BIOGAS

Autobus a biogas nel servizio pubblico

La nuova energia che si ricava dal trattamento dei rifiuti organici per il rispetto della natura. L'immagine a lato mostra un  autobus alimentato a biogas in servizio pubblico a Linköping. Il biogas è una delle fonti alternative più utilizzate per la produzione di energia rinnovabile. E' il frutto della degradazione, in assenza di ossigeno (processo chiamato digestione anaerobica) di varie sostanze organiche ad opera di numerosi batteri. L'energia racchiusa nei legami chimici è poi rilasciata e immagazzinata principalmente in metano (CH4) il quale, assieme all'anidride carbonica (CO2) è il principale costituente del biogas. Altre sostanze presenti in minor percentuale sono ossido di carbonio, azoto, idrogeno, idrogeno solforato.

Il biogas possiede un alto potere calorifico e può essere convertito in elettricità e calore. Il residuo della fementazione è il digestato, un materiale liquido, completamente inodore e altissimo valore agronomico (BioFertilizzante), con caratteristiche migliorative rispetto al materiale di partenza. Il biogas è indicato dall'U.E. tra le fonti energetiche rinnovabili non fossili che possono garantire non solo autonomia energetica, ma anche la riduzione graduale dell'attuale stato di inquinamento dell'aria e quindi dell'effetto serra.

La prima fonte energetica delle aziende agricole

Ciclo di produzione di biogas in agricoltura

 Il BIOGAS è una miscela di vari tipi di gas, composti principalmente da metano, prodotti dalla fermentazione batterica in anaerobiosi (assenza di ossigeno) dei residui organici provenienti da residui vegetali o animali. I residui utili possono avere origine diverse, come scarti:

  • dell'industria agroalimentare;
  • dell'industria alimentare;
  • dell'industria zootecnica,

oppure si possono utilizzare colture appositamente coltivate allo scopo di essere raccolte e trinciate per produre biomassa come:

  • mais;
  • sorgo zuccherino;
  • grano;
  • canna comune;
  • oppure alghe (attualmente in via sperimentale).

Il processo di produzione parte dalla decomposizione del materiale organico da parte di alcuni tipi di batteri, producendo anidride carbonica, idrogeno molecolare e metano (metanizzazione dei composti acidi).

Le diverse Tecnologie produttive

Il biogas si forma spontaneamente dalla fermentazione di materia organica. Le discariche di rifiuti urbani o meglio i centri di raccolta differenziata dei rifiuti potenzialmente possono essere grossi produttori considerato che il 30 - 40 % del rifiuto è materiale organico. Altre fonti principali potrebbero essere l'industria agricola o zootecnica; tale gas per essere utilizzabile e ottenere un valore economico, prima deve essere captato e accumulato in apposite strutture evitandone la dispersione nell'ambiente, per essere in seguito bruciato per produrre calore e energia elettrica. Sono state sviluppate tecnologie e impianti speciifici che, tramite l'utilizzo di batteri in appositi fermentatori chiusi, sono in grado di estrarre grandi quantità di biogas da:

  • rifiuti organici urbani (preferibilmente da raccolte differenziate),
  • letame prodotto dagli allevamenti intensivi,
  • fanghi di depurazione delle acque reflue,
  • residui dell'industria agraria.

Gli impianti di biogas idonei al trattamento di matrici prevalentemente solide sono chiamati a secco, perchè non hanno bisogno di liquami per il loro funzionamento. In questo caso l'acqua necessaria al processo è fornita dall'umidità del materiale utilizzato per alimentare l'iimpianto. Il gas prodotto in questo processo (biogas) può essere utilizzato per:

  • combustione in caldaie di riscaldamento.
  • produrre energia elettrica e/o calore.

Il biogas è formato prevalentemente da metano; pertanto, con un necessario processo di depurazione e separazione di altri componenti (anidride carbonica e zolfo) può essere usato come biometano per autotrazione (auto e veicoli a metano). Quest'ultima applicazione ha avuto applicazione con successo in Europa in Paesi come Svizzera, Germania e Svezia  e solo in via sperimentale in Italia, costituendo una delle più concrete promesse nel campo della mobilità ecosostenibile. Esistono varie tipologie di impianti di produzione di biogas indirizzati a trattare matrici organiche differenti, solide o liquide. Caratteristiche principali di un impianto sono il sistema di miscelazione matrici all'interno del fermentatore / digestore, il caricatore di matrici solide, cosi come il sistema di filtrazione del biogas prodotto.

Fasi di produzione

La produzione di biogas si articola nelle seguenti fasi:

  • Fase aerobica transitoria, che avviene grazie alla presenza di ossigeno: comporta un aumento della mineralizzazione delle sostanze organiche, con produzione di anidride carbonica ed acqua. È costituita da una rapida degradazione dei rifiuti che si compie in un periodo variabile da alcune ore a qualche giorno in funzione della profondità degli strati e del loro grado di compattazione;
  • Fase anaerobica: suddivisa in una prima fase acida ed in una seconda metanigena che subentra una volta esaurito l'ossigeno presente, è una trasformazione più lenta e incompleta, che produce anidride carbonica e metano.

Struttura dell'impianto

Alimentatore di biomassa per la produzione di biogasNella foto a lato, un cassone alimentatore, con relative coclee di trasporto prodotto, di un impianto di biogas.

Nel caso di depurazione di reflui in loco, dal punto di vista impiantistico, un sistema per la produzione di biogas è costituito da:

  • Serbatoio in cui viene depositata la biomassa (fanghi essiccati) e periodicamente aggiunta quella fresca; per aumentare la percentuale di umidità della sostanza organica di partenza si aggiunge solitamente un minimo d'acqua;
  • Dispositivo di regolazione della portata, che consente al refluo di entrare per gravità nell'impianto;
  • Miscelatore, necessario per garantire una certa omogeneità del liquame ed evitare il formarsi di eventuali sedimenti.
  • Digestore anaerobico, ermeticamente chiuso e coibentato, in cui il liquame precipita nella parte inferiore, mentre il biogas gorgoglia verso la parte superiore del digestore;
  • Recipiente esterno dove viene convogliato il liquame digerito (biofertilizzante);
  • Serbatoio finale di stoccaggio (biogas).

Nel caso della discarica, si può operare un'impermeabilizzazione dei cumuli di rifiuti, trasformando in pratica la discarica in un contenitore di accumulo del biogas, al cui interno avviene la decomposizione della frazione organica contenuta nei rifiuti.

Vantaggi nell'uso del biogas

La CO2 prodotta dalla combustione del metano così ricavato permette di pareggiare il bilancio dell'anidride carbonica emessa in atmosfera: infatti la CO2 emessa dalla combustione del biogas è la stessa CO2 fissata dalle piante (o assunta dagli animali in maniera indiretta tramite le piante), al contrario di quanto avviene per la CO2 emessa ex novo dalla combustione dei carburanti fossili. Ulteriore vantaggio ecologico nell'utilizzo del biogas, è quello di impedire la diffusione nella troposfera del metano emesso naturalmente durante la decomposizione di carcasse e vegetali: il metano è infatti uno dei gas-serra più potenti ed è quindi auspicabile la sua degradazione in CO2 e acqua per combustione. L'emissione di 1 kg di CH4, in un orizzonte temporale di 100 anni, equivale ad emettere 25 kg di CO2(IPCC 2007).

Svantaggi degli impianti a biogas

Tuttavia il biogas ha molte controindicazioni. Se si escludono le centrali che sfruttano il biogas prodotto dalla decomposizione di prodotti organici delle discariche, molte centrali a biogas usano liquami animali combinati con vegetali (nel rapporto di 1:3), poiché la resa del biogas si ottimizza mescolando più tipologie di prodotti organici. Un altro problema è legato ai cattivi odori emessi dalla fermentazione dei vegetali e/o dal liquame associato. Il problema è risolvibile mediante una corretta gestione dell'impianto, infatti le vasche per lavorare devono essere completamente sigillate. Molte di queste centrali, in genere per sfruttare il calore in eccesso in una rete di teleriscaldamento, stanno sorgendo lontano dalle zone di produzione del liquame e vicino alle abitazioni con conseguente pesante disagio per le popolazioni. Questo comporta, tra l'altro, uno spostamento di migliaia di camion a livello esclusivamente locale in quanto gli impianti sono alimentati da filiera corta con una conseguente diminuzione dell'inquinamento derivante dal trasporto su lunghe distanze.