Da biogas a biometano mette in evidenza il processo di valorizzazione del biogas in biometano. Questo processo ecologico e sostenibile consente di trasformare i rifiuti organici in energia verde rinnovabile. Contribuisce alla riduzione delle emissioni di gas serra e offre una risorsa energetica supplementare e pulita.
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Il biogas e il biometano, derivati dai rifiuti organici, sono alternative rinnovabili al gas naturale. Il biogas è in particolare il primo prodotto derivato da un impianto di metanizzazione. Costituito principalmente da metano, può essere utilizzato per la produzione di calore o elettricità.
Una volta trattato e purificato da altri composti come il biossido di azoto (CO2), il biossido di ossigeno (O2), l'idrogeno solforato (H2S) o il vapore acqueo (H2O), lo stesso biogas diventa biometano. Questo nuovo combustibile ha le stesse proprietà del gas naturale con un ulteriore vantaggio: favorisce l'uso di energia verde riducendo al contempo i livelli di emissioni di gas serra, proteggendo così l'ambiente attraverso gli sforzi di transizione energetica in tutto il mondo.
La metanizzazione è un processo sorprendente che utilizza il potere naturale dei batteri per decomporre e trasformare le sostanze fermentabili in biogas. Questo fenomeno si verifica, ad esempio, nelle paludi. Il gas generato è ricco di metano, un componente presente anche nei combustibili fossili.
Questo processo ecologico converte in biogas anche vari materiali organici come carta e cartone, resti di cibo, sottoprodotti vegetali, rifiuti animali, liquami, letame e fanghi di depurazione.
Un'unità di digestione anaerobica dei rifiuti produce biogas a partire da materiali organici. Questo processo avviene in serbatoi chiamati reattori, fermentatori o digestori, che funzionano a una temperatura di 35 °C. Le versioni più recenti sono in grado di trasformare i rifiuti in energia rinnovabile in pochi giorni, con una resa stimata tra 1 e 10 metri cubi al giorno per ogni metro cubo di rifiuti trattati.
Dalle fattorie rurali agli enormi complessi industriali, gli impianti di produzione di biogas sono disponibili in tutte le forme e dimensioni. Ad esempio, la resa di un piccolo digestore agricolo può essere di soli 100 metri cubi, mentre gli impianti più grandi producono decine di megawatt.
Anche le discariche, o ISDND (Impianti di Stoccaggio dei Rifiuti Non Pericolosi), costituiscono infatti una fonte di biogas. Man mano che i materiali organici si decompongono, viene prodotto metano.
I rifiuti vengono compattati e poi depositati in fosse chiamate cassoni. Per garantire risultati ottimali, l'area può anche essere impermeabilizzata. Questi spazi sono riempiti con diversi metri di terra e attraversati da una rete di drenaggi orizzontali che raccolgono il biogas prodotto, mentre quelli verticali consentono al biogas di raggiungere la superficie in modo che la fermentazione avvenga in modo regolare per circa venticinque anni.
Impedire che il metano (CH4), un potente gas serra, penetri nell'atmosfera è fondamentale per combattere il cambiamento climatico. Quando non è possibile recuperarlo, bruciare il metano con una torcia è un'alternativa migliore rispetto al suo rilascio nell'atmosfera. Questo processo rilascia anidride carbonica (CO2), un gas serra che, secondo l'IPCC, ha un impatto sull'ambiente 28 volte inferiore rispetto al metano.
Esistono altri processi di produzione del biogas, meno diffusi al momento, poiché derivano da tecnologie più recenti e, in alcuni casi, non ancora del tutto mature.
Citiamo ad esempio la generazione di biometano mediante metanazione dell'anidride carbonica (CO2) in reazione con l'idrogeno (H2). L'anidride carbonica e l'idrogeno sono prodotti sia mediante gassificazione della biomassa proveniente da risorse lignocellulosiche, sia mediante elettrolisi dell'acqua (power-to-gas).
Infine, è possibile utilizzare le microalghe come input principale o complementare per la reazione di metanizzazione. Coltivate in bioreattori, le microalghe presentano il vantaggio di non consumare terreni agricoli, non entrando quindi in concorrenza con la produzione di alimenti per animali o per l'uomo.
Per produrre biogas attraverso un processo di metanizzazione, è necessario raccogliere materiali fermentabili. Queste materie prime, chiamate anche materie organiche, sono principalmente i nostri rifiuti agricoli, urbani e alimentari, ma anche i fanghi delle stazioni di depurazione e, più in generale, i materiali vegetali.
I principali sbocchi del biogas generato dalla decomposizione delle sostanze organiche sono la cogenerazione, che produce sia calore che elettricità, e il biometano che, immesso nelle reti di gas naturale, completa il mix energetico, accompagnando così la transizione ecologica.
Il biogas consente di produrre calore ed elettricità.
Il biogas può essere valorizzato sotto forma di calore solo utilizzandolo come combustibile in una caldaia. Tuttavia, il biogas viene spesso utilizzato per produrre sia calore che elettricità. Da qui il termine cogenerazione.
L'elettricità prodotta dalla turbina di cogenerazione viene utilizzata per il consumo proprio dell'impianto di biogas, mentre l'eccedenza, ovvero la maggior parte dell'energia generata, viene rivenduta.
Il calore prodotto dalla combustione del biogas viene spesso utilizzato proprio per riscaldare il digestore dell'impianto di biogas e, più in generale, per migliorare il bilancio energetico dell'unità. Tuttavia, questo calore viene utilizzato anche per:
Il biogas viene trattato e depurato per essere immesso come biometano nelle reti di gas naturale.
Prima di poter immettere il biometano nella rete sono necessarie diverse fasi di depurazione.
I processi principali sono:
Una volta purificato e convogliato alla stazione di iniezione, il biometano deve ancora essere:
Il biogas è composto da diversi gas le cui proporzioni variano a seconda delle materie prime e del metodo con cui viene prodotto.
I gas sono essenzialmente:
Il metano è il componente principale del biogas. È il combustibile che verrà utilizzato per produrre energia.
Il biogas contiene dal 50% al 75% diCH4.
Il biossido di carbonio è un sottoprodotto del biogas presente in quantità molto elevate, ma privo di qualsiasi valore energetico. Il CO2 deve essere eliminato dal biogas con vari metodi per generare biometano utilizzabile. Può invece essere conservato se il biogas viene valorizzato sotto forma di calore (caldaia) e/o elettricità (cogenerazione).
Il biogas contiene dal 20% al 50% diCO2.
L'ossigeno è presente in quantità relativamente basse ma non trascurabili nel biogas. Il biogas contiene ossigeno che permette di precipitare una parte dell'idrogeno solforato (H2S) nel digestore.
Inoltre, poiché è difficile da eliminare, una certa quantità di ossigeno è tollerata nel biogas purificato (biometano) prima della sua immissione nella rete del gas naturale.
Il biogas contiene meno dell'1%di O2.
Il biogas grezzo è un gas altamente umido. È necessario essiccare il biogas, solitamente mediante raffreddamento, prima del suo utilizzo, al fine di proteggere le apparecchiature dalla corrosione.
Il biogas grezzo è saturo di umidità.
L'idrogeno solforato è un gas molto pericoloso e nocivo. Da un lato è un gas corrosivo, che genera acido solforico in presenza di umidità e durante la combustione in caldaie o impianti di cogenerazione.
Inoltre,l'H2Spresenta a basse concentrazioni un forte odore caratteristico di uova marce. Ciò lo rende facilmente rilevabile. Ma a concentrazioni più elevate, altera l'olfatto in modo più o meno reversibile. Diventa quindi inodore e ancora più pericoloso, poiché non è più rilevabile naturalmente dall'uomo.
L'H2S presente nel biogas a 1500 ppm diventa letale se inalato per più di un minuto.
L'H2S può essere presente nel biogas in quantità molto elevate. È quindi indispensabile ridurne notevolmente il contenuto, indipendentemente dal metodo di valorizzazione del biogas.
Il biogas contiene generalmente più di 100 ppm diH2Se questo contenuto può superare i 10.000 ppm durante la fermentazione di alcuni tipi di rifiuti dell'industria agroalimentare.
I silossani presenti nel biogas sono molecole derivate dal silicio. Il biogas contiene silossani quando viene estratto dalle discariche (ISDND). Si tratta di composti che possono danneggiare gli impianti, poiché una volta iniettati nei motori di cogenerazione o nelle caldaie a biogas si vetrificano (si trasformano in sabbia), causando gravi danni meccanici.
Il biogas può contenere fino a 50mg/m3 di silossani.
La composizione del biogas può essere misurata utilizzando un analizzatore multigas per biogas al fine di quantificare in modo continuo e preciso l'esatta percentuale dei diversi gas presenti nel biogas o nel biometano.
È importante misurare la composizione del biogas con un analizzatore per garantire un utilizzo ottimale ed efficiente del biogas. L'analisi della composizione chimica del biogas consente, quantificando i diversi componenti del biogas, di controllare e ottimizzare la produzione di biogas. L'analisi del biogas consente inoltre di garantire la sicurezza delle persone e dei processi verificando la presenza di gas potenzialmente nocivi nella miscela.
Vincent MECKLER
Direttore tecnico – Esperto in analisi dei gas
