Il biogas rappresenta una delle fonti di energia rinnovabile più interessanti in circolazione, perché capace di assicurare la produzione di energia elettrica, termica e, quando opportunamente raffinato, di gas da usare nel settore dei trasporti. Ma cerchiamo di capire meglio di che cosa stiamo esattamente parlando:
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Cos’è il biogas
Secondo la definizione che ne fornisce Federmetano, il biogas consiste in una miscela di gas prodotti durante il processo di digestione anaerobica di diversi substrati organici provenienti da rifiuti, liquami, fanghi, scarti dell’agroindustria e in parte colture energetiche. A sua volta la digestione anaerobica (DA) è un processo di tipo biologico, che avviene in assenza di ossigeno tramite reazioni biochimiche ad opera di specifici batteri. La DA può essere suddivisa in quattro fasi caratterizzate dall’ azione di distinti gruppi di batteri anaerobi:
- idrolisi
- acidogenesi
- acetogenesi
- metanogenesi
Il risultato finale, in ogni caso, è che questi molteplici gruppi di batteri riescono a trasformare il materiale biogeno in biogas, che risulta composto per circa 2/3 da metano e per circa 1/3 da anidride carbonica.
I vantaggi della produzione di biometano
Il grande vantaggio del biogas è che, a differenza dell’energia eolica e dell’energia solare, la produzione di biogas è indipendente dai fattori climatici (radiazione solare e vento) ed è quindi una fonte di energia rinnovabile molto affidabile.
Un ulteriore grande vantaggio, che abbiamo già accennato in precedenza, è la sua versatilità, che ne rende possibile diversi tipi di utilizzo finale: in effetti, il biogas può essere sfruttato sia direttamente, a scopo di riscaldamento, che tramite un cogeneratore per la produzione combinata di energia elettrica e calore. Quest’ultimo è stato sinora l’impiego più prevalente del biogas. Dopo essere stato opportunamente trattato e purificato (e quindi trasformato in biometano), il biogas può anche essere immesso nella rete di distribuzione o essere impiegato come combustibile per veicoli a metano.
Inoltre, il residuo di processo (il digestato) conserva la parte organica (lignocellulosica e proteica) e minerale (azoto in particolare) presenti nelle biomasse utilizzate e, se correttamente gestito, è utilizzabile sia come ammendante (apportatore di sostanza organica, fondamentale per la fertilità dei suoli) sia come fertilizzante (apportatore di azoto ammoniacale a pronta cessione) in sostituzione di concimi chimici di sintesi, con notevoli vantaggi ambientali.
Un aspetto, perlomeno in Italia, che contraddistingue il biogas è di avere una filiera strettamente legata al settore primario: negli impianti di biogas si utilizzano prevalentemente biomasse (effluenti zootecnici, sottoprodotti e colture dedicate) prodotte dalle aziende agricole italiane.
Quando il rifornimento di materia prima per il biogas è fatto bene, cioè proviene da filiera corta, si ottengono importanti benefici per le imprese del settore primario: tra questi, la riduzione della dipendenza da fattori di produzione di origine fossile (energia, concimi, ecc. ) , nonché la possibilità di riciclare scarti o sottoprodotti per produrre energia e fertilizzanti.
Differenza tra biogas e biometano
Come abbiamo già scritto in precedenza, esiste una sola e fondamentale differenza tra biogas e biometano: il secondo può essere ottenuto soltanto in seguito alla purificazione del primo.
Più nel dettaglio il biometano è il combustibile ottenuto dalla purificazione del biogas che, a seguito di opportuni trattamenti chimico-fisici (purificazione o upgrading), anche svolti in luogo diverso da quello di produzione, è idoneo alla successiva fase di compressione per l’immissione nella rete del gas naturale.
Secondo Federmetano, la soluzione più utilizzata oggi, e in continua fase di sviluppo e miglioramento tecnologico, è il sistema a membrane, che sfrutta la diversa solubilità e le diverse velocità di penetrazione delle molecole di gas attraverso membrane polimeriche.
Occorre sottolineare che, in questa fase storica esiste una spinta complessiva (da parte delle normative, ma anche di strumenti di supporto come il PNRR) a una riconversione di parte impianti biogas in impianti a biometano.
Mentre infatti nella produzione elettrica da fonti rinnovabili si è deciso soprattutto di puntare su eolico e solare, il ruolo del biogas/biometano è visto come fondamentale soprattutto per la decarbonizzazione del settore dei trasporti, in cui al momento l’apporto green è quasi del tutto assente, oltre che di alcune industrie hard to abate, che difficilmente potranno cioè essere elettrificate in futuro.
Quanto biometano si potrebbe produrre in Italia
In Italia si stima possibile, secondo il CIB (Comitato italiano biogas) un potenziale produttivo di 8,5 miliardi di metri cubi di biometano al 2030.
Al momento, però, come mette in evidenza un’analisi della Università Bocconi di Milano, l’Italia è ancora molto lontana da questo traguardo, con una produzione che a fine febbraio 2022 si attestava intorno ai 263 milioni di metri cubi.
Il PNRR stanzia ulteriori 2 miliardi di euro per lo sviluppo del biometano, ma per la crescita di questa fonte saranno necessari ulteriori incentivi statali, al momento in cui scriviamo ancora in via di definizione.
Come è fatto un impianto biogas
Il problema che sinora ha frenato la piena affermazione del biogas come fonte di generazione pulita è la sua complessità, sicuramente superiore ad altre fonti come l’eolico e per certi versi anche al fotovoltaico.
Come infatti spiega il CIB (Consorzio italiano biogas, la principale associazione di categoria) è possibile rintracciare quattro fasi principali in cui è articolato il processo produttivo:
- trasporto, stoccaggio ed eventuale pre-trattamento delle materie prime;
- produzione di biogas (digestione anaerobica);
- stoccaggio del digestato, eventuale trattamento e utilizzo agronomico;
- stoccaggio del biogas, trattamento e utilizzo.
Per quanto riguarda il primo punto, la cosa importante da conoscere è che, dal momento che esistono diverse tipologie di substrati che possono essere digeriti negli impianti di biogas, ci sono di conseguenza diverse tecnologie e sistemi di funzionamento per trattare le diverse materie prime. Gli stessi aspetti riguardano lo stoccaggio e l’utilizzo del digestato.
Il processo produttivo del biogas
Il processo produttivo vero e proprio avviene in un biodigestore, all’interno di una vasca di digestione detta digestore, che è sempre connessa a una serie di altri componenti.
Il digestato prodotto, utile per essere riutilizzato come fertilizzante, viene conservato in un’altra vasca, conosciuta come vasca dello stoccaggio. La quarta fase del processo comprende il gasometro, l’unità di cogenerazione e/o l’unità di upgrading del biogas a biometano.
Da rilevare che queste quattro fasi sono strettamente legate tra loro: ad esempio, nella fase 4 viene prodotto il calore necessario per il riscaldamento del digestore.
Nel caso di produzione di biogas a partire da FORSU (Frazione organica dei rifiuti solidi urbani) oppure da fanghi di depurazione, da captazione di metano in discarica e da altri scarti di processi agroindustriali di varia natura, presentano di norma delle taglie maggiori e dei processi più industrializzati. Attualmente in Italia sono operativi oltre 2.000 impianti biogas, per complessivi 1.400 MW di potenza, di cui l’80% legati all’ambito agricolo.
Se il biogas utilizzato nella generazione elettrica (8,3 TWh prodotti) in Italia fosse interamente convertito in biometano la produzione sarebbe pari a circa 1.300 milioni di metri cubi, stima l’Osservatorio Green della Bocconi.
Eppure, nonostante la spinta al biometano di cui abbiamo scritto in precedenza, la riconversione degli impianti a biogas esistenti non è sempre fattibile o conveniente. Inoltre non è sempre la soluzione ottimale per un nuovo impianto. Questo spiega perché, con tutta probabilità, anche nei prossimi anni continueranno a esistere impianti a biogas destinati alla sola produzione elettrica e/o cogenerativa.
Quanto costa un impianto per la produzione di biogas
Come abbiamo visto in precedenza, la costruzione di un impianto di biogas è piuttosto complicato: un semplice privato , a differenza del fotovoltaico, non potrà mai costruirsi né tantomeno gestire un impianto di questo tipo.
Esiste una questione di costi che, nonostante la loro variabilità, sono comunque di norma abbastanza elevati per il biogas. Secondo alcuni stime fornite dai produttori di settore, per costruire un impianto biogas da 1000 KW è necessaria una spesa di circa 5 milioni di euro. Anche per un impianto di piccole dimensioni, da 50 circa kW, è necessario un investimento importante attorno ai 250/300 mila euro.
A queste somme, vanno aggiunti, nel caso del biometano, i costi necessari per l’upgrading del biometano. I costi autorizzativi e di progettazione sono compresi in questo conto economico, mentre invece non lo sono quelli di manutenzione (che per impianti così complessi possono essere anche importanti lungo l’intero ciclo di vita), così come quelli di approvvigionamento della materia prima necessaria.
Oltre una certa taglia, gli impianti di biogas richiedono poi la presenza di personale a tempo parziale, di non elevata specializzazione ma con alle spalle un adeguato addestramento sull’impianto, per assicurare un monitoraggio del corretto del funzionamento del processo di digestione e del motore.
Quanto rende un impianto di biogas
Ipotizzando un funzionamento di un impianto di 8.000 h/anno, il risparmio derivante dall’autoconsumo e gli incentivi attualmente vigenti per a produzione elettrica e il calore, i tempi di payback sono compresi tra i 5 e gli 8 anni, dunque un periodo che rimane senz’altro importante.
Per gli impianti esistenti, c’è comunque la possibilità di aumentare la propria produzione elettrica, grazie a una norma contenuta nel recente Decreto Aiuti (maggio 2022), che possano permettere agli impianti agricoli esistenti di incrementare la propria capacità produttiva e immettere così sul mercato le quote aggiuntive di energia rinnovabile.
La stima del CIB è che gli impianti agricoli esistenti potrebbero garantire un incremento di produzione di 600 milioni di metri cubi di biogas nel mix energetico (pari a circa 15% dell’attuale produzione) da destinare al mercato elettrico.
Gli svantaggi del Biogas
Il biogas non ha sempre incontrato il favore dell’opinione pubblica, tanto per usare un eufemismo. Spesso e volentieri sono stati denunciati gli odori sgradevoli emessi da alcuni impianti biodigestori. Inoltre si è diffuso il sospetto che la digestione anaerobica e il successivo spandimento del digestato sui terreni possano favorire lo sviluppo di microrganismi dannosi per la salute umana o per le falde acquifere.
Sospetti che, però, non sono mai stati suffragati da adeguate prove scientifiche, ma che hanno comunque portato a diversi problemi autorizzativi per i nuovi impianti.
Più fondato, invece, il fatto che, soprattutto all’inizio dello scorso decennio, in concomitanza con una stagione di incentivi particolarmente generosa, abbiano portato talvolta alla riconversione di importanti spazi agricoli per ospitare grandi impianti, tralasciando in tutto o in parte l’aspetto della coltivazione.
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