Il biogas sta acquisendo sempre maggiore importanza come fonte di energia rinnovabile. Ma cosa si nasconde esattamente dietro questo termine? Il biogas è una miscela gassosa combustibile che si forma durante la fermentazione di materiali organici in assenza di aria. Viene prodottonegli impianti di biogas e può essere impiegato in vari modi per la produzione di energia, sia per la generazione di elettricità e calore, sia, previa adeguata lavorazione, come biometano nella rete del gas. In quanto alternativa ecocompatibile ai combustibili fossili, il biogas svolge un ruolo importante nella transizione energetica.

Definizione di biogas: cosa si intende per biogas?

La definizione di biogas può essere formulata con precisione: il biogas è una miscela di diversi gas che si forma attraverso la decomposizione microbica di sostanze organiche in condizioni anaerobiche, ovvero in assenza di ossigeno. La composizione chimica è costituita principalmente da metano (CH₄) e anidride carbonica (CO₂), dove il metano rappresenta la frazione combustibile ad alto potere calorifico. In ambito scientifico, il biogas viene definito come prodotto della fermentazione anaerobica. Questo processo biologico avviene naturalmente nelle torbiere, nelle paludi o nel tratto digestivo dei ruminanti. Negli impianti di biogas, questo processo naturale viene ottimizzato dal punto di vista tecnico e condotto in modo controllato, al fine di ricavarne energia in modo mirato. Dal punto di vista giuridico, in Germania il biogas è disciplinato dalla Legge sulle energie rinnovabili (EEG) ed è classificato come fonte energetica biogena. Rientra tra le energie rinnovabili, poiché le materie prime utilizzate sono rinnovabili e, durante la combustione, viene rilasciata solo la quantità di CO₂ che le piante hanno precedentemente assorbito dall’atmosfera: un ciclo del carbonio chiuso.

Biogas: che cos’è? Le nozioni di base spiegate in modo chiaro

Biogas: che cos’è in realtà nella pratica? In parole semplici, si tratta di «gas ricavato dai rifiuti biologici». Immagini come marcirebbero normalmente i rifiuti di cucina, il letame proveniente dalle aziende agricole o i residui vegetali. Durante questo processo di decomposizione si formano gas che semplicemente si disperdono nell’atmosfera. In un impianto di biogas, questo processo naturale viene controllato all’interno di un contenitore chiuso – il fermentatore – e il gas prodotto viene raccolto. Il fermentatore è il cuore di ogni impianto di biogas. In questo contenitore sigillato ermeticamente regnano le condizioni ottimali per i microrganismi: una temperatura costante compresa tra 35 e 55 gradi Celsius, assenza di ossigeno e un apporto regolare di substrato. I batteri decompongono gradualmente i materiali organici e li trasformano in biogas. Il gas ottenuto può quindi essere utilizzato in vari modi:

• Direttamente in loco in un impianto di cogenerazione (CHP) per la produzione combinata di energia elettrica e termica
• , immesso nella rete del gas naturale sotto forma di biometano dopo l’adeguamento
• Come carburante per veicoli
• Utilizzato per la sola produzione di calore nelle caldaie

Il grande vantaggio: il biogas è immagazzinabile e può essere impiegato in base al fabbisogno, a differenza dell’energia solare o eolica, che dipendono dalle condizioni meteorologiche.

Che cos’è il biogas, spiegato in modo semplice? Il processo passo dopo passo

Che cos’è il biogas, spiegato in modo semplice, se si considera l’intero processo di formazione? Immagini un ciclo chiuso che si svolge in diverse fasi successive: Fase 1: Idrolisi La prima fase inizia con la scomposizione di molecole organiche complesse. I carboidrati, le proteine e i grassi vengono scissi dagli enzimi in elementi costitutivi più piccoli: zuccheri, aminoacidi e acidi grassi. Questa fase è paragonabile alla digestione nel corpo umano. Fase 2: acidogenesi (formazione di acidi) Le molecole scomposte vengono ulteriormente degradate dai batteri acidogenici. Si formano acidi organici a catena corta quali l’acido acetico, propionico e butirrico, nonché alcoli, idrogeno e anidride carbonica. In questa fase, il valore del pH nel fermentatore diminuisce leggermente. Fase 3: Acetogenesi (formazione di acido acetico) I batteri acetogeni trasformano gli acidi e gli alcoli prodotti in acido acetico, idrogeno e anidride carbonica. Questi composti costituiscono i precursori diretti della formazione di metano. Fase 4: metanogenesi (formazione di metano) Nell’ultima fase, i microrganismi metanogeni (archeobatteri) producono metano, un gas ad alto contenuto energetico, a partire dall’acido acetico, dall’idrogeno e dall’anidride carbonica. Questi microbi sono molto sensibili e necessitano di condizioni stabili. Sono proprio loro il motivo per cui il processo deve svolgersi in assenza di ossigeno. Il tempo di permanenza del materiale nel fermentatore varia, a seconda del substrato e della temperatura, tra i 20 e gli 80 giorni. Durante questo periodo viene prodotto continuamente biogas, che viene convogliato tramite una conduttura e immagazzinato.

Composizione del biogas: quali gas contiene?

La composizione del biogas varia a seconda delle materie prime utilizzate, ma può essere indicata in intervalli tipici: Componenti principali:

• Metano (CH₄): 50-75% in volume – il componente ad alto valore energetico
• Anidride carbonica (CO₂): 25-45% in volume – non combustibile, deve essere separata per un impiego di maggior valore

Componenti secondari:

• Vapore acqueo (H₂O): 1-5% in volume – a seconda della temperatura del gas
• Azoto (N₂): 0-5% in volume – entra nel processo a causa di perdite o insieme al substrato
• Ossigeno (O₂): 0-2% in volume – da evitare il più possibile
• Acido solfidrico (H₂S): 0,01-2% in volume – corrosivo, deve essere rimosso prima dell’utilizzo
• Ammoniaca (NH₃): tracce – si forma in presenza di substrati ricchi di proteine
• Idrogeno (H₂): < 1% in volume – prodotto intermedio nel processo di degradazione

Il tenore di metano determina in modo determinante il potere calorifico del biogas. Maggiore è la percentuale di metano, maggiore è il potere calorifico. Il biogas grezzo ha un potere calorifico di circa 5-7,5 kWh per metro cubo, mentre il biometano trattato, con un contenuto di metano del 97%, raggiunge circa 10 kWh per metro cubo – paragonabile al gas naturale.

Materie prime per la produzione di biogas

La varietà dei substrati utilizzabili rende il biogas particolarmente versatile. In linea di principio, è possibile sottoporre a fermentazione qualsiasi materiale organico contenente carbonio. Nella pratica si distinguono i seguenti gruppi di materie prime: Materie prime rinnovabili (NawaRo):

• colture energetiche quali mais, cereali, graminacee e barbabietole da zucchero
• Coltivate specificatamente per la produzione di energia
• Elevata resa di metano per ettaro
• Disponibilità pianificabile e qualità costante

Concimi di origine zootecnica:

• letame bovino, suino o avicolo
• Letame solido proveniente dall’allevamento
• Prodotti in modo continuativo nelle aziende agricole
• Contribuisce alla riduzione delle emissioni, poiché il metano non viene rilasciato in modo incontrollato nell’atmosfera

Residui e rifiuti organici:

• Rifiuti organici provenienti dalle abitazioni e dai comuni
• Avanzi alimentari provenienti dalla ristorazione e dall’industria alimentare
• Residui della lavorazione alimentare (trebbiato, vinaccia, siero di latte)
• Rifiuti vegetali e materiale derivante dalla manutenzione del paesaggio
• Fanghi di depurazione provenienti dagli impianti di trattamento delle acque reflue comunali

Substrati innovativi:

• alghe e piante acquatiche
• Paglia e altri residui colturali
• Rifiuti organici industriali

La scelta dei substrati influisce non solo sulla quantità e sulla qualità del gas, ma anche sulla redditività dell’impianto. Una miscela equilibrata di diversi substrati (miscela di substrati) garantisce condizioni di processo stabili e una resa ottimale di gas.

Il processo nell’impianto di biogas: dalla biomassa al gas utilizzabile

Un moderno impianto di biogas è costituito da diversi componenti coordinati tra loro, che insieme garantiscono un processo continuo: Stoccaggio e preparazione dei substrati: Prima che i materiali organici entrino nei fermentatori, vengono raccolti, se necessario triturati e omogeneizzati. I substrati solidi, come l’insilato, vengono miscelati con componenti liquidi, quali il liquame, per ottenere una consistenza che ne consenta il pompaggio. Le moderne tecniche di alimentazione, come i sistemi Easyfeeder di Biogastechnik Süd, garantiscono un dosaggio uniforme ed efficiente dal punto di vista energetico del substrato. Fermentatori (serbatoi di fermentazione principali): All’interno del fermentatore ha luogo la produzione vera e propria di biogas. Questi serbatoi a tenuta di gas, solitamente di forma cilindrica, hanno una capacità compresa tra alcune centinaia e diverse migliaia di metri cubi. La temperatura costante viene mantenuta tramite serpentine di riscaldamento o sistemi di riscaldamento integrati nei serbatoi. Gli agitatori – ad esempio gli agitatori a pale come il Varibull – assicurano una miscelazione omogenea del substrato, impediscono la formazione di strati galleggianti e di sedimenti e garantiscono un contatto ottimale tra batteri e sostanze nutritive. Fermentatoresecondario: Dopo la fermentazione primaria, il materiale viene convogliato in un fermentatore secondario, dove, grazie a un tempo di permanenza più lungo, viene sfruttato il potenziale di gas residuo. Anche in questa fase si procede all’agitazione e al riscaldamento, sebbene in modo meno intenso rispetto al fermentatore. Stoccaggio del gas: Il biogas prodotto viene raccolto in serbatoi di stoccaggio del gas – sia in coperture a membrana direttamente sopra i fermentatori (coperture a cuscino d’aria) sia in serbatoi separati. In questo modo il gas può essere immagazzinato e prelevato in base alle esigenze. Trattamento del gas: Prima che il biogas possa essere utilizzato, è necessario rimuovere le sostanze indesiderate, come l’idrogeno solforato, per evitare la corrosione. Per l’immissione nella rete del gas naturale o come combustibile è necessario un trattamento più complesso per ottenere biometano: In questo processo viene separata la CO₂, in modo da raggiungere un contenuto di metano superiore al 96%. Stoccaggio dei residui di fermentazione: Il materiale fermentato (residuo di fermentazione) costituisce un concime organico di alta qualità. Viene stoccato temporaneamente in depositi per residui di fermentazione e può essere sparso sui terreni agricoli secondo le disposizioni del regolamento sui fertilizzanti. Tecniche di separazione come il Sepogant di Biogastechnik Süd separano il residuo di fermentazione in una fase liquida e una solida, facilitando così il trasporto e lo stoccaggio.

Vantaggi e benefici del biogas come fonte energetica

Il biogas offre numerosi vantaggi rispetto alle fonti energetiche fossili e anche ad altre energie rinnovabili: Tutela del clima: Durante la combustione del biogas viene rilasciata solo la quantità di CO₂ assorbita dalle piante durante la loro crescita. L’utilizzo di letame e rifiuti organici impedisce inoltre le emissioni di metano che altrimenti si verificherebbero durante lo stoccaggio all’aperto. Il metano è circa 25 volte più dannoso per il clima rispetto alla CO₂. Indipendenza energetica: Il biogas può essere prodotto a livello regionale e riduce la dipendenza dai combustibili fossili importati. Le aziende agricole possono generare la propria energia e diventare così produttrici di energia. Capacità di copertura del carico di base: A differenza dell’energia eolica e solare, il biogas è immagazzinabile e la sua disponibilità è pianificabile. Gli impianti di biogas possono produrre energia elettrica in base al fabbisogno, stabilizzando così la rete elettrica – aspetto particolarmente importante nell’integrazione delle energie rinnovabili volatili. Ciclo dei nutrienti: I residui di fermentazione contengono tutti i principali nutrienti per le piante e sono più facilmente assimilabili rispetto al letame non fermentato. L’azoto è presente in misura maggiore in forma minerale, il che consente di ridurre l’uso di fertilizzanti chimici. Riduzione delle emissioni: I moderni impianti di biogas sono sistemi chiusi che riducono significativamente i fastidi olfattivi causati dallo stoccaggio del letame. Le emissioni di ammoniaca e metano vengono ridotte al minimo. Prospettive economiche: Gli impianti di biogas generano valore aggiunto nelle aree rurali, garantiscono i redditi agricoli e creano posti di lavoro. I gestori beneficiano di tariffe di immissione in rete stabili e accedono a fonti di reddito aggiuntive.

Possibilità di utilizzo: come viene impiegato il biogas?

L’impiego del biogas è versatile e dipende dal grado di purezza e dalle condizioni locali: Cogenerazione (CHP): La forma di utilizzo più comune è la produzione simultanea di energia elettrica e calore negli impianti di cogenerazione (CHP). Un motore a gas aziona un generatore per la produzione di energia elettrica, mentre il calore residuo del motore viene utilizzato per il riscaldamento. L’energia elettrica viene immessa nella rete pubblica, mentre il calore riscalda i fermentatori e gli edifici, le serre o gli impianti di essiccazione situati nelle vicinanze. Il rendimento elettrico si attesta intorno al 35-40%, mentre il rendimento complessivo supera l’85%. Immissione di biometano: Dopo la trasformazione in biometano, il gas può essere immesso nella rete del gas naturale. È quindi a disposizione di tutti gli utenti del gas naturale e può essere impiegato in modo flessibile: dal riscaldamento ai processi industriali, fino alla produzione di energia elettrica nelle centrali a gas. Carburante per veicoli: Il biometano trattato (Bio-CNG) può essere utilizzato come carburante ecocompatibile per i veicoli alimentati a gas naturale. Autobus, autocarri e autovetture alimentati a gas viaggiano così in modo pressoché a emissioni zero di CO₂. In alcune regioni esistono già stazioni di rifornimento che offrono biometano. Utilizzo per il riscaldamento: Negli impianti di riscaldamento a gas, il biogas o il biometano possono sostituire il gas naturale convenzionale e fornire calore agli edifici in modo rispettoso del clima. Ciò risulta particolarmente efficiente nelle reti di teleriscaldamento che riforniscono più utenti. Applicazioni industriali: Alcune aziende industriali utilizzano il biogas direttamente nei processi produttivi, ad esempio nell’industria ceramica, nella lavorazione alimentare o nell’industria chimica.

Differenza tra biogas, biometano e gas naturale

Spesso i termini biogas, biometano e gas naturale vengono confusi. Esistono tuttavia importanti differenze: Biogas: Il biogas grezzo proveniente direttamente dal digestore contiene circa il 50-75% di metano, il 25-45% di CO₂, oltre a idrogeno solforato, vapore acqueo e altri gas in tracce. In questa forma può essere bruciato negli impianti di cogenerazione, ma non è idoneo all’immissione in rete. Biometano: Biogas trattato e purificato con un contenuto di metano superiore al 96%. La sua qualità è equivalente a quella del gas naturale e può essere immesso nella rete del gas o utilizzato come carburante. Il termine «bio-gas naturale» viene utilizzato come sinonimo. Gas naturale: Una fonte energetica fossile formatasi milioni di anni fa da materiale organico sotto alta pressione e ad alte temperature. È costituito principalmente da metano (>80%) e viene estratto da giacimenti sotterranei. Durante la combustione viene rilasciata CO₂ fossile, che si aggiunge all’atmosfera. Il vantaggio decisivo del biogas e del biometano: sono rinnovabili e climaticamente neutri, mentre il gas naturale aumenta la concentrazione di CO₂ nell’atmosfera.

Sfide e sviluppi nella tecnologia del biogas

Nonostante tutti i vantaggi, il settore del biogas deve affrontare alcune sfide che vengono risolte grazie a tecnologie innovative: Varietà dei substrati e flessibilità: La tendenza si sta allontanando dalla fermentazione esclusiva del mais per orientarsi verso una gamma più ampia di substrati. I residui, il liquame e l’erba stanno acquisendo sempre maggiore importanza. Le moderne tecniche di alimentazione e i sistemi di agitazione, come quelli offerti da Biogastechnik Süd con i prodotti Easyfeeder e Varibull, consentono la lavorazione anche di substrati ricchi di fibre e disomogenei. Ottimizzazione del processo: Grazie a un sistema di controllo intelligente, a una tecnologia termica ottimizzata e a sistemi innovativi come la tecnologia a ultrasuoni (Wavebox), si aumenta il grado di degradazione della sostanza organica. Ciò comporta una maggiore produzione di gas a parità di substrato impiegato. Trattamento del residuo di fermentazione: Le moderne tecniche di separazione e l’evaporazione del residuo di fermentazione (Vapogant) riducono il volume di stoccaggio e concentrano le sostanze nutritive. Ciò comporta una riduzione dei costi di trasporto e consente di commercializzare in modo mirato preziosi fertilizzanti come il solfato di ammonio. Flessibilità: Per compensare le fluttuazioni nella rete elettrica, gli impianti di biogas vengono gestiti in modo sempre più flessibile. Ciò significa che il biogas viene immagazzinato e trasformato in energia elettrica in modo mirato in caso di elevato fabbisogno energetico. Ciò è reso possibile da progetti flessibili di impianti di cogenerazione e da serbatoi di gas di maggiori dimensioni. Certificazione di sostenibilità: Requisiti normativi e criteri di sostenibilità più rigorosi richiedono una documentazione accurata dei flussi di materia e delle emissioni. Solo il biometano prodotto in modo sostenibile riceve incentivi e può essere conteggiato ai fini delle quote di gas serra.

Il biogas nel contesto della transizione energetica

Ilbiogasapporta un contributo importante alla transizioneenergetica, in particolare in settori difficili da elettrificare: In agricoltura, il biogas consente lo sfruttamento energetico dei letami e dei residui agricoli. Gli agricoltori diventano attori attivi della transizione energetica e, al contempo, migliorano il proprio bilancio nutrizionale. Nel settore del riscaldamento, il biometano può sostituire il gas naturale fossile negli impianti di riscaldamento e contribuisce alla decarbonizzazione del patrimonio edilizio. Le reti di teleriscaldamento basate sul biogas forniscono calore a intere località in modo rispettoso del clima. Nel settore dei trasporti, il biometano offre un’alternativa come carburante, in particolare per il traffico pesante e i veicoli commerciali, dove i sistemi di propulsione elettrici a batteria raggiungono i propri limiti. Nell’industria, il biogas sostituisce i combustibili fossili nei processi produttivi e contribuisce alla riduzione delle emissioni industriali. L’integrazione in sistemi energetici intelligenti rende il biogas un elemento fondamentale per un approvvigionamento energetico sicuro, decentralizzato e rinnovabile. Mentre l’energia eolica e solare sono volatili, il biogas offre energia prevedibile e regolabile: un complemento ideale nel mix energetico del futuro.