Innovazioni negli impianti di biogas che escono dai laboratori: maturità tecnologica secondo la scala TRL

Intorno agli impianti di biogas emergono numerose idee, da quelle realistiche a quelle di marketing. Per orientarsi, un criterio utile è la maturità tecnologica, espressa sulla scala TRL (Technology Readiness Level). Il livello 1 corrisponde all’osservazione dei principi di base, 2–3 alla formulazione del concetto e alla sua prima validazione, 4 alla validazione in laboratorio, 5–6 alla validazione e dimostrazione in un ambiente simile a quello reale, 7 al prototipo in condizioni operative, 8 a un sistema completo e qualificato, e 9 a un sistema collaudato in esercizio (secondo la scala riportata nell’allegato al programma Horizon). Per ogni innovazione di seguito viene fornita una valutazione orientativa della redazione. Si tratta di una stima approssimativa; per un progetto specifico, è necessario confermarla con riferimenti provenienti da impianti operativi. Le innovazioni qui presentate perseguono lo stesso obiettivo dell’intera serie: un utilizzo più completo delle risorse locali e una minore dipendenza dai combustibili fossili e dai fertilizzanti minerali.

CO₂ dal biogas: da scarto a prodotto

Il biogas contiene solitamente circa il 35–45% di CO₂ (a seconda del substrato e del processo), che, dopo l’upgrading, costituisce un flusso separato e molto puro. Può essere rilasciato, liquefatto e venduto all’industria alimentare o come ghiaccio secco, utilizzato nelle serre o, in futuro, combinato con l’idrogeno per produrre combustibili sintetici o stoccato. La liquefazione della CO₂ è già operativa commercialmente in alcuni impianti in Europa e Nord America, quindi la valutazione è TRL 8–9. I limiti sono rappresentati dalla scala, dalla purezza richiesta dal cliente e dalla logistica. Si veda CO₂ biogenico dagli impianti di biometano: applicazioni]. Lo stoccaggio della CO₂ biogenica (BECCS) si trova in una fase precedente, intorno a TRL 6–7, come descritto nel testo BECCS e stoccaggio della CO₂ biogenica].

Metanazione e power-to-gas

La metanazione combina la CO₂ con l’idrogeno per produrre metano. La via catalitica è nota nell’industria, mentre quella biologica utilizza archei idrogenotrofici in un reattore separato (ex situ) o nel digestore (in situ, con il rischio di aumento del pH). La metanazione catalitica ha le prime installazioni dimostrative e commerciali, TRL 7–9; quella biologica opera in impianti dimostrativi, TRL 6–8; la variante in situ rimane prevalentemente in fase di ricerca, TRL 4–6. Il limite chiave è di natura economica: l’efficienza dalla corrente elettrica al metano è nettamente inferiore al 100% (in letteratura si indica un intervallo orientativo del 50–80%, a seconda della tecnologia e del metodo di calcolo), quindi il costo dell’elettricità e il numero di ore di funzionamento dell’elettrolizzatore determinano il risultato. Ne parla l’articolo Metanazione e power-to-gas con CO₂ biogenica], mentre sull’idrogeno si veda anche l’analisi Bioidrogeno in modo realistico].

Controllo digitale del processo

I modelli di processo (ad esempio basati su ADM1), il machine learning e i digital twin servono a prevedere la produzione di gas, ottimizzare il dosaggio del substrato, rilevare disturbi e gestire il funzionamento della cogenerazione (CHP) in base ai segnali di mercato. Sono già utilizzati negli impianti, TRL 6–8, ma la qualità del risultato dipende dai sensori, dalla calibrazione e dalla disciplina dei dati. È onesto precisare che i valori di guadagno riportati in letteratura variano in un ampio intervallo e dipendono dal punto di partenza, mentre l’aggiunta di “AI” nella descrizione di un prodotto non garantisce l’efficacia. Un buon criterio è chiedere referenze misurabili: quanto è aumentata la stabilità del processo e quale effetto ha avuto con un dato substrato. Gli indicatori di base del processo (pH, FOS/TAC, composizione del gas) rimangono fondamentali; un sistema digitale può solo sfruttarli meglio.\n

Nuove materie prime e frazioni

• Larve di Hermetia (BSF) trasformano i rifiuti alimentari in proteine e grassi: TRL 8–9 per i rifiuti alimentari, mentre per il digestato gli studi mostrano una scarsa crescita delle larve, quindi oggi non rappresenta un modello di business (TRL 3–4). La normativa sui mangimi ne limita l’applicazione.
• Microalghe su CO₂ e digestato (post-trattamento delle acque, biomassa): TRL 4–6, limitate dalla luce in inverno e dai costi.
• Acidi grassi volatili come piattaforma: PHA (biopolimero) TRL 6–7, chain elongation verso l’acido caproico TRL 5–6.
• Codigestione di grassi e glicerolo: TRL 8–9 per il processo in sé, ma richiede l’adattamento della microflora e il controllo del dosaggio.

Digestato e biochar

La pirolisi della frazione solida del digestato produce biochar, mentre il calore può essere utilizzato per l’essiccazione. La tecnologia della pirolisi è matura (TRL 8–9), mentre le applicazioni del biochar nel suolo richiedono la conferma della qualità e dello status giuridico. Il biochar come additivo nel reattore (miglioramento della stabilità, legame dell’ammoniaca e dell’H₂S) mostra benefici in studi di laboratorio, ma i dati su scala reale sono limitati: TRL 4–5. Il recupero dei nutrienti dal digestato (stripping, struvite) è maturo, TRL 8–9; ne abbiamo parlato nel testo Digestato e recupero dei nutrienti in alternativa a parte dei fertilizzanti chimici].

Come valutare un’innovazione

1. Chieda informazioni su impianti di riferimento di scala simile alla Sua e sul loro periodo di funzionamento.
2. Verifichi il bilancio energetico e delle sostanze, non solo l’efficienza dichiarata.
3. Confronti con una soluzione più semplice: un miglioramento convenzionale non potrebbe dare un effetto simile?
4. Verifichi lo status giuridico del prodotto (rifiuto, sottoprodotto, fertilizzante).
5. Calcoli uno scenario prudenziale, senza ipotizzare prezzi stabili dell’energia.

Perché è importante per l’indipendenza

Le innovazioni non sono un fine in sé. Ciascuna di esse ha senso quando consente di sfruttare meglio una risorsa nazionale o di sostituire le importazioni. La CO₂, invece di essere rilasciata, diventa un prodotto; il digestato sostituisce il fertilizzante, e un controllo migliore restituisce più energia dall’impianto. In questo modo, la tecnologia serve la direzione descritta nella serie sin dal suo inizio: L’indipendenza energetica inizia a livello locale]. Su come valorizzare i flussi di rifiuti, si veda il testo Il futuro della gestione dei rifiuti organici].