Valorizzazione delle biomasse di scarto in vettori energetici
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In Svizzera le biomasse di scarto naturali di origine animale, come letame e liquami zootecnici, potrebbero essere utilizzati a scopi energetici su una scala molto più ampia rispetto a quanto avviene oggi.
L’Ufficio federale dell’energia (UFE) sottolinea come la produzione di biogas dagli scarti zootecnici possa essere aumentata grazie a pretrattamenti specifici per aumentare la frazione organica disponibile per i microrganismi, prima di destinarla agli impianti di digestione. Qui, in un ambiente privo di ossigeno, avviene la digestione anaerobica: i microrganismi decompongono la biomassa per trasformarla in biogas (principalmente metano e anidride carbonica), che può essere utilizzato come fonte di energia rinnovabile, per illuminare e riscaldare.
Alla SUPSI, il settore Biotecnologie ambientali (BET) dell’Istituto microbiologia è in prima linea su questi temi con un filone di ricerca dedicato. Da anni conduce progetti per valorizzare le biomasse di scarto trasformandole in vettori energetici. Alcuni progetti si focalizzano sull’ottimizzazione dei trattamenti delle biomasse, altri sulla costruzione di impianti sperimentali.
Ne è un esempio il progetto innosuisse MOSTCH4 (Mini Onsite System To valorize manure in methan), recentemente concluso e condotto con la ZHAW e il partner industriale Laborex. “L’idea alla base era rendere la digestione anaerobica dei reflui zootecnici sostenibile dal punto di vista finanziario, anche su piccola scala”, spiegano Pamela Principi e Camilla Perego, rispettivamente responsabile e collaboratrice scientifica presso il settore Biotecnologie ambientali. “In Svizzera ci sono molte piccole aziende di allevamento che producono grandi quantità di letame e liquami, ma spesso non conviene loro sostenere i costi per trasferirli in un impianto di digestione centralizzato per la conversione in metano. Il nostro obiettivo era verificare se fosse possibile produrre abbastanza biogas anche in impianti su piccola scala, e capire così se fossero economicamente sostenibili”.
Per rispondere a questa sfida, le ricercatrici hanno realizzato a Mezzana un impianto pilota composto da tre digestori da 500 litri ciascuno, progettati per testare diverse tecnologie di pretrattamento. “Una delle principali sfide nei reflui zootecnici, come il letame bovino, risiede nella presenza di cellulosa e altre fibre, difficilmente degradabili durante il processo di digestione anaerobica. Il nostro approccio si è concentrato sull'ottimizzazione della matrice della biomassa, rendendo i materiali di scarto più facilmente trasformabili dai microrganismi. L’obiettivo era disgregare queste componenti fibrose per massimizzare l’efficienza e la produzione di metano”.
Alla SUPSI, il settore Biotecnologie ambientali (BET) dell’Istituto microbiologia è in prima linea su questi temi con un filone di ricerca dedicato. Da anni conduce progetti per valorizzare le biomasse di scarto trasformandole in vettori energetici. Alcuni progetti si focalizzano sull’ottimizzazione dei trattamenti delle biomasse, altri sulla costruzione di impianti sperimentali.
Ne è un esempio il progetto innosuisse MOSTCH4 (Mini Onsite System To valorize manure in methan), recentemente concluso e condotto con la ZHAW e il partner industriale Laborex. “L’idea alla base era rendere la digestione anaerobica dei reflui zootecnici sostenibile dal punto di vista finanziario, anche su piccola scala”, spiegano Pamela Principi e Camilla Perego, rispettivamente responsabile e collaboratrice scientifica presso il settore Biotecnologie ambientali. “In Svizzera ci sono molte piccole aziende di allevamento che producono grandi quantità di letame e liquami, ma spesso non conviene loro sostenere i costi per trasferirli in un impianto di digestione centralizzato per la conversione in metano. Il nostro obiettivo era verificare se fosse possibile produrre abbastanza biogas anche in impianti su piccola scala, e capire così se fossero economicamente sostenibili”.
Per rispondere a questa sfida, le ricercatrici hanno realizzato a Mezzana un impianto pilota composto da tre digestori da 500 litri ciascuno, progettati per testare diverse tecnologie di pretrattamento. “Una delle principali sfide nei reflui zootecnici, come il letame bovino, risiede nella presenza di cellulosa e altre fibre, difficilmente degradabili durante il processo di digestione anaerobica. Il nostro approccio si è concentrato sull'ottimizzazione della matrice della biomassa, rendendo i materiali di scarto più facilmente trasformabili dai microrganismi. L’obiettivo era disgregare queste componenti fibrose per massimizzare l’efficienza e la produzione di metano”.
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Tra i pretrattamenti analizzati, due tecniche – la microaerazione e la cavitazione – hanno mostrato risultati promettenti e sono state portate alla fase pilota. “La microaerazione prevede l’introduzione controllata di piccole quantità di ossigeno per facilitare la degradazione delle fibre, mentre la cavitazione prevede la formazione, l’accrescimento e l’implosione di microbolle per rompere la struttura della biomassa”, spiegano le ricercatrici. “L’idea è adattare il pretrattamento in base al tipo di biomassa disponibile, come letame bovino o suino, e ottimizzarne così la trasformazione in biogas". Lo scopo di entrambe le tecniche è recuperare quella frazione di biomassa che di solito non viene utilizzata. Il processo di digestione anaerobica, che è quello che permette di produrre biogas, è un processo noto, ma si può ottimizzarlo a diversi livelli.
Ma l’importanza del progetto, in questo caso, non è tanto da ricercare nella modalità di pretrattamento più efficace (che dipende molto dalla tipologia di scarti zootecnici utilizzati), quanto piuttosto nella creazione di un impianto digestivo di dimensioni ridotte pensato per le piccole aziende di allevamento, che possa fungere da piattaforma per condurre sperimentazioni su piccola scala e con matrici di biomassa diverse. “Il vero successo del progetto è la creazione di questo impianto pilota, che sarà utilizzato per test futuri su diverse matrici organiche, per capire se ha senso combinarle, in quali condizioni e considerando tutta una serie di altri parametri. Per esempio, da poco stiamo conducendo un progetto con alcuni studenti per capire se gli scarti della vinificazione possano essere usati per produrre metano con un costo energetico sostenibile”.
L’impianto pilota è ora gestito da un consorzio composto dai partner del progetto, che lo utilizzano come piattaforma condivisa per condurre esperimenti e scambiare risultati. Il settore Biotecnologie ambientali dispone di altri impianti di dimensioni più ridotte, acquisiti per testare specifici processi nell’ambito di altri progetti di ricerca.
Ma l’importanza del progetto, in questo caso, non è tanto da ricercare nella modalità di pretrattamento più efficace (che dipende molto dalla tipologia di scarti zootecnici utilizzati), quanto piuttosto nella creazione di un impianto digestivo di dimensioni ridotte pensato per le piccole aziende di allevamento, che possa fungere da piattaforma per condurre sperimentazioni su piccola scala e con matrici di biomassa diverse. “Il vero successo del progetto è la creazione di questo impianto pilota, che sarà utilizzato per test futuri su diverse matrici organiche, per capire se ha senso combinarle, in quali condizioni e considerando tutta una serie di altri parametri. Per esempio, da poco stiamo conducendo un progetto con alcuni studenti per capire se gli scarti della vinificazione possano essere usati per produrre metano con un costo energetico sostenibile”.
L’impianto pilota è ora gestito da un consorzio composto dai partner del progetto, che lo utilizzano come piattaforma condivisa per condurre esperimenti e scambiare risultati. Il settore Biotecnologie ambientali dispone di altri impianti di dimensioni più ridotte, acquisiti per testare specifici processi nell’ambito di altri progetti di ricerca.