Come si produce energia rinnovabile dal biogas?
Gli impianti biogas consentono la produzione di energia rinnovabile da conferire nella rete di distribuzione o da riutilizzare nel ciclo produttivo dell’azienda.
L’impianto biogas aumenta la capacità di valorizzazione dei rifiuti in totale sostenibilità dal punto di vista ambientale ed economico contribuendo all’autonomia energetica. Output sono infatti:
- fonti di energia pulita, inesauribili e rinnovabili, prodotte a partire da materie di scarto e sottoprodotti
- digestato, riutilizzato come fertilizzante o ammendante per i terreni agricoli, costituisce un prodotto di alta qualità e un’alternativa sostenibile a prodotti chimici.
Che cos’è il biogas e come si produce?
Il biogas è una miscela di gas composta principalmente da CH4 e CO2, ma anche da piccole quantità di idrogeno solforato e ammoniaca. Il biogas è prodotto attraverso la digestione anaerobica di substrati organici, ossia un processo biologico che avviene in assenza di ossigeno e definito da reazioni biochimiche ad opera di specifici batteri.
Quali tipologie di biomasse sono utilizzabili per la produzione di energia da biogas?
4 sono i macrogruppi entro cui possono essere sintetizzate le tipologie di biomasse utilizzabili per la produzione di energia da biogas:
- Scarti agricoli: reflui animali, sottoprodotti agricoli e colture energetiche;
- Scarti della produzione agroalimentare: scarti della lavorazione, sia organici che liquidi;
- FORSU: frazione organica dei rifiuti domestici;
- Fanghi: dal trattamento delle acque reflue civili o industriali.
Figura 1. Produzione di biogas
La produzione di biogas dal processo di digestione anaerobica riveste un ruolo fondamentale in termini di circolarità in quanto consente la valorizzazione di scarti per la produzione di energia, evitando sprechi e ottimizzando le potenzialità degli stessi rifiuti.
Quali tipologie di energia da biogas si possono produrre?
- Energia elettrica
- Energia termica
- Biometano
La produzione di energia elettrica e termica tramite il biogas
La produzione di energia elettrica e termica avviene attraverso un sistema di cogenerazione composto da un motore endotermico a combustione interna unitamente ad un alternatore – dove l’energia meccanica viene trasformata in energia elettrica – e da un sistema di recupero del calore di scarto per la produzione di energia termica.
I vantaggi del biogas risiedono nella possibilità di sostenere l’economia circolare valorizzando l’energia prodotta per l’autoconsumo aziendale e per la cessione in rete.
Tra le possibilità in termini di autoconsumo, il servizio di “Scambio sul posto” è il meccanismo previsto dalla legge e regolato dall’Autorità per l’energia e attuato dal GSE, grazie al quale è possibile compensare l’energia elettrica immessa in rete con quella prelevata dalla rete per alimentare le utenze dell’impianto in un momento differente.
In che modo la cogenerazione costituisce uno dei vantaggi del biogas?
Il sistema di cogenerazione consente al cliente di ottenere un risparmio in termini di energia e di costi, sfruttando in modo efficiente le materie prime e i residui disponibili in loco. È una tecnologia che permette la produzione di energia in qualsiasi condizione atmosferica, recuperando materie di scarto e riducendo le emissioni di CO2 nell’ambiente.
L’impianto biogas consente anche l’ottenimento di profitti in quanto parte dell’energia elettrica generata può essere ceduta alla rete elettrica di distribuzione ed essere così venduta; dall’altro lato, è possibile ottenere una riduzione di costi dovuti alla re immissione dell’energia nel ciclo produttivo dell’azienda o nello stesso impianto biogas.
Figura 2. Cogeneratore
Produzione di energia termica tramite il biogas
L’energia termica, anche se prodotta contestualmente a quella elettrica con il processo di cogenerazione, può essere riutilizzata per riscaldare stalle, serre, utenze, processi industriali o lo stesso digestore.
Constatati i benefici dati dall’utilizzo dell’energia elettrica in termini economici e ambientali, sono rari gli impianti biogas progettati per la sola ed esclusiva produzione di energia termica. Tale scelta è stata adottata da alcuni impianti di lavorazione del Food & Beverage a sostegno della necessità di un elevato quantitativo di calore per la produzione alimentare industriale.
La produzione di biometano
Il potenziale del biometano come fonte di energia rinnovabile
Centrale è il ruolo del biometano nel processo di decarbonizzazione.
Sul territorio nazionale si contano circa 2.000 impianti biogas – di cui quasi l’80% in ambito agricolo – con una potenza elettrica installata di circa 1.400 MW. Se tutti questi impianti fossero riconvertiti per la produzione di biometano si otterrebbe una capacità produttiva di oltre 2,5 miliardi di metri cubi annuali.
Secondo stime del Consorzio Italiano Biogas, l’Italia ha le potenzialità per raggiungere una produzione di 10 miliardi di metri cubi entro il 2030 e concretamente contribuire ai target stabiliti anche a livello europeo.
Figura 3. Impianto con produzione di biometano (Maserati Energia)
Il biometano è una fonte di energia rinnovabile che si ottiene dal biogas prodotto attraverso il processo di digestione anaerobica. Nello specifico, si considerano impianti biogas alimentati con biomasse di tipo agricolo – quali deiezioni animali, sottoprodotti e scarti agricoli, colture dedicate -, agroindustriali -scarti della lavorazione della filiera alimentare – e con la Frazione Organica dei Rifiuti Solidi Urbani (FORSU).
Anche i fanghi di depurazione possono essere inclusi per tale produzione seppur siano di complessa gestione: questi, infatti, al fine di poter essere utilizzati o smaltiti, devono essere sottoposti a specifici trattamenti per contenere o eliminare i possibili effetti igienico sanitari. Tra le tecniche utilizzate, l’ispessimento per ridurre in modo preliminare il contenuto di acqua, la digestione anaerobica per la riduzione delle sostanze organiche e il recupero di energia da biogas, la disidratazione per ridurre al minimo la presenza di acqua e l’essiccamento per far evaporare l’acqua rimanente sfruttando il calore. Essendo i fanghi di depurazione classificabili come dei rifiuti, le legislazioni che regolano il loro trattamento li rendono di complessa gestione.
Il processo attraverso il quale il biogas viene convertito in biometano è suddiviso in due fasi:
- Trattamento di purificazione
- Upgrading
Il trattamento di purificazione è suddiviso in ulteriori fasi: in primo luogo avviene il processo di deidratazione o deumidificazione del biogas in uscita, e consiste nella rimozione del vapore d’acqua contenuto, in quanto potrebbe condensare le condotte del gas e provocare fenomeni di corrosione. Successivamente, il processo di desolforazione rimuove l’acido solfidrico (H2S) e, per concludere, la fase di eliminazione di tutte le altre componenti indesiderate, quali polveri, mercaptani e NH3.
Il processo di upgrading, invece, ha la finalità di ridurre la CO2 presente nel biogas, e ottenere metano chimicamente molto simile al gas naturale contenente circa il 98% di metano.
Tra i vantaggi riconosciuti al biometano, non solo il concreto contributo agli obiettivi di decarbonizzazione legati al consumo energetico, ma anche la riduzione delle emissioni del settore agricolo e la restituzione delle sostanze organiche al suolo.
Relativamente all’aspetto energetico, il biometano può essere utilizzato per autotrazione, produzione di calore o cogenerazione ad alto rendimento.
L’utilizzo per autotrazione rappresenta una grande opportunità per lo sviluppo di una mobilità sostenibile e rispettosa dell’ambiente, con l’abbattimento di particolato e ossidi di azoto e la notevole riduzione delle emissioni di anidride carbonica a confronto con i carburanti attualmente più utilizzati, quali diesel e benzina. Secondo il CIB, se tutto il biometano potenzialmente producibile in Italia fosse destinato ai trasporti, un terzo del parco circolante potrebbe essere alimentato con gas rinnovabile.
Il biometano in Italia e in Europa
A fine ottobre 2020, in Italia risultavano in funzione 22 impianti di produzione biometano: la capacità produttiva complessiva era pari a circa 20.000 m3/ora e 168 milioni di metri cubi annui. Tali dati, calcolando una media di 8.400 ore di funzionamento annue dell’impianto.
Come è possibile osservare dal grafico sottostante, allo stato attuale evidenti e contrapposti sono i contributi delle matrici organiche alla produzione di biometano: se a livello italiano sono più numerosi gli impianti alimentati con la FORSU, in Europa è maggiore il contributo dato dai sottoprodotti agricoli e scarti agro-industriali. In entrambi gli scenari, invece, i fanghi di depurazione costituiscono una percentuale inferiore e meno rilevante nel settore.
La produzione di biometano è elemento centrale per lo sviluppo di un’economia circolare efficiente: utilizzare tutti i sottoprodotti e rifiuti organici a disposizione per produrre energia rinnovabile e biofertilizzanti diviene quindi rilevante per raggiungere i target di decarbonizzazione.
Grafico 1. Il contributo delle matrici nella produzione di biometano
Quali sono le regioni italiane che producono più m3 biometano/ora?
Analisi condotte sulla localizzazione e produzione degli impianti biometano in Italia, dimostrano che sono suddivisi in undici regioni: la Regione che conta il numero maggiore è la Lombardia, con cinque impianti e una capacità produttiva pari a circa il 25% del totale, seguita da Emilia-Romagna, Friuli-Venezia Giulia, Veneto e Piemonte.
Da ora fino alla fine del periodo di incentivazione – ossia il 31 dicembre 2022, le prospettive di sviluppo sono incoraggianti: nonostante le criticità presenti nel comparto del biometano agricolo, le previsioni stimano un progressivo aumento nella produzione con la speranza che in un futuro l’Italia possa raggiungere i livelli Europei.
Obiettivo per l’Italia è quello di raggiungere 1,1 miliardi di metri cubi da destinare al settore dei trasporti.