Codigestione dei substrati: come aumentare la stabilità e la resa dell'impianto di biogas

La codigestione, ossia la digestione anaerobica simultanea di due o più substrati, è in pratica lo standard negli impianti di biogas, perché migliora la stabilità del processo e il bilancio dei nutrienti e spesso anche l'economia. La miscela può integrare le carenze di un substrato (ad es. un basso C:N o la mancanza di microelementi) con le proprietà di un altro. L'efficacia non è tuttavia automatica: occorre scegliere le proporzioni e verificarle in laboratorio.

Perché miscelare i substrati

Ogni substrato ha caratteristiche diverse. Alcuni forniscono molta energia, ma acidificano il digestore, altri hanno un basso potenziale metanigeno ma stabilizzano il pH grazie all'elevata capacità tampone. Combinarli consente di:

• migliorare il rapporto carbonio/azoto (C:N),
• diluire le sostanze potenzialmente inibenti (ad es. l'ammoniaca),
• compensare le oscillazioni stagionali della disponibilità,
• migliorare le proprietà reologiche della miscela,
• aumentare la diversità microbiologica.

Rapporto C:N

L'ottimo comunemente assunto è un C:N nell'intervallo di circa 20–30:1. Un valore troppo basso (inferiore a circa 15:1) favorisce un eccessivo rilascio di ammoniaca, che inibisce i metanogeni, mentre uno troppo alto (superiore a circa 35:1) indica una carenza di azoto per la biomassa dei microrganismi. Il liquame avicolo e suino ha un C:N basso (da pochi a una quindicina), l'insilato di mais circa 40 e la paglia nettamente più alto (qualche decina). Il solo C:N non basta per la valutazione; occorre considerare la disponibilità di carbonio, il pH e l'ammoniaca (Rapporto C:N nella miscela di substrati).

Combinazioni collaudate

• Liquame + scarti alimentari: il liquame assicura tampone e popolazione di microrganismi, gli scarti aggiungono energia; la chiave è una dose aumentata gradualmente, per evitare l'acidificazione.
• Insilato di mais + scarti di macellazione: l'insilato dà un'alimentazione stabile, gli scarti di macellazione aumentano la resa; i rischi sono formazione di schiuma, ammoniaca e acidi grassi a catena lunga, quindi la quota di tali scarti si limita e si introduce con cautela. Si applicano inoltre i requisiti sanitari.
• Letame + scarti ortofrutticoli: il letame stabilizza il pH e fornisce microelementi, mentre gli scarti apportano zuccheri facilmente fermentescibili; particolarmente vantaggioso nelle regioni con industria agroalimentare.

I singoli substrati sono descritti negli articoli Il liquame come substrato di base e L'insilato di mais per il biogas.

Sinergia: che cos'è e quando si verifica

Si parla di sinergia quando la resa di metano della miscela è superiore alla somma dei risultati dei singoli substrati digeriti separatamente. I meccanismi sono un migliore bilanciamento di macro e microelementi, la diluizione degli inibitori, il miglioramento della struttura del fango e la maggiore diversità microbiologica. L'effetto non è però una regola: in una parte delle miscele si verifica, in una parte no e in alcune è negativo. Per questo, prima di modificare la ricetta in scala tecnica, si raccomanda di eseguire il test BMP della miscela nelle proporzioni che si intendono utilizzare (Codigestione: pianificazione della miscela di substrati).

Regole pratiche di introduzione

1. Introdurre i nuovi substrati gradualmente; aumentare la quota di una piccola percentuale su base settimanale, osservando il processo.
2. Monitorare FOS/TAC e pH con regolarità (FOS/TAC: come misurare).
3. Omogeneizzare la miscela prima dell'immissione nel digestore, per evitare zone locali di acidificazione.
4. Documentare le ricette e le correlazioni con la resa.
5. Verificare i requisiti giuridici: elenco dei substrati per il biogas agricolo, norme sui rifiuti e sui sottoprodotti di origine animale.

La pianificazione del bilancio annuale dei substrati e delle riserve è trattata nell'articolo Pianificazione del fabbisogno di substrati.

Rischi e limiti

La codigestione non è una soluzione universale. L'aggiunta di un substrato con elevato contenuto di proteine o grassi può aumentare il rischio di formazione di schiuma e di inibizione, e la modifica della miscela influisce sulle proprietà reologiche, il che si ripercuote sul funzionamento di agitatori e pompe. Cambiano inoltre la composizione del digestato e il suo status giuridico, se nell'alimentazione finiscono rifiuti non compresi nell'elenco dei substrati per il biogas agricolo. Per questi motivi ogni nuova ricetta va valutata sotto il profilo tecnologico, economico e giuridico, e non solo in base al risultato BMP.

Il ruolo del laboratorio

Le analisi BMP delle miscele, l'analisi di SS e SV, la determinazione di ammoniaca, FOS/TAC e composizione del biogas costituiscono un insieme di strumenti che consente di verificare le ipotesi. Conviene anche tenere una propria banca dati dei risultati: il collegamento tra ricetta e resa effettiva dell'impianto permette nel tempo di calibrare i risultati di laboratorio sulla scala tecnica.