BIODIGESTER: A COSA SERVE, TIPOLOGIE, VANTAGGI, SVANTAGGI - AMBIENTE - 2024

Un biodigestore è un serbatoio chiuso dove vengono generati gas metano e fertilizzante organico dalla fermentazione anaerobica della materia organica. Il fondamento biologico è la decomposizione della materia organica per azione dei batteri attraverso idrolisi, acidificazione, acetanogenesi e metanogenesi.

Il biodigestore fornisce le condizioni controllate necessarie per il processo di biodigestione. Dopo questo processo, si ottengono biogas (metano, anidride carbonica, azoto e idrogeno solforato), biosol (fertilizzante solido) e biol (fertilizzante liquido) come prodotti finali.

Impianto biogas. Fonte: Renergon International AG

L'operazione di base parte dall'aggiunta di rifiuti organici e acqua ad un contenitore ermetico, in cui si genera il processo di fermentazione anaerobica. Il biogas viene quindi estratto per lo stoccaggio, l'uso diretto o come fertilizzante.

I tre tipi fondamentali di biodigestori in base al loro sistema di carico sono discontinui, semicontinui e continui. I biodigestori batch vengono caricati con rifiuti organici una sola volta in ogni processo produttivo, quindi il fertilizzante viene estratto per avviare un altro ciclo.

Quelli a carico semicontinuo, vengono caricati in periodi regolari estraendo la quantità di fertilizzante equivalente al volume caricato. I sistemi continui sono impianti industriali con un carico permanente di materia organica, nonché l'estrazione di biogas e fertilizzanti.

Tra i vantaggi dei biodigestori vi sono la corretta gestione dei rifiuti organici, il riciclaggio e la riduzione dei rischi ambientali. Inoltre, si producono energia (biogas) e fertilizzanti organici, che generano un valore economico e ambientale.

Vi sono però anche alcuni svantaggi come il consumo di acqua, la difficoltà di mantenere i livelli di temperatura ideali e la presenza di sostanze nocive (idrogeno solforato, silosseni). Evidenzia inoltre l'accumulo di materia prima in prossimità dell'area e rischi di esplosioni.

Puoi costruire un biodigestore casalingo relativamente economico e trattare i rifiuti organici della cucina. Ciò richiede solo un barile con un coperchio ermetico e alcuni materiali idraulici (tubi in PVC, rubinetti, tra gli altri).

Su scala più ampia, nelle case nelle zone rurali il sistema più economico e relativamente facile da costruire è la salsiccia. Questo sistema consiste fondamentalmente in un sacchetto di polietilene sigillato con i relativi collegamenti.

Cosa serve

- Trattamento e riciclaggio dei rifiuti organici

I biodigestori sono alternative tecnologiche molto utili dal punto di vista della gestione sostenibile dei rifiuti organici e della produzione di energia rinnovabile. Ad esempio, forniscono un'alternativa per il riciclaggio dei rifiuti organici solidi e liquidi, che vengono trasformati in materia prima per il biodigestore.

Il riciclaggio dei rifiuti organici in questo modo riduce il loro impatto inquinante e genera un risparmio nella sua gestione. I biodigestori sono utilizzati per il trattamento delle acque reflue, il trattamento dei rifiuti organici solidi urbani e i rifiuti agricoli e zootecnici.

- Produzione di biogas e biofertilizzanti

Il processo di digestione anaerobica genera biogas e fertilizzanti organici come prodotti.

Biogas

Il biogas contiene circa il 60% di gas metano che è un combustibile altamente calorico e può essere utilizzato per la produzione di energia. Può essere utilizzato per cucinare, generare energia elettrica (turbine a gas), spostare motori o riscaldare.

Concimi biologici

I biofertilizzanti derivanti da biodigestori si ottengono allo stato (biosol) e liquido (biol) con alti livelli di macro e micronutrienti. I macronutrienti di base (fosforo, azoto e potassio) possono essere ottenuti in isolamento dal biolo mediante processi di ultrafiltrazione e osmosi inversa.

Biol contiene quantità significative di ormoni della crescita utili per lo sviluppo delle piante come acido indolo-acetico, gibberelline e citochinine, tra gli altri.

Come funziona

Il biodigestore agisce generando un processo di biogassificazione tramite digestione anaerobica, dalla decomposizione della materia organica idrata e in assenza di aria. Ciò avviene attraverso un processo di fermentazione i cui prodotti principali sono il gas metano (CH4) e l'anidride carbonica (CO2).

- Caricamento del biodigestore e agitazione

Viene effettuato attraverso la vasca di carico, costituita da una vasca in cui si prepara la materia organica da aggiungere tramite il tubo di carico al biodigestore.

Lavorazione di materia organica e carico

Il biodigestore deve essere periodicamente alimentato con materia organica e acqua a sufficienza per la sua capacità di carico. In questo senso, il 25% del volume del biodigestore deve essere lasciato libero per l'accumulo del gas prodotto.

A sua volta, il tipo e la qualità della materia organica influenzeranno anche la produttività e l'uso o meno di rifiuti solidi e liquidi come fertilizzanti. Alcuni rifiuti organici possono causare problemi nel processo di fermentazione, come i residui di agrumi che possono acidificare troppo il mezzo.

Il materiale deve essere frantumato o ridotto alla dimensione più piccola possibile e, per facilitare la fermentazione, la miscela deve contenere il 75% di acqua e il 25% di materia organica. Deve essere periodicamente agitato per garantire l'omogeneità del processo di fermentazione nella miscela.

Temperatura e tempo di conservazione

Il tempo di ritenzione della materia organica nel biodigestore per raggiungere la sua piena fermentazione dipenderà dal tipo di questo e dalla temperatura. Maggiore è la temperatura ambiente, più veloce sarà la fermentazione (ad esempio a 30 ºC possono essere necessari circa 20 giorni per ricaricare il biodigestore).

- Digestione anaerobica

Digestione anaerobica. Fonte: Tilley, E., Ulrich, L., Lüthi, C., Reymond, Ph., Zurbrügg, C.

I batteri agiscono nel processo che richiede condizioni ambientali adeguate come l'assenza di aria, temperature superiori a 20 ° C (idealmente 30-35 ° C) e un mezzo non molto acido. In queste condizioni si sviluppano tre fasi:

Idrolisi

I batteri idrolitici agiscono in questo processo che secernono enzimi extracellulari. Pertanto, le complesse catene di carboidrati, proteine ​​e lipidi vengono scomposte in pezzi solubili più piccoli (zuccheri, amminoacidi e grassi).

Fase di acidificazione o fermentazione

I composti solubili della fase precedente vengono fermentati in acidi grassi volatili, alcoli, idrogeno e CO2.

Acetanogenesis

Entrano in gioco batteri acetogeni che ossidano gli acidi organici come fonte di carbonio. Generano acido acetico (CH3COOH), idrogeno (H2) e anidride carbonica (CO2) e gli odori sgradevoli sono prodotti dalla presenza di idrogeno solforato.

Formazione di metano o fase metanogena

Nell'ultima fase agiscono i batteri metanogeni che decompongono i prodotti dell'acetanogenesi, generando metano. In natura questi batteri agiscono nelle paludi, negli ambienti acquatici e nello stomaco dei ruminanti.

Alla fine di questa fase la miscela contiene metano (dal 45 al 55%), anidride carbonica (dal 40 al 50%), azoto (dal 2 al 3%) e idrogeno solforato (dall'1,5 al 2%).

- Scarico dal biodigestore

Il tasso di produzione di biogas e fertilizzanti dipende dal tipo di biodigestore, dalla materia organica che lo alimenta e dalla temperatura. Il biogas si accumula nella parte superiore del biodigestore e viene estratto tramite tubazioni fino ai serbatoi di stoccaggio.

Terminata la fermentazione, il fango (una miscela di solidi e liquidi) viene estratto tramite tubazioni. Lo scarico è prodotto dal principio dei vasi comunicanti, cioè quando si carica nuovo materiale, la pressione fa uscire l'eccedenza dal lato opposto.

Il rapporto tra la quantità di materiale introdotto (rifiuti organici e acqua) e il prodotto in uscita (biosol e biol) è quasi 1: 0,9. Ciò equivale a una resa del 90%, dove la proporzione più alta corrisponde al biolo (liquido).

- Biogas: depurazione

Il gas prodotto deve essere purificato per eliminare o ridurre il contenuto di idrogeno solforato e acqua utilizzando trappole per intrappolare entrambi i composti. Ciò è necessario per ridurre il rischio di danni alle apparecchiature a causa del potere corrosivo di questi componenti.

Trappola d'acqua

L'acqua portata via dal biogas precipita quando il tubo si apre in uno spazio più ampio e il gas continua attraverso un'altra strozzatura. Questo tubo termina in un ampio ed ermetico contenitore per contenere l'acqua che viene successivamente estratta da un rubinetto nella parte inferiore.

Trappola di idrogeno solforato

Il processo di estrazione del solfuro di idrogeno dal biogas è simile a quello della trappola d'acqua, ma la trappola incorporata nel percorso del tubo deve contenere trucioli di ferro o spugne. Quando il biogas attraversa il letto di ferro, l'idrogeno solforato reagisce con esso e precipita.

- Fertilizzante: separazione e compostaggio

La miscela di biosol e biol viene sottoposta ad un processo di decantazione per separare entrambi i componenti. Il biosol può essere utilizzato da solo o seguire un processo di miscelazione con il compostaggio per un uso successivo come fertilizzante solido.

Biol viene utilizzato come fertilizzante fogliare liquido o aggiunto all'acqua di irrigazione, rendendolo molto utile nei sistemi idroponici.

tipi

Produzione di biogas in Germania. Fonte: Volker Thies (Asdrubal)

I biodigestori sono classificati in base alla loro periodicità di carico e alla forma strutturale. A causa della sua frequenza di caricamento abbiamo:

- Discontinuo

Il sistema discontinuo o batch è costituito da un serbatoio ermetico che viene completamente caricato e non viene ricaricato fino a quando non ha smesso di produrre biogas. Il gas si accumula in un collettore galleggiante fissato alla parte superiore del serbatoio (gasometro).

Questo tipo di biodigestore viene utilizzato quando la disponibilità di rifiuti organici è intermittente.

- Semicontinuo

A differenza del sistema discontinuo, il carico e lo scarico vengono effettuati in determinati momenti durante il processo di produzione del biogas. Secondo il suo sistema di costruzione ci sono tre tipi fondamentali:

Palloncino o salsiccia biodigestore

È anche chiamato taiwanese e consiste in una fossa piatta rivestita di cemento in cui è installato un sacchetto o un cilindro di polietilene. In questo sacco devono essere installati i collegamenti per l'entrata dei rifiuti organici e l'uscita del biogas.

La bombola viene riempita con acqua e aria e successivamente viene aggiunto il carico di rifiuti organici.

Biodigestori a cupola fissa

È il cosiddetto biodigestore cinese ed è costituito da una vasca interrata costruita in mattoni o cemento. Il serbatoio è un cilindro verticale con estremità convesse o arrotondate e dispone di un sistema di carico e scarico.

Il biogas si accumula in uno spazio predisposto a tale scopo sotto la cupola superiore. Il biodigestore lavora con una pressione variabile del biogas in base alla sua produzione.

Biodigestore a cupola galleggiante

Chiamato biodigestore indù, è costituito da un serbatoio cilindrico interrato con un sistema di carico e scarico. È costruito in mattoni o cemento e nella sua parte superiore è presente un serbatoio galleggiante (gasometro) in cui si accumula il biogas.

Il gasometro in fibra di vetro rivestito in acciaio inossidabile o plastica galleggia sopra la miscela grazie al biogas accumulato. Ha il vantaggio di mantenere una pressione del gas costante.

Successivamente, il gasometro sale e scende a seconda del livello della miscela e della quantità di biogas. Pertanto, necessita di guide laterali o di un'asta di guida centrale per evitare attriti con le pareti.

- Continuo

In questo caso, il carico e lo scarico del biodigestore è un processo continuo, che richiede la disponibilità permanente di rifiuti organici. Sono grandi sistemi industriali generalmente utilizzati per il trattamento delle acque reflue comunitarie.

Per questo vengono utilizzati sistemi di serbatoi di raccolta, pompe per il trasferimento ai biodigestori e l'estrazione di fertilizzanti. Il biogas è sottoposto ad un sistema di filtraggio e distribuito per compressione per garantirne la distribuzione alle utenze.

Vantaggio

Riciclaggio e inquinamento

L'installazione di un biodigestore permette il riciclaggio dei rifiuti organici, riducendo così l'inquinamento ambientale e ottenendo prodotti utili. Nel caso delle zone rurali, è particolarmente importante per la gestione degli escrementi animali nei sistemi zootecnici.

Ottenere biogas

Il biogas rappresenta una fonte energetica efficiente ed economica, principalmente nelle zone dove la disponibilità di altre fonti energetiche non è accessibile. Nelle aree rurali dei paesi economicamente depressi, la cucina è fatta con legna da ardere, che ha un impatto sull'ambiente.

La disponibilità di biogas può aiutare a ridurre la domanda di legna da ardere e quindi avere un impatto positivo sulla conservazione della biodiversità.

Produzione di fertilizzanti

Per mezzo di biodigestori si ottengono fertilizzanti organici solidi (biosol) e liquidi (biol). Questi fertilizzanti hanno un minore impatto ambientale e riducono i costi di produzione agricola.

Salubrità

Consentendo una corretta gestione dei rifiuti organici, i rischi che comportano per la salute sono ridotti. È stato stabilito che l'85% dei patogeni non sopravvive al processo di biodigestione.

Ad esempio, i coliformi fecali a 35 ° C si riducono del 50-70% e i funghi del 95% in 24 ore. Pertanto, essendo un processo chiuso, i cattivi odori vengono ridotti.

svantaggi

Disponibilità di acqua

Il sistema è esigente in termini di disponibilità di acqua, poiché è necessaria una miscela. D'altra parte, il biodigestore deve essere vicino alla fonte della materia prima e al sito di consumo del biogas.

Temperatura

Il biodigestore deve mantenere una temperatura costante prossima ai 35 ° C ed entro un range compreso tra 20 e 60 ° C. Pertanto, potrebbe essere necessario un apporto esterno di calore.

Sottoprodotti nocivi

Può produrre acido solfidrico (H2S), tossico e corrosivo, e silosseni derivati ​​dal silicone contenuti nei prodotti cosmetici e nella miscela dei rifiuti organici. Questi silosseni generano SiO2 (biossido di silicio), che è abrasivo per macchinari e componenti.

La presenza e la concentrazione di questi sottoprodotti dipendono dalla materia prima utilizzata, dalla proporzione di acqua e substrato solido, tra gli altri fattori.

Accumulo di rifiuti

È necessario accumulare rifiuti vicino al biodigestore, il che porta con sé problemi logistici e sanitari che devono essere affrontati.

Rischi di esplosione

Trattandosi di un sistema generatore di gas combustibile, comporta un certo rischio di esplosioni se non vengono prese le opportune precauzioni.

Costi

Sebbene la manutenzione e il funzionamento del biodigestore siano relativamente economici, i costi iniziali di installazione e costruzione possono essere relativamente alti.

Come preparare un biodigestore fatto in casa

Biodigestore domestico. Fonte: Kevinsooryan

Un biodigestore richiede come elementi di base e un serbatoio per la fermentazione, il carico e lo scarico dei tubi con i rispettivi rubinetti. Inoltre, sono necessari serbatoi per biogas e fertilizzanti.

È importante notare che l'intero sistema deve essere a tenuta d'aria per evitare fughe di gas. D'altra parte, il sistema deve essere costruito con materiali inossidabili come PVC o acciaio inossidabile per evitare danni causati da acqua e idrogeno solforato.

- Serbatoio di fermentazione

È possibile utilizzare un barile o un serbatoio di plastica la cui capacità dipenderà dalla quantità di rifiuti organici da trattare. Questo serbatoio deve avere un coperchio ermetico o, in mancanza, il coperchio deve essere sigillato con colla plastica resistente alle alte temperature.

Il serbatoio deve avere quattro fori e tutte le installazioni in essi realizzate devono essere sigillate con silicone per alte temperature.

Coperchio di caricamento

Questo foro si trova al centro del tappo del serbatoio, deve essere lungo almeno 4 pollici e deve essere installato un tappo sanitario filettato. Questo tappo sarà collegato a un tubo in PVC da 4 pollici che entrerà nel serbatoio verticalmente fino a 10 cm prima del fondo.

Questo ingresso servirà per caricare i rifiuti organici precedentemente triturati o triturati.

Foro di scarico effluenti 1

È importante ricordare che il 25% dello spazio del serbatoio deve essere lasciato libero per l'accumulo di gas, quindi a quel livello deve essere aperto un foro laterale. In questo foro verrà installato un adattatore per serbatoio con un segmento di tubo in PVC da 2 pollici lungo 15 cm con un rubinetto di arresto.

La funzione di questo drenaggio è quella di consentire al biolo surnatante di fuoriuscire una volta che il serbatoio viene ricaricato attraverso il coperchio di caricamento. Il biol deve essere conservato in contenitori adatti per un uso successivo.

Foro di drenaggio degli effluenti 2

Questo secondo scarico deve andare sul fondo della vasca per estrarre la parte più densa del prodotto fermentato (biosol). Allo stesso modo, verrà utilizzato un segmento di tubo in PVC da 2 pollici di 15 cm di lunghezza con un rubinetto.

Uscita biogas

Un foro da 1/2 pollice sarà tagliato nella parte superiore del serbatoio per installare un tubo in PVC di uguale diametro utilizzando un adattatore per serbatoio. Questo tubo avrà un rubinetto in uscita.

- Sistema di scarico e depurazione biogas

Il tubo di uscita del biogas deve essere lungo almeno 1,5 m, per poter inserire nel suo percorso i sistemi di estrazione dell'acqua e dell'idrogeno solforato. Questo tubo può quindi essere esteso, se necessario, per trasferire il gas nel luogo di stoccaggio o utilizzo.

Estrazione dell'acqua

Per rimuovere l'acqua dallo scarico, il tubo deve essere interrotto a 30 cm per inserire un contenitore di plastica o vetro con coperchio ermetico. Il tubo di trasferimento del gas deve avere un bypass tramite un collegamento a T, in modo che il gas possa penetrare nel contenitore.

In questo modo il gas riempie il contenitore, l'acqua si condensa e il gas continua il suo percorso attraverso il tubo.

Estrazione di idrogeno solforato

Dopo il sifone si inserisce un segmento di tubo da 4 pollici nei successivi 30 cm mediante le corrispondenti riduzioni. Questo segmento dovrebbe essere riempito con trucioli di ferro o spugne metalliche commerciali.

L'idrogeno solforato reagirà con il metallo e precipiterà, mentre il biogas continuerà il suo viaggio verso il contenitore di stoccaggio o il luogo di utilizzo.

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