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Per quasi tre decenni, scienziati ambientali, attivisti e leader aziendali hanno affrontato i problemi dell'inquinamento atmosferico e del cambiamento climatico. È cresciuto un consenso sul fatto che fossero necessarie alternative praticabili ai combustibili fossili che potessero alimentare le economie preservando al contempo aria, acqua e terra pulite. La biomassa è stata identificata come una di queste fonti energetiche e — non molto tempo dopo — la tecnologia ha fornito i mezzi per raggiungere lo scopo: la produzione di biogas da digestione anaerobica. Con il biogas, non solo si possono alimentare veicoli, ma intere comunità possono ricevere elettricità. L'aspetto più promettente di ciò è che non si profilano all'orizzonte carenze di biomassa.
In effetti, chiunque metta il compost in giardino sta favorendo e incoraggiando la digestione anaerobica. Quando l'ossigeno è assente dai materiali biodegradabili, si verifica una serie di reazioni fisiche e chimiche per cui la materia in decomposizione viene scomposta, rilasciando biogas che contiene metano, CO₂ e — in proporzioni minori — azoto, idrogeno e monossido di carbonio. Secondo l'American Biogas Council, tre tipi di batteri sono attivi in questa sequenza di eventi: Batteri acidogeni — che trasformano aminoacidi e zuccheri in acidi organici, idrogeno, ammoniaca e CO₂. Batteri acetogeni — che prendono gli acidi organici e li convertono ulteriormente in acido acetico insieme ad ammoniaca, CO₂ e idrogeno. Metanogeni — che utilizzano queste sostanze chimiche per produrre metano e CO₂.
L'Agenzia per la Protezione Ambientale degli Stati Uniti (EPA) descrive il gas prodotto dal digestore di biogas anaerobico come diretto verso un impianto per un ulteriore trattamento o, se utilizzabile così com'è, a un veicolo o una macchina progettata per funzionare a biogas. Un'ulteriore lavorazione aiuta a estrarre l'umidità in eccesso per scopi di combustione. In altri casi, si rileva troppo H₂S nel gas. Questo composto è corrosivo per i serbatoi di stoccaggio e combustione, quindi anch'esso deve essere estratto.
Quella biomassa anaerobica che subisce la digestione — conosciuta anche come substrato — può essere costituita da una varietà di materia organica. Idealmente, un digestore anaerobico di metano dovrebbe elaborare un substrato che generi la maggior quantità e la più pura di metano. Un eccellente substrato è il letame animale (digestione anaerobica di letame bovino per la produzione di biogas). La gestione dei rifiuti è stata a lungo un flagello per gli agricoltori — e un fastidio nocivo per coloro che vivono nelle vicinanze. Quando viene trattato attraverso un reattore anaerobico, ciò che un tempo era un fertilizzante in eccesso è ora una potente fonte di calore ed elettricità attraverso la produzione di metano anaerobico. Inoltre, la cenere rimanente può nutrire il suolo a volte meglio del letame grezzo. Un altro substrato redditizio sono le acque reflue. Un numero crescente di impianti di trattamento delle acque incorpora un design di digestore anaerobico per acque reflue. Qui, l'acqua viene separata dai suoi contenuti solidi, che sono poi soggetti a trattamento anaerobico dei fanghi. Una volta che il rifiuto è decomposto e il biogas rilasciato, il gas viene utilizzato per fornire calore alle caldaie dell'impianto. Talvolta, il biogas contiene contaminanti che devono essere depurati, secondo le linee guida EPA, prima di poter essere utilizzato efficacemente. Una terza istanza di impiego del substrato riguarda i rifiuti alimentari. La produzione di biogas da digestione anaerobica è facilmente applicabile alla fermentazione di prodotti alimentari, gusci, bucce, ecc. Queste cose sono facilmente accessibili e ricche di materia organica. Il meglio di tutto è che i loro rilasci di biometano sono abbondanti.
Come notato sopra, la cenere derivante dalla digestione di letame suino, bovino e avicolo è di per sé un fertilizzante molto nutriente — meno l'aroma persistente. Alcuni materiali digeriti vengono compostati, o utilizzati per lettiere di bovini da latte o convertiti in altra materia. In questo modo, il costo del digestore anaerobico è mitigato dall'uso efficiente dei componenti del substrato. Infatti, il rifiuto anaerobico è quasi una contraddizione in termini. Anche se la giuria non si è ancora pronunciata, alcune ricerche suggeriscono che il biofertilizzante digestato supera il fertilizzante minerale quando applicato a determinate colture. In uno studio incentrato sui pomodori, il digestato ha prodotto rese più elevate rispetto ai minerali.
Il costo di un reattore anaerobico può variare significativamente a seconda del tipo di reattore (come Upflow Anaerobic Sludge Blanket o Anaerobic Baffled Reactor), del volume che può trattare, del tipo di rifiuto da trattare, del livello di pretrattamento richiesto e della complessità del sistema, tra gli altri fattori. Alla data del mio ultimo aggiornamento a settembre 2021, i costi potevano variare da diverse migliaia di dollari per sistemi piccoli e basilari a milioni di dollari per installazioni industriali grandi e complesse. Anche i costi operativi e di manutenzione continui sono cruciali da considerare, poiché possono essere significativi per la durata del reattore. Questi fattori includono manodopera, energia, smaltimento dei fanghi e sostituzione periodica dei pezzi. È importante notare che la fattibilità economica dei reattori anaerobici può spesso essere migliorata sfruttando e vendendo il biogas che producono. A causa di queste varianze, si consiglia vivamente ai potenziali utenti di ottenere preventivi dettagliati da aziende di digestori anaerobici come Gazpack per una stima dei costi più accurata.
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