Paglia di riso e letame negli studi giapponesi: BMP, codigestione e inoculo

La paglia di riso è uno dei principali rifiuti agricoli in Giappone e il suo utilizzo energetico è oggetto di studio da anni. Di seguito, tre lavori realizzati in decenni diversi: misurazioni del potenziale metanigeno del 1999, uno studio sulla codigestione del riso foraggero del 2012 e una codigestione termofila in fase solida del 2022.

BMP del 1999: letame, paglia e scarti di macellazione

Katou e Noike (Journal of the Japan Society of Waste Management Experts, 1999) hanno studiato la digestione anaerobica di rifiuti agricoli e zootecnici. La resa di metano (Nml CH₄/g SV) è stata: letame suino 236, letame bovino 158, letame avicolo 320, visceri suini 705, paglia di riso 264 e sansa di arance 536. Gli autori hanno rilevato che la paglia di riso e la sansa di arance sono particolarmente adatte al recupero energetico nella stagione invernale. In uno studio di caso su un impianto di biogas che trattava letame suino (da 35.000 capi; nell’abstract «35,000 heads/d»), letame bovino (da 1.500 capi; «1,500 heads/d»), visceri suini (4,2 t al giorno) e sansa di arance (30 t al giorno), la produzione totale di metano ammontava a 8.400 Nm³ al giorno, di cui 6.400 Nm³ al giorno costituivano l’eccedenza, utilizzabile senza riscaldamento del processo. I residui erano rappresentati da surnatante (300 m³ al giorno) e digestato disidratato (60 t al giorno); il surnatante richiedeva un ulteriore trattamento (nitrificazione e denitrificazione) a causa dell’elevata concentrazione di ammoniaca, ma, una volta parzialmente utilizzato, si è rivelato un efficace fertilizzante liquido, mentre il digestato è risultato anch’esso un utile fertilizzante.

Riso foraggero fertilizzato con deiezioni (2012)

Zhou, Iino, Nakashimada e Hosomi (Water Science & Technology 66(2), 2012) hanno studiato in campi di riso in Giappone tre varietà di riso foraggero, fertilizzate con liquame bovino; la fertilizzazione con deiezioni può ridurre il fabbisogno di fertilizzanti minerali e la paglia è adatta alla produzione di biogas. Il potenziale metanigeno totale della varietà Leafstar era superiore rispetto alle altre, e la sua fase di latenza (lag) significativamente più breve. La codigestione dei residui della fermentazione alcolica con la paglia di Leafstar ha evidenziato che la concentrazione di N-NH₄⁺ diminuisce all’aumentare del rapporto C/N, e il potenziale metanigeno della miscela era superiore rispetto ai residui alcolici o alla paglia utilizzati singolarmente. Gli autori hanno considerato Leafstar una varietà promettente per i sistemi di riciclo delle risorse agricole.

Rifiuti alimentari, paglia e lolla di riso (2022)

Shimizu e coautori (Journal of Material Cycles and Waste Management 24(6), 2022) hanno condotto una codigestione in fase solida di rifiuti alimentari (FW) in digestori termofili. L’inibizione da ammoniaca è stata limitata mediante l’aggiunta di paglia di riso stagionale (RS) e lolla di riso disponibile tutto l’anno (RH), mentre la degradazione della biomassa lignocellulosica è stata accelerata con l’aggiunta di contenuto ruminale bovino come fonte di microrganismi. Con i soli rifiuti di ristorazione (C/N medio = 13), l’accumulo di ammoniaca riduceva la produzione di metano. Il metano veniva prodotto stabilmente quando RS e RH erano miscelate con FW in un rapporto di sostanza secca RS e RH su FW pari a 2,0 (30–40 % SS, carico di 5,08 kg SV/m³·d). Le rese di metano sono state: FW 0,573 m³/kg SV, RS 0,259 m³/kg SV (simile al BMP di questi substrati) e RH 0,115 m³/kg SV (superiore al BMP). Nel digestato dominavano i metanogeni idrogenotrofici Methanoculleus e Methanothermobacter.

Come leggere con cautela i dati numerici

• I valori provenienti da lavori diversi variano per metodo (BMP vs. test in reattore), inoculo, temperatura e unità di misura (mL/g SV vs. m³/kg SV).
• Conversioni: 0,259 m³/kg SV corrisponde a 259 mL/g SV, ovvero molto vicino al risultato di 264 della ricerca del 1999 per la paglia di riso.
• La bassa resa del letame bovino (158) rispetto alla paglia (264) e ai rifiuti alimentari (573 in reattore) suggerisce che, in una miscela, il letame contribuisca in modo moderato alla produzione di metano piuttosto che esserne la fonte principale; il suo eventuale ruolo stabilizzante e come fonte di microflora deve essere confermato separatamente.

Conclusioni per la pratica

1. La paglia di riso è un substrato con BMP moderato (circa 260 mL/g SV in entrambi gli studi), che si combina bene con substrati ricchi di azoto.
2. La codigestione migliora il bilancio C/N e limita l’inibizione da ammoniaca (2012 e 2022).
3. Nella pianificazione di investimenti, è necessario basarsi su propri test BMP di campioni provenienti dall’azienda agricola specifica, mentre la letteratura serve a definire un intervallo di riferimento.