Consumo energetico nell'upgrading del biogas: bilancio in kWh per m³ e quota sull'energia del gas

L'upgrading del biogas consuma generalmente tra 0,2 e 0,35 kWh di energia elettrica per m³ di biogas grezzo nelle tecnologie a pressione (membrane, PSA, lavaggio ad acqua), mentre il lavaggio con ammine richiede inoltre calore nell'ordine di 0,5–0,8 kWh/m³. Poiché 1 m³ di biogas con il 55% di CH₄ contiene circa 5,5 kWh di energia, il consumo di elettricità rappresenta alcune percentuali dell'energia del gas, mentre il calore nel lavaggio con ammine ne rappresenta alcune decine. I valori sono indicativi; ogni fornitore fornisce le proprie garanzie.

Due modalità di calcolo

Gli indicatori di consumo energetico possono essere riferiti a:

• m³ di biogas grezzo – modalità più comune adottata dai fornitori di tecnologie;
• m³ di biometano – conversione: si divide il consumo per la quota di biometano prodotto nel flusso di biogas (circa 0,5–0,55 m³ di biometano da 1 m³ di biogas con il 55% di CH₄, poiché il biometano contiene circa il 98% di CH₄).

Esempio: 0,25 kWh/m³ di biogas corrispondono a circa 0,46 kWh/m³ di biometano, ovvero circa il 4,6% dell'energia contenuta nel biometano (circa 10 kWh/m³). Pertanto, valutare un "consumo di 0,25 kWh/m³" senza specificare il riferimento può risultare fuorviante.

Componenti del bilancio energetico

1. Pretrattamento – desolforazione, essiccazione, filtri; spesso omesso nelle offerte, ma consuma energia elettrica (refrigeratori, soffianti) e, eventualmente, calore (rigenerazione del carbone).
2. Separazione della CO₂ – compressori, pompe, vuoto, calore per la rigenerazione.
3. Compressione del biometano – per la rete a media pressione sono generalmente necessarie alcune decine di bar; ciò richiede un compressore aggiuntivo se il sistema di upgrading eroga il gas a bassa pressione (lavaggio con ammine).
4. Ossidatore dell'off-gas – combustibile ausiliario o energia elettrica.
5. Ausiliari – raffreddamento, riscaldamento dei locali, automazione, illuminazione, stazione di immissione.

Esempio: bilancio per 1000 m³/h di biogas

Ipotesi: biogas con il 55% di CH₄, energia 5,5 kWh/m³ (5500 kW), 8000 h/anno, perdita dello 0,5%.

I numeri nella tabella sono ipotetici e non derivano da misurazioni. Mostrano tuttavia il senso del confronto: la variante con ammine consuma meno elettricità, ma richiede calore, il cui costo e le cui emissioni devono essere valutati.

Costo dell'energia

Assumendo un prezzo dell'elettricità di 600 zł/MWh, la variante a membrane consuma 300 kW × 8000 h = 2400 MWh, per un costo annuo di circa 1,44 milioni di zł. La variante con ammine: 180 kW × 8000 = 1440 MWh di elettricità, ovvero circa 0,86 milioni di zł, più il calore: 600 kW × 8000 = 4800 MWh. Se il calore costa 40 zł/MWh (di recupero), il costo aggiuntivo è di circa 0,19 milioni di zł; se 250 zł/MWh (da caldaia a gas), 1,2 milioni di zł, ovvero più del risparmio sull'elettricità. Il risultato dipende ovviamente dai prezzi delle utilities, che in ogni progetto devono essere considerati localmente.

Impatto sulle emissioni

Il consumo di elettricità e calore aumenta l'impronta carbonica del biometano, se l'energia proviene da una rete con un'elevata quota di combustibili fossili. Nella metodologia RED, le emissioni derivanti dal consumo di energia elettrica nel processo di upgrading rientrano nel bilancio. L'alimentazione da fonti rinnovabili proprie (ad esempio fotovoltaico, cogenerazione a biogas) riduce questa componente.

Cosa misurare

• Consumo di energia elettrica dell'intero impianto (contatore dedicato), non solo del modulo di separazione.
• Consumo di calore e combustibili ausiliari.
• Portata di biogas e biometano e composizione (cromatografo o analizzatore).
• Indicatore: kWh di energia ausiliaria / MWh di energia del biometano.

Come ridurre il consumo energetico

Le azioni più semplici includono il recupero del calore dalla compressione (per il riscaldamento delle camere di digestione o la rigenerazione), azionamenti a velocità variabile nei compressori e nelle pompe, che adattano meglio il consumo di potenza alla portata, e l'evitare un'eccessiva ricircolazione. È inoltre importante alimentare l'impianto con energia da fonti rinnovabili proprie. Vale la pena monitorare l'indicatore di consumo energetico per m³ di biometano nel tempo: un suo aumento può essere il primo segnale di usura delle membrane o del sorbente, prima che peggiorino i parametri qualitativi del gas.

Conclusioni

Il consumo energetico non determina da solo la scelta della tecnologia, ma è uno dei tre pilastri, insieme alle perdite di metano e al CAPEX. Nel confrontare le offerte, richieda confini di bilancio coerenti e un riferimento a un'unica unità di misura, preferibilmente m³ di biometano o MWh di energia venduta.