Lagune coperte per liquami negli USA: funzionamento del tipo più diffuso di impianto di biogas agricolo

La laguna coperta per fermentazione è un bacino interrato per liquame, coperto da una membrana ermetica, solitamente elastica, sotto la quale, in condizioni anaerobiche, si forma biogas. Nel confronto EPA AgSTAR, questo è il tipo più diffuso di impianto di biogas agricolo negli allevamenti statunitensi: le lagune coperte (174 impianti) superano i reattori plug flow (107) e complete-mix (105), mentre le altre tecnologie — reattori con crosta di fango sospesa (5), sequenziali (3), a letto fisso (2) e altre — sono casi isolati. Secondo l’EPA, la laguna coperta è classificata come impianto a "standard-rate", poiché non è né riscaldata né miscelata.

Come funziona

Il liquame viene convogliato in una laguna profonda con fondo e sponde adeguatamente sagomati. La superficie è coperta da una geomembrana resistente, sotto la quale si accumula il biogas. Il gas viene convogliato tramite tubazioni verso un sistema di depurazione — dove si rimuove l’umidità e, se necessario, l’acido solfidrico — e successivamente verso una torcia, un motore di cogenerazione, una caldaia o un impianto di upgrading per ottenere biometano. La digestione anaerobica avviene a temperature vicine a quelle ambientali (solitamente nell’intervallo psicrofilo o nel range mesofilo inferiore), quindi la laguna non richiede riscaldamento, ma il tasso di produzione di biogas dipende dalla stagione.

Per quale tipo di liquame

Le lagune coperte sono adatte a liquami diluiti, come quelli ottenuti negli allevamenti con sistemi di lavaggio delle stalle con acqua. Per deiezioni più dense sono preferibili reattori complete-mix (miscelati e riscaldati) o plug flow; secondo il manuale AgSTAR, la digestione anaerobica convenzionale riguarda liquami con un contenuto di sostanza secca fino al 10–12%. La scelta del tipo di impianto dipende quindi dalla tecnologia di allevamento: maggiore è la quantità di acqua, più sensata risulta la laguna.

Vantaggi

• Basso costo di investimento — un bacino interrato con copertura è più economico di un reattore in calcestruzzo o acciaio dotato di miscelatori e riscaldamento.
• Semplicità di esercizio — meno dispositivi meccanici, meno guasti.
• Efficace riduzione del metano — la cattura del gas da un punto che, in un sistema tradizionale, sarebbe fonte di emissioni in atmosfera.

Limitazioni

• Sensibilità al clima — nelle zone fredde la digestione anaerobica rallenta o si arresta in inverno, quindi le lagune sono più diffuse nelle regioni più calde.
• Grande superficie e volume per unità di produzione di gas — un processo più lento richiede un tempo di ritenzione idraulica (HRT) più lungo.
• Sedimentazione delle frazioni solide — richiede pulizia periodica.
• Rischi per la tenuta — il danneggiamento della membrana (ad esempio a causa di vento, animali, tensioni) può portare a fughe di gas e rischio di incendio.

Confronto con complete-mix

Esercizio e sicurezza

Per la copertura della laguna sono fondamentali: un adeguato ancoraggio della membrana, il controllo del livello del liquame (le variazioni di volume sollevano o abbassano la copertura), lo smaltimento dell’acqua piovana dalla superficie della copertura e le misure per impedire l’ingresso di aria nello spazio del gas. Il biogas contiene metano, quindi l’impianto richiede zone a rischio di esplosione, un adeguato sistema di torcia di emergenza e procedure per la gestione di eventuali danni alla copertura. Inoltre, l’acido solfidrico è tossico e corrosivo, il che impone misurazioni e una scelta appropriata dei materiali nell’impianto del gas.

Ruolo nella riduzione delle emissioni

Per un allevamento dotato di una laguna aperta, la copertura con recupero del gas è uno dei metodi più semplici per ridurre le emissioni di metano, poiché non richiede la ristrutturazione del sistema di rimozione del liquame dalle strutture di allevamento. Tuttavia, la stessa digestione anaerobica nella laguna non risolve il problema dei componenti biogenici — il digestato contiene ancora azoto e fosforo, che devono essere gestiti secondo le norme sulla fertilizzazione.

Quando scegliere la laguna e quando un altro tipo

La decisione dovrebbe basarsi su tre domande: qual è il contenuto di sostanza secca nel liquame, qual è la temperatura ambientale durante l’anno e se il gas deve alimentare un sistema semplice (torcia, caldaia) o un sistema di upgrading più esigente. Le risposte "diluito, caldo, sistema semplice" depongono a favore della laguna; le risposte opposte, a favore di un reattore riscaldato.

Dove trovare i dati

L’EPA gestisce il database AgSTAR (Livestock Anaerobic Digester Database) con dati sugli impianti, mentre il manuale dell’operatore (AgSTAR Operator Guidebook) descrive le pratiche di esercizio degli impianti agricoli. I confronti tra i tipi di impianti presenti sui siti dell’EPA variano in base alla data e all’ambito, quindi quando si citano i dati è sempre necessario verificare lo stato attuale del database.

Cosa significa per la Polonia e l’Europa

In un clima temperato come quello polacco, le lagune coperte senza riscaldamento hanno un’applicazione limitata, e la maggior parte degli impianti agricoli sono reattori a serbatoio riscaldati. Tuttavia, l’idea di coprire i serbatoi di liquame e di catturare il biogas rimane una direzione importante per la riduzione delle emissioni di metano dai serbatoi di stoccaggio esistenti.