Energia dai rifiuti organici: come stimare il potenziale di biogas dai bio-rifiuti

L’energia dai bio-rifiuti si stima attraverso una catena di calcoli: massa dei rifiuti × contenuto di sostanza secca (SS) × contenuto di solidi volatili (SV) × potenziale metanigeno (BMP) × potere calorifico del metano × efficienza di conversione; per rifiuti con una resa di 100 m³ CH₄ per tonnellata, ciò corrisponde a circa 1000 kWh di energia chimica, ovvero circa 380–420 kWh di energia elettrica in cogenerazione. Si tratta di un ordine di grandezza che consente una valutazione rapida del progetto, ma non sostituisce le analisi di laboratorio.

Passo dopo passo

1. Massa dei rifiuti in tonnellate all’anno (massa fresca).
2. SS e SV: conversione in massa di sostanza secca organica. Esempio: 25% SS e 90% SV danno 0,225 t SV per tonnellata di massa fresca.
3. BMP: resa di metano per unità di SV; 1 NmL CH₄/g SV equivale a 1 m³ CH₄ per tonnellata di SV. Con un BMP di 450 NmL/g SV, da una tonnellata di massa fresca si ottengono circa 101 m³ CH₄ (0,225 t SV × 450 m³/t SV).
4. Energia chimica: il potere calorifico del metano è di circa 35,8 MJ/m³, ovvero circa 10 kWh/m³. Per tonnellata: circa 1000 kWh.
5. Efficienza della cogenerazione: elettrica circa 38–42%, termica ulteriori decine di percento. Per tonnellata: circa 380–420 kWh di energia elettrica.

Il valore di circa 50–55 MJ, menzionato nel testo originale, corrisponde al potere calorifico del metano per chilogrammo, non per metro cubo (la densità del metano è di circa 0,66–0,72 kg/m³).

Esempio per 1 milione di tonnellate di rifiuti

Ipotizziamo 1 milione di tonnellate di rifiuti con una resa di 100 m³ CH₄ per tonnellata. Ciò equivale a 100 milioni di m³ di metano, ovvero circa 3,6 PJ (circa 1000 GWh) di energia chimica, e con un’efficienza elettrica del 40% circa 400 GWh di energia elettrica all’anno. Su scala nazionale, anche se fosse possibile trattare l’intera quantità di rifiuti organici (dell’ordine di alcuni–una decina di milioni di tonnellate, a seconda della definizione), si otterrebbero al massimo pochi TWh, ovvero una frazione della produzione nazionale di energia elettrica, e non «128 TWh». Il biogas è quindi una fonte energetica importante, ma limitata.

Fattori che influenzano la resa effettiva

• Composizione dei rifiuti: i grassi producono molto più biogas dei carboidrati, ma possono inibire facilmente il processo in eccesso.
• Umidità: una massa troppo secca o troppo umida rende difficile il pompaggio e il mescolamento.
• Temperatura: il processo termofilo è più rapido, ma richiede più energia termica.
• Tempo di ritenzione idraulica e carico del digestore (OLR).
• Inibitori: ammoniaca, metalli pesanti, antibiotici.
• Impurità nei rifiuti urbani (imballaggi) e perdite nella raccolta.

Dal potenziale al progetto

Il potenziale teorico rappresenta un limite superiore. Un progetto richiede: una raccolta stabilizzata, l’analisi di SS e SV, il test BMP, il bilancio termico e un piano di gestione del digestato. Gli studi BMP presenti in letteratura sono raccolti in Studi BMP, mentre la metodologia è descritta nel post Che cos’è il test BMP.

Confronto con altre fonti

Il biogas ha il vantaggio della disponibilità: l’impianto può funzionare 24 ore su 24, indipendentemente dalle condizioni meteorologiche, a differenza dell’eolico e del fotovoltaico. Tuttavia, la sua scala è limitata dalla quantità di substrati disponibili. Confronto tra tecnologie di trattamento dei rifiuti: Energia dai rifiuti: digestione anaerobica, combustione, pirolisi e biogas da discarica.

Come calcolare con precisione nella pratica

Per un impianto specifico, è meglio partire dai dati propri piuttosto che da indicatori generali: pesatura delle forniture, SS e SV da analisi di laboratorio e BMP da test. Nei calcoli è opportuno considerare le perdite (ad esempio, nello stoccaggio), il consumo energetico proprio dell’impianto (miscelazione, pompe, riscaldamento del digestore) e la disponibilità annuale (solitamente significativamente inferiore al 100% del tempo). Ciò consente di ottenere l’energia netta, non lorda, e di valutare realisticamente il ritorno sull’investimento. Ad esempio, l’energia elettrica lorda dalla cogenerazione viene ridotta dell’energia necessaria per il funzionamento stesso dell’impianto di biogas.

Sintesi

Le stime del potenziale energetico dei rifiuti organici sono utili per una valutazione preliminare, ma solo se il calcolo è trasparente e tiene conto delle perdite. Confronta sempre le ipotesi (SS, SV, BMP, efficienza) con i risultati e verifica l’ordine di grandezza, confrontandolo con il proprio impianto o con i dati della letteratura. Un errore di un ordine di grandezza, come nella versione originale di questo articolo, può cambiare completamente la conclusione dell’investimento.