Dal biogas al biometano

Biogas o biometano?

Il biogas e il biometano, prodotti dai rifiuti organici, sono alternative rinnovabili al gas naturale. Il biogas è il primo sottoprodotto di un impianto di digestione anaerobica. Costituito principalmente da metano, può essere utilizzato per produrre calore o elettricità.

Una volta trattato e purificato da altri composti come il biossido di azoto_(CO2), il biossido di ossigeno _(O2), il solfuro di idrogeno_(H2S)o il vapore acqueo_(H2O), questo stesso biogas diventa biometano. Questo combustibile di nuova formazione ha le stesse proprietà del gas naturale, con l'ulteriore vantaggio di promuovere l'uso di energia verde e di ridurre i livelli di emissioni di gas serra, proteggendo così l'ambiente attraverso gli sforzi di transizione energetica in tutto il mondo.

Come si produce naturalmente il biogas?

La metanizzazione è un processo sorprendente che sfrutta la forza naturale dei batteri per decomporre e trasformare la materia fermentabile in biogas. Questo fenomeno si riscontra, 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 diversi materiali organici come carta e cartone, scarti alimentari, sottoprodotti vegetali, rifiuti animali, liquami, letame e fanghi di depurazione.

Che cos'è la digestione anaerobica?

Un impianto di digestione anaerobica dei rifiuti produce biogas dalla materia organica. Il processo avviene in vasche chiamate reattori, fermentatori o digestori, che funzionano a una temperatura di 35°C. Le versioni più recenti possono trasformare i rifiuti in energia rinnovabile in pochi giorni, con una produzione stimata tra 1 e 10 metri cubi al giorno per ogni metro cubo di rifiuti trattati.

Dalle fattorie rurali agli enormi complessi industriali, le unità di produzione di biogas sono di tutte le forme e dimensioni. Ad esempio, la produzione di un piccolo digestore agricolo può essere di soli 100 metri cubi, mentre gli impianti più grandi producono decine di megawatt.

Come fanno le discariche a produrre biogas?

Anche le discariche, o ISDND (Installations de Stockage de Déchets Non Dangereux), sono una fonte di biogas. Quando la materia organica si decompone, si produce metano.

I rifiuti vengono compattati e poi depositati in fosse chiamate bidoni. Per garantire risultati ottimali, l'area può anche essere sigillata. 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 permettono di raggiungere la superficie in modo che la fermentazione regolare possa avvenire per circa venticinque anni.

Evitare che il metano _(CH4), un potente gas a effetto serra, entri nell'atmosfera è essenziale nella lotta contro il cambiamento climatico. Quando il metano non può essere recuperato, la combustione in torcia è un'alternativa migliore rispetto al rilascio. In questo modo si rilascia anidride carbonica_(CO2), un gas a effetto serra che, secondo l'IPCC, ha un impatto sull'ambiente 28 volte inferiore a quello del metano.

Quali altri processi esistono per produrre biogas?

Esistono altri processi di produzione di biogas che oggi sono meno diffusi, in quanto si basano su tecnologie più recenti, alcune delle quali non ancora completamente mature.
Un esempio è la generazione di biometano tramite metanazione di anidride carbonica_(CO2) in reazione con idrogeno_(H2). L'anidride carbonica e l'idrogeno sono prodotti dalla gassificazione della biomassa da risorse lignocellulosiche o dall'elettrolisi dell'acqua (power-to-gas).

Infine, le microalghe possono essere utilizzate come input primario o complementare per la reazione di metanizzazione. Coltivate in bioreattori, le microalghe hanno il vantaggio di non consumare terreni agricoli, quindi non competono con la produzione di cibo animale o umano.

• Il biogas è una fontedi energia rinnovabile, a differenza dei combustibili fossili come il gas naturale. A volte viene definito "vergine". Il biogas impiega diversi milioni di anni per formarsi nel sottosuolo e le quantità disponibili sono logicamente limitate suscala umana.
• Il biogas è anche definito rinnovabile perché il suo ciclo di produzione e utilizzo è continuo. Appena generata, la biomassa può essere raccolta, trasformata e utilizzata. Viene poi continuamente rinnovata in cicli la cui scala temporale è a misura d'uomo, o addirittura stagionale.
• Inoltre, il biogas è una fonte di energia rinnovabile, perché i volumi di gas serra, principalmente anidride carbonica_(CO2), emessi durante la conversione del biogas in energia (essenzialmente la combustione), sono equivalenti alle quantità di _CO2 presenti nell'atmosfera e assorbite dalla biomassa durante la sua crescita.
• Infine, il biogas è un'energia rinnovabile, perché è e continuerà a essere prodotto dalla metanizzazione o gassificazione dei nostri rifiuti alimentari, agroalimentari, agricoli e animali. L'uomo e gli animali producono continuamente questi rifiuti.

Il biogas viene utilizzato per produrre calore ed elettricità.

Il biogas può essere recuperato sotto forma di calore solo utilizzandolo come combustibile in una caldaia. Più spesso, tuttavia, il biogas viene 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 - la maggior parte dell'energia generata - viene venduta.

Il calore prodotto dalla combustione del biogas viene spesso utilizzato per riscaldare il digestore dell'impianto di biogas e, più in generale, per migliorare il bilancio energetico dell'impianto. Ma questo calore viene utilizzato anche per :

• Riscaldamento di edifici industriali, pubblici e residenziali
• Riscaldamento di serre orticole
• Produzione di microalghe
• Riscaldamento di edifici per il bestiame
• Essiccazione di legna o foraggio

Il biogas viene trattato e purificato per poter essere iniettato come biometano nelle reti del gas naturale.

Prima di poter immettere il biometano nella rete sono necessarie diverse fasi di purificazione.

I processi principali sono :

• Desolforazione (eliminazione o riduzione significativa della quantità di idrogeno solforato_H2S)
• Essiccazione (riduzione significativa del contenuto di umidità_H2O)
• Decarbonatazione (separazione del biossido di carbonio_CO2)

Una volta che il biometano è stato purificato e trasportato alla stazione di iniezione, deve ancora essere :

• Odore di gas naturale
• Al biometano viene aggiunta una molecola dal forte odore di zolfo, il tetraidrotiofene (THT), per rendere più sicuri gli impianti e gli utenti.
• Testato come conforme alle normative vigenti in termini di specifiche fisico-chimiche
• Regolazione della pressione
• Quantificato per determinare il rapporto tra biometano iniettato e gas naturale

Il biogas è composto da diversi gas, le cui proporzioni variano a seconda delle materie prime e del metodo di produzione.

I gas sono essenzialmente :

• metano _(CH4)
• anidride carbonica_(CO2)
• ossigeno _(O2)
• vapore acqueo_(H2O)
• idrogeno solforato_(H2S)
• silossani

Quanto metano (CH4) c'è nel biogas?

Il metano è il componente principale del biogas. È il combustibile che verrà utilizzato per creare energia.

Il biogas contiene dal 50% al 75% di _CH4.

Quanta anidride carbonica (CO2) c'è nel biogas?

L'anidride carbonica è un sottoprodotto del biogas, presente in quantità molto elevate ma senza valore energetico. La CO2 deve essere eliminata dal biogas con vari metodi per generare biometano utilizzabile. Tuttavia, può essere conservata se il biogas viene recuperato sotto forma di calore (caldaia) e/o elettricità (cogenerazione).

Il biogas contiene dal 20% al 50% di_CO2.

Quanto ossigeno (O2) c'è nel biogas?

L'ossigeno è presente nel biogas in quantità relativamente piccole ma significative. Il biogas contiene ossigeno, che fa precipitare 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 di essere immesso nella rete del gas naturale.

Il biogas contiene meno dell'1% di _O2.

Quanto vapore acqueo (H2O) c'è nel biogas?

Il biogas grezzo è un gas altamente umido. È necessario asciugare il biogas, di solito mediante raffreddamento, prima di passare alla fase di upgrading per proteggere le apparecchiature dalla corrosione.

Il biogas grezzo è saturo di umidità.

Quanto idrogeno solforato (H2S) c'è nel biogas?

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 quando viene bruciato in caldaie o impianti di cogenerazione.
D'altro canto, bassi livelli di_H2Shanno un forte e caratteristico odore di uova marce. Questo lo rende facilmente rilevabile. Tuttavia, a concentrazioni più elevate, l'H2S altera l'olfatto in modo più o meno reversibile. Diventa quindi inodore e tanto più pericoloso in quanto non viene più rilevato 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 essenziale ridurne significativamente il contenuto, qualunque sia il metodo utilizzato per recuperare il biogas.

Il biogas contiene generalmente più di 100 ppm di_H2S, e questo livello può superare i 10.000 ppm quando alcuni tipi di rifiuti dell'industria alimentare vengono fermentati.

Quanto silossano c'è nel biogas?

I silossani presenti nel biogas sono molecole derivate dal silicio. Il biogas contiene silossani quando viene estratto dalle discariche (ISDND). Questi composti sono in grado di danneggiare gli impianti, in quanto vengono vetrificati (trasformati in sabbia) una volta iniettati nei motori di cogenerazione o nelle caldaie a biogas, causando danni meccanici significativi.

Il biogas può contenere fino a 50 ^mg/m3 di silossani.

La composizione del biogas può essere misurata utilizzando un analizzatore di biogas multigas per quantificare in modo continuo e preciso i livelli esatti 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. L'analisi della composizione chimica del biogas consente di controllare e ottimizzare la produzione di biogas quantificandone i vari componenti. L'analisi del biogas garantisce inoltre la sicurezza delle persone e dei processi, verificando la presenza di gas potenzialmente nocivi nella miscela.