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Mentre paesi, culture ed economie cercano di allontanarsi dai combustibili fossili in favore di fonti energetiche con un impatto atmosferico più benigno, hanno a disposizione una serie di opzioni tra cui scegliere. Pannelli solari, turbine eoliche, dighe idroelettriche e unità geotermiche punteggiano i vari paesaggi, riflettendo un cambiamento nel modo di pensare la produzione di energia. Eppure un altro fenomeno naturale sta prendendo il centro della scena tra gli attori delle energie rinnovabili: il biogas. Originato dalla decomposizione priva di ossigeno di sostanze organiche, il biogas si sta dimostrando un sostituto affidabile dei combustibili fossili. Riconoscendo questo sviluppo, gli scienziati continuano a lavorare sulla sistematizzazione della sua produzione.
Il biogas può provenire da acque reflue e fognature; letame di mucca e maiale; rifiuti alimentari e spazzatura; rami di alberi morti e animali forestali morti; e una miriade di altri materiali organici. Essenziale è che questa materia si decomponga al riparo da qualsiasi apporto di ossigeno. Così il biogas si crea costantemente in circostanze naturali: sotto un mucchio di foglie cadute o all'interno di un cumulo di erba tagliata, per esempio, o in una palude o nell'angolo di un fienile. Che sia prodotto spontaneamente o per progettazione, il biogas consiste principalmente, anche se non esclusivamente, di metano (CH₄) e anidride carbonica (CO₂). Il metano è la chiave della sua capacità energetica. Inoltre, il biogas contiene piccole percentuali di acqua, azoto, idrogeno solforato e altri composti organici volatili. In effetti, il biogas grezzo ha una composizione chimica molto simile al gas naturale estratto da depositi minerali, senza le emissioni di gas serra. Sebbene minuscoli rispetto al contenuto complessivo, questi componenti minori possono arrecare danni alla salute pubblica, ai serbatoi, alle condutture e all'efficienza generale del biogas. La natura non può rimuoverli, ma le persone sì.
Utilizzando il letame suino come materiale organico modello — a volte chiamato substrato o materia prima — la prima cosa da fare è alimentare un digestore anaerobico, o reattore per biogas, con una quantità appropriata di letame per produrre la quantità necessaria di biogas. Il letame suino è ideale poiché è conservato come liquame, impedendo all'ossigeno di infiltrarsi. L'aggiunta di acqua aiuta anche a diluire il contenuto di ammoniaca; l'ammoniaca può sopprimere la produzione di metano. Il preriscaldamento del letame (a 95 gradi F o più) può ugualmente accelerare il processo di digestione. La materia prima entra nel digestore attraverso un ingresso. All'interno del serbatoio di digestione stesso, un agitatore inizia a ruotare per distribuire più uniformemente i microrganismi in tutto il substrato. I ricercatori dell'estensione presso la Pennsylvania State University concludono che il substrato di letame suino richiede da sette a dieci giorni di ritenzione nel digestore per consentire la massima produzione di biogas. Una volta terminata la digestione, il biogas viene raccolto per ulteriori trattamenti. Il substrato — ora chiamato digestato o effluente — può servire come fertilizzante altamente nutritivo, lettiera per animali o componenti di prodotti manifatturieri.
La rimozione di composti chimici tossici e corrosivi dal biogas presenta molte varianti. In un sistema biogas agricolo, il flusso di gas viene fatto passare attraverso schegge di ferro o lana d'acciaio. Membrane più sofisticate possono essere impiegate in altri impianti, ad esempio impianti di trattamento delle acque. In alternativa, il flusso di gas può passare attraverso una soluzione amminica che assorbe i composti estranei o essere adsorbito da un solido trattato chimicamente come il carbone attivo. Il tipo e l'estensione della pulizia dipendono dallo scopo del biogas. Il biometano, per il carburante veicolare, richiede la raffinazione più esaustiva.
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