Il biometano rappresenta un vettore pulito, capace di trasformare i residui delle campagne in risorsa strategica. Scopriamo come questa rivoluzione tecnologica stia ridisegnando il futuro della sostenibilità e dell’indipendenza energetica.
La sfida per l’indipendenza dai combustibili fossili, oggi, non si gioca più soltanto sulle reti elettriche, a suon di installazione di pannelli fotovoltaici. Essa ruota anche attorno alla capacità sistemica di valorizzare rifiuti organici, sottoprodotti agroindustriali e reflui degli allevamenti.
In questo approfondimento vogliamo evidenziare come sia possibile immettere, sulla rete nazionale, un biocarburante identico al metano di origine fossile, attraverso processi di purificazione avanzati. Una risorsa a impatto zero, fondamentale per favorire la decarbonizzazione dei trasporti pesanti e sostenere i consumi termici delle industrie energivore, potrebbe rappresentare la chiave nella transizione di uno dei settori più impattanti.
Che differenza c’è tra gas grezzo e biometano
Per comprendere la portata di questa transizione, è fondamentale distinguere il punto di partenza da quello di arrivo. Il biogas comune, ampiamente diffuso, si ottiene sfruttando la fermentazione batterica delle biomasse all’interno di digestori anaerobici, ovvero che operano in assenza di ossigeno. È un gas povero e grezzo. La sua composizione chimica si attesta, mediamente, sul 50-60% di metano. La restante parte è costituita da anidride carbonica e altre impurità corrosive, come idrogeno solforato o vapore acqueo.
Il biometano è ben diverso. Si tratta del risultato di un raffinato processo di purificazione industriale, chiamato upgrading. Attraverso questo trattamento, la concentrazione di metano viene spinta oltre il 97%. Questa purezza pressoché assoluta rende il biometano chimicamente e fisicamente indistinguibile dal gas naturale estratto dai giacimenti fossili. Di conseguenza, esso può essere immesso direttamente nelle condutture della rete di trasporto nazionale, come quella gestita da Snam, per esempio, e utilizzato nei normali bruciatori industriali, o nei motori dei veicoli a metano, senza richiedere alcuna modifica strutturale alle infrastrutture esistenti.
Le tecnologie utilizzate per la purificazione del gas biologico
Il cuore tecnologico della filiera del biometano, e il processo che ne rende possibile la produzione, risiede nei sistemi di upgrading. In questa fase è necessario separare, in modo efficiente, il metano dalle altre componenti del biogas grezzo. Anidride carbonica e impurità vanno separate e scartate.
Sistemi industriali per eliminare l’anidride carbonica
La separazione molecolare a cui viene sottoposto industrialmente il biogas in procinto di divenire biometano mira principalmente a rimuovere la CO2 e ad abbattere i composti nocivi e corrosivi. Al giorno d’oggi, il mercato industriale offre due soluzioni tecnologiche principali per ottenere questo risultato. Ciascuna di esse è caratterizzata da specifici costi operativi e differenti rendimenti di scala.
La separazione selettiva attraverso membrane polimeriche
Questa tecnologia è attualmente la più diffusa negli impianti di media taglia. Nel processo di upgrading del biogas attraverso membrane polimeriche, si inizia con un filtraggio preventivo, allo scopo di comprimere e spingere il gas attraverso moduli contenenti migliaia di filamenti polimerici cavi, i quali funzionano come un vero e proprio setaccio molecolare, seppure su scala microscopica.
Le molecole di anidride carbonica e acqua, avendo un diametro molecolare inferiore e una maggiore affinità con i polimeri, rispetto a quelle di metano, attraversano rapidamente le pareti della membrana (durante la fase di permeato) e vengono separate. Il metano puro, non riuscendo invece a passare, prosegue nel canale principale (durante la fase di retentato).
I vantaggi operativi della separazione selettiva sono legati al fatto che essa garantisce consumi elettrici sempre stabili e lineari. Per poterne fare uso non sono necessari reagenti chimici ausiliari né l’impiego di ingenti flussi di acqua di lavaggio. Ciò semplifica la gestione quotidiana e la manutenzione dell’impianto. L’investimento finanziario iniziale si attesta su livelli medi. Le spese imprescindibili sono l’acquisto dei macchinari; delle membrane che rappresentano il cuore del processo e la realizzazione dell’impianto. La spesa in conto capitale necessaria è accessibile a impianti agricoli di medie dimensioni.
Il lavaggio chimico ad alto rendimento
Il sistema alternativo all’impiego delle membrane è quello ad assorbimento chimico, anche noto come chemical scrubbing, in lingua inglese. Si tratta della soluzione d’elezione per i grandi impianti industriali che trattano flussi massicci di biogas. Il gas grezzo viene immesso alla base di una colonna di lavaggio e sale, in controcorrente rispetto a una soluzione liquida contenente ammine speciali. Queste si legano chimicamente, in modo selettivo e dunque senza imprecisioni, all’anidride carbonica, lasciando fluire il metano, indisturbato, verso la sommità della colonna.
L’efficienza termodinamica di questo processo è estremamente elevata. I livelli di purezza del biometano superano stabilmente il 99% mentre le perdite nel flusso di scarto restano inferiori allo 0,1%. Sono risultati fantastici.
Le spese operative ricorrenti legate al costo di gestione per mantenere in funzione l’impianto e le sue esigenze energetiche, di manutenzione e relative ai materiali di consumo sono particolarmente elevate. Sensibilmente di più di quanto non fossero nel caso precedente. La rigenerazione delle ammine sature richiede un costante apporto di calore, ad alta temperatura, per rompere i legami chimici e liberare l’anidride carbonica catturata, aumentando i consumi termici complessivi dell’impianto.
Il recupero del digestato per tagliare i costi dei fertilizzanti
L’efficienza della filiera del biometano non si esaurisce con la produzione del vettore energetico. Essa fornisce infatti ulteriori vantaggi. Al termine del processo di digestione anaerobica, all’interno dei fermentatori, sul fondo dei bacini si accumula un residuo organico completamente stabilizzato e igienizzato: il digestato.
Attraverso un impianto di separazione meccanica che agisce per centrifugazione o pressatura, il digestato viene diviso in una frazione solida e una liquida. In tal maniera, si trasforma in un fertilizzante naturale di altissimo pregio. Questo ammendante è ricco di elementi nutritivi fondamentali, come azoto ammoniacale, fosforo e potassio, in forme chimiche facilmente e rapidamente assimilabili dalle colture.
L’impiego agronomico del digestato offre un duplice vantaggio, economico e ambientale, all’azienda agricola che sceglie di impiegarlo:
- azzeramento dei concimi di sintesi: il prodotto della fermentazione sostituisce integralmente i fertilizzanti chimici commerciali derivati dal petrolio o prodotti tramite processi industriali energivori, come la sintesi dell’ammoniaca, riducendo significativamente le spese di gestione del cantiere agricolo.
- Rigenerazione del suolo: il digestato apporta materia organica stabile, la quale migliora la struttura fisica del terreno, ne incrementa la capacità di ritenzione idrica e contrasta attivamente i fenomeni di erosione e impoverimento del suolo.
Le regole di sicurezza per il controllo delle perdite di biometano negli impianti
Accanto ai vantaggi agronomici ed energetici, citati in precedenza, la gestione degli impianti richiede una rigorosa disciplina sul fronte della sicurezza e del monitoraggio ambientale. Il metano è un gas serra molto impattante, caratterizzato da un potenziale climalterante molto superiore a quello dell’anidride carbonica. Se rilasciato direttamente in atmosfera può accelerare, anche in maniera considerevole, il surriscaldamento globale. Per tal ragione, l’UE ha adottato misure severe per prevenire le emissioni fuggitive.
L’applicazione delle normative comunitarie impone l’adozione sistematica dei protocolli di ispezione LDAR (leak detection and repair). Questi standard, parte del Regolamento Europeo 1787 del 2024, prevedono l’impiego combinato di tecnologie diagnostiche d’avanguardia laddove si produca il metano, o lo si tratti a partire dal biogas. Gli stabilimenti devono dotarsi di:
- termocamere a infrarossi ad alta risoluzione della tipologia OGI, Optical Gas Imaging. Questi strumenti consentono di visualizzare, in tempo reale, anche le più piccole emissioni gassose, altrimenti invisibili all’occhio umano.
- Sensori laser spettroscopici, montati su droni. Dispositivi di questo tipo sono utilizzati per mappare, dall’alto, l’intera superficie dei digestori, monitorando l’integrità delle membrane di stoccaggio e l’efficace tenuta delle valvole di sovrapressione.
Un monitoraggio costante e certosino previene i rischi di inquinamento atmosferico e salvaguarda l’efficienza economica dell’impianto. Evita infatti lo spreco di prezioso combustibile destinato alla vendita, oltre a tutelare l’ambiente.
