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Il laboratorio per la gestione biologica

Trascrizione dell’articolo di Mario A. Rosato pubblicato in Agronotizie

L’autogestione biologica dell’impianto a biogas

 

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.

AMPTS Light  per la misurazione del biogas prodotto dalle biomasse e l’attività biologica del digestore

 

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:

Parametro Utilità Strumento necessario
pH Quasi nulla. Quando si riscontrano variazioni notevoli di pH, in genere è ormai troppo tardi e l’impianto sta andando in collasso. pHmetro
FOS/TAC Scarsa. 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’impianto Alta, in quanto ci indica il % di degradazione dell’insilato raggiunto dal processo Forno muffola e termobilancia o bilancia di precisione
Sostanza secca della biomassa Media. 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 biomassa Alta. 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 digestato Molto 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 biomasse Molto 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 biomasse Molto 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’inoculo Molto 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 substrato Molto 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’impianto Molto 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 (minimo 3 bottiglie da 2 l dotate di celle u-Flow, idealmente 6 canali, come il AMPTS Light).

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.