sostanze presenti nel biogas che possono provocare l’abbassamento del potere calorifico della miscela, oppure avere azione corrosiva nei confronti degli impianti di utilizzazione.

Come è prodotto il biogas?

Il processo di digestione anaerobica è piuttosto complesso ed avviene in fasi successive, ognuna a carico di gruppi batterici diversi che agiscono in serie.

Idrolisi: i batteri idròlitici spezzano i composti organici complessi, cioè carboidrati, proteine, grassi, in sostanze più semplici.
Fermentazione-acidogenesi e acetogenesi: tali sostanze vengono trasformate, in un primo stadio, in acidi organici mediante reazioni di acidogenesi e quindi in acetato, anidride carbonica e idrogeno, attraverso processi di acetogenesi.
Metanogenesi: nell’ultima fase, quella più delicata (metanogenesi), i batteri metanigeni trasformano i prodotti formatisi nella fase precedente in metano (CH4) ed anidride carbonica (CO2), principali costituenti del biogas.

La quantità e la qualità, cioè il contenuto in metano di biogas, sono condizionati dalla natura del materiale che subisce la fermentazione, nonché da alcuni parametri di processo. ii contenuto in metano può variare da un minimo del 60% ad un massimo dell’80%.

Narura del substrato

liquami zootecnici
colture energetiche (ad es. silo mais)
residui colturali
scarti di origine animale (ad es. scarti di macellazione)
scarti di origine agroindustriale (ad es. industrie agroalimentari, della conservazione, della produzione di bevande, ecc.)
fanghi di supero di impianti di depurazione civili
frazione organica dei rifiuti solidi urbani (F.O.R.S.U.)

Nella seguente tabella vengono esposte le rese energetiche di alcuni substrati:

tabella4

La codigestione è l’utilizzo simultaneo di diverse tipologie di substrato (co-substrati) in diversa proporzione, motivata dalla possibilità di aumentare te rese in biogas rispetto all’impiego di un’unica tipologia di materiale.

Tecniche di digestione

A seconda della temperatura alla quale si sviluppa il processo, la digestione anaerobica viene definita “psicrofila”, “mesofla” e “termofila”.

psicrofila: quando la temperatura del processo si mantiene inferiore ai 20°C, valori ottimali per lo sviluppo di microrganismi “psicrofili”. I sistemi che operano in queste condizioni vengono denominati anche “a freddo”.
mesofila: quando la temperatura del processò è compresa tra 20 e 40°C, valori ottimali per lo sviluppo di microrganismi “mesofili”.
termofila: quando la temperatura del processo è compresa tra 50 e 65°C, valori ottimali per lo sviluppo di microrganismi “termofili”.

A seconda del contenuto in sostanza secca del materiale da digerire, la digestione anaerobica può essere “a secco”, quando il contenuto è superiore al 20%, o “ad umido”, quando la sostanza secca è inferiore al 10-13%.

I sistemi più diffusi sono quelli ad umido ed operanti in regime di mesofilia.

Le tipologie impiantistiche dei sistemi di digestione anaerobica attualmente disponibili vanno da sistemi estremamente semplificati, applicati per lo più alla digestione anaerobica in scala aziendale (lagoni o vasche di accumulo dotate di copertura gasometrica), a quelli molto sofisticati ad elevato contenuto tecnologico, che si prestano per lo più al trattamento di reflui di tipo industriale (filtri anaerobici, reattori UASB, ecc.).