Agroemissioni, quarta parte: il biogas virtuoso

Non tutti gli impianti a biogas utilizzano come biomassa le materie prime, ce ne sono alcuni che utilizzano solo i rifiuti organici urbani e industriali, gli alimenti scaduti e i reflui urbani e zootecnici, e sono gli unici che a mio giudizio andrebbero finanziati e incentivati. Queste matrici organiche si possono gestire anche con il compostaggio e la maturazione, ma la digestione anaerobica ne garantisce la sanificazione, la deodorizzazione sia in stoccaggio sia in distribuzione e la disinfestazione dai semi delle piante infestanti. La sanificazione nel caso si utilizzino scarti industriali come farine di carne o reflui urbani è fondamentale perché c’è il rischio di contaminare l’ambiente con patogeni molto pericolosi come la salmonella e i coli patogeni.

Questi impianti sono poco diffusi perché poi bisogna collocare il digestato che ne deriva e questo anziché essere una condizione obbligatoria per gli agricoltori per ricevere la PAC diventa un costo e un problema organizzativo non da poco per comuni e industrie. Inoltre mentre i rifiuti hanno una buona resa in gas, i reflui ce l’hanno bassissima1 perché l’energia degli alimenti è già stata sfruttata dagli organismi, i liquami hanno dei volumi enormi (specie i reflui urbani) quindi servono di gestori di grandi dimensioni che hanno tempi di abbattimento del debito enormi, ecco perché negli impianti che utilizzano i reflui l’integrazione è molto praticata.

Un metro cubo di liquame suino produce in media 16 m³ di biogas da cui si possono ricavare circa 28 kWh di energica elettrica, mentre un metro cubo di silomais produce 68 m3 di biogas e 121 kWh di energia elettrica.

Fig 1 http://www.habitatenergy.it/img/foto_cogeneratore_imp1.jpg

In fig 1 c’è lo schema di un impianto a biogas tipo plug flow tra i più semplici in commercio, il liquame dopo il separatore finisce nel digestore, e il biogas viene bruciato nel cogeneratore per produrre energia elettrica, mentre l’energia termica viene sfruttata per mantenere sopra i 35° C la temperatura nel digestore.

Ci sono però degli impianti virtuosi già in attività che anziché utilizzare i reflui tal quali ne utilizzano solo i flottati che sono le particelle fini separate con flottazione. Segue lo schema di un impianto a flottato suino che ho visitato in provincia di Bergamo.

– Il liquame puro e fresco passa da due separatori a tamburo e il separato si spande nei terreni aziendali. Sarebbe meglio utilizzare separatori a coclea elicoidali in polimeri con vasca di premiscelazione. Il separato non viene aggiunto alla biomassa da fermentare nel digestore perché ha resa molto bassa in quanto è costituito prevalentemente da cheratina (setole, forfora, consumo di unghielli) fibra indigerita, sabbia, e eventuali chicchi non macinati o semi di infestanti questo più per i bovini che per i suini.

– Il chiarificato viene ulteriormente separato dalle particelle fini tramite flottazione. Per far coagulare in fiocchi le particelle fini usano due additivi: un elettrolita e un sale di alluminio, si possono usare anche dei sali ferrosi anziché quelli di alluminio, il sistema di miscelazione e additivazione è brevettato.

– Il flottato si separa con un flottatore a supero ed è immesso in un semplice digestore anaerobico mesofilo rettangolare tipo Plug Flow.

– dal flottatore oltre al flottato esce l’ultrachiarificato che ha un colore verde trasparente, e una bassissima percentuale di sostanza secca. In pratica è un refluo minerale liquido del tutto simile ai concimi minerali di sintesi liquidi.

Il flottato è solo il 10% del liquame in entrata quindi il reattore è molto piccolo rispetto agli impianti che utilizzano reflui tal quali. Secondo i dati del costruttore nel flottato finisce il 70% della sostanza organica del chiarificato che ha una resa in gas molto alta perché è molto fermentescibile in quanto costituita soprattutto da proteine e carboidrati.

L’impianto dovrebbe essere predisposto anche a ricevere per integrazione i rifiuti organici, gli scarti alimentari, e i flottati di altri allevamenti che per dimensioni ridotte non riescono a produrre biogas a sufficienza per giustificare un impianto. Il vantaggio di questo sistema non è solo nel volume ridotto del digestore, ma anche e soprattutto dal fatto che nel digestore non entrano le sostanze abiotiche contenute nei liquami che non hanno nessuna resa in gas ma che anzi limitano le fermentazioni. Queste sostanze tossiche sono: tutto l’ammonio, gran parte dei nitrati e nitriti, rame e zinco, e residui di antibiotici che rimangono invece nell’ultrachiarificato.

In aggiunta a questo schema io proporrei un sistema di ricircolo, soprattutto in caso di integrazione con rifiuti organici, in modo che il digestato in uscita dal digestore torni alla flottazione in modo da recuperare altro flottato costituito dalla massa batterica fermentante e privo di ammonio da immettere nuovamente nel reattore. Questo tipo di impianti già esiste, sono piccoli facili da realizzare, costano poco, , andrebbero sostenuti da un legislazione adeguata che faciliti lo smaltimento dei digestati e degli ultrachiarificati e come già detto dovrebbero essere gli unici a godere di finanziamenti regionali e di incentivi per la produzione di energia rinnovabile. Un sistema simile applicato alle acque nere urbane ne abbatterebbe i costi di depurazione e permetterebbe il recupero dei preziosi minerali di azoto fosforo e potassio contenuti nei reflui.
Mi è capitato di vagliare progetti di impianti a soli liquami con rese in kWh molto alte, ma riguardavano le lettiere cioè il liquame misto a paglia o a stocchi.
Certamente la paglia fa aumentare le rese in gas, sia perchè apporta sostanza organica, sia perchè diminuisce la diluizione del liquame tal quale. Questo aumenta la resa energetica perchè a parità di volume da riscaldare del digestore, e a parità di costi di esercizio si produce più gas metano, ma servono impianti a biogas con trituratori e miscelatori che costano di più e che si rompono spesso.
La paglia però costa, e molto, sia come materia prima ( imballaggio trasoprto e triturazione) sia come gestione (spandiemnto e raccolta in stalla) e una stalla da 500 vacche con lettiera è antieconomica, anche se non posso escludere che ci siano stalle di queste dimensioni che ancora usano la paglia sono destinate a trasformarsi in stalle senza paglia, questa è la tendenza degli ultimi 40 anni. Negli anni ’70 le stalle erano tutte con paglia, ora sono quasi tutte senza.
La paglia è un integrazione, costa senz’altro meno del silomais e fa meno danni perchè non è in competizione territoriale, ma è in competizione alimentare perchè la paglia si usa nella razione dei bovini unefeed come fonte indispensabile di fibra lunga ( altrimenti il bovino non rumina) se la si usa nella lettiera o aggiunta nel digestore ( o aggiunta nella biomassa delle caldaie o dei gassificatori) non c’è più per i bovini, quindi la si deve sostituire, se questo avviene con fieni è competizione alimentare, se avviene con altra paglia si sottrae comunque sostanza organica al terreno.

Ho analizzato piani di rientro capitale di impianti a biogas molto brevi 4-5 anni, che è un tempo dimezzato rispetto ai dati del politecnico di Milano.
Andando in dettaglio si scopre che al posto del liquame, fanno i conti con il letame di lettiera, e che le rese in gas e in kWh sono sempre massime, magari ottenute da prove di laboratorio.
In realtà nei liquami le rese sono molto variabili a seconda delle sostanze abiotiche che contengono ad es dopo un trattamento antibiotico certe rese in gas bisogna scordarsele e d’inverno è difficile mantenere il cuore del reattore a 35°C, inoltre le rese del gas in energia elettrica sono massime se si usano i cogeneratori a scoppio endogeno (cosiddetti motori) che però spesso si bloccano e si rompono. Le turbine hanno rese più basse ma spesso sono preferite perchè più affidabili.
Ma soprattutto in questi piani di rientro contabilizzano anche l’energia termica cioè danno un valore in euro al kWh termico.
Non posso escludere che si riesca ad utilizzare l’energia termica, ma è molto difficile negli impianti zootecnici, perchè il teleriscaldamento richiede una distanza massima di utilizzo di 500 mt (per questi impianti piccoli)
Ma è difficile che ci sia un centro abitato o industriale così vicino ad un allevamento.
Mentre il teleriscaldamento è realizzabile in quegli impianti comunali che sfruttano i rifiuti urbani umidi, o altro, che sono costruiti proprio con l’intento di sfruttare anche l’energia termica dei codigestori. La rete di teleriscaldamento è realizzata a spese del comune che impone il teleriscaldamento ai cittadini. In Germania e Austria ci sono vari esempi di questi impianti anche in Italia ci sono progetti simili.
Le ditte produttrici di impianti di biogas, in generale, nel piano di rientro capitale considerano solo il kWh dell’energia elettrica e non il kWh termico.
Tuttavia ci sono esempi di allevamenti suini, dove effettivamente l’energia termica viene sfruttata, soprattutto nel caso in cui si tratti di sistemi che utilizzano solo i flottati che hanno a disposizione più energia termica, perché ne serve meno a mantenere le temperature nel digestore più piccolo e con materiale meno diluito, rispetto agli impianti ad integrazione.
Negli allevamenti suini l’energia termica in esubero può essere sfruttata per riscaldare certi settori come le sale parto e gli svezzamenti, o per scaldare l’acqua che si utilizza nei lavaggi con le idropulitrici a vapore. Mentre nel settore dell’ingrasso l’energia termica può essere utilizzata a riscaldare la broda di alimentazione aumentando la resa in carne.

1. http://www.rotaguido.it/prodotti/recupero-biogas.html [↩]