Come funziona un impianto a biogas:
Gassificazione della Biomassa
La gassificazione è la conversione termochimica di combustibili solidi o liquidi in syngas (miscela di gas) tramite la presenza di un agente gassificante e altri reagenti. Gli gassificatori si classificano in updraft, downdraft e crossflow.
Caratteristiche della Biomassa per Processi Biologici
La biomassa adatta ai processi biologici deve avere un rapporto C/N [1] inferiore a 30 e un'umidità alla raccolta superiore al 30%.
Digestione Anaerobica
La digestione anaerobica è un processo biochimico di conversione che avviene senza ossigeno, producendo biogas costituito principalmente da metano e CO2. Il biogas ottenuto può alimentare gruppi di cogenerazione o essere trasformato in biometano.
Gestione del Digestato
Il digestato, prodotto residuo del processo, può sostituire i fertilizzanti sintetici. Le sue proprietà variano in base alla composizione delle biomasse di ingresso.
Separazione del Digestato
Il chiarificato e il separato solido risultanti dalla separazione del digestato hanno differenti composizioni. Il chiarificato contiene prevalentemente azoto in forma ammoniacale, adatto come fertilizzante a pronta utilizzazione. Il separato solido contiene principalmente azoto organico, più efficace come ammendante.
Distribuzione del Digestato
La distribuzione del digestato può avvenire attraverso diverse tecniche, inclusi spandiliquami, spandiletame, impianti di fertirrigazione. Le modalità di distribuzione variano in base alle caratteristiche del digestato e delle colture.
Aumentare la produzione di Biogas
Un'analisi critica della letteratura rivela che esiste una forte possibilità di potenziare la produzione di biogas in condizioni di campo. L'utilizzo di determinati additivi inorganici ed organici sembra promettente per migliorare la produzione di biogas. Tra i diversi tipi di biomasse (residui vegetali e colturali) utilizzati come additivi, alcuni sono stati individuati come capaci di incrementare significativamente la produzione di gas.
Il biogas, vede nella presenza di additivi quindi un metodo prezioso per potenziare in modo efficiente la produzione. All'interno del processo di digestione anaerobica, gli elementi metallici, fungendo da cofattori enzimatici con concentrazioni comprese tra 0,01 e 1000 mg/L, sono in grado di aumentare la resa di metano CH4 da un 7,0% fino al 120%. Gli acceleranti a base di carbonio, nell'intervallo di 1-50 g/L, stimolano la produzione di CH4 da un 13,1% a un notevole 121,97%, agevolando l'arricchimento di microrganismi durante la metanogenesi.
Gli additivi biologici, quali microrganismi ed enzimi, accelerano ulteriormente la resa di CH4, registrando incrementi che spaziano dal 4,9% fino al 330%. Inoltre, l'aggiunta di alcali (0,5%-4%) per il pretrattamento nella digestione anaerobica ha dimostrato di incrementare la produzione di CH4 da un 36,1% a un notevole 95,6%. L'introduzione di tali additivi costituirà quindi una base solida per migliorare l'efficienza energetica sostenibile.
L'uso di additivi nei sistemi di digestione anaerobica, oltre a essere economico, si presenta come un'opzione ecologica. Tale approccio è diventato un tema di rilevanza significativa, grazie alla sua capacità di potenziare le performance della produzione di biogas, abbreviare la fase di avvio e migliorare la stabilità del processo.
Riassumere le caratteristiche di vari additivi nel contesto del processo di digestione anaerobica fornisce informazioni di grande valore per migliorare l'efficienza della bioenergia. Tuttavia, va sottolineato che il processo di implementazione di ciascun additivo non è ancora perfetto e necessita di ulteriori approfondimenti. L'utilizzo combinato di diversi additivi, sfruttando i vantaggi di ciascun materiale, emerge come un'opzione superiore rispetto all'impiego di additivi singoli.
L'ottimizzazione della combinazione di diversi additivi richiede un'ulteriore esplorazione e analisi. Infine, per una scelta e utilizzo migliori in futuro, vengono qui sintetizzati sia i successi che le sfide di vari additivi. L'uso efficiente di tali additivi, ci si attende, contribuirà ulteriormente all'incremento della produzione di energia sostenibile e alla riduzione dell'inquinamento ambientale.
Lo stato attuale del potenziale globale della bioenergia
La quota delle fonti energetiche rinnovabili nel consumo di energia primaria è aumentata. Mentre nel 2012 0,24Gtep[2] del consumo mondiale di energia primaria è stato soddisfatto da fonti energetiche rinnovabili, questo valore è salito a 0,95Gtep nel 2021. Inoltre, circa il 7,4% della produzione totale di energia elettrica nel mondo è stata soddisfatta da fonti energetiche rinnovabili nel 2016, e questo tasso è aumentato al 12,8% nel 2021.
I sistemi di bioenergia incorporano considerazioni tecnologiche, sociali, culturali, economiche e ambientali (Zabaniotou, 2018) e offrono un'economia circolare basata sui rifiuti. Per avere successo, la bioeconomia dovrebbe includere la conoscenza locale, la salute pubblica e la resilienza della comunità. Tuttavia, il settore globale della bioenergia basato sui rifiuti può essere limitato dal recupero di nuovi biomateriali dalle stesse fonti. Pertanto, i sistemi di bioenergia sostenibili possono integrarsi con i modelli di bioraffineria a cascata. In alternativa, possono fornire soluzioni di gestione dei rifiuti tramite sistemi autonomi e decentralizzati.
Le catene di approvvigionamento di biomasse possono influenzare gli obiettivi politici futuri per lo sviluppo mondiale della bioenergia attraverso la competitività, l'affidabilità e la sostenibilità (Gabrielle et al., 2014). Le biomasse sono legate al tipo di coltura agricola, alle pratiche agronomiche, alle rese di materia secca, ai requisiti di input agricolo e agli impatti ambientali, al suolo e alle condizioni climatiche. L'uso di miscele erba-leguminosa o residui dai processi di conversione delle biomasse può migliorare il recupero delle biomasse. Ulteriori miglioramenti nell'approvvigionamento di biomasse per la bioenergia possono essere ottenuti attraverso risultati di ricerca su esperimenti multicoltura e multisito, ottimizzazione delle pratiche gestionali e sistemi di coltivazione innovativi, uso di terre alternative sotto futuri cambiamenti climatici, effetti diretti e indiretti dello sviluppo della bioenergia sul cambiamento dell'uso del suolo, indagine degli effetti delle coltivazioni perenni sulla biodiversità e miglioramento delle metodologie per valutare gli impatti sociali dei progetti di bioenergia.