CHP, calore o biometano? Criteri tecnici per la scelta del percorso di valorizzazione del biogas

La scelta del percorso di valorizzazione del biogas determina in quale forma l'energia lascerà l'impianto: come elettricità e calore da cogenerazione (CHP), come solo calore da caldaia a biogas, oppure come biometano dopo l'upgrading, immesso in rete o utilizzato come carburante. Il punto di partenza tecnico si basa su tre domande: qual è la scala di produzione del gas, esiste un'utenza di calore per tutto l'anno e nelle vicinanze è presente una rete gas con sufficiente capacità o un'utenza di biometano.

Confronto dei percorsi

CHP

Punti di forza: tecnologia conosciuta, assistenza disponibile nel paese, possibilità di funzionamento in modalità isolata o connessa alla rete, modularità. Punti deboli: efficienza elettrica nell'ordine di alcune decine percentuali, il resto dell'energia sotto forma di calore, il cui utilizzo è spesso stagionale. Fondamentale è il bilancio termico: quanta parte del calore può essere venduta o consumata (essiccatoi, edifici, processi industriali). Un buon utilizzo del calore aumenta l'efficienza complessiva oltre l'80%, un cattivo utilizzo lascia una parte significativa dell'energia inutilizzata.

Solo calore

La caldaia a biogas è semplice ed economica, con un'elevata efficienza (solitamente circa il 90%), ma ha senso solo dove esiste un'utenza costante di calore. Viene utilizzata in processi industriali continui, nell'industria alimentare, presso essiccatoi e nelle reti di teleriscaldamento locali. Lo svantaggio è l'assenza di un prodotto di maggior valore (elettricità) e la dipendenza da un'unica utenza.

Biometano

L'upgrading consiste nella rimozione della CO₂ (e dei residui di H₂S, acqua e altri contaminanti) per ottenere un gas con parametri simili a quelli del gas naturale. Tecnologie: scrubber ad acqua, ad ammine, membrane, adsorbimento a pressione oscillante (PSA). Vantaggi: il gas può essere immesso in rete, stoccato, utilizzato come carburante nei trasporti (CNG, LNG), e l'energia non è limitata dalla necessità di un'utenza locale di calore. Svantaggi: costi di investimento più elevati, requisiti di scala e qualità del gas, perdite di metano nel processo (cosiddetto methane slip), allacciamento alla rete, requisiti di misurazione e formali.

Il biometano può essere conveniente per impianti con un flusso di gas maggiore o per cluster di impianti più piccoli che raccolgono il gas (ad esempio tramite gasdotto di biogas grezzo verso un impianto di upgrading comune).

Criteri decisionali

1. Scala: quanti m³ di biogas all'ora? Flussi ridotti rendono difficile l'upgrading.
2. Utenza di calore: quantità, costanza, distanza, disponibilità a un contratto a lungo termine.
3. Accesso alla rete: distanza dalla rete gas, pressione, capacità in estate, costo dell'allacciamento.
4. Accesso alla rete elettrica: condizioni di allacciamento, limiti di potenza.
5. Quadro normativo e incentivi: sistemi disponibili, requisiti di sostenibilità, certificazione.
6. Competenze e assistenza: disponibilità di fornitori e ricambi.
7. Piani di sviluppo: possibilità di cambiare percorso in futuro (riserva di terreno, progetto predisposto per l'ampliamento).
8. Rischio: dipendenza da un'unica utenza, variabilità delle normative.

Esempio di confronto energetico semplificato

Con 1 000 kW di energia del combustibile: un CHP con efficienza elettrica del 38% e termica del 45% produce 380 kW di elettricità e 450 kW di calore; se l'utenza utilizza il 50% del calore, l'efficienza complessiva è del 60,5%. Una caldaia con efficienza del 90% produce 900 kW di calore, se tutto il calore viene utilizzato. L'upgrading, ipotizzando perdite di metano dell'1% e un consumo energetico proprio di alcuni punti percentuali del combustibile, consente di immettere in rete circa il 90-95% dell'energia sotto forma di biometano (a seconda della tecnologia e dell'alimentazione). I numeri sono indicativi; i valori reali dipendono dalla tecnologia e dalle condizioni.

Percorsi intermedi

• Cogenerazione con rete di teleriscaldamento e accumulo di calore.
• Gasdotto di biogas grezzo verso un'unità comune o un'utenza.
• Ibrido: CHP più caldaia nei picchi di domanda di calore.
• Trasporto di biometano liquefatto o compresso agli utenti (bioLNG, bioCNG).

Conclusione

Non esiste un percorso universalmente migliore. Per piccoli impianti con utenza di calore, il CHP rimane razionale; per grandi flussi di gas e accesso alla rete, il biometano può essere interessante; il solo calore ha senso in presenza di una domanda costante. La decisione deve essere supportata da un bilancio energetico, un'analisi dei rischi e una verifica delle normative vigenti.

Quando considerare il cambio di percorso

Il passaggio da CHP a biometano viene spesso considerato alla scadenza dei contratti, con l'aumento dei costi di manutenzione dei motori, in presenza di un allacciamento disponibile o quando l'utenza locale di calore viene meno. In tal caso, è opportuno verificare: la quantità di gas disponibile dopo l'ammodernamento dell'impianto, la qualità del biogas, i requisiti per l'upgrading, i rischi per i contratti esistenti e lo stato tecnico delle camere. È consigliabile preparare uno studio di fattibilità con opzioni alternative e un'analisi di sensibilità rispetto al prezzo dei substrati, dell'energia e del costo del capitale.

Ruolo del calore di scarto

Anche nella scelta del biometano, il processo richiede calore (riscaldamento delle camere, rigenerazione nella tecnologia ad ammine), che deve essere garantito tramite caldaia o altra fonte. Il bilancio termico è quindi un elemento di ogni opzione, non solo del CHP.