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venerdì, 1 Marzo 2024

@CREA biogas con gli scarti zootecnici e agroindustriali

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La produzione di biogas è una delle principali filiere agro-energetiche italiane. Attraverso la Digestione Anaerobica (DA) la sostanza organica presente in biomasse di diversa origine viene trasformata in un biogas ad elevato contenuto energetico. Il processo di DA consente di valorizzare gli scarti agricoli, quali i residui colturali e dell’industria alimentare oppure i reflui zootecnici, offrendo interessanti opportunità in termini di produzione di calore e di energia, e di potenziale riduzione di gas a effetto serra. 

Nel progetto AGROENER, in un’ottica di economia circolare, è stata studiata la codigestione di due matrici di scarto per la produzione di biogas: la prima costituita da buccette e semi di pomodoro, per la seconda, invece, si tratta di liquame di bufalo.

Cosa è il biogas? 

La produzione di biogas rappresenta una delle principali filiere agro-energetiche italiane. Il sistema si basa sul principio della Digestione Anaerobica (DA) operata da batteri e svolta in biodigestori di grandi dimensioni, mantenuti in condizioni di anaerobiosi (assenza di ossigeno) e temperature comprese fra i 30-40°C (sistemi mesofili) o 40-55°C (sistemi termofili). Attraverso la DA la sostanza organica presente in biomasse di diversa origine viene trasformata in un biogas ad elevato contenuto energetico. 

Sostanzialmente, durante il processo di DA le macromolecole presenti nella matrice organica vengono via via frammentate nei componenti elementari, arrivando alla produzione di una miscela gassosa e di un sottoprodotto (digestato) di consistenza fluida con caratteristiche chimico-fisiche di interesse per utilizzazioni agronomiche. 

Il biogas è una miscela composta essenzialmente da metano (50-70%) e anidride carbonica (30-50%), in cui sono presenti tracce di azoto (1-5%) e di solfuro di idrogeno (0,1-0,5%) con un potere calorifico di 19-22 MJ/Nm3 (Fonte ENAMA). 

Il biogas prodotto può essere utilizzato sia grezzo che raffinato (upgrading) con diverse modalità: 

  • combustione diretta in caldaia (produzione di energia termica) 
  • cogenerazione, ossia produzione combinata di energia termica ed elettrica 
  • produzione di biometano per immissione nella rete del gas o per autotrazione. 

Per ognuno degli usi elencati il biogas prodotto ha bisogno di alcuni pretrattamenti: deumidificazione e desolforazione per la combustione e cogenerazione; eliminazione dell’anidride carbonica (upgrading) in modo da ottenere un gas con oltre il 95% di metano, nel caso in cui sia destinato alla produzione di biometano. 

Il processo di DA consente di valorizzare gli scarti agricoli, quali i residui colturali e dell’industria alimentare oppure reflui zootecnici, offrendo interessanti opportunità in termini di produzione di calore e di energia e di potenziale riduzione di gas a effetto serra. 

Studiata originariamente al fine di ridurre l’impatto ambientale dei liquami, la DA è stata estesa anche ad altre biomasse residuali (co-digestione), al fine di migliorare l’efficienza degli impianti, favorire politiche ambientali per la riduzione della richiesta di energia da combustibili fossili e ridurre i costi di smaltimento. 

Digestato 

Il prodotto in uscita dai fermentatori (digestato) è ancora ricco di materiale organico e di elementi nutritivi e può, pertanto, essere convenientemente utilizzato come fertilizzante. Il digestato è un materiale omogeneo, ma con un tenore di umidità più elevato rispetto ai substrati di partenza a seguito della degradazione batterica avvenuta nel reattore. Dal punto di vista della composizione, la sostanza organica rimasta è più stabile e varia dal 2 al 10% in funzione delle matrici impiegate. Il contenuto di macro e microelementi rimane stabile rispetto al materiale di partenza, con variazioni che interessano la forma dell’elemento, come nel caso dell’azoto che passa dalla forma organica a quella ammoniacale, più facilmente assimilabile dalle piante. La conoscenza della composizione e delle condizioni di utilizzo del digestato prodotto dai diversi substrati di fermentazione agricoli ed agroindustriali è una condizione essenziale per il suo impiego in agricoltura. 

Il Decreto Legge 21 marzo 2022, n. 21, entrato in vigore il 22 marzo 2022 – recante misure urgenti per contrastare gli effetti economici e umanitari della crisi ucraina - ha stabilito all’articolo 21 novità in tema di digestato equiparato. Sinteticamente, è stato stabilito che i Piani di Utilizzazione Agronomica prevedono la sostituzione dei fertilizzanti chimici di sintesi con il digestato equiparato. Inoltre, si definisce digestato equiparato quando lo stesso è ottenuto dalla digestione anaerobica di sostanze e materiali da soli o in miscela tra loro. Contestualmente, è stata abrogata la definizione di digestato equiparato contenuta nel precedente DM del 25 febbraio 2016. 

Il biogas in Italia ed Europa 

L’Europa è oggi il maggior produttore di biogas: il numero di impianti di biogas è triplicato nell’arco di dieci anni (2009-2019) passando da 6.300 a quasi 19.000 impianti, dislocati soprattutto in Germania, Italia, Francia, Regno Unito (Gugliotta e Repetto, 2022, https://www.mercatoelettrico.org/Newsletter/20220117Newsletter.pdf).  

Nel settore biogas l’Italia si colloca al secondo posto in Europa e al quarto posto al mondo dopo Germania, Cina e Stati Uniti, con circa 2200 impianti operativi, di cui, poco più di 1730, producono biogas agricolo (78%), ossia biogas derivante da codigestione di effluenti zootecnici con scarti agricoli (residui agricoli ed agroindustriali, colture energetiche) (Fonte GSE). La loro distribuzione è concentrata per l’84% nelle regioni settentrionali. 

Circa il 10% di biogas in Europa viene convertito in biometano e immesso in rete. L’Italia a questo riguardo è ancora all’inizio: infatti, ad aprile 2022 sono operativi e/o in fase di avvio 30 impianti per circa 284 milioni di Sm3 (Fonte Consorzio Italiano Biogas – CIB). 

Valorizzazione degli Scarti Agricoli nel progetto AGROENER

La filiera del biogas e del biometano può fornire un contributo alla valorizzazione di effluenti zootecnici, residui agricoli e sottoprodotti agroindustriali, con importanti ricadute anche sugli aspetti agro-ecologici di stoccaggio del carbonio, riduzione dei concimi di sintesi, miglioramento del bilancio dei gas serra. 

In un’ottica di applicazione dei principi di economia circolare, nell’ambito del progetto Agroener finanziato dal Mipaaf (box) è stata studiata la codigestione di due matrici di scarto quali buccette e semi di pomodoro e il liquame di bufalo

La coltivazione del pomodoro da industria e l’allevamento bufalino sono produzioni tipiche italiane diffuse nel sud Italia. Entrambe producono però notevoli quantità di residui il cui smaltimento presenta profili critici in termini di impatto ambientale ed economico. La biomassa residua dell’industria di trasformazione del pomodoro (45.2 Mil T a livello mondiale nel 2022, dati IMARC) rappresenta circa il 2-5% dell’intero processo produttivo, corrispondente a migliaia di tonnellate di residui (bucce e semi). 

La specie bufalina è rappresentata in Italia da 2580 allevamenti e 425018 capi (BDN, 2021), con la maggior parte della produzione concentrata nelle province di Caserta e Salerno. In base alla Direttiva 91/676/CEE, relativa all’inquinamento delle acque provocato dai nitrati provenienti da fonti agricole, le deiezioni possono rappresentare un problema per lo smaltimento, soprattutto in allevamenti intensivi. 

Entrambe le materie prime possono essere recuperate e sfruttate adeguatamente con tecnologie di conversione, quali la digestione anaerobica (DA) per la riduzione della massa e la produzione di energie rinnovabili sotto forma di biogas

Il lavoro svolto all’interno del progetto AGROENER ha studiato la codigestione anaerobica di liquame di bufala e sansa di pomodoro per la produzione di biogas in condizioni di mesofilia (39°C) e di termofilia (50°C). La ricerca ha richiesto tre anni di attività, consentendo di raccogliere utili informazioni sulla codigestione delle due biomasse di scarto. I dati ottenuti hanno confermato la maggiore resa di biometano determinata nelle condizioni termofile. Il valore più alto è stato ottenuto dove era presente la maggiore quantità di scarti di pomodoro. Ciò indicherebbe che, a parità di dimensioni del digestore, è possibile riciclare una maggiore quantità di rifiuti in condizioni termofile nell’unità di tempo, oppure che la stessa quantità di materia prima possa essere digerita in un impianto più piccolo, riducendo il costo dell’impianto stesso. È necessario considerare il giusto compromesso tra un maggiore recupero di scarti e un aumento dei costi energetici del processo.

Prospettive 

Secondo quanto riportato nel report Biomethane production potentials in the EU (luglio, 2022) si stima un potenziale di produzione di 41,8 miliardi di m3 di biometano per la digestione anaerobica nel 2030 che aumenta a 98 nel 2050. Le principali materie prime interessate al processo nel 2030 sarebbero le deiezioni animali (32%), i residui agricoli (24%) e le colture di secondo raccolto (21%).  Al contrario, nel 2050 prevarrebbero le colture di secondo raccolto (47%), con un contributo significativo del letame (19%) e dei residui agricoli (17%). 

Il potenziale di sviluppo della filiera biogas/biometano in Italia nel breve/medio termine è consistente: stime del CIB identificano un potenziale produttivo al 2030 di 8-10 miliardi di m3 di biometano, pari a circa l’11-13% del consumo attuale di gas naturale in Italia e superiore all’attuale produzione nazionale. 

Nell’ambito del Piano Nazionale di Ripresa e Resilienza (PNRR), inoltre, è stato recentemente emanato un nuovo decreto in tema di incentivi per la produzione del biometano sostenibile, finanziato attraverso una dotazione di 1,7 miliardi di euro per il consolidamento della produzione interna. 

Antonella Chiariotti

#lafrase La scienza è ricerca della verità. Ma la verità non è verità certa (Karl Popper)

Emanuela Rossi

#lafrase La scienza non è nient’altro che una perversione, se non ha come suo fine ultimo il miglioramento delle condizioni dell’umanità (Nikola Tesla)

Enrico Santangelo

Ha svolto attività di ricerca nel campo del miglioramento genetico. Opera attualmente nel settore delle bioenergie e dell’utilizzazione di biomasse residuali

#lafrase Non puoi cambiare la natura degli umani; quello che puoi fare è cambiare gli strumenti che usano, cambiare le tecniche. Allora, cambierai la civiltà (Stewart Brand)

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