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LE FONTI
RINNOVABILI: BIOGAS
di Massimo Di Feo
Lo scopo della mia tesina è di evidenziare le fonti
rinnovabile, soffermando sul BIOGAS quale a mio parere un'energia
reperibile in natura riproducibile dagli stessi rifiuti organici ed
impiegabile nel settore industriale, con basso inquinamento.
Il
biogas è un gas naturale prodotto dalla decomposizione di rifiuti
organici.
L’energia
da biomasse è una forma di energia solare indiretta che può essere
prodotta da materiale organici vegetali quali: legno, piante erbacee ed
acquatiche, residui forestali, residui agricoli e industriali e rifiuti
urbani.
I processi
di trasformazione prevedono la combustione, la massificazione, la
pirolisi (per produrre bio-olio), la fermentazione e la digestione
anaerobica (per produrre gas).
Le
biomasse rappresentano il 15% dell’offerta energetica mondiale, che però
viene consumata in maniera episodica, al di fuori dei circuiti
commerciali dell’energia.
In Italia
le biomasse utilizzate a scopi energetici – per produrre energia termica
ed elettrica – provengono essenzialmente dal comparto agricolo,
agroindustriale, e dai RSU (il 40% circa è composto da sostanza organica
umida).
Questa
fonte energetica rinnovabile comporta quali vantaggi la contenuta
emissione di CO2 in atmosfera e rappresenta una soluzione al problema
dell’eliminazione dei rifiuti, in particolare solidi.
La
discarica è il tipico esempio di produttore di biogas.
Moderne tecnologie ne consentono la produzione attraverso un processo di
digestione accelerata dei rifiuti in celle chiuse (sistema anaerobico).
In questo
modo rifiuti organici e fanghi di depurazione vengono trasformati,senza
emissioni di odori ,in un gas ricco di metano che, depurato, viene
immesso ne sistema distributivo o, meglio ancora, trasformato
direttamente in energia elettrica e consegnato alla rete pubblica.
L’utilizzo
di un cogeneratore alimentato a biogas o dal metano ricavato,consente la
produzione di elettricità che può essere utilizzata per soddisfare
esigenze locali o caduta alla rete (con notevoli vantaggi economici) e
di acqua calda da utilizzare sul posto o immettere in un sistema di
condotte per servire utenze remote.
Lo
sfruttamento di tecnologie per la produzione di biogas consentirebbe,
oltre ai benefici economici, minori volumi in discarica e minori costi
di smaltimento.
TIPOLOGIE D’ IMPRESA NEL SETTORE
–
Realizzazione impianti di cogenerazione che utilizzano la combustione e
la gassificazione delle biomasse lignocellulose :ad esempio sistemi di
teleriscaldamento biomassa che alimentano centri residenziali e
turistici nelle aree montane
–
Produzione di biodiesel da oli vegetali
–
Produzione di biometano attraverso i liquami organici
–
Produzione biocombutibili liquidi derivanti da fermentazione alcolica di
materie prime agricole (etanolo e derivati)
–
Coltivazione di biomasse
–
Raccolta di biomasse residue o di scarto
–
Consorzi operatori agricoli per la gestione di impianti termici
COME
UTILIZZARE L’ENERGIA DEL BIOGAS
Le
sostanze vegetali ed animali,se poste in condizioni di fermentare con
processi anaerobici, sviluppano reazioni chimiche che producono gas
combustibili tra i quali metano.
A livello
artigianale, il biogas si ottiene ponendo tutte le sostanze soggette a
decomposizione (residui vegetali ed escrementi animali) in un recipiente
stagno di dimensioni adatte,in presenza dei batteri necessari.
Nei gradi
allevamenti che fanno uso di stalle, le ingenti quantità di sterco
possono costituire una risorsa: una volta prodotto il biogas viene
stivato in serbatoi pronti per essere utilizzati.
L’uso
varia in genere dalla combustione per il riscaldamento civile (ma anche
delle serre), alla produzione di energia elettrica con centrali
termoelettriche.
Analogamente al mondo agricolo, il biogas costituisce un
‘’prodotto’’tipico dei rifiuti urbani avviati alle discariche:
qui il suo
sviluppo è favorito dall’interazione fra le condizioni anerobiche
interne alla ‘’vasca’’ e l’elevata percentuale di frazione organica
presente nei rifiuti.
Soprattutto nelle grandi discariche, l’elevata quantità di biogas
prodotto può essere sfruttata per fini energetici.
Il biogas è una importante risorsa per i paese ad economia debole, in
quanto consente di ottenere nei villaggi agricoli il combustibile
necessario per la cottura degli alimenti, risparmiando così le risorse
di legname che molti paesi sono soggette ad una grave riduzione.
COSTITUZIONE CHIMICA
Il
biogas è una miscela costituita principalmente da metano (52-65%) ed
anidride carbonica (30-45%), e da quantità minori di altri gas (5-13%);
si tratta di una miscela esplosiva ed infiammabile al contatto con
l’aria, per cui sono necessarie adeguate misure di sicurezza.
È possibile inoltre la sua infiltrazione ed accumulo nel terreno con
formazioni di sacche gassose, fenomeno che può provocare smottamenti,
frane ed esplosioni.
Il
processo, di cui sono responsabili i microrganismi capaci di decomporre
la sostanza organica contenuta nei rifiuti, decorre attraverso una fase
aerobica iniziale, in cui viene rapidamente consumato l’O2 disponibile,
si innalza i livelli di H2 e di CO2 e si abbassa il pH; successivamente
continua in anaerobiosi, con stabilizzazione della CO2 prodotta ed
incremento e successiva stabilizzazione della produzione di CH4.
La
produzione del biogas può venire rilevata entro i primi mesi della
deposizione dei rifiuti e può protrarsi ,a seconda della tipologia dei
rifiuti interrati e della struttura della discarica, per parecchi anni
dopo la chiusura.
Per
prevedere la quantità di biogas prodotto in una discarica si deve
considerare che il materiale organico presente nei rifiuti non è del
tutto degradabile o è comunque degradabile in diversa misura; ad esempio
per le sostanze di natura cellulosa (carta, cartone, legno e tessuti) la
biodegradazione avviene in tempi molto lunghi.
Il biogas
migra nella massa dei rifiuti e nel suolo, per cui quando riesce ad
incanalarsi verso l’esterno si disperde in atmosfera, pertanto esso deve
venire captato attraverso opportune reti di raccolta e convogliato
all’esterno per poter essere utilizzato.
CONTROLLO DELLE EMISSIONI DI BIOGAS
Il
biogas prodotto dalle discariche controllate è una miscela costituita
principalmente da metano,biossido di carbone e da piccole percentuali di
altre sostanze allo stato gassoso (idrogeno, ossigeno, azoto, vapore
acqueo e altri composti in tracce).
Esso viene prodotto come catabolita dalla degradazione della materia
organica, effettuata ad opera di particolari ceppi batterici che si
sviluppano nel corpo dei rifiuti depositati.
Discariche
di inerti, discariche nel quale vengono smaltite solo scorie prodotte
dagli inceneritori di rifiuti e caratterizzate da valori di carbonio
residuo minimi, non producono di regola quantità apprezzabili di biogas,
perché la sostanza organica presente non è sufficiente a sostenere il
metabolismo di una popolazione batterica.
La
produzione del biogas ha un andamento temporale particolare, che si può
suddividere come il processo di degradazione biologica,in tre fasi:
1.Una
prima fase ‘’instabile’’, durante la quale hanno luogo l’idrolisi e la
fermentazione acida della sostanza organica presente nei rifiuti,
operante da diversi ceppi batterici; in questo periodo si possono avere
brevi punte di produzione di biogas, che è costituito principalmente da
biossido di carbonio ed occasionalmente da idrogeno; l’ossigeno
inizialmente presenta negli spazi vuoti dei rifiuti viene in breve
consumato; questa fase si protrae di regola per qualche mese dopo la
decomposizione dei rifiuti e la sua durata dipende da diversi fattori
quali umidità dei materiali depositati, la disponibilità di sostanze
prontamente biodegradabili, la capacità tampone dei rifiuti stessi.
2.Una
seconda fase, che può durare nella migliori delle ipotesi diversi anni,
è quella ‘’stabile’’ corrispondente alla degradazione anaerobica della
sostanza organica operata congiuntamente da batteri acidogeni e
metanigeni (fase metnigena); la produzione di biogas subisce un notevole
impulso e si regolarizza, mentre la sua composizione si attesta sui
valori tipici (55% metano, 45% diossido di carbonio, più tracce di vari
altri componenti); contemporaneamente diminuisce la concentrazione degli
altri inquinanti presenti nel percolato; durante questa fase si può
realizzare un positivo recupero di energia dal biogas.
3.L’ultima
fase di degradazione è quella di ‘’esaurimento’’, durante la quale
produzione di biogas e la concentrazione di percolato diminuiscono
progressivamente; la sostanza organica è già stata ormai quasi
completamente degradata e anche il processo più macroscopico di
lisciviazione si è esaurito; a questo punto la discarica può essere
restituita all’ambiente.
L’aria può
lentamente penetrare anche all’interno del corpo dei rifiuti e ossidare
le quantità residue di sostanza organica e di metano ancora presenti; la
completa mineralizzazione dei rifiuti può richiedere tuttavia diversi
decenni.
La
gestione del biogas si deve porre come obbiettivo di ridurre al minimo
le emissioni odorose moleste e potenzialmente nocive, che rappresentano
il più importante fattore di disturbo nei confronti delle popolazioni.
Deve
inoltre, garantire la sicurezza all’interno dell’impianto e nelle
immediate vicinanze, consentendo, quando è economicamente possibile e
conveniente, il recupero di una fonte di energia rinnovabile.
Una corretta gestione deve raggiungere il risultato di non far percepire
la presenza dell’impianto al di fuori di una ristretta fascia di
rispetto, sia attraverso l’eliminazione degli odori anche nelle più
critiche condizioni meteorologiche, sia evitando pericoli di incendi ed
esplosioni ed i frequenti e caratteristici danni alla vegetazione,
causati ad esempio ,dalle fughe laterali che si possono verificare anche
a rilevanti distanze dalla discarica.
L’USO ENERGETICO DELLE BIOMASSE
La
quantità di biomassa prodotta annualmente sulla terra in termini del suo
contenuto energetico può essere stimata in circa 70.000 mtp (milioni di
tonnellate equivalenti di petrolio), pari ad oltre otto volte il consumo
mondiale di energia.
Al momento la popolazione mondiale soddisfa il 10-15% del proprio
fabbisogno primario di energia con biomasse.
In Europa
il contributo di questa fonte al soddisfacimento dei fabbisogni primari
di energia è del 2,5%.
Oggi sono
disponibili tecnologie affidabili e sperimentate che consentono uno
sfruttamento intensivo e capillarmente diffuso del grosso potenziale
energetico delle biomasse, sia di quella appositamente coltivate per uso
energetico sia di quelle derivanti dai sottoprodotti delle attività
agroindustriali e forestali.
Le
migliori specie cioè quelle più adatte per colture energetiche
pluriennali sono: il pioppo, il salice e l’eucalyptus, mentre per i
terreni marginali sono: la robinia e la ginestra.
Per quanto
riguarda le colture annali, le più promettenti sono il sorbo,il
miscanthus e il cardo per le zone più aride.
CARBURANTI E BIOCOMBUSTIBILI
Le
principali tecnologie di conversione della biomassa in biocombustibili
possono essere distinte in biochimiche (idrolisi,acida e enzimatica, con
fermentazione e distillazione) e termo-chimiche (massificazione
avanzata,liquefazione, combustione diretta avanzata, pirolisi con
idrotrattamento dei prodotti).
I prodotti
energetici che si possono ottenere sono: gas, bio-olio combustibile,
carbone, miscela combustibile acqua-olio-carbone, idrocarburi, metanolo.
La
tecnologia più innovativa è quella della flash pirolisi per la
produzione di bio-olio.
Le
principali colture sulle quali si sta operando sullo sviluppo dei
biocarburanti sono le colture oleaginose (girasole, colza e soia) per la
produzione del biodiesel.
Nel
periodo 1994-1995 la produzione di biodiesel in Italia è stato di 87.000
t con un
impegno di 61.400 ettari coltivati a girasole e 1629 ettari coltivati a
colza.
Dal punto
di vista dei costi diretti il biodiesel non può competere con il
petrolio,visto che il suo costo è circa 3 volte più alto.
20/12/2016 -
Tesina finale Master on-line in Gestione e Sicurezza Ambientale
Massimo di Feo
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