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Negli ultimi anni sta crescendo l’utilizzo della digestione anaerobica nel trattamento della frazione organica raccolta in modo differenziato dei rifiuti urbani.
La digestione anaerobica è un processo biologico complesso attraverso il quale, in assenza di ossigeno, la sostanza organica viene trasformata in biogas (o gas biologico), costituito principalmente da metano e anidride carbonica.
Affinché la biomassa diventi biogas, è necessaria l'azione di diversi tipi microrganismi specializzati che operano in fasi successive:
- un primo gruppo di batteri dà il via al processo di degradazione, trasformando la sostanza organica in composti intermedi, come idrogeno, acido acetico e anidride carbonica;
- Un secondo gruppo di batteri, formato da microrganismi metanigeni produce metano utilizzando i composti prodotti dal primo gruppo di batteri.
I microrganismi anaerobi presentano basse velocità di crescita e basse velocità di reazione e quindi occorre mantenere ottimali, per quanto possibile, le condizioni dell’ambiente di reazione.
Il processo di produzione del biogas avviene all'interno di appositi "digestori", nei quali la biomassa introdotta (il cosiddetto "substrato") viene mantenuta in condizioni di scarsità di ossigeno (anaerobiosi) ed a temperatura ottimale favorendo lo sviluppo dei microorganismi anaerobi che compiono i processi di degradazione della biomassa e di produzione di metano e anidride carbonica.
Caratteristiche e proprietà del biogas
Il biogas ricavato dal processo di digestione è composto mediamente da:
• 50-80% metano
• 15-45% anidride carbonica
• 5% altri gas (soprattutto idrogeno e azoto) caratterizzati da odore pungente caratteristico della decomposizione della sostanza organica.
Il vantaggio del processo è che la materia organica complessa viene convertita in metano e anidride carbonica e quindi porta alla produzione finale di una fonte rinnovabile di energia, sotto forma di un gas combustibile ad elevato potere calorifico. Nell’ambiente di reazione, definito solitamente digestore (o reattore anaerobico), la biomassa introdotta (il cosidetto “substrato”) viene demolita in percentuali variabili tra il 40 e il 60%.
Il processo anaerobico si distingue in due tipi in funzione alle tecniche di digestione:
• Digestione a secco (dry): la biomassa in digestione ha un contenuto di sostanza secca superiore al 20%
• Digestione a umido (wet): la biomassa in digestione ha un contenuto di sostanza secca inferiore al 10%
Perché effettuare il trattamento anaerobico
In un contesto di estrema e continua necessità energetica e di elevato rischio ambientale il trattamento anaerobico con recupero del biogas prodotto risulta oggi un sistema di grande interesse, in grado di offrire molteplici vantaggi:
1) Produzione di energia: il trattamento anaerobico in condizioni controllate porta alla degradazione della sostanza organica e alla produzione di biogas. Dopo aver subito i trattamenti necessari alla sua purificazione e filtrazione il biogas può essere utilizzato per la trasformazione in energia attraverso:
- combustione diretta in caldaia, con produzione di sola energia termica ;
- combustione in motori azionanti gruppi elettrogeni per la produzione di energia elettrica;
- combustione in cogeneratori per la produzione combinata di energia elettrica e di energia termica;
- uso per autotrazione come metano al 95%.
La cogenerazione di energia elettrica e calore mediante combustione del biogas risulta economicamente vantaggiosa sia per autoconsumo aziendale, sia per una cessione a terzi.
2) Abbattimento odori ed emissioni inquinanti (NH3 e CH4): le sostanze maleodoranti che eventualmente si formano durante il processo (acido solfidrico, mercaptani, ammoniaca) vengono avviate con il biogas alla combustione.
3) Stabilizzazione: l’abbattimento del carico organico carbonioso ottenibile in digestione anaerobica conferisce alla biomassa una sufficiente stabilità anche nei successivi periodi di stoccaggio; si ha un rallentamento dei processi degradativi e fermentativi con conseguente diminuzione nella produzione di composti maleodoranti.
4) Riduzione della carica patogena: la digestione anaerobica in mesofilia può ridurre parzialmente la eventuale carica patogena presente nei liquami.