Emissioni di metano dagli impianti di biogas: origini e entità delle perdite

Un impianto di biogas è uno degli strumenti per la riduzione delle emissioni di metano, ma può esso stesso emetterlo se non è a tenuta stagna o viene gestito in modo inadeguato. Le principali fonti includono: serbatoi di digestato (soprattutto aperti), valvole di sicurezza e di sovrappressione delle camere e dei serbatoi di gas, collegamenti e componenti non a tenuta, metano incombusto nei fumi dei motori CHP, off-gas dall'upgrading e operazioni di manutenzione e emergenza. Le campagne di misurazione condotte in Europa indicano una grande variabilità delle perdite – da frazioni di punto percentuale a oltre il dieci percento del metano prodotto – con una parte significativa delle emissioni proveniente da pochi punti, che possono essere rapidamente riparati una volta individuati.

Fonti di emissione

Cosa rivelano le misurazioni

Rapporti e studi (tra cui lavori condotti nell'ambito di IEA Bioenergy Task 37 e campagne in Danimarca, Germania, Svezia e altri Paesi) confermano che:

• le perdite di metano si distribuiscono in modo disomogeneo: molti impianti presentano perdite ridotte, mentre un piccolo gruppo – molto elevate;
• le maggiori emissioni singole derivano da sfiati, danni alle membrane e serbatoi aperti di digestato;
• per gli impianti di biogas agricoli, i valori medi riportati in letteratura si collocano generalmente nell'intervallo da circa l'1% a diversi punti percentuali della produzione di metano, con una grande variabilità tra impianti;
• le misurazioni remote (ad esempio con il metodo tracer gas o l'analisi del pennacchio) rilevano bene le perdite complessive, mentre le misurazioni a contatto individuano le fonti puntuali.\n I dati precisi dipendono dal Paese, dalla tecnologia e dal periodo di misurazione, pertanto nelle analisi proprie è necessario utilizzare dati provenienti da campagne specifiche, evitando generalizzazioni.

Esempio di calcolo

Ipotesi: un impianto di biogas produce annualmente 2,2 milioni di m³ di metano. Perdite totali del 3% corrispondono a 66.000 m³ di CH₄, ovvero circa 47 t. Con un GWP₁₀₀ = 28, ciò equivale a circa 1.325 t CO₂e all'anno (con GWP₂₀ = 84 – circa 3.970 t CO₂e). Dal punto di vista energetico: 660 MWh all'anno (10 kWh/m³), e con un prezzo ipotizzato di 200 zł/MWh – 132.000 zł di ricavi persi. Se il 70% di queste perdite proviene da una valvola non a tenuta e da un serbatoio aperto, la loro riparazione riduce le perdite a circa lo 0,9% e consente un risparmio di circa 92.000 zł all'anno. La convenienza di tale intervento deve essere valutata caso per caso, confrontando il costo della copertura del serbatoio e della sostituzione della valvola con il valore delle perdite evitate.

Come ridurre le emissioni

1. Copertura a tenuta dei serbatoi di digestato e collegamento al sistema di raccolta del gas.
2. Torcia di emergenza e serbatoio di gas capiente, per evitare sfiati.
3. Ispezioni e LDAR: rilevamento regolare delle perdite con rilevatore o telecamera ottica e loro riparazione.
4. Ossidazione catalitica del metano nei fumi CHP laddove i valori sono elevati.
5. Post-combustione dell'off-gas dall'upgrading.
6. Procedure di esercizio: avviamenti, fermate, sostituzioni dei filtri, in modo da limitare gli sfiati.
7. Formazione del personale e controllo della qualità delle riparazioni.

Impatto sul bilancio GHG

Le perdite di metano rientrano nel bilancio delle emissioni del biometano o dell'energia da biogas e possono determinare il rispetto della soglia di riduzione prevista da RED. Piccole perdite (frazioni di punto percentuale) di solito non influenzano la valutazione, ma perdite di alcuni punti percentuali possono ridurre sensibilmente la riduzione. Per questo motivo, i produttori documentano sempre più spesso le perdite tramite misurazioni.

Ruolo della progettazione e del collaudo dell'impianto

La maggior parte dei problemi di perdite può essere mitigata in fase di progettazione: dimensioni adeguate del serbatoio di gas, torcia con capacità sufficiente, valvole con possibilità di deviazione verso la torcia anziché in atmosfera, coperture a tenuta e accesso ai punti di controllo. Al collaudo dell'impianto, è opportuno richiedere test di tenuta e ispezioni con telecamera ottica, e prevedere controlli regolari nel contratto di manutenzione. Una misurazione iniziale delle perdite dopo l'avviamento costituisce un punto di riferimento per i confronti successivi.

Perché le misurazioni sono convenienti

Gli impianti che misurano le perdite di solito le riducono – la conoscenza dei punti di fuoriuscita del metano consente di stabilire le priorità di intervento. Inoltre, una documentazione affidabile migliora la posizione in fase di certificazione e nelle trattative con la banca o l'acquirente del gas.

Sintesi

Le emissioni di metano dagli impianti di biogas rappresentano un problema tecnico che può essere significativamente ridotto con piccoli investimenti e buone pratiche. La strategia migliore consiste nel combinare una costruzione a tenuta, misurazioni sistematiche e riparazioni tempestive.