Che cos'è il BMP? Potenziale metanigeno: definizione, applicazioni e limiti

Il BMP (dall'inglese biochemical methane potential) rappresenta la quantità di metano ottenibile da un'unità di substrato in un test anaerobico discontinuo, condotto con l'ausilio di un inoculo attivo, fino all'esaurimento della produzione di gas. Il risultato è espresso più comunemente in NmL CH₄ per grammo di solidi volatili (SV); si tratta di un valore di riferimento per il confronto tra substrati, non di una previsione della resa in un impianto di biogas, poiché su scala tecnica intervengono fattori che il test non riproduce.

Idea del test

Un campione di substrato viene miscelato in un contenitore ermetico con inoculo (solitamente digestato proveniente da un impianto in funzione), integrato con terreno di coltura e acqua, e successivamente incubato a temperatura costante (mesofila o termofila). Parallelamente, si conducono prove in bianco (solo inoculo) e un controllo positivo (cellulosa). Il metano prodotto viene misurato per tutta la durata del test, e dal risultato della prova in esame si sottrae la produzione endogena dell'inoculo. Dividendo per la massa di SV introdotta si ottiene il BMP.

Unità e condizioni di riferimento

È necessario specificare se il risultato si riferisce a gas secco e quali condizioni normali sono state utilizzate, poiché diverse convenzioni (0 °C o 20 °C, 25 °C) modificano il valore di alcune unità percentuali.

A cosa serve

1. Confronto tra substrati e loro classificazione.
2. Stima della produzione in un impianto di biogas con un mix pianificato (con correzione per la scala tecnica).
3. Valutazione dell'effetto del pretrattamento, ad esempio frantumazione o idrolisi.
4. Valutazione del potenziale residuo del digestato.
5. Rilevamento di inibizione o tossicità del substrato (riduzione della resa rispetto alle attese).
6. Ricerche scientifiche sulla cinetica, ad esempio l'adattamento di un modello del primo ordine.

Cosa il BMP non indica

• Velocità su scala tecnica. Il test dura diverse settimane, mentre un digestore ha un HRT dell'ordine di alcune decine di giorni e opera in condizioni di flusso continuo.
• Stabilità del processo. In un test discontinuo non è possibile riprodurre sovraccarichi, formazione di schiuma o dilavamento della biomassa.
• Effetti sinergici nel mix. Il risultato di un singolo substrato non si somma linearmente quando nel mix aumenta l'inibizione o la capacità tampone.
• Effetti logistici. Le perdite nel silo o la frantumazione in ambito tecnico non fanno parte del test.

Da cosa dipende la variabilità

Sul risultato influiscono l'origine e la preparazione del campione, l'inoculo, il rapporto tra inoculo e substrato, la temperatura, il metodo di misurazione del gas e il modo di effettuare i calcoli. Studi interlaboratorio mostrano una variabilità anche quando si utilizzano materiali comuni; per questo sono state sviluppate linee guida (Angelidaki et al., 2009; Holliger et al., 2016) e criteri di validazione del test (controllo con cellulosa, ripetibilità delle terne). I prossimi articoli di questa serie descriveranno questi elementi uno per uno.

Esempio semplificato

Supponiamo: in una bottiglia sono stati introdotti 2,0 g di SV del substrato in esame; la produzione di metano dalla bottiglia con il substrato dopo 30 giorni è stata di 1050 NmL, mentre dalle prove in bianco in media 250 NmL. BMP = (1050 − 250) / 2,0 = 400 NmL CH₄/g SV. Se la prova in bianco avesse dato 400 NmL, il risultato sarebbe sceso a 325 — si vede quindi che l'attività endogena dell'inoculo (produzione di gas nella prova in bianco) ha un impatto significativo sull'errore.

In cosa il BMP si differenzia da altri indicatori

• Il potenziale teorico (Buswell, Boyle) deriva dalla composizione elementare e presuppone una biodegradazione completa.
• La resa su scala tecnica è il risultato di tutte le perdite e della cinetica.
• I test in continuo (in reattori da laboratorio) riflettono meglio la stabilità del processo.

Una buona pratica consiste sempre nell'accompagnare il risultato del BMP con: metodo di analisi, temperatura, durata, inoculo, rapporto I/S e numero di ripetizioni. Solo con questo contesto il dato assume valore comparativo.

Domande tipiche dei clienti del laboratorio

Posso tradurre direttamente il BMP del laboratorio in m³ di biogas per tonnellata? Non direttamente. Il risultato in NmL CH₄/g SV deve essere convertito in base alla sostanza secca e al contenuto di SV del substrato, e poi corretto in funzione del reale grado di degradazione nel digestore, che solitamente è inferiore rispetto al test. Per questo motivo, nella pianificazione si utilizzano coefficienti di sicurezza o dati provenienti dal proprio impianto.

È sufficiente un solo risultato? Per substrati variabili (insilati, scarti) un singolo campione descrive una sola partita. Un quadro migliore è fornito da una serie di campioni prelevati in momenti e luoghi diversi.

Un altro laboratorio otterrà lo stesso risultato? Solitamente simile, ma con una certa variabilità; più rigoroso è il protocollo e migliore il controllo con cellulosa, minore è la variabilità. Per questo motivo, i confronti sono più affidabili se eseguiti all'interno dello stesso laboratorio e con lo stesso metodo.

BMP, BMP₂₈ e valori «a tempo»

In letteratura si trovano indicazioni come BMP₂₈ o BMP₃₀, che indicano la resa dopo un tempo di test prestabilito, e «BMP asintotico», ovvero il valore dopo l'esaurimento della produzione o estrapolato da un modello. Per substrati facilmente degradabili la differenza è minima, mentre per quelli fibrosi può raggiungere alcune decine di punti percentuali. È sempre importante verificare a quale versione ci si riferisce prima di confrontare due valori.