Biogas da fanghi di depurazione in Giappone: utilizzo e risultati del programma B-DASH

Gli impianti di depurazione giapponesi da tempo sottopongono a digestione anaerobica i fanghi, ma una parte significativa del biogas prodotto non veniva utilizzata a fini energetici. Secondo i dati di Japan for Sustainability (JFS, 2008), nell'anno fiscale 2004 i sistemi fognari del Giappone hanno prodotto circa 290 milioni di m³ di biogas. Di questa quantità, il 30% è stato impiegato per il riscaldamento dei digestori, il 20% per la produzione di energia elettrica, il 22% per altri scopi, mentre il 28% non è stato utilizzato.

Cosa dicono i dati degli anni 2000

In Giappone, il biogas da fanghi viene utilizzato per la produzione di energia elettrica dal 1984. Nell'anno fiscale 2004, in questo modo è stata ottenuta una potenza elettrica complessiva di circa 21.000 kW, corrispondente a circa l'1% del consumo di energia elettrica negli impianti di depurazione del Paese. L'intero sistema fognario consumava allora circa 7 miliardi di kWh all'anno (circa lo 0,7% del consumo nazionale). Nell'impianto di Morigasaki a Tokyo, il fango viene addensato e sottoposto a digestione anaerobica termofila (circa 50°C), mentre il metano alimenta, dall'aprile 2004, generatori con una potenza di 3.200 kW, coprendo circa la metà del fabbisogno energetico dell'impianto e riducendo i costi dell'elettricità di circa 600 milioni di yen all'anno.

Fanghi come biomassa

Secondo JFS, nell'anno fiscale 2004 sono state prodotte circa 75 milioni di tonnellate di fanghi (prima della disidratazione, con il 97% di acqua), e il tasso di riciclo dei fanghi come biomassa è aumentato dal 38% nell'anno fiscale 1996 al 70% nel 2005. Il riciclo comprende non solo l'energia, ma anche fertilizzanti, ammendanti del suolo e materiali da costruzione. Si è stimato che l'energia recuperata dalle sostanze organiche nei fanghi nell'anno fiscale 2005 corrispondesse a circa 1,04 milioni di kl di equivalente petrolio, mentre il potere calorifico dei combustibili solidi derivati dai fanghi è simile a quello del carbone di bassa qualità. A Fukuoka, nell'impianto Mikasagawa, dalla fine dell'anno fiscale 2000 si produce il combustibile BDF (fanghi miscelati con olio alimentare esausto, essiccati a pressione ridotta; nell'anno fiscale 2007 circa 2.300 t), e l'azienda J-Power ha confermato in prove che la percentuale massima di BDF nella cocombustione con carbone è dell'1%. Ad esempio, il centro Sunamachi a Tokyo, dal novembre 2007, trasforma i fanghi in combustibile solido (fino a 300 t di fango disidratato al giorno), che viene cocombusto con carbone nella centrale elettrica di Nakoso.

Biometano a Kobe

La città di Kobe ha purificato il biogas dell'impianto di depurazione di Higashinada fino a raggiungere una qualità di circa il 98% di metano, utilizzando il metodo di assorbimento in acqua sotto pressione (in precedenza circa il 30% del gas veniva bruciato in torcia). Il biogas, con una composizione di circa il 60% di metano e il 40% di CO₂, oltre a piccole quantità di silossani e acido solfidrico, è stato convertito nel combustibile "Kobe Biogas". L'impianto, in cui è iniziata la piena operatività nell'aprile 2008, produce 2.000 m³ al giorno, sufficienti ad alimentare 40 autobus urbani che percorrono 50 km al giorno; ciò consente di ridurre le emissioni di circa 1.200 t di CO₂ all'anno.

B-DASH: dimostrazioni al posto di sovvenzioni generiche

Il programma B-DASH (Breakthrough by Dynamic Approach in Sewage High Technology) è stato avviato dal MLIT nell'anno fiscale 2011, e l'istituto NILIM ne è l'unità esecutiva. Secondo NILIM, nell'anno fiscale 2011 sono state selezionate due tecnologie relative al recupero del biogas: (1) un sistema di gestione energetica con separazione intensiva di solidi e liquidi, che produce energia elettrica in una cella a combustibile ibrida alimentata da biogas da fango grezzo; (2) un sistema di produzione di energia rinnovabile per carburanti da trasporto, in cui si aumenta la raccolta di biogas da fonti locali (ad esempio, rifiuti alimentari), si riscalda il serbatoio di digestione anaerobica in acciaio e si effettua l'upgrading del biogas in un impianto modulare. NILIM ha preparato linee guida per l'implementazione di queste tecnologie destinate agli enti locali e agli operatori; sono state presentate il 2 agosto 2013 presso il Tokyo Big Sight.

Conclusioni per la Polonia

Le esperienze giapponesi dimostrano che: (1) anche in un Paese ad alto sviluppo tecnologico, una parte significativa del biogas da fanghi (nel 2004 il 30%) veniva utilizzata per il riscaldamento del digestore, mentre il 28% non veniva sfruttata – un potenziale per migliorare l'efficienza; (2) programmi dimostrativi come B-DASH facilitano la diffusione di tecnologie di upgrading e cogenerazione; (3) i dati sull'utilizzo effettivo del biogas devono essere raccolti regolarmente – altrimenti la discussione sul potenziale si basa su stime datate. I dati citati nel presente articolo risalgono all'anno fiscale 2004 e non descrivono lo stato attuale.