Digestione anaerobica: come sfruttare al meglio i rifiuti

Digester for biogas production
Anne Palmio
Jan 29, 2019

I rifiuti rappresentano una delle maggiori sfide cui dobbiamo far fronte a livello mondiale. Al contempo, stanno emergendo nuove soluzioni per ridurli e riciclarli più volte: con il riciclaggio, quasi tutti i tipi di rifiuti stanno trovando nuovi utilizzi tramite conversione in altri materiali o differenti cicli nutrizionali. Analogamente, mediante la digestione anaerobica, quantità sempre crescenti di rifiuti organici, vengono trasformate in biogas, digestato, acque reflue e altro. Questi possono essere utilizzati per la produzione di un'ampia varietà di altri prodotti. In questo post presenteremo gli aspetti fondamentali del processo del biogas, illustrando in che modo si possa creare valore sfruttando i rifiuti.

Cosa sono il biogas e la digestione anaerobica?
Il biogas viene generato dal processo di digestione anaerobica ed è una miscela gassosa composta da metano, anidride carbonica e tracce di altri gas. La sua composizione può variare, ma di norma è costituita per il 60–65% del volume da metano e per il 30–35% da anidride carbonica, oltre ad altri gas presenti con concentrazioni in ppm. Il biogas si genera tramite la digestione anaerobica e il contenuto di acqua del gas grezzo in uscita dal digestore, dipende dalla temperatura del processo batterico, con un'umidità relativa all'interno del digestore tipicamente al 100%. 

Il processo di digestione anaerobica
Si tratta di un processo enzimatico che richiede condizioni anaerobiche e parecchi tipi di microbi, ciascuno dei quali detiene un ruolo cruciale nell'intero processo. La digestione inizia con l'idrolisi, durante la quale proteine, carboidrati e lipidi vengono frazionati in molecole più piccole. Successivamente, durante l'acidogenesi, queste molecole vengono trasformate in acidi grassi volatili, che producono ammoniaca (NH3), anidride carbonica (CO2) e acido solfidrico (H2S). Segue quindi l'acetogenesi, durante la quale alcuni di questi acidi grassi volatili sono trasformati a loro volta in acido acetico (CH3COOH), idrogeno (H2) e anidride carbonica (CO2). Questi ultimi diventano utili durante la fase di metanogenesi, in cui i batteri metanogeni, attraverso vari processi biochimici, producono appunto il metano (CH4). 

Diversi tipi di biogas
La nomenclatura internazionale e l'Agenzia Internazionale dell'Energia, classificano il biogas in base alla sua origine, ai rifiuti impiegati per generarlo e da come viene successivamente trattato:
-    Gas da liquami = metanizzazione di fango derivato dal trattamento delle acque reflue
-    Gas da discarica = biogas generato da rifiuti non tossici 
-    Altri biogas = metanizzazione di rifiuti non tossici o di materia vegetale grezza

Vi è inoltre una quarta e interessante categoria, ovvero il "biogas derivato dai processi termali", prodotto dalla pirolisi o gassificazione di biomassa solida, principalmente scarti forestali o rifiuti domestici fermentabili. Questo processo genera H2 e monossido di carbonio (CO), che a loro volta possono essere trasformati in biogas sintetico per sostituire il gas naturale. EurObserv’Er ha incluso questo tipo di biogas nella categoria "Altri biogas".

Perché viene prodotto il biogas?
Vi sono due motivi per cui viene prodotto il biogas: in primo luogo, perché i paesi desiderano gestire i loro rifiuti organici in modo ecologico e restituire le sostanze nutritive contenute nei rifiuti all'agricoltura, mediante la digestione e il compostaggio; in secondo luogo, perché il biogas è una fonte di energia rinnovabile che può essere utilizzata in vari modi. La soluzione più comune è la cogenerazione di calore ed elettricità nello stesso impianto in cui avviene la digestione anaerobica, impiegando motori di cogenerazione (CHP). Sempre più frequentemente, il biogas viene depurato e trasformato in biometano, per essere distribuito o nella rete di gas naturale, o come gas naturale liquefatto. Il biometano può quindi essere impiegato come alternativa ecologica, aprendo la strada verso un ciclo biogenico del carbonio. 

Alcuni ricercatori considerano la produzione di biogas come un modo per aumentare la ricchezza e il benessere delle zone rurali, nelle quali i rifiuti organici sono una fonte energetica naturale e rinnovabile. Sebbene la produzione di biogas sia solo uno dei passi da intraprendere per un'energia pulita a lungo termine, vi è ancora un enorme potenziale da sfruttare nei prossimi decenni, soprattutto nelle zone in cui l'energia solare ed eolica non sono alternative praticabili.

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Fonti: 
- EurObserv’Er. https://www.eurobserv-er.org/
- Caruana, D. & Olsen, A. 2011. Anaerobic Digestion. Nova Science Publishers. ProQuest Ebook Central Academic Complete International Edition.

 

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