LE FONTI RINNOVABILI: BIOGAS
Il biogas è un gas naturale prodotto dalla decomposizione di rifiuti organici.
L’energia da biomasse è una forma di energia solare indiretta che può essere prodotta da materiale organici vegetali quali: legno, piante erbacee ed acquatiche , residui forestali , residui agricoli e industriali e rifiuti urbani.
I processi di trasformazione prevedono la combustione , la massificazione , la pirolisi (per produrre bio-olio), la fermentazione e la digestione anaerobica (per produrre gas).
Le biomasse rappresentano il 15% dell’offerta energetica mondiale, che però viene consumata in maniera episodica,al di fuori dei circuiti commerciali dell’energia.
In Italia le biomasse utilizzate a scopi energetici – per produrre energia termica ed elettrica – provengono essenzialmente dal comparto agricolo , agroindustriale , e dai RSU (il 40% circa è composto da sostanza organica umida).

Questa fonte energetica rinnovabile comporta quali vantaggi effetti positivi sui contenimenti di CO2 in atmosfera e rappresenta una soluzione al problema dell’eliminazione dei rifiuti, in particolare solidi.
La discarica è il tipico esempio di produttore di biogas.
Moderne tecnologie ne consentono la produzione attraverso un processo di digestione accelerata dei rifiuti in celle chiuse (sistema anaerobico).
In questo modo rifiuti organici e fanghi di depurazione vengono trasformati,senza emissioni di odori ,in un gas ricco di metano che, depurato, viene immesso ne sistema distributivo o, meglio ancora, trasformato direttamente in energia elettrica e consegnato alla rete pubblica.
L’utilizzo di un cogeneratore alimentato a biogas o dal metano ricavato,consente la produzione di elettricità che può essere utilizzata per soddisfare esigenze locali o caduta alla rete (con notevoli vantaggi economici) e di acqua calda da utilizzare sul posto o immettere in un sistema di condotte per servire utenze remote.
Lo sfruttamento di tecnologie per la produzione di biogas consentirebbe,oltre ai benefici economici,minori volumi in discarica e minori costi di smaltimento.

TIPOLOGIE D’ IMPRESA NEL SETTORE

- Realizzazione impianti di cogenerazione che utilizzano la combustione e la gassificazione delle biomasse lignocellulose :ad esmpio sistemi di teleriscaldamento biomassa che alimentano centri residenziali e turistici nelle aree montane
- Produzione di biodiesel da oli vegetali
- Produzione di biometano attraverso i liquami organici
- Produzione biocombutibili liquidi derivanti da fermentazione alcolica di materie prime agricole (etanolo e derivati)
- Coltivazione di biomasse
- Raccolta di biomasse residue o di scarto
- Consorzi operatori agricoli per la gestione di impianti termici


COME UTILIZZARE L’ENERGIA DEL BIOGAS

Le sostanze vegetali ed animali,se poste in condizioni di fermentare con processi anaerobici, sviluppano reazioni chimiche che producono gas combustibili tra i quali metano.
A livello artigianale, il biogas si ottiene ponendo ttte le sostanze soggette a decomposizione (residui vegetali ed escrementi animali) in un recipiente stagno di dimensioni adatte,in presenza dei batteri necessari.
Nei gradi allevamenti che fanno uso di stalle, le ingenti quantità di sterco possono costituire una risorsa: una volta prodotto il biogas viene stivato in serbatoi pronti per essere utilizzati.
L’uso varia in genere dalla combustione per il riscaldamento civile (ma anche delle serre), alla produzione di energia elettrica con centrali termoelettriche.
Analogamente al mondo agricolo, il biogas costituisce un ‘’prodotto’’tipico dei rifiuti urbani avviati alle discariche: qui il suo sviluppo è favorito dall’interazione fra le condizioni anerobiche interne alla ‘’vasca’’ e l’elevata percentuale di frazione organica presente nei rifiuti.
Soprattutto nelle grandi discariche, l’elevata quantità di biogas prodotto può essere sfruttata per fini energetici.
Il biogas è una importante risorsa per i paese ad economia debole, in quanto consente di ottenere nei villaggi agricoli il combustibile necessario per la cottura degli alimenti, risparmiando così le risorse di legname che molti paesi sono soggette ad una grave riduzione.

COSTITUZIONE CHIMICA

Il biogas è una miscela costituita principalmente da metano (52-65%) ed anidride carbonica (30-45%), e da quantità minori di altri gas (5-13%); si tratta di una miscela esplosiva ed infiammabile al contatto con l’aria, per cui sono necessarie adeguate misure di sicurezza.
È possibile inoltre la sua infiltrazione ed accumulo nel terreno con formazioni di sacche gassose, fenomeno che può provocare smottamenti, frane ed esplosioni.
Il processo, di cui sono responsabili i microrganismi capaci di decomporre la sostanza organica contenuta nei rifiuti, decorre attraverso una fase aerobia iniziale, in cui viene rapidamente consumato l’O2 disponibile, si innalza i livelli di H2 e di CO2 e si abbassa il pH; successivamente continua in anaerobiosi, con stabilizzazione della CO2 prodotta ed incremento e successiva stabilizzazione della produzione di CH4.
La produzione del biogas può venire rilevata entro i primi mesi della deposizione dei rifiuti e può protrarsi ,a seconda della tipologia dei rifiuti interrati e della struttura della discarica, per parecchi anni dopo la chiusura.
Per prevedere la quantità di biogas prodotto in una discarica si deve considerare che il materiale organico presente nei rifiuti non è del tutto degradabile o è comunque degradabile in diversa misura ; ad esempio per le sostanze di natura cellulosa (carta; cartone, legno e tessuti) la biodegradazione avviene in tempi molto lunghi.
Il biogas migra nella massa dei rifiuti e nel suolo, per cui quando riesce ad incanalarsi verso l’esterno si disperde in atmosfera, pertanto esso deve venire captato attraverso opportune reti di raccolta e convogliato all’esterno per poter essere utilizzato.

CONTROLLO DELLE EMISSIONI DI BIOGAS

Il biogas prodotto dalle discariche controllate è una miscela costituita principalmente da metano,biossido di carbone e da piccole percentuali di altre sostanze allo stato gassoso (idrogeno, ossigeno , azoto, vapore acqueo e altri composti in tracce).
Esso viene prodotto come catabolita dalla degradazione della materia organica, effettuata ad opera di particolari ceppi batterici che si sviluppano nel corpo dei rifiuti depositati.
Discariche di inerti, discariche nel quale vengono smaltite solo scorie prodotte dagli inceneritori di rifiuti e caratterizzate da valori di carbonio residuo minimi, non producono di regola quantità apprezzabili di biogas, perché la sostanza organica presente non è sufficiente a sostenere il metabolismo di una popolazione batterica.
La produzione del biogas ha un andamento temporale particolare , che si può suddividere come il processo di degradazione biologica,in tre fasi:

1.Una prima fase ‘’instabile’’, durante la quale hanno luogo l’idrolisi e la fermentazione acida della sostanza organica presente nei rifiuti, operante da diversi ceppi batterici ; in questo periodo si possono avere brevi punte di produzione di biogas, che è costituito principalmente da biossido di carbonio ed occasionalmente da idrogeno ; l’ossigeno inizialmente presenta negli spazi vuoti dei rifiuti viene in breve consumato; questa fase si protrae di regola per qualche mese dopo la decomposizione dei rifiuti e la sua durata dipende da diversi fattori quali umidità dei materiali depositati, la disponibilità di sostanze prontamente biodegradabili, la capacità tampone dei rifiuti stessi.

2.Una seconda fase, che può durare nella migliori delle ipotesi diversi anni, è quella ‘’stabile’’ corrispondente alla degradazione anaerobica della sostanza organica operata congiuntamente da batteri acidogeni e metanigeni (fase metnigena); la produzione di biogas subisce un notevole impulso e si regolazza, mentre la sua composizione si attesta sui valori tipici (55% metano , 45% diossido di carbonio, più tracce di vari altri componenti); contemporaneamente diminuisce la concentrazione degli altri inquinanti presenti nel percolato; durante questa fase si può realizzare un positivo recupero di energia dal biogas.

3.L’ultima fase di degradazione è quella di ‘’esaurimento’’, durante la quale produzione di biogas e la concentrazione di percolato diminuiscono progressivamente; la sostanza organica è già stata ormai quasi completamente degradata e anche il processo più macroscopico di lisciviazione si è esaurito; a questo punto la discarica può essere restituita all’ambiente.
L’aria può lentamente penetrare anche all’interno del corpo dei rifiuti e ossidare le quantità residue di sostanza organica e di metano ancora presenti; la completa mineralizzazione dei rifiuti può richiedere tuttavia diversi decenni.

La gestione del biogas si deve porre come obbiettivo di ridurre al minimo le emissioni odorose moleste e potenzialmente nocive, che rappresentano il più importante fattore di disturbo nei confronti delle popolazioni.
Deve inoltre, garantire la sicurezza all’interno dell’impianto e nelle immediate vicinanze, consentendo, quando è economicamente possibile e conveniente, il recupero di una fonte di energia rinnovabile.
Una corretta gestione deve raggiungere il risultato di non far percepire la presenza dell’impianto al di fuori di una ristretta fascia di rispetto, sia attraverso l’eliminazione degli odori anche nelle più critiche condizioni meteorologiche, sia evitando pericoli di incendi ed esplosioni ed i frequenti e caratteristici danni alla vegetazione, causati ad esempio ,dalle fughe laterali che si possono verificare anche a rilevanti distanze dalla discarica.

L’USO ENERGETICO DELLE BIOMASSE

La quantità di biomassa prodotta annualmente sulla terra in termini del suo contenuto energetico può essere stimata in circa 70.000 mtp (milioni di tonnellate equivalenti di petrolio),pari ad oltre otto volte il consumo mondiale di energia .
Al momento la popolazione mondiale soddisfa il 10-15% del proprio fabbisogno primario di energia con biomasse.
In Europa il contributo di questa fonte al soddisfacimento dei fabbisogni primari di energia è del 2,5%.
Oggi sono disponibili tecnologie affidabili e sperimentate che consentono uno sfruttamento intensivo e capillarmente diffuso del grosso potenziale energetico delle biomasse, sia di quella appositamente coltivate per uso energetico sia di quelle derivanti dai sottoprodotti delle attività agroindustriali e forestali.
Le migliori specie cioè quelle più adatte per colture energetiche pluriennali sono: il pioppo, il salice e l’eucalyptus, mentre per i terreni marginali sono: la robinia e la ginestra.
Per quanto riguarda le colture annali, le più promettenti sono il sorbo,il miscanthus e il cardo per le zone più aride.

CARBURANTI E BIOCOMBUSTIBILI

Le principali tecnologie di conversione della biomassa in biocombustibili possono essere distinte in biochimiche (idrolisi,acida e enzimatica, con fermentazione e distillazione) e termo-chimiche (massificazione avanzata,liquefazione, combustione diretta avanzata, pirolisi con idrotrattamento dei prodotti).
I prodotti energetici che si possono ottenere sono: gas, bio-olio combustibile, carbone, miscela combustibile acqua-olio-carbone,idrocarburi,metanolo.
La tecnologia più innovativa è quella della flash pirolisi per la produzione di bio-olio.
Le principali colture sulle quali si stà operando sullo sviluppio dei biocarburanti sono le colture oleaginose (girasole,colza e soia) per la produzione del biodiesel.
Nel periodo 1994-1995 la produzione di biodiesel in Italia è stato di 87.000 t con un
impegno di 61.400 ettari coltivati a girasole e 1629 ettari coltivati a colza.
Dal punto di vista dei costi diretti il biodiesel non può competere con il petrolio,visto che il suo costo è circa 3 volte più alto.

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