Biodigestori e produzione di biometano

In questo articolo parleremo dei biodigestori e della produzione di biometano.

Sulla scia del precedente articolo che trattava di produzione di gas ed altri componenti tramite pirolisi e pirogassificazione, (se non lo avete letto potete trovarlo qui) vorrei approfondire invece il processo di produzione del biometano tramite biodigestione.

Per chi non mi conosce, mi chiamo Gabriele Casetta, sono un’imprenditore digitale e mi occupo di progettazione e consulenza.

Ho conosciuto il biogas in una precedente esperienza lavorativa, ho voluto andare più a fondo cercando informazioni sulle tecnologie della biodigestione e della produzione di biometano, per curiosità in un primo momento, ma in seguito ho approfondito ulteriormente l’argomento, sperimentando fonti rinnovabili ed ecosostenibili per un progetto che sto portando avanti.

La ricerca di fonti rinnovabili sta venendo molto incentivata in particolare in questo periodo storico, per le problematiche legate al cambiamento climatico in primis, ma anche cercando alternative per una possibile crisi energetica causata dal conflitto in Ucraina.

Infatti in Italia la produzione di biometano e biogas sarebbe una delle possibilità più veloci per iniziare a compensare il fabbisogno energetico del paese, a seguito della mancata fornitura del gas russo.

Chi mi conosce sa che amo sperimentare, i primi esperimenti con gas infiammabili li ho fatti sperimentando l’elettrolisi dell’acqua,  ma visto il basso rendimento delle celle elettrolitiche, ho iniziato ad interessarmi di biodigestione, avendo a disposizione la materia prima per creare questo processo, ho realizzato alcuni biodigestori casalinghi ed ho iniziato a conoscerne il funzionamento.

In paesi come il Brasile questa è una prassi molto comune, ed è utilizzata in molte famiglie per realizzare il gas necessario al proprio fabbisogno domestico, va detto che nei paesi caldi la produzione di gas è costante durante tutto l’arco dell’anno, ed è quindi una buona soluzione ecosostenibile per avere gas a costo zero,  mentre in paesi come il nostro, a causa delle basse temperature invernali, la produzione di gas si arresta nei periodi più freddi ed è al suo picco nella stagione calda, richiedendo la necessità di accorgimenti in merito come la gestione della temperatura, o lo stoccaggio del surplus prodotto nei periodi più favorevoli.

Ma per capire a cosa è dovuto questo fenomeno, andiamo prima a spiegare il principio di funzionamento del biodigestore.

Come funzionano i biodigestori

I biodigestori, sfruttano alcuni microrganismi metanogeni per realizzare la scomposizione batterica di scarti, provenienti principalmente da allevamenti animali, e produrre gas metano da immettere direttamente in rete previo opportune filtrazioni o per la produzione di energia elettrica tramite cogenerazione e trigenerazione.

Ad oggi è uno dei sistemi più efficienti per la produzione di metano, e oltre ad utilizzare scarti agricoli e deiezioni animali, utilizza anche apposite colture selezionate e coltivate appositamente a questo scopo.

Ma tornando ai biodigestori stavamo dicendo che utilizzano particolari microrganismi per trasformare in metano le biomasse da processare.

Questi microrganismi sono principalmente Archèobatteri, e vivono in ambienti privi di ossigeno.

Si trovano ovunque possano trovare un ambiente anaerobico adatto al loro sviluppo, dal fondo delle paludi, nei fanghi, fino all’intestino degli animali o delle persone ( si è a causa loro che esiste la flatulenza).

Come avviene la biodigestione

La biodigestione può essere suddivisa in tre fasi:

• la prima è per opera diretta di alcuni microbi che trasformano la massa in materiali idrosolubili
• in seguito avviene una decomposizione batterica da parte di batteri acidofili
• e come terza ed ultima fase intervengono i batteri metanofili che decompongno in assenza di ossigeno tutti i composti creati precedentemente, producendo principalmente metano e biossido di carbonio.

• Assenza di ossigeno
•  Presenza di parte liquida circa 80-90%, in cui andranno a sciogliersi i materiali idrosolubili
• Tasso di azoto sufficiente, generalmente  con un rapporto carbonio/azoto < 30
• Presenza di microelementi necessari allo sviluppo dei batteri metanogeni
• Range di temperatura adeguato: per i batteri mesofili 20-45 °C,Invece per i batteri termofili 50-52 °C, con temperature che possono anche essere relativamente elevate e superare i 70 °C.
•  Mescolamento continuo per evitare sedimentazioni (questo in particolare ne aumenta l’efficienza)

Con queste condizioni, è possibile avere wuna produzione costante di Biometano, ma questo non può essere utilizzato così com’è, ma va prima trattato in maniera tale da non essere corrosivo.

Come utilizzare il biogas generato dal digestore

La desolforazione del biometano

• Desolforazione biologica
• Desolforazione chimica
• Desolforazione meccanica

 La desolforazione chimica

La desolforazione chimica avviene utilizzando principalmente molecole di ferro che si legano al solfuro di idrogeno formando solfuro di ferro, un inerte che precipita in vasca abbattendo la presenza di solfuro di idrogeno.

Per permettere la reazione è necessario l’utilizzo di un prodotto con un alto titolo di ferro, ma un basso peso molecolare in maniera tale da restare biodisponibile per tutto il processo di desolforazione, senza quindi precipitare al fondo della vasca prima di aver svolto la sua funzione.

Il prodotto più utilizzato per questo scopo è il ferro ossido trivalente (Fe2O3) che ha un titolo di ferro superiore al 60%, e va mescolato nelle vasche a dosi costanti in base alle concentrazioni di solforazione presenti.

Questi due metodi in contemporanea abbattono drasticamente la
presenza di solfuro di idrogeno, per un utilizzo in rete però il biometano necessita di un ulteriore ed ultimo passaggio per azzerare o quasi la presenza di idrogeno solforato, questo risultato si ottiene attraverso una filtrazione meccanica

La desolforazione meccanica

La desolforazione meccanica è dunque l’ultimo passaggio necessario a realizzare una microfiltrazione del metano per rimuovere gli ultimi residui di idrogeno solforato, questo avviene tramite il passaggio del gas in apposite cartucce filtranti, realizzate in diversi materiali come poliestere,polipropilene, cellulosa, carboni attivi ecc. che però vanno sostituite regolarmente e  necessitano di un gas con bassi contenuti di inquinanti per non comprometterne l’efficacia in breve tempo.

A questo punto il biometano è perfettamente purificato ed utilizzabile in tutti gli impianti senza creare alcun problema.