Paglia di riso e liquame suino: il pretrattamento biologico con microflora cellulolitica raggiunge 342 mL CH₄/g SV

Un team dell'Università Agraria di Jiangxi (Nanchang, Cina) ha dimostrato che un breve pretrattamento biologico di una miscela di paglia di riso e liquame suino con microflora cellulolitica aumenta la resa di metano di circa il 45%. Nel campione pretrattato, la resa cumulativa è stata di 342,35 mL CH₄/g SV, mentre nel controllo di 236,03 mL/g SV. Lo studio è stato pubblicato su Frontiers in Bioengineering and Biotechnology (volume 8, 2020; pubblicazione online il 4 febbraio 2021).

Come è stato progettato l'esperimento

La miscela di paglia di riso (51,15 g) e liquame suino (47,85 g) è stata dosata per ottenere un rapporto C/N pari a 30:1, considerato ottimale per la digestione anaerobica. Il pretrattamento biologico è stato condotto con il 10% (v/v) di microflora cellulolitica a 55 °C, senza miscelazione, per 30 ore a pH 7,6. Successivamente, la digestione anaerobica è stata eseguita in nove reattori da 9 L ciascuno (tre per il campione pretrattato, tre per il controllo e tre per il bianco con solo fango), in condizioni mesofile (35 ± 0,5 °C) per 15–20 giorni, con agitazione a 30 giri/min. Il carico massimo è stato di 2,5 kg COD/(m³·d). Il metano è stato misurato mediante il metodo dello spostamento d'acqua, dopo la rimozione di CO₂ e H₂S con una soluzione di NaOH.

Risultati

Oltre alla resa cumulativa, gli autori hanno adattato modelli cinetici: il modello di Gompertz modificato ha fornito un M_max di 350,79 mL/g SV per il campione pretrattato e 241,82 per il controllo; il modello del primo ordine rispettivamente 321,78 e 231,13. La velocità massima di produzione di metano è aumentata da 24,60 a 45,36 mL/(g SV·d), mentre la fase di latenza si è ridotta da 2,43 a 1,79 giorni. La costante di idrolisi (k) è aumentata da 0,26 a 0,46 d⁻¹, e il tempo per raggiungere il 90% della resa si è ridotto da 10,7 a 8,92 giorni. L'adattamento del modello di Gompertz ha mostrato un R² di 0,996–0,997, mentre quello del modello del primo ordine di 0,966–0,973.

Perché è rilevante per il BMP

Il risultato di 342 mL CH₄/g SV si riferisce alla miscela paglia-liquame dopo il pretrattamento, non alla paglia di riso pura. Non è quindi adatto per essere inserito come BMP della paglia di riso, ma rappresenta un valore per una composizione specifica. Allo stesso tempo, le costanti cinetiche sono preziose per i progettisti, poiché dimostrano che il pretrattamento riduce il tempo di ritenzione idraulica (HRT), non solo aumentando la resa finale.

Limitazioni

Il test è stato condotto su scala di laboratorio, con un solo tipo di inoculo (300 g di fango anaerobico). Il trasferimento dei risultati su scala industriale richiede una verifica energetica (riscaldamento a 55 °C per 30 ore) e dei costi di mantenimento delle colture microbiche; gli autori hanno presentato un proprio bilancio energetico, i cui valori nel testo originale non sono coerenti e pertanto non vengono riportati.

Cosa significa per la Polonia/l'Europa

La codigestione di paglia e liquame suino è fattibile anche nelle condizioni polacche, ma la maggior parte degli studi indica che metodi più semplici — come la triturazione, un'alimentazione stabile e l'adeguamento del tempo di ritenzione — offrono buoni risultati a costi inferiori. Lo studio cinese rappresenta un esempio di ricerca sulle tecniche biologiche di idrolisi.