La produzione del biometano: una risorsa sostenibile

Perché il biometano

Tra le tecnologie utilizzate oggi per evitare il consumo di fonti fossili, il processo di produzione di biometano è una delle meno conosciute. Queste risorse però rappresenteranno un ruolo sempre più importante nella lotta al cambiamento climatico negli anni a venire. Infatti, presentano gli stessi benefici della gestione e distribuzione del gas, senza però fornire un apporto alla concentrazione netta di CO₂ in atmosfera. Inoltre, il processo di produzione di biogas, eventualmente poi convertito in biometano, consente di ottimizzare la gestione dei rifiuti organici e di ricavare sottoprodotti utili al settore agricolo.

Cos’è il biometano

Il biometano è semplicemente biogas purificato, ovvero biogas privato di impurezze come, per esempio, l’anidride carbonica. Lo scopo del processo è di rendere la concentrazione di biometano il più alta possibile, fino a rendere il prodotto confondibile con il metano distribuito in rete.

Il biogas, a sua volta, è ottenuto da un processo chiamato digestione anaerobica, a partire da scarti organici. Può trattarsi di scarti di provenienza agricola o semplicemente di rifiuti provenienti dalle cucine di casa o, ancora, da allevamenti. Questi vengono convogliati in un grande serbatoio, il digestore, studiato appositamente per accelerare il processo di fermentazione naturale, agito da un gruppo particolare di batteri.

Il digestore è solitamente in acciaio o calcestruzzo, a tenuta stagna e termicamente isolato. Devono essere mantenuti costanti temperatura e valore di pH, tali da favorire la sopravvivenza dei batteri. E’ inoltre presente un sistema di mescolamento, tale da evitare la formazione di strati sedimentari o galleggianti. I batteri, in assenza di ossigeno, per sopravvivere si cibano della materia organica scomponendo le molecole in forme più semplici. Nella parte superiore del serbatoio si accumula così il biogas, composto per il 45-85% di metano e per il 25-50% di anidride carbonica. Il composto che resta nella parte inferiore del serbatoio si chiama digestato e andrà a costituire il compost utile a fertilizzare terreni agricoli.

Le tecnologie attualmente più utilizzate per l’upgrading del biogas in biometano sono:

• Separazione tramite membrana
• Scrubbing fisico
• Scrubbing chimico
• Pressure Swing Absortion (PSA)
• Trattamento criogenico

Vi sono poi molti altri trattamenti di tipo biologico.

Lo scrubbing fisico: il processo

Lo scrubbing fisico con acqua al momento è il processo più sostenibile e con il miglior rapporto qualità prezzo. Questa tecnica sfrutta il differente livello di solubilità che caratterizza, da un lato, impurezze come l’anidride carbonica e l’idrogeno solforato presenti nel biogas, rispetto a, dall’altro lato, la componente di metano. Quindi non sono necessarie reazioni chimiche, in quanto è sufficiente arrivare ad un certo livello di pressione (6-10 bar) per vedere le due sostanze sciogliersi in acqua lasciando da parte il metano.

In sintesi, il liquido pressurizzato è mandato in una colonna (scrubber) dove viene spruzzato sul biogas, il quale, pompato in controcorrente rispetto al getto, viene depurato delle sostanze indesiderate.  In seguito, l’acqua, così caricata, viene indirizzata in un serbatoio (flash tank). Nel serbatoio la pressione viene abbassata, in maniera tale che la piccola componente di metano rimasta intrappolata nel liquido sia rilasciata.

 Questo genere di impianto può essere sia a ciclo chiuso che aperto. Se l’acqua proviene da impianti delle acque reflue, una volta utilizzata questa viene riportata dallo scrubber all’impianto di provenienza senza alcun ricircolo. Altrimenti, se acqua è di maggior qualità, viene rigenerata dopo ogni utilizzo all’interno di una seconda colonna (stripper). La rigenerazione avviene riportando il liquido a pressione ambiente e soffiando aria al suo interno. In questo modo l’acqua è pronta per essere nuovamente pompata allo scrubber per un nuovo ciclo. L’aria carica dei composti fluisce attraverso una serie di appositi sistemi di filtraggio prima di poter essere rilasciata in ambiente.    

Gli svantaggi

I processi per la produzione di biometano richiedono chiaramente una certa quantità di energia, ma a seconda dei casi vi sono soluzioni per risparmiarne. Per esempio, il digestore deve essere riscaldato, per essere mantenuto alla temperatura corretta. Nel caso del water scrubbing process questo calore può essere recuperato dalla colonna di scrubbing, in quanto la reazione di assorbimento tende per natura a rilasciare calore.

Per tutte le tecnologie è cruciale la disposizione di bruciatori, obbligatori per legge. Questi, come avviene nelle tradizionali centrali di trattamento o di estrazione del gas, hanno il ruolo di bruciare quella piccola parte di metano che trova modo di fuoriuscire attraverso alcune fessure sfruttando l’alta differenza di pressione tra l’interno di alcuni componenti e l’ambiente esterno. E’ importante ricordare che, se disperso in atmosfera, il metano fornisce un contributo all’effetto serra che è di gran lunga più grande di quello che fornirebbe la stessa quantità in anidride carbonica.

I costi di sistemi di upgrading come questo dipendono fortemente dalla locazione dell’impianto, dalla tipologia di materiale organico e dalla taglia dell’impianto. Secondo l’European Biogas Association, il prezzo del biometano oggi arriva ad essere fino al 30% inferiore al prezzo del gas naturale, il quale, come si sa, è recentemente aumentato a causa del conflitto Russia-Ucraina.

Gli utilizzi e i vantaggi

Il biometano può essere introdotto direttamente in rete oppure stoccato per divenire carburante per trasporti. Nonostante sia necessario bruciare questo gas durante il suo utilizzo, che sia all’interno del motore di una macchina rispetto che nella caldaia di casa, la sua produzione è strumento utile contro l’effetto serra. Infatti, mentre il metano comunemente presente in rete deriva da fonti fossili, risalenti a centinaia di milioni di anni fa, il biometano deriva da scarti organici prodotti ai giorni nostri. Questo significa che il secondo contiene carbonio che è stato solo recentemente catturato dalle foglie della vegetazione, per fotosintesi. Questo stesso carbonio, senza trattamento degli scarti, verrebbe comunque restituito nuovamente in atmosfera durante la loro decomposizione.

In pratica, la produzione e l’utilizzo del biometano, chiudono il ciclo di cattura ed emissione della CO₂ in tempistiche più confrontabili con le “tempistiche naturali”, meglio rispettando, quindi, l’equilibrio ambientale, che altrimenti verrebbe sconvolto dall’utilizzo di carbonio risalente ad epoche antecedenti.

Un altro vantaggio è che il residuo del processo di fermentazione, il digestato, viene in genere utilizzato come compost per la fertilizzazione dei campi agricoli e degli orti.

Il panorama europeo

Negli ultimi anni, l’Europa ha rivolto un certo interesse alla produzione di biometano, anche per via del contesto attuale. Infatti, il notevole aumento dell’energia prodotta da impianti eolici e fotovoltaici richiede lo studio di strategie che compensino le fluttuazioni di potenza della rete elettrica.  La produzione di questi sistemi è basata sulla disponibilità di sole e vento, che chiaramente non è costante nel tempo. Quindi risultano certamente necessarie soluzioni che prevedano trasporto sulla rete elettrica. Questo è un motivo per cui, in Europa, non sono mancati i sussidi per incentivare le tecnologie di produzione di biogas e biometano, a cui il PNRR italiano ha destinato 1,7 miliardi.

Nel 2020 risultavano solo 18 GW di potenza installata in tutto il mondo (l’equivalente della produzione di circa 18 grandi centrali nucleari, quindi meno di ¼ della produzione di energia elettrica francese). Recentemente però i settori europei del biogas e del biometano si sono impegnati a fornire 35 miliardi di metri cubi di biometano entro il 2030, in quanto i prospetti ne indicano la piena disponibilità, con la giusta strategia finanziaria. Lo scopo è soprattutto di sostenere l’UE nel raggiungimento degli obiettivi climatici e di sicurezza energetica. Infatti, 35 miliardi di metri cubi rappresentano il 20% del gas che attualmente l’Europa importa dalla Russia.

Abbiamo stimolato la tua curiosità? Puoi saperne di più consultando le nostre fonti:

• www.iea.org
• www.europeanbiogas.eu
• Review of recent progress in biogas upgrading with emphasis on carbon capture, Rafiee A., Khalilpour K.R., Prest J., Skryabin I.,“Biogas as an energy vector”, Biomass and Bioenergy, Elsiever, v. 144, 2020,Al Seadi T., Rutz D., Prassl H., Köttner M., Finsterwalder T., Volk S., Janssen R., “Biogas Handbook”,Esbjerg Denmark, 2008, ISBN 978-87-992962-0-0
• www.rinnovabili.it
• www.europeanbiogas.eu
• EBA: “Breaking Free of the Energy Dependency Trap DELIVERING 35 BCM OF BIOMETHANE BY 203O”