Misura delle emissioni di metano da impianti di biogas: gas tracciante, droni, telecamere OGI e satelliti

Le emissioni di metano da un impianto di biogas si misurano con diversi metodi complementari: con una telecamera ottica per l’imaging dei gas (OGI) si localizzano le perdite, con il metodo del gas tracciante e l’analisi del pennacchio si determina l’emissione totale dell’impianto, con droni dotati di analizzatori laser si controllano i punti difficilmente accessibili, mentre i satelliti rilevano soltanto le perdite maggiori. La scelta del metodo dipende dallo scopo: se si vuole conoscere la perdita complessiva di metano o trovare perdite specifiche. Un risultato attendibile richiede la definizione dei confini della misura, condizioni meteorologiche adeguate e la valutazione dell’incertezza.

Metodi di localizzazione (fonti puntuali)

1. Telecamera OGI – visualizza la nube di metano nell’infrarosso; consente di controllare rapidamente valvole, coperture a membrana, flange. Richiede un operatore qualificato e buone condizioni (vento, contrasto di temperatura), mentre i valori quantitativi sono difficili da ottenere.
2. Rilevatori portatili – misurano la concentrazione alla fonte; la versione in esecuzione Ex è richiesta nelle zone a rischio di esplosione.
3. Soluzione schiumogena – semplice prova dei raccordi.
4. Droni con analizzatori – consentono la misura sopra serbatoi e coperture, anche in punti difficilmente accessibili.

Metodi quantitativi (emissione totale)

1. Metodo del gas tracciante – in prossimità dell’impianto si rilascia un flusso noto di gas (ad es. acetilene o N₂O) e analizzatori mobili misurano le concentrazioni di tale gas e del metano nel pennacchio a valle dell’impianto. Il rapporto delle concentrazioni moltiplicato per il flusso noto dà l’emissione di metano. Il metodo è ampiamente utilizzato nelle campagne di misura in Europa; la sua incertezza dipende dalle condizioni e dal numero di passaggi.
2. Modellazione inversa della dispersione – analizzatori laser su linea o stazionari e dati sul vento servono a calcolare il flusso della fonte con un modello di dispersione dei gas.
3. Metodi di bilancio – confronto tra la quantità di biogas prodotta e quella utilizzata e stima delle perdite; metodo impreciso per piccole perdite, ma semplice.
4. Misure in camere e serbatoi – camere di misura, analisi dalla superficie dei serbatoi aperti.

Satelliti e grandi scale

I sistemi satellitari rilevano grandi perdite, di norma da alcune decine ad alcune centinaia di kg di CH₄ all’ora (a seconda del sistema e delle condizioni). Un impianto con produzione di 2,2 milioni di m³ di metano all’anno, con una perdita dell’1%, perde 22.000 m³, cioè in media 2,75 m³/h ≈ 2 kg di CH₄/h (22.000 m³/anno × 0,717 kg/m³ ≈ 15,8 t/anno; 15,8 t/anno ÷ 8000 h ≈ 2 kg/h). Tali perdite sono almeno alcune decine di volte inferiori alla soglia di rilevabilità dei satelliti, quindi i satelliti servono a rilevare guasti e grandi emettitori, ma non a controllare le perdite tipiche di un impianto di biogas.

Incertezza e condizioni

Il risultato dipende da direzione e velocità del vento, stabilità dell’atmosfera, distanza, geometria dell’impianto (se tutte le fonti rientrano nel pennacchio), emissioni di strutture vicine (ad es. stalla, discarica), tempo di misura (le emissioni variano nel corso della giornata, ad es. dopo lo scarico) e operatività. Nei rapporti vanno indicati metodo, tempo, condizioni, incertezza e fonti considerate.

Esempio di calcolo con il metodo del gas tracciante

Ipotesi: è stato rilasciato acetilene come gas tracciante in quantità di 0,5 kg/h, cioè 500 g/h ÷ 26 g/mol ≈ 19,2 mol/h. Dopo l’integrazione dei passaggi attraverso il pennacchio il rapporto molare tra l’eccesso di CH₄ e l’eccesso di gas tracciante è 2,5. Flusso di metano: 2,5 × 19,2 ≈ 48 mol/h, cioè 48 × 16 g/mol ≈ 0,77 kg di CH₄/h. Con 8000 h sono circa 6,2 t all’anno, il che corrisponde a circa lo 0,4% della produzione di metano in un impianto da 2,2 milioni di m³ di CH₄ all’anno (circa 1580 t). I dati sono illustrativi; in pratica occorre considerare il fondo, i molteplici passaggi e l’incertezza.

Come pianificare una campagna

1. Definisca l’obiettivo (emissione totale o localizzazione).
2. Scelga il metodo e l’esecutore con esperienza nel biogas.
3. Stabilisca il periodo (alcuni giorni in diverse condizioni e fasi di funzionamento).
4. Prepari i dati dell’impianto (produzione, calendario di alimentazione e ritiro).
5. Dopo la misura esegua la localizzazione con la telecamera OGI e ripari le perdite.
6. Ripeta la misura dopo le riparazioni, per valutare l’effetto.

Interpretazione dei risultati

Il risultato della misura dell’emissione totale conviene riferirlo alla produzione di metano nel momento della misura, per ottenere un indice percentuale di perdita. Una singola misura può non essere rappresentativa, perché le emissioni variano nel corso della giornata e della stagione (ad es. più alte in estate dal digestato, più alte dopo eventi di emergenza). Perciò si raccomandano alcune campagne all’anno oppure la combinazione delle misure con un monitoraggio continuo della tenuta. Nel confrontare i risultati con altri impianti, verifichi che sia stato usato lo stesso metodo e la stessa definizione dei confini dell’impianto.

Conclusioni

Le misure delle emissioni di metano sono sempre più importanti dal punto di vista normativo e della certificazione. È meglio combinare i metodi quantitativi e di localizzazione e considerare i risultati un punto di partenza per le azioni correttive.