Costruzione di un impianto di biogas agricolo: componenti e flusso di materia passo dopo passo

Un tipico impianto di biogas agricolo è composto da diverse linee: accettazione e dosaggio dei substrati, camere di digestione anaerobica (con miscelazione e riscaldamento), serbatoio del biogas, sistema di purificazione del gas, unità di cogenerazione (CHP) e serbatoi e infrastrutture per la gestione del digestato. Completano il sistema l'automazione, i sistemi di sicurezza e l'infrastruttura energetica. Di seguito vengono descritti gli elementi nell'ordine del flusso di materia.

1. Piazzale e magazzino dei substrati

Piattaforme per insilati con raccolta dei percolati in serbatoi, silos o cumuli per insilati, serbatoi per liquame, magazzino per letame. Le dimensioni derivano dal fabbisogno annuale di substrati e dalle perdite. La pavimentazione e il drenaggio riducono la contaminazione da sabbia.

2. Dosaggio

Alimentatori per substrati solidi (vasca con coclea, a pistone), pompe per liquame e substrati liquidi, eventualmente trituratori e separatori di corpi estranei. Una bilancia o la registrazione della massa consentono il bilancio di massa.

3. Digestori

Serbatoi in calcestruzzo armato o acciaio, generalmente cilindrici, con isolamento e riscaldamento (serpentine nelle pareti o scambiatori esterni). I miscelatori garantiscono l'omogeneità. Si utilizza più comunemente un sistema a uno o due stadi; il secondo stadio (camera di post-digestione) aumenta il tempo di ritenzione idraulica (HRT) e lo sfruttamento del potenziale.

4. Serbatoio del biogas

Copertura flessibile a membrana sopra il digestore (spesso a doppia membrana) o serbatoio del gas separato. Il serbatoio compensa la differenza tra produzione e consumo. I dettagli sono trattati in un articolo separato sulle coperture.

5. Purificazione del biogas

Desolforazione (biologica in camera, integrata con trattamento chimico o carbone attivo), essiccazione (raffreddamento, condensato), rimozione di contaminanti (ad es. silossani nei rifiuti urbani). I parametri sono scelti in base ai requisiti del produttore del motore.

6. Cogenerazione (CHP)

Motore a gas con generatore produce energia elettrica e calore. Il calore riscalda le camere e può alimentare essiccatoi, edifici, reti di teleriscaldamento. L'efficienza elettrica delle unità tipiche si attesta nell'intervallo di circa 36–44%, a seconda della potenza e del modello.

7. Torcia e sistemi di sicurezza

La torcia brucia l'eccesso di gas quando il CHP non è in funzione; valvole di sovra- e sottopressione proteggono le membrane; sensori di gas, rilevatori e sistemi di intercettazione aumentano la sicurezza.

8. Digestato

Serbatoio del digestato (chiuso o con copertura), separatore (opzionale), sistema di pompaggio e carico delle cisterne. La capacità del magazzino è dimensionata in base ai periodi in cui la fertilizzazione è limitata dalle normative.

9. Automazione e monitoraggio

Controllore PLC, SCADA, registrazione dei parametri, accesso remoto, allarmi. Descritto in un articolo separato.

10. Infrastruttura energetica

Allacciamento alla rete, stazione di trasformazione, quadri elettrici, sistemi di sincronizzazione, misurazione.

Dipendenze progettuali

Esempio di dimensionamento

Ipotesi: impianto da 500 kW di potenza elettrica, efficienza elettrica 40%, potere calorifico del metano 9,97 kWh/m³, funzionamento 8 000 h/anno. Potenza chimica del combustibile: 500/0,4 = 1 250 kW, ovvero circa 125 m³ CH₄/h (1 250/9,97), circa 3 000 m³ CH₄/giorno. Con una resa di 0,30 m³ CH₄/kg SV sono necessari circa 10 000 kg SV al giorno. Con tale dose e un OLR di 3 kg SV/(m³·d), il volume delle camere è di circa 3 300 m³. Questo è uno schema semplificato, mentre il progettista terrà conto della stagionalità, delle riserve e delle condizioni locali.

Fasi di realizzazione

1. Concezione e bilancio dei substrati (contratti, piani di coltivazione).
2. Localizzazione, condizioni di allacciamento, valutazioni ambientali e autorizzazioni.
3. Progetto tecnologico e costruttivo.
4. Costruzione, prove di tenuta, avviamento.
5. Esercizio, manutenzione, ottimizzazione.

L'ambito delle autorizzazioni richieste dipende dalla potenza e dalla localizzazione; deve essere definito con il progettista e le autorità competenti.

Errori di investimento più comuni

• riserva insufficiente di substrati e mancanza di contratti a lungo termine,
• sottostima della capacità del serbatoio del digestato,
• mancanza di un piano per la gestione del calore,
• serbatoio del gas troppo piccolo,
• economia basata esclusivamente su una resa ottimistica desunta dalla letteratura.

Sequenza delle decisioni progettuali

Si inizia dai substrati (tipo, quantità, disponibilità, prezzo e contratti), poi si valuta la possibilità di gestione del digestato (superficie dei campi, magazzino, acquirenti), quindi si sceglie la scala e la soluzione tecnologica, e infine si selezionano le attrezzature. Invertire questa sequenza — acquistare l'unità CHP prima di assicurarsi i substrati — è una delle cause più frequenti di problemi economici.

Documentazione e collaudi

Prima dell'avviamento è necessario completare la documentazione as-built, i verbali delle prove di tenuta, le certificazioni dei materiali, la documentazione delle zone a rischio di esplosione, le istruzioni operative e il piano di emergenza. È buona pratica effettuare il collaudo con la partecipazione di un esperto indipendente e redigere un elenco delle non conformità con i termini di risoluzione, prima che l'impianto venga accettato per l'esercizio.