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Secondo l'Agenzia per la Protezione Ambientale degli Stati Uniti (EPA), esistono quattro composti di gas serra che sono più spesso implicati nel fenomeno del riscaldamento globale: l'anidride carbonica (CO₂), l'ossido di azoto (N₂O), i gas fluorurati e il metano (CH₄). Il metano viene emesso nell'atmosfera durante l'estrazione e la lavorazione di carbone, gas naturale e petrolio. La flatulenza del bestiame è un'altra fonte di emissione osservabile di metano. Tra questi gas, si ritiene che il metano contribuisca per il 10 percento alla presenza complessiva di gas serra atmosferici. Meno noto è che il metano non è strettamente un sottoprodotto della produzione di energia, ma è anche una fonte crescente di generazione di energia.
I materiali organici possono decomporsi in presenza e in assenza di ossigeno. Che si tratti di alberi morti, foglie cadute, carcasse di animali, rifiuti alimentari, escrementi di uccelli o erba tagliata, queste sostanze si disintegneranno chimicamente in un modo o nell'altro. Quando ciò avviene in assenza di ossigeno, i batteri iniziano a scomporli in fasi in modo che il metano sia un prodotto finale. Questa sequenza di reazioni è chiamata digestione anaerobica. Sebbene si verifichi sempre in natura, la digestione anaerobica può essere perfezionata e accelerata applicando l'ingegno umano. Serbatoi sigillati che ricevono il substrato, cioè la materia organica, possono effettuare la digestione anaerobica, portandola alla sua conclusione desiderata — la produzione di metano rinnovabile — in meno tempo di quanto avverrebbe in natura. Questi sistemi sono costruiti per essere scalabili, da un apparecchio domestico che fornisce combustibile per cucinare a un grande impianto di biometano che fornisce energia a impianti di trattamento delle acque o sistemi di trasporto pubblico.
Il biogas risultante dalla digestione anaerobica contiene più del semplice CH₄. Di conseguenza, il biogas deve essere purificato, liberato da impurità e composti contaminanti. Tra questi adulteranti vi sono l'idrogeno solforato, l'ammoniaca, i silossani e i composti organici volatili. Alcuni di questi sono pericolosi per la salute individuale e pubblica, nonché per l'integrità strutturale di condotte e serbatoi. Altri componenti non-CH₄, come la CO₂ e il vapore acqueo, riducono l'efficienza del biogas come fonte di energia. Il biogas viene purificato attraverso una miriade di tecniche. Alcune prevedono l'assorbimento dei contaminanti in soluzioni liquide. Altri metodi di scrubber per gas metano utilizzano superfici solide di carbone attivo e altri elementi per adsorbire i costituenti indesiderati del biogas. La refrigerazione e la condensazione permettono ai vari componenti chimici di separarsi l'uno dall'altro. La tecnologia a membrana funziona in modo simile, lasciando passare i contaminanti attraverso la membrana mentre il metano viene trattenuto.
Uno degli utilizzi finali di questo biogas raffinato è la conversione in elettricità. Ciò può essere ottenuto con le celle a combustibile, che sfruttano l'energia chimica del biogas ricevendolo nel loro elettrodo negativo mentre l'aria entra nell'elettrodo positivo della cella. Le molecole di gas vengono separate in protoni ed elettroni; questi ultimi fluiscono verso l'elettrodo positivo ed è qui che viene generata l'elettricità. Un altro mezzo per la generazione è il motore a combustione: qui, la combustione del biogas alimenta una turbina che genera elettricità. Il biometano è un gas naturale rinnovabile che — insieme al gas naturale acquisito convenzionalmente — produce il 26 percento dell'elettricità statunitense.
Il biometano (dal biogas al metano) può essere utilizzato anche come combustibile per il riscaldamento, per la cottura e come carburante per veicoli. Secondo l'Associazione Europea del Biogas, il biometano è completamente compatibile con i motori a combustione interna. Il biometano può essere condensato in gas naturale compresso (CNG) o liquefatto (LNG). Utilizzato da automobili, veicoli commerciali e autocarri pesanti, il biometano è persino in fase di progettazione per barche, navi e locomotive ferroviarie. Il biogas purificato è un sostituto idoneo del gas naturale per il riscaldamento di case ed edifici commerciali. Il teleriscaldamento a biometano è una realtà consolidata in luoghi come Suderbyn, Svezia. Ogni casa, quindi, non ha bisogno di possedere il proprio impianto di biogas.
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