Calo di CH₄ e aumento di CO₂: cosa significa e come ricercare le cause

Una diminuzione del contenuto di metano con un aumento di CO₂ nel biogas è un segnale da verificare, ma non costituisce una diagnosi. La causa biologica più frequente è uno squilibrio tra le fasi della digestione anaerobica: i batteri acidogeni producono acidi grassi volatili (LKT) più rapidamente di quanto gli archei metanogeni possano consumarli, abbassando il pH e la percentuale di metano. Tuttavia, potrebbe anche trattarsi di un errore di misurazione, di un cambiamento nel substrato o di aspirazione di aria. Pertanto, si procede sempre secondo una sequenza: misurazione, trend, parametri di processo, causa.

Primo passo: l'indicazione è affidabile?

Prima di modificare il dosaggio, è necessario escludere artefatti:

• Calibrazione dell'analizzatore. La deriva del sensore, un sensore elettrochimico usurato o la mancanza di calibrazione possono fornire valori di CH₄ inferiori al reale.
• Condensa e umidità nella linea di misurazione. Il gas può essere diluito o alterato dalla condensa.
• Presenza di O₂ e N₂. Se l'aumento di CO₂ non corrisponde alla diminuzione di CH₄ (la somma CH₄+CO₂ diminuisce) e compaiono ossigeno e azoto, significa che entra aria (ad esempio, dal desolforazione biologica, da perdite o dal funzionamento del soffiatore). Cfr. Desolforazione biologica].
• Punto di prelievo del campione. La composizione del gas varia tra il digestore, il serbatoio di stoccaggio e l'alimentazione al sistema di cogenerazione (CHP).

Secondo passo: trend e contesto

Una lettura istantanea non è sufficiente. È necessario confrontare il contenuto di CH₄ e CO₂ con la quantità di gas prodotta, il dosaggio, i cambiamenti nel substrato, la temperatura e la pressione. Una buona pratica consiste nel confrontare i dati con la variabilità tipica della composizione descritta nel testo Variabilità della composizione e della quantità di biogas: la composizione dipende naturalmente dal substrato, quindi una nuova partita di insilato o di scarto ad alto contenuto di carboidrati può temporaneamente modificare la composizione del biogas (incluso il tenore di CO₂).

Terzo passo: parametri di processo

Gli indicatori LKT e alcalinità vanno interpretati come trend, non come soglie singole; le soglie dipendono dall'impianto e dal substrato (cfr. LKT nell'impianto di biogas). La misurazione del pH e il suo ruolo tampone sono descritti nel testo pH nel digestore].

Possibili cause biologiche

1. Sovraccarico di carico organico. Aumento troppo rapido della dose di substrati facilmente fermentabili.
2. Cambiamento nella composizione del substrato. Aumento della percentuale di carboidrati o grassi.
3. Inibitori. Ammoniaca, acido solfidrico, disinfettanti, antibiotici nel liquame.
4. Carenza di microelementi. Cfr. Oligoelementi].
5. Disturbi della temperatura o della miscelazione. Specialmente in inverno in caso di guasto al riscaldamento; cfr. Bilancio termico dell'impianto di biogas in inverno].
6. Tempo di ritenzione idraulica (HRT) ridotto. Dosaggio troppo intenso o deflusso troppo rapido.

Cosa fare

La risposta dipende dalla diagnosi. Un insieme tipico di azioni comprende la riduzione o la sospensione temporanea del dosaggio dei substrati più reattivi, il ripristino dei parametri stabili (temperatura, miscelazione), campionamenti e analisi più frequenti e, in caso di acidificazione, le azioni descritte nel testo sull'acidificazione del digestore]. Gli additivi aggiunti al digestore (tamponi, integratori) vanno scelti sulla base di analisi e raccomandazioni di laboratorio, non "a occhio". Cambiamenti bruschi nel dosaggio in entrambe le direzioni peggiorano la situazione.

Come ridurre il rischio

• Introdurre cambiamenti nelle dosi e nei substrati in modo graduale.
• Mantenere un programma regolare di analisi di LKT, alcalinità, pH e azoto ammoniacale.
• Calibrare l'analizzatore secondo il piano e tenere un registro delle modifiche.
• Stabilire soglie di allarme per la composizione e la quantità di gas e una procedura di escalation.
• Utilizzare i dati BMP per i nuovi substrati prima di aumentarne la percentuale; cfr. Che cos'è il BMP].

Come costruire una semplice procedura di intervento

L'impianto può adottare una breve procedura interna: soglia di allarme per la diminuzione di CH₄ (ad esempio, scostamento dalla media degli ultimi giorni), sequenza dei controlli (misurazione, quantità di gas, dosaggio, parametri di laboratorio), responsabili delle decisioni e condizioni per l'intervento del laboratorio o del consulente di processo. In questo modo, la risposta non dipende da chi è in turno. La procedura dovrebbe anche specificare per quanto tempo osservare il trend prima di modificare il dosaggio, per evitare reazioni eccessive a una singola lettura.

Cosa non fare

• Non aumentare il dosaggio per compensare la diminuzione della produzione di gas. In caso di sovraccarico, questo aggrava il problema.
• Non aggiungere prodotti chimici al digestore senza analisi e raccomandazioni.
• Non ignorare il trend presumendo che l'analizzatore abbia sbagliato, senza verificare la calibrazione.
• Non introdurre più cambiamenti contemporaneamente, perché non si saprebbe quale ha avuto effetto.