Vinassa e torta di filtro: perché le raffinerie brasiliane collegano biogas e concimazione dei campi

La vinassa e la torta di filtro sono due flussi di scarto dell'industria brasiliana dello zucchero e dell'etanolo, che tradizionalmente vengono restituiti ai campi di canna da zucchero come concime, ma che attualmente sono sempre più spesso utilizzati anche come materia prima per il biogas. La digestione anaerobica recupera da essi parte dell'energia sotto forma di metano, mentre i nutrienti fertilizzanti, in particolare potassio, azoto e fosforo, rimangono in gran parte nel digestato e possono continuare a essere utilizzati in campo.

Da dove provengono questi materiali

La vinassa (in portoghese vinhaça) è il residuo liquido della distillazione del mosto fermentato e viene prodotta in quantità molte volte superiori rispetto all'etanolo – secondo uno studio pubblicato sul Brazilian Journal of Microbiology, per ogni litro di etanolo da canna da zucchero si ottengono 8–18 litri di vinassa, che esce dalla colonna di distillazione a una temperatura di circa 90 °C, con un pH di 3–4 e composta per il 94–97% da acqua. La torta di filtro (torta de filtro) è il sedimento solido derivante dalla filtrazione del succo di canna. Flussi aggiuntivi sono la bagassa (residui fibrosi dopo l'estrazione del succo) e la paglia, utilizzati principalmente per scopi energetici o come materiale ausiliario.

Tradizionalmente: fertirrigazione

In Brasile, la vinassa viene distribuita sui campi di canna da zucchero come concime liquido (fertirrigazione), fornendo alle piante potassio e altri nutrienti, oltre all'acqua. Questa pratica presenta tuttavia dei limiti: i grandi volumi comportano costi elevati di trasporto e un uso eccessivo può portare alla salinizzazione del suolo o alla lisciviazione dei nutrienti nelle acque.

Cosa aggiunge il biogas

La digestione anaerobica consente di convertire parte della materia organica contenuta nella vinassa in biogas. Studi di laboratorio e pilota mostrano rese variabili: in una ricerca sui residui della canna da zucchero (vinassa, torta di filtro, bagassa, paglia), le rese di metano variavano da 5 a 181 Nm³ per tonnellata di massa fresca, mentre nei reattori UASB alimentati con vinassa le rese massime sono state di 0,181 e 0,185 L CH₄ per grammo di COD rimosso. Le differenze derivano dalle diverse proprietà dei materiali e dalle modalità di conduzione del processo.

Digestato: cosa cambia

La digestione anaerobica non rimuove il potassio e la maggior parte dei componenti minerali, ma trasforma parzialmente l'azoto organico in forme più facilmente assimilabili dalle piante. Il digestato mantiene quindi il suo valore fertilizzante. Si aggiungono inoltre una minore emissione di odori e un carico organico inferiore immesso nei campi. Cambia anche la natura del materiale: il digestato richiede la gestione del pH e lo stoccaggio, mentre il dosaggio deve essere adattato alle esigenze delle colture, evitando di superare le quantità raccomandate di potassio.

Esempio industriale

Raízen ha avviato nel 2020 a Guariba (SP), presso lo stabilimento Bonfim, un impianto di biogas da 21 MW alimentato con vinassa e torta di filtro.

Come si affronta la diluizione

La vinassa ha una bassa concentrazione di sostanza secca, quindi i reattori devono essere di grandi dimensioni e il carico organico deve essere distribuito su un volume adeguato. Si utilizzano reattori con elevata capacità di ritenzione della biomassa, come gli UASB, che permettono di trattare liquidi a basso contenuto di solidi con un breve tempo di ritenzione idraulica (HRT). La torta di filtro, essendo un materiale solido, richiede un approccio diverso: miscelazione o codigestione con un liquido per evitare problemi di pompaggio.

Bilancio dei nutrienti

Nella progettazione dello smaltimento del digestato, è necessario considerare che il potassio rimane interamente nel materiale. La dose viene stabilita in base al contenuto di potassio nella vinassa e alle esigenze delle colture, non al contenuto di azoto. Il piano di fertilizzazione deve quindi basarsi su analisi chimiche del digestato, eseguite regolarmente a causa della variabilità della materia prima.

Ruolo nella campagna della canna da zucchero

La maggior parte degli impianti opera in modo stagionale, quindi l'impianto di biogas presso la raffineria deve essere progettato per gestire i periodi di fermo: può immagazzinare la vinassa, trattare altri substrati o accettare periodi di inattività. Da ciò dipendono la redditività dell'investimento e l'utilizzo della capacità.

In pratica, ciò significa la necessità di concordare in anticipo cosa accade alla vinassa al di fuori della campagna: se viene stoccata in serbatoi, se viene inviata direttamente ai campi, e se l'impianto di biogas dispone di substrati aggiuntivi (ad esempio, scarti di distilleria o altri flussi agricoli) che consentano di mantenere la produzione di gas durante tutto l'anno. Ciò influisce direttamente sulla scelta delle dimensioni del reattore e dei serbatoi di stoccaggio.

Sfide

• Stagionalità — la lavorazione della canna da zucchero avviene solo per una parte dell'anno, quindi le forniture di vinassa sono discontinue.
• Grandi volumi e bassa concentrazione — richiedono reattori di grandi dimensioni o processi di concentrazione.
• Solfati — la vinassa contiene composti dello zolfo, il che aumenta il contenuto di acido solfidrico nel biogas.
• Logistica del digestato — la concimazione deve essere conforme ai requisiti ambientali.

Cosa significa per la Polonia e l'Europa

In Polonia, flussi analoghi sono la vinaccia delle distillerie e le polpe di barbabietola da zucchero. Le esperienze brasiliane dimostrano che l'industria di trasformazione può combinare la produzione di biogas con il riciclo dei nutrienti, se il sistema include sia l'impianto che un piano agronomico per il digestato.