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Nella storia dell'ingegno umano, molte invenzioni e tecnologie traggono ispirazione da fenomeni naturali. I treni più veloci ed efficienti al mondo – gli Shinkansen giapponesi – si muovono a oltre 186 miglia all'ora. Per eliminare i boom sonici generati da tale velocità, i progettisti hanno aerodinamizzato i treni per assomigliare al becco allungato del martin pescatore, poiché quest'uccello vola e nuota con pochissimi spruzzi. Allo stesso modo, coloro che progettano le turbine eoliche del 21° secolo usano le pinne delle balene come modelli: questi mammiferi goffi sono tuttavia i nuotatori, saltatori e subacquei più aggraziati nei mari grazie alla natura seghettata delle loro pinne. La decomposizione della materia organica avviene in natura di continuo. Ogni volta che flora, fauna morte, foglie cadute, erba tagliata abbandonata, letame, scarti alimentari e acque reflue vengono isolati dall'ossigeno – come in una discarica o in un cumulo di compost – queste sostanze sono soggette a digestione anaerobica. Scomposta da formazioni batteriche, questa materia disintegrata rilascia gas metano (CH₄) e anidride carbonica (CO₂). Riconoscendo il valore economico e ambientale di sfruttare il metano per l'energia, gli scienziati hanno sviluppato macchine per replicare e accelerare la digestione anaerobica. Questi sono talvolta chiamati biodigestori.
La digestione anaerobica attraversa quattro fasi per arrivare al metano. IDROLISI — la materia organica è costituita da polimeri, i cui legami chimici vengono scomposti dai batteri per formare zuccheri semplici, amminoacidi e acidi grassi. ACIDOGENESI — i sottoprodotti dell'idrolisi vengono ulteriormente decostruiti da batteri fermentativi. I prodotti finali dell'acidogenesi sono acidi grassi volatili, ammoniaca, CO₂ e idrogeno solforato. ACETOGENESI — i composti vengono ulteriormente scomposti per rilasciare acido acetico, oltre a CO₂ e idrogeno. METANOGENESI — i residui delle reazioni precedenti vengono convertiti in metano, anidride carbonica e acqua. Insieme, essi compongono quello che è conosciuto come biogas. Il biogas viene spesso trattato dopo la produzione per rimuovere contaminanti e altre sostanze chimiche che ne ostacolerebbero le prestazioni.
Un biodigestore, o eco-digestore, è un serbatoio che non consente l'ingresso di ossigeno (O₂). Fa ciò che la natura fa con letame, compost, ecc., tranne che quei materiali – o substrati – subiscono un'immediata privazione di O₂, stimolando le reazioni chimiche del biodigestore. Innanzitutto, il substrato viene ricevuto e raccolto, dopodiché può subire un pretrattamento per rendere il processo più fluido. Una volta fissato nel digestore stesso, la materia organica attraversa le quattro fasi sopra menzionate. Quando i microrganismi hanno svolto il loro lavoro, il biogas viene separato dal digestato, ovvero la materia solida che rimane.
Poiché il biogas viene utilizzato per generare elettricità, da un lato, e anche come combustibile per veicoli e per il riscaldamento, esistono diversi schemi per la sua produzione anaerobica. • Digestori a laguna anaerobica coperta — la materia organica si deposita in una grande piscina chiusa, coperta da una tettoia flessibile. • Digestori a flusso a pistone — funzionano al meglio quando il substrato, ad esempio il letame bovino, viene raschiato dalle doghe del pavimento, come in una stalla. • Digestori a miscela completa — spesso un serbatoio fuori terra, chiuso e riscaldato con un sistema idraulico per la miscelazione del gas, posizionato su una fondazione in cemento. • Reattori a letto di fanghi indotti (Induced blanket reactors) — operano sul principio della digestione dei fanghi. Si forma uno strato di sedimenti che mantiene i batteri necessari per la digestione anaerobica.
La digestione anaerobica separa il biogas dal substrato lasciando ciò che viene chiamato digestato. Questo può essere più fibroso o più simile a una poltiglia – come gran parte del digestato agricolo. Molto spesso, viene utilizzato come fertilizzante, un ammendante del suolo, con buoni risultati. Il digestato è anche un componente di alcuni compositi plastici, nonché di lettiere per il bestiame. Non devono essere grandi — i sistemi di biodigestori su piccola scala servono famiglie, ristoranti e piccole aziende agricole, dimostrando che i benefici della digestione anaerobica sono accessibili a ogni scala.
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