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Secondo la United States Energy Information Agency (EIA), il consumo di energia dovrebbe crescere più lentamente nei prossimi tre decenni rispetto agli anni passati. L'EIA attribuisce questa prevista decelerazione all'efficienza. Nel frattempo, viene generata più elettricità da fonti rinnovabili che mai. Questa è una buona notizia per coloro che sono preoccupati per l'indipendenza energetica e gli effetti ambientali della combustione di combustibili fossili. Anche se i pannelli solari e le turbine eoliche ricevono la maggior parte dell'attenzione mediatica quando si parla di consumo energetico, gli eroi silenziosi dell'energia rinnovabile sono la biomassa e il biogas. Non solo possono essere utilizzati per la generazione di elettricità, ma migliorano anche il processo, talvolta frustrante, della gestione dei rifiuti.
Scomponendo la parola, la biomassa è materiale derivato da organismi viventi – o un tempo viventi. Contiene energia chimica accumulata dal sole. Questo include diverse forme di materia: legna da ardere, cippato, legname e segatura; colture agricole, piante selvatiche, alghe e sfalci d'erba; rifiuti solidi trovati nella spazzatura come carta, tessuti e sottoprodotti alimentari scartati; nonché letame del bestiame e acque reflue. Tutto ciò che trae origine da flora o fauna vivente può essere considerato biomassa. In effetti, questa non è affatto una nuova risorsa rinnovabile. Prima della Rivoluzione Industriale, era la principale fonte di combustibile per il riscaldamento e la cottura. Oggi, tuttavia, l'efficiente conversione della biomassa in biogas consente una significativa produzione di elettricità.
Nelle giuste condizioni, la biomassa funge da fabbrica per il biogas. Naturalmente, gli scarti di cibo nel cestino della tua cucina non generano biogas utilizzabile. Ma se privi questi scarti di ossigeno, come in una discarica, crei le condizioni per un'attività bio-chimica che rilascia biogas. Questo è il motivo per cui i tecnici delle fosse settiche e gli operatori fognari devono indossare dispositivi di protezione per svolgere alcuni lavori – il gas grezzo emesso può essere pericoloso per la loro salute. Cosa succede nella conversione della biomassa in biogas? Si verifica un corso di reazioni; questa sequenza è chiamata digestione anaerobica.
La digestione anaerobica inizia con la biomassa stessa. Alcune forme sono più “digeribili”, cioè più facili da cui estrarre biogas, rispetto ad altre. Questo è simile alla digestione umana, dove gli alimenti altamente fibrosi – come le verdure crude – impiegano più tempo affinché i nutrienti entrino nelle cellule. Qualunque siano le sfide di lavorazione, la biomassa è spesso definita substrato. Il primo passo è ospitare il substrato in un ambiente privo di ossigeno. Solo in assenza di ossigeno può avvenire la decomposizione essenziale. Alcuni substrati vengono pre-trattati per renderli più digeribili. Come nella parte inferiore di un cumulo di compost o nelle profondità di una discarica, in un digestore ingegnerizzato, i batteri iniziano a scomporre la materia organica, convertendo i componenti in vari composti ed elementi. Infine, la produzione di biogas dai rifiuti si ottiene quando il metano (CH₄) e l'anidride carbonica (CO₂) vengono rilasciati in queste reazioni.
Il più delle volte, l'energia da biomassa e biogas viene impiegata per generare elettricità. Questa energia può alimentare una particolare struttura, come una fattoria, oppure può avere applicazioni più regionali, cioè per l'utilizzo da parte di un'azienda di servizi pubblici. Nella maggior parte dei casi, il biogas alimenta un motore a combustione che, a sua volta, crea energia meccanica che alimenta i generatori elettrici. Talvolta, il biogas passa direttamente dalla digestione a riscaldatori e caldaie che altrimenti richiederebbero gas propano. In alternativa, viene ulteriormente raffinato per l'uso nel trasporto da parte di un'azienda locale del gas. Il digestato residuo dopo la digestione è un fertilizzante nutritivo e può servire ad altri usi agricoli e industriali.
Come notato, la digestione anaerobica può avvenire in natura. Tuttavia, l'umanità ha trovato modi per sfruttare il biogas che produce. I digestori variano in base al volume del substrato e allo scopo della produzione di metano da biomassa. I digestori a laguna anaerobica coperta sono resi a tenuta d'aria con una copertura flessibile e pompano il biogas direttamente in un dispositivo di combustione. I digestori a flusso a pistone sono comuni nelle aziende lattiero-casearie, costruiti sotto la superficie del terreno. I digestori a miscelazione completa sono spesso serbatoi fuori terra utilizzati con acque reflue e come digestori di liquami.
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