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DIGESTORE ANAEROBICO

FUNZIONAMENTO DI UNA CENTRALE BIOGAS E VARIANTI DI COSTRUZIONE POSSIBILI

Si esplica ora dall’inizio alla fine il “ciclo del biogas” per mettere ordine sulla terminologia e sul funzionamento delle diverse parti della centrale a biogas. Procedendo, si descrivono mano a mano anche le possibili alternative di costruzione specificando quali di queste possano essere scelte dal management di una società interessata ad investire.

IMPIANTI DI DIGESTIONE ANAEROBICA – FASE 1: RACCOLTA DELLE BIOMASSE (torna su)

Nella raccolta delle biomasse da introdurre successivamente negli impianti di digestione anaerobica, la tipologia è sicuramente l’elemento che più condiziona il costo della reazione e, in buona misura, la redditività degli impianti agricoli; è quindi essenziale analizzare ogni possibile alternativa consultando degli esperti.

Tra le principali biomasse agricole utilizzabili, si possono ricordare le seguenti:

• Effluenti d’Allevamento: sono di grande interesse in quanto assicurano a l’impianto di digestione anaerobica l’apporto oltre che di una importante varietà di microrganismi, con funzione di inoculo (cioè di attivazione del processo), anche di tutta una serie di microelementi che evitano l’evidenziarsi di carenze alimentari con possibili problemi per lo sviluppo della microflora batterica.
• Residui colturali. Sono i residui ottenuti dalle produzioni agricole, in particolare foraggi, percolati dei sili, paglia, frutta di scarto ecc. Si tratta in genere di materiali caratterizzati da tenori di secco relativamente elevati (15-35%) i quali devono essere ben valutati per la capacità di legarsi all’interno degli impianti di digestione anaerobica, e di creare eventuali stratificazioni dannose.
• Frazione organica dei rifiuti. Si tratta di una gamma molto numerosa di biomasse: dai fanghi di depurazione alla frazione organica dei rifiuti solidi urbani (FORSU), a numerosi altri materiali che non presentano particolari controindicazioni tecniche al loro utilizzo in codigestione.
• Scarti organici. Si tratta degli scarti originati dalla lavorazione industriale dei prodotti agricoli: sia prodotti liquidi, quali il siero del latte, sia prodotti di consistenza solida quali il macro frutta (residuo dalla produzione dei vari succhi) e i residui della macellazione. In particolare questi ultimi (sangue, grassi, contenuto stomacale, ecc,) sono di grande interesse come cosubstrati grazie alla loro elevata potenzialità energetica.
• Colture energetiche. Sono colture prodotte espressamente per il loro utilizzo in codigestione. Quelle più utilizzate sono mais, sorgo, triticale, frumento, segale ecc.

FASE 2: PRETRATTAMENTI E MISCELAZIONE (torna su)

Una volta stoccati, i residui vegetali vengono giornalmente trasportati e riversati per mezzo di una ruspa in un’apposita vasca di miscelazione, dove subiscono dei pretrattamenti di lavorazione ed infine miscelati.
Al fine di ottimizzare il rendimento degli impianti di digestione anaerobica, o meglio, di migliorare la digeribilità della sostanza organica immessa, è possibile realizzare specifici trattamenti preliminari, ottenendo così una maggiore quantità di energia per unità di biomassa utilizzata, con evidenti vantaggi energetici ed ambientali; in questo senso si sta sviluppando una intensa attività di ricerca destinata a produrre numerose novità in futuro.

Un ruolo fondamentale svolge comunque anche la miscelazione preventiva, il secondo trattamento che viene effettuato in questa fase. Per ottimizzare l’efficienza degli impianti di digestione anaerobica è necessario assicurare il massimo contatto tra il substrato di residui e il liquido che, dopo un breve periodo di deposito nella vasca di miscelazione, vengono trasportati da una tubazione e immessi nel digestore anaerobico. Anche i liquami zootecnici verranno immessi nel digestore anaerobico, ma separatamente rispetto al substrato. Questo perché la miscelazione esterna causerebbe cattivi odori.

FASE 3: L’IMMISSIONE NEL DIGESTORE ANAEROBICO (torna su)

I Substrati vanno poi pompati dentro il digestore anaerobico, e ciò può avvenire in due modi:

• Immissione delle frazioni liquide e solide separatamente. Questa ipotesi viene adottata quando le quantità di biomasse vegetali sono ben superiori ai liquami disponibili. Mentre questi ultimi sono introdotti tramite pompa previa omogeneizzazione in un’apposita prevasca in grado di ospitarne la quantità giornaliera, la frazione solida di silo mais viene immessa da un cassone dosatore tramite un sistema di coclee che provvede prima al sollevamento della biomassa e poi alla sua immissione all’interno del digestore anaerobico.
• Immissione con veicolazione tramite pompaggio. In una vasca sufficientemente grossa da contenere l’alimentazione di uno o due giorni, vengono raccolti i substrati di sansa, residui vegetali e siero di latte, e vengono accuratamente miscelati fino ad ottenere un materiale sufficientemente omogeneo e pompabile. Il miscuglio poi viene fatto passare attraverso un trituratore e quindi pompato verso il digestore anaerobico. I liquami zootecnici, che sono stoccati in una vasca separata dalla precedente, vengono pompati nella tubazione contenente il mix di biomasse al 10% di secco poco prima dell’ingresso nel digestore anaerobico.

FASE 4A: IL DIGESTORE ANAEROBICO (torna su)

È nel digestore anaerobico che ha inizio la vera e propria fase di fermentazione metanigena, e quindi, di produzione del biogas. Se ne possono utilizzare anche due, uno di seguito all’altro. I substrati vengono immessi nel primo, dove rimangono per 60 giorni a fermentare venendo continuamente miscelati, e poi passano al secondo, dove continuano la loro fermentazione e miscelazione per altri 60 giorni.

La funzionalità dell’impianto è fortemente influenzata dalle caratteristiche dei vari componenti. È quindi opportuno esaminare, anche a fini economici, le possibili varianti di costruzione. Le soluzioni sono diverse, ognuna con aspetti positivi e criticità, che devono essere considerati in relazione alla situazione specifica, per adottare quella che minimizza gli aspetti negativi e dà le maggiori garanzie di successo. Tra le diverse alternative si possono annoverare:

• Soluzione con getto di calcestruzzo in opera. È sicuramente la più diffusa grazie alla sua facile adattabilità alle richieste delle varie aziende in relazione alla predisposizione di fori e aperture. È un aspetto molto apprezzato dagli impiantisti che non devono impegnarsi in alcun modo per adattare la loro componentistica all’opera muraria. Per contro, la qualità del manufatto, oltre che dalle caratteristiche dei materiali impiegati e dei relativi dosaggi, è influenzata anche dalle condizioni ambientali che portano a un fattore di variabilità.
• Soluzione con manufatti prefabbricati. L’utilizzo di manufatti prefabbricati consente di abbreviare notevolmente i tempi di realizzazione; inoltre, essendo i materiali costruiti in officina, si garantisce la costanza della qualità costruttiva anche in relazione alla possibilità di usare calcestruzzi molto densi, e quindi di classe di resistenza superiore, cosa difficilmente fattibile con i getti in opera in casseri verticali. Per contro è necessario un preventivo coordinamento tra costruttore e impiantista che richiede uno sforzo progettuale condiviso per l’adeguamento ai vincoli della prefabbricazione. A fronte di questo maggiore impegno iniziale si ha poi un agevole programmazione degli impianti futuri.
• Soluzione in acciaio. È forse la situazione più elastica e facilmente adattabile alle diverse esigenze impiantistiche. Un aspetto da considerare è sicuramente la necessità di proteggere dalla corrosione e di prevenire con particolare attenzione ogni possibile depressione nel sistema; varie sono le opzioni possibili: dall’utilizzo di materiale resistente di per se alla corrosione, a rivestimenti di varia natura. I vantaggi di questa soluzione sono riconducibili alla rapidità di esecuzione e alla possibilità di smantellamento, ripristinando così i luoghi allo stato originario senza costi particolari e recuperare il valore residuo del materiale ferroso. È fondamentale garantire la coibentazione del manufatto evitando ogni ponte termico.

FASE 4B: LA MISCELAZIONE E IL RISCALDAMENTO (torna su)

All’interno degli impianti di digestione anaerobica, per ottimizzare l’efficienza della digestione anaerobica, è necessario far sì che vi sia il massimo contatto tra microrganismi e biomassa in fermentazione: questo è il compito della miscelazione. La biomassa all’interno del digestore anaerobico viene infatti continuamente rimescolata. La difficoltà a mantenere condizioni di miscelazione ottimali dipende, oltre che dal volume del digestore anaerobico, anche dalle caratteristiche delle biomasse trattate e del tenore di solidi del materiale. Ecco elencati di seguito alcuni tipi di modelli di miscelazione:

• Idraulica: prevede la miscelazione della massa grazie al ricircolo della stessa tramite una pompa esterna e la sua distribuzione interna tramite ugelli opportunamente posizionati ed orientati. Interessante qui è l’assoluta mancanza di elementi meccanici in movimento all’interno del digestore anaerobico, essendo la pompa di ricircolazione installata all’esterno, in posizione dove risulta facile ogni operazione di controllo e movimentazione.
• Miscelatori meccanici: sono i più utilizzati grazie alla loro semplicità di applicazione. I miscelatori posso avere l’asse sia orizzontale che verticale e la motorizzazione è esterna ed elettrica. In questo modo all’interno del digestore anaerobico sono presenti organi in movimento ma di buona affidabilità per i quali è veramente limitata la possibilità di rotture impreviste. Un’altra variante è costituita dai miscelatori meccanici con motorizzazione sommersa, ove sono possibili interventi di manutenzione contenuti (2-3 ore) mantenendo l’impianto di digestione anaerobica in attività.

Si è detto in precedenza che è importante che la biomassa all’interno degli impianti di digestione anaerobica rimanga su una temperatura di 38-40 gradi centigradi. È necessario quindi un sistema di riscaldamento che faccia fronte alle perdite di calore dovute all’immissione della biomassa e alle dispersioni che si hanno attraverso le pareti del digestore anaerobico. Sono a tal proposito disponibili due diverse impostazioni tecnologiche:

• La prima evita di coinvolgere l’interno del digestore anaerobico e prevede la ripresa, tramite pompa, del materiale in digestione per riscaldarlo in uno scambiatore esterno e immetterlo nuovamente.
• La seconda prevede l’installazione, all’interno del digestore anaerobico, di una serpentina a parete attraverso la quale, grazie alla circolazione di acqua calda, viene fornito il calore necessario.

Un’ultima descrizione la meritano le modalità di conservazione del biogas in attesa di una sua utilizzazione nel cogeneratore o della combustione in torcia:

• Nel primo caso, si provvede alla realizzazione di una doppia membrana, la prima resistente agli agenti atmosferici, la seconda interna, ha una funzione gasometrica (quindi di misurazione del gas)
• Nel secondo caso viene utilizzata una sola membrana elastica in gomma che consente, alla semplice osservazione, di verificare la quantità di gas disponibile.
• Una terza ipotesi, è costituita dall’installazione di un gasometro in acciaio con campana idraulica. Il sollevarsi e l’abbassarsi della campana indica la quantità di gas accumulato. Questa soluzione è adottata normalmente quando si utilizza un digestore anaerobico in acciaio.

DIGESTORE ANAEROBICO – FASE 5: IL SUBSTRATO IN USCITA (torna su)

In seguito alla fermentazione il substrato viene filtrato dalle parti più grossolane e fibrose per poi essere convogliato in un recipiente in cemento armato, prendendo il nome di digestato dove rimane per un periodo di sei/otto mesi.

Verrà poi prelevato da delle autobotti incaricate della distribuzione della sostanza, di alto valore nutrizionale, sui campi, consentendo così di fertilizzarli e favorire la crescita sia delle nuove colture di mais, triticale, sorgo, sia delle culture per la produzione di oli e vini.

La sostanza grossolana e solida filtrata, prende il nome di “ammendante solido” ed è utilizzato per rendere soffice il terreno e fertilizzarlo. È anche utile in ambito vivaistico e per le coltivazioni ortofrutticole.