Che cos'è il test BMP e perché è cruciale per gli impianti di biogas?

Il test BMP (Biochemical Methane Potential) è un'analisi di laboratorio che determina la quantità massima di metano ottenibile da un dato substrato in condizioni di digestione anaerobica. Per gli operatori di impianti di biogas e gli investitori, il risultato del BMP costituisce la base per i calcoli energetici ed economici, in quanto indica il valore energetico del substrato prima che questo venga introdotto nel digestore. Tuttavia, rappresenta un punto di partenza, non una garanzia: la resa effettiva nell'impianto dipende da numerosi fattori aggiuntivi.

Come si svolge il test

Un campione di substrato viene posto in un reattore ermetico (solitamente una bottiglia con capacità da alcune centinaia di millilitri a diversi litri) insieme all'inoculo, ovvero una biomassa microbica attiva, prelevata il più delle volte da un impianto di biogas in funzione. Il reattore viene incubato a temperatura costante, generalmente mesofila (37–38 °C), e il gas prodotto viene raccolto e misurato in modo continuo o periodico. La composizione del biogas, inclusa la concentrazione di metano, viene analizzata mediante gascromatografo o analizzatore a infrarossi. Il test si conclude quando l'incremento giornaliero di metano scende a un valore trascurabile; la durata dipende dal substrato e dai criteri adottati (da alcune decine a diverse decine di giorni), come illustrato nel post Protocollo del test BMP passo dopo passo].

Per garantire l'affidabilità del risultato, in ogni serie si includono:

• una prova in bianco (solo inoculo), per sottrarre il gas prodotto dall'inoculo,
• un controllo positivo (ad es. cellulosa) che confermi l'attività dell'inoculo,
• ripetizioni, poiché la variabilità tra le bottiglie può essere significativa,
• un corretto rapporto inoculo/substrato (I/S), per evitare sovraccarichi.

I criteri di validazione dell'analisi sono descritti nelle raccomandazioni di Holliger et al. (2016), mentre in Germania si applicano le linee guida VDI 4630. Dettagli: Criteri di validazione del test BMP secondo Holliger (2016)].

Unità di misura e calcoli

Il risultato è espresso più comunemente in NmL CH₄ per grammo di solidi volatili (SV), equivalente a litri normali di metano per chilogrammo di SV. Si trovano anche valori riferiti alla tonnellata di massa fresca, che tengono conto del contenuto di sostanza secca (SS) e di SV del substrato; tali valori sono inferiori e non devono essere confrontati con quelli espressi su SV (Sostanza secca e solidi volatili). Il volume del gas viene convertito in condizioni normali (0 °C, 1013 hPa), secondo il metodo descritto, tra gli altri, nel post Calcolo della produzione di metano nel test BMP (Hafner 2020)].

Intervalli orientativi dalla letteratura (record specifici con pubblicazioni sono raccolti in Studi BMP]): il liquame bovino presenta un basso potenziale, dell'ordine di alcune centinaia di NmL CH₄/g SV, partendo da un centinaio e più; l'insilato di mais solitamente si attesta intorno a 300–370; i rifiuti alimentari e i grassi mostrano valori significativamente più elevati. La variabilità dipende dalla varietà, dal momento del raccolto, dalla composizione e dalla preparazione del campione.

Cinetica e interpretazione della curva

Il solo risultato finale non descrive la velocità di degradazione. Un substrato con un BMP elevato, ma con degradazione lenta (ad es. materiale lignocellulosico), richiede un tempo di ritenzione idraulica (HRT) più lungo nel digestore, riducendo la capacità produttiva dell'impianto. La curva cumulativa del metano mostra: un rapido incremento iniziale (materia facilmente degradabile), un'eventuale fase di latenza (un ritardo nell'avvio può segnalare inibizione) e una lunga coda (frazioni più difficili da degradare). Ne parliamo nei post sulla cinetica del primo ordine] e sul modello di Gompertz].

Perché conviene effettuare il test prima dell'investimento

I dati di letteratura sono utili nella fase preliminare, ma il potenziale reale di una specifica partita di substrato può differire significativamente: la composizione varia in base alla stagione, alla tecnologia di produzione e alle condizioni di stoccaggio. Il risultato del BMP consente di dimensionare correttamente la camera di digestione, pianificare la logistica e valutare i ricavi. Le analisi BMP risultano utili anche per la valutazione di nuovi substrati, miscele (codigestione) e substrati a composizione variabile, come i rifiuti dell'industria alimentare.

Limitazioni

• Il risultato riguarda il campione, non l'intera partita; un campionamento rappresentativo è fondamentale.
• Il test non riproduce il funzionamento a lungo termine del digestore (adattamento, inibizione da ammoniaca, carenza di microelementi).
• I risultati possono variare tra diversi laboratori; si veda Variabilità dei risultati BMP tra laboratori] e BMP e resa su scala tecnica].

Le regole di base per la lettura di un rapporto sono raccolte nella checklist: Come leggere un rapporto di analisi BMP]. La definizione e le applicazioni sono illustrate anche nel post Che cos'è il BMP].