L’autogestione biologica dell’impianto di biogas

Ripubblicazione di un articolo di Mario A. Rosato su Agronotizie

Gestire in modo ottimale un impianto a biogas vuol dire diventare “allevatore di batteri”.
Al pari degli animali d’allevamento, i batteri rendono il massimo se vengono mantenuti in condizioni per loro ottimali, per cui risulta fondamentale monitorare i diversi aspetti che incidono sul funzionamento dell’intero sistema anaerobico. È noto a tutti che i diversi costruttori e alcuni laboratori indipendenti, offrono il servizio di assistenza biologica.
Tipicamente tutti questi servizi hanno un punto debole: i risultati non vengono forniti in tempo reale. Inoltre, le analisi fornite, in genere riguardano solo la dinamica del processo di degradazione anaerobica, ma non la verifica della qualità della biomassa – insilati o sottoprodotti che siano – con la quale viene alimentato l’impianto.

Qualche gestore d’impianto si è dotato di semplici strumenti quali il pHmetro o il titolatore automatico (chiamato FOS/TAC nel gergo) e i risultati molte volte si dimostrano deludenti e, in qualche caso, perfino disastrosi.

Questa tabella chiarisce il perché:

ParametroUtilitàStrumento necessario
pHQuasi nulla. Quando si riscontrano variazioni notevoli di pH, in genere è ormai troppo tardi e l’impianto sta andando in collasso.pHmetro
FOS/TACScarsa. Le linee guida valgono per impianti monovasca alimentati a letame bovino e mais. Se si adoperano altre matrici o loro miscele, i valori “canonici” non sono più validi. In impianti a 2 o più vasche, ci vorrebbe una tabella FOS/TAC specifica per ogni stadio di digestione. Lo strumento non fornisce alcuna valutazione a priori sulla qualità della biomassa o delle deiezioni, solo una indicazione indiretta sullo stato del sistema batterico (quando a volte può risultare ormai troppo tardi).Titolatore automatico oppure pHmetro e burette per titolazione manuale
Efficienza di biometanizzazione dell’impiantoAlta, in quanto ci indica il % di degradazione dell’insilato raggiunto dal processoForno muffola e termobilancia o bilancia di precisione
Sostanza secca della biomassaMedia. Con solo rilevare la sostanza secca si ottiene solo un’indicazione grossolana della qualità della biomassa. Due partite diverse di biomassa, a parità di SS, possono rendere più o meno metano.Termobilancia oppure bilancia di precisione e forno
Solidi volatili della biomassaAlta. Il contenuto di SV fornisce un’ indicazione più attendibile sul potenziale metanigeno di una biomassa, ma comunque non è un dato definitivo.Forno muffola e termobilancia o bilancia di precisione
Potenziale metanigeno residuo del digestatoMolto alta. Fornisce una indicazione sulla frazione non utilizzata dell’insilato o biomassa di alimentazione.Reattore batch da laboratorio e sistema di misurazione dei volumi di gas prodotti dalla fermentazione
BMP (Potenziale metanigeno) delle biomasseMolto alta. Fornisce un’indicazione incontestabile sull’effettiva resa che ci si può attendere da una partita di insilati o altre biomasse, consentendo di valutare se il prezzo degli stessi è congruo. Quando si adoperano miscele di biomasse, la prova del BMP consente di valutare eventuali effetti inibitori o sinergici.Reattore batch da laboratorio e sistema di misurazione dei volumi di gas prodotti dalla fermentazione
Curva di degradazione completa delle biomasseMolto alta. Consente di programmare l’alimentazione del digestore e stabilire il tempo di ritenzione dei solidi ottimale per ogni substrato o miscela di essi. Il valore ultimo della curva, per definizione, è il BMP.Reattore batch da laboratorio e sistema di misurazione dei volumi di gas prodotti dalla fermentazione
Attività idrolitica dell’inoculoMolto alta. Consente di prevedere in tempo i problemi biologici, o diagnosticarli con maggiore precisione quando capitano.Reattore batch da laboratorio e sistema di misurazione dei volumi di gas prodotti dalla fermentazione e matrici di riferimento.
Inibizione da substratoMolto alta. Consente di misurare la quantità massima di un dato substrato che si può alimentare nel digestore senza causare problemi. Questo test è particolarmente indicato quando si utilizzano substrati “problematici” (deiezioni di animali trattati con antibiotici, pollina, sanse, resti di macellazione…)Reattore batch da laboratorio e sistema di misurazione dei volumi di gas prodotti dalla fermentazione
SMA (attività metanigena specifica)Molto alta. Assieme al test di attività idrolitica, consente di misurare l’effettiva attività batterica dell’inoculo e quindi lo stato di salute del digestore.Reattore batch da laboratorio batch e sistema di misurazione dei volumi di gas prodotti dalla fermentazione
Efficacia degli additivi (probiotici, enzimi, ecc.)Molto alta. In genere gli additivi sono costosi, ma la loro efficacia il più delle volte viene magnificata dai venditori. Alcuni hanno perfino effetti indesiderati: aumentano la quantità di gas prodotto, ma abbassano il tenore di metano.Almeno 2 reattori batch da laboratorio con relativo sistema di misurazione dei volumi di gas prodotti dalla fermentazione
Simulazione in piccola scala  del processo, strategie d’avviamento accelerato dell’impiantoMolto alta. In fase d’avviamento dell’impianto consente di risparmiare oltre il 50% del gasolio necessario per il riscaldamento iniziale. In fase di funzionamento, consente di ottimizzare le strategie di alimentazione, di agitazione, di ricircolo fra vasche, temperatura ottimale di lavoro, ecc.Kit di reattori continui da laboratorio, sistema di misurazione delle portate di gas e sistema di data logging con apposito software


 

Come possiamo vedere, gli strumenti minimi di cui dotarsi per poter monitorare preventivamente l’impianto di biogas senza lasciare nulla al caso, sono una termobilancia o bilancia di precisione, un forno muffola e un sistema di reattore(i) batch e misuratore(i) del volume di gas prodotto nel tempo.

Un mini-laboratorio così configurato consente di realizzare le prove in piccola scala, in modo da non dover rischiare perdite di produttività causate dalla gestione “a tabelle” dell’impianto.

Come tutte le tecniche, la misurazione dei vari parametri utili a gestire un impianto a biogas richiede un minimo di apprendimento e un po’ di attenzione nel seguire correttamente le procedure.
In genere, con 8 ore di formazione teorica e un po’ di pratica, è possibile ottenere risultati più che soddisfacenti.
Gli investimenti in strumentazione oscillano dai 3.200 € per un kit base con buona precisione ma a lettura manuale, fino ai 16.000 € per un mini-laboratorio con 6 reattori batch, misurazione del volume di gas con ±1% di margine di errore e gestione automatica dei dati.

Esistono dei sistemi ancora più potenti, ma in genere eccedono le effettive necessità del gestore impianti a biogas, in quanto pensati per ricerca accademica o per lo sviluppo o miglioramento di tecnologie da parte dei costruttori di impianti.

2 risposte a “L’autogestione biologica dell’impianto di biogas”

  1. Buongiorno,
    nell’articolo non si parla della quantità di N ammoniacale che è il “veleno” dei batteri. Cosa proponete per controllarlo e, in caso di necessità, contenerlo?

    1. Quella dell’N ammoniacale che avvelena gli impianti è una delle tante “mezze verità” che girano nel folklore biogasista italiano. Il fatto è che la concentrazione di N ammoniacale influisce o no sul processo, a seconda di una serie di fattori: temperatura, concentrazione simultanea di SH2, concentrazione di acidi grassi volatili , rapporto C/N… Purtroppo in Italia è pieno di autoproclamati “biologi” che non hanno mai fatto una prova biiologica e parlano estrapolando dati dalla “letteratura”, che tra l’altro è piena di generalizzazioni sbagliate o perfino vizi di logica (si veda quella del FOS/TAC e quella della conduttività elettrica).
      Se si sospetta che un impianto possa avere problemi per eccesso di NH4- , è d’obbligo fare delle prove biologiche con inoculo prelevato dallo stesso impianto, e testare cosa succede con diverse ipotesi. Ad esempio, io ho fatte delle prove per un cliente al quale il “biologo” di turno aveva detto di ridurre la percentuale di pollina perché “l’NH3 inibisce il processo”. Dalle prove è risultato che l’impianto poteva funzionare meglio addirittura aumentando la pollina e modificando le proporzioni degli altri substrati. In un altro caso, un “inventore” sosteneva che l’aggiunta di una polvere ricavata da una zeolite doveva migliorare le prestazioni perché “neutralizza l’NH4-“. Dalle prove in laboratorio è risultato che l’aggiunta del prodotto cambiaso solo un po’ la forma della curva, ma il BMP finale della pollina era lo stesso con o senza prodotto. Inoltre la polvere tendeva a precipitare, che è una cosa che si deve sempre evitare negli impianti costruiti “alla tedesca”, con reattori bassi e larghi. La riposta al suo quesito è dunque che non c’è una risposta univoca che vada bene per tutti, va verificato caso per caso.

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