martedì, 26 Maggio, 2020

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Digestione anaerobica: il regno dei batteri che diventa biogas

Articolo a cura di Riccardo MELLONE

La digestione anaerobica è un processo biologico. In assenza di ossigeno, il carbonio organico contenuto in materiali di origine vegetale e animale viene trasformata in biogas.

I microrganismi anaerobici che effettuano questa trasformazione hanno bassi tassi di crescita e bassi tassi di reazione. È necessario mantenere condizioni ottimali e stabili nell’ambiente di reazione per promuovere il metabolismo dei batteri (temperatura, agitazione, carico, ph).

La temperatura è un parametro chiave nel processo. Essa influenza il tempo di permanenza necessario per la conversione della sostanza organica.

Il processo è piuttosto complicato perché coinvolge diversi gruppi di batteri. Esso si verifica con una sequenza di fasi successive che, in piccola parte, tendono a sovrapporsi.

Fase 1 della digestione anaerobica: idrolisi

Consiste nella degradazione di substrati organici complessi composti da macromolecole (carboidrati, proteine, grassi). Esse sono divise nei loro monomeri solubili (zuccheri, aminoacidi, acidi grassi a catena lunga).

Questa fase è favorita dal rapporto superficie / massa del substrato. Dunque, nei processi di digestione anaerobica industriale, vengono effettuati pre-trattamenti fisici, chimici o biologici per favorire la digestione.

Fase 2 della digestione anaerobica: acidogenesi

Gli intermedi solubili generati nella fase di idrolisi sono usati come fonte di carbonio ed energia dai batteri acidogenici che generano acidi grassi volatili a catena corta come prodotti di fermentazione. Diversi consorzi batterici si sviluppano con la produzione di miscele di acidi organici e alcoli a seconda del pH e delle condizioni di temperatura.

Fase 3 della digestione anaerobica: acetogenesi

I batteri acetogenici trasformano gli acidi grassi volatili e gli alcoli prodotti nella fase precedente in acido acetico (CH3COOH), idrogeno (H2) e anidride carbonica (CO2).

Elevati carichi organici portano ad un’elevata attività metabolica da parte dei batteri acidogenici. Quindi un conseguente aumento di idrogeno e acido acetico, fattori che possono causare un’inibizione dell’intero processo.

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Riccardo MELLONE

Fase 4 della digestione anaerobica: metanogenesi

Questa è l’ultima parte del processo, in cui l’output utile della digestione, il metano, è prodotto insieme all’anidride carbonica e ad altri componenti. Questi ultimi sono presenti in piccole percentuali: monossido di carbonio, azoto, idrogeno, solfuro di idrogeno.

I meccanismi biochimici che portano alla produzione di metano sono estremamente complessi e richiedono particolare attenzione. Piccoli errori nella gestione della matrice dei substrati che entrano nel reattore sono sufficienti per inibire l’intero processo con la conseguente morte dei batteri formati.

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Riccardo MELLONE

Biogas

Il biogas ha un notevole potere calorifico che può essere sfruttato negli impianti di cogenerazione per produrre elettricità e calore. Il residuo della fermentazione si chiama digestato, che ha un alto valore agronomico per la fertilizzazione.

Il biogas può anche subire un upgrade per essere convertito in biometano, utilizzato come biocarburante o per l’iniezione nella rete. È classificato come una fonte di energia rinnovabile. Esso rispetta la capacità biologica di rinnovamento ed è considerato un processo neutro in termini di CO2 durante il suo ciclo di vita.

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