Stabilità dell'alimentazione dell'impianto di biogas: perché la somma giornaliera del carico non è sufficiente

La somma giornaliera del carico non è sufficiente per valutare la stabilità del digestore, poiché la reazione biologica dipende anche dalla distribuzione delle dosi nel tempo e dalla composizione e sostanza secca del materiale; la guida EPA AgSTAR afferma chiaramente che il mantenimento di un ecosistema stabile di microrganismi richiede un programma regolare di aggiunta dei rifiuti e una variabilità minima delle loro caratteristiche fisiche e chimiche. La media giornaliera "sembra buona", eppure nel digestore può verificarsi un picco di acidi. Di seguito spieghiamo perché e cosa comporta per la gestione dell'impianto.

Cosa afferma la guida EPA

La guida AgSTAR per gli operatori (novembre 2020), nel capitolo sull'alimentazione continua (4.1), sottolinea tre aspetti. In primo luogo, i rifiuti devono essere aggiunti secondo un programma regolare e nel volume di progetto, per mantenere il tempo di ritenzione idraulica (HRT) di progetto. In secondo luogo, è necessario limitare la variabilità della sostanza secca (SS) e della sostanza organica (SV), affinché il carico organico (OLR) rimanga costante. In terzo luogo, nella codigestione, i diversi rifiuti devono essere aggiunti contemporaneamente, in proporzioni costanti e preferibilmente miscelati prima dell'immissione nel digestore. La guida osserva che un'alimentazione incoerente, derivante ad esempio dalla mancanza di spazio in magazzino, dalle scadenze delle consegne, dai tipi di substrati e dalla velocità della loro degradazione, può causare grandi oscillazioni nella produzione di biogas; lo illustra con dati provenienti da una fattoria, dove, dopo l'aggiunta di substrati al letame con un'alimentazione incoerente, la produzione di biogas era chiaramente più elevata, ma anche significativamente più variabile rispetto al periodo senza substrati.

Gli impianti operano solitamente in modalità continua (flusso costante per 24 ore) oppure, più frequentemente, semicontinua: i rifiuti vengono aggiunti una o più volte al giorno a intervalli regolari.

Perché conta la distribuzione nel tempo

Consideriamo un esempio ipotetico (numeri solo illustrativi). Un digestore ha una capacità di 3000 m³ e il carico giornaliero è di 6 t SV, ovvero 2 kg SV/(m³·d). Se la dose viene somministrata in sei porzioni da 1 t SV ciascuna, ognuna aumenta il contenuto istantaneo di SV di circa 0,33 kg/m³. Se l'intera dose viene immessa in una sola volta, il picco è di circa 2 kg/m³, cioè sei volte di più, sebbene la somma giornaliera sia identica. Un materiale facilmente degradabile (ad esempio, scarti di produzione con zuccheri) subisce rapidamente l'acidogenesi, mentre i metanogeni crescono più lentamente, quindi un eccesso momentaneo di acidi non viene immediatamente consumato. La guida EPA spiega questo meccanismo: un picco di OLR consente ai batteri acidogeni di superare il tasso di crescita dei metanogeni, abbassando il pH; in casi estremi, ciò può portare alla formazione di schiuma e alla morte dei metanogeni, rendendo necessario svuotare e riavviare il digestore. Questo meccanismo è descritto anche nel post Acidificazione del digestore: diagnosi e intervento].

Allo stesso modo, un cambiamento stagionale nella composizione del materiale può non essere visibile solo dal peso delle consegne. L'insilato di un diverso taglio o una partita più umida di liquame hanno una sostanza secca e un contenuto di SV diversi, quindi lo stesso numero di tonnellate comporta un carico differente. La misurazione attuale di SS e SV aiuta a comprendere il cambiamento, mentre per la logistica si rimanda a Stoccaggio degli insilati nell'impianto di biogas].

Quali segnali di allarme indica l'EPA

• Diminuzione del contenuto di CH₄ nel biogas è il primo indicatore; è meglio misurarlo con un analizzatore in continuo.
• Diminuzione dell'alcalinità segnala un disturbo prima del pH, che varia più lentamente; un indicatore è anche l'aumento degli LKT e del loro rapporto con l'alcalinità.
• Il pH nei reflui (normalmente 7,0–8,0 in un digestore funzionante correttamente) è un indicatore ritardato.
• Aumento della percentuale di CO₂ nel biogas, anche graduale, indica una perdita di stabilità del processo.
• Diminuzione della produzione di biogas suggerisce che non vengono mantenuti i parametri di progetto oppure che nel digestore è stata introdotta una sostanza tossica.

Gli indicatori di titolazione sono trattati nel post FOS/TAC: come misurare e interpretare], mentre il profilo degli acidi è discusso in Acidi grassi volatili (LKT) nell'impianto di biogas].

Come tenere le registrazioni

La guida raccomanda, in caso di codigestione, di tenere una documentazione dettagliata: registrare ogni fonte di rifiuti, data e ora della consegna e del volume, misurazione del pH e, preferibilmente, conservare un campione rappresentativo di ogni consegna per eventuali analisi di tossicità, fisiche e chimiche. Per i rifiuti provenienti dall'esterno, si eseguono regolarmente test di tossicità; fonti di inibitori nei rifiuti dell'industria alimentare possono essere detergenti e disinfettanti, ad esempio composti del cloro e ammoniaca. In pratica, sono utili:

1. la registrazione dell'ora di ogni dose (non solo la somma giornaliera),
2. la SS e i SV di ogni partita o cambiamento di composizione,
3. il collegamento della consegna con la partita nella registrazione del digestore,
4. il controllo giornaliero dei flussi e dei carichi e la verifica del funzionamento delle pompe (ad esempio, misurando lo svuotamento del serbatoio di alimentazione durante il ciclo di dosaggio).

Dati accurati permettono di correlare le oscillazioni della produzione con un evento specifico nell'alimentazione. Gli indicatori per l'uso quotidiano sono descritti nel post KPI dell'impianto di biogas], mentre la miscela di substrati è trattata in Codigestione: pianificazione della miscela di substrati]. I nuovi materiali vanno valutati anche in termini di stoccaggio e omogeneizzazione, e il piano di alimentazione va adattato alla tecnologia e all'esperienza dell'impianto specifico.