Il biogas è una forma di energia prodotta dalla digestione anaerobica (la decomposizione dei costituenti della materia biodegradabile in un ambiente privo di ossigeno). È una miscela di gas principalmente anidride carbonica e metano. Composizione approssimativa del biogas:
– Metano (CH 4 ) dal 55 al 65 %
– Anidride carbonica (CO 2 ) dal 30 al 35 %
– Vapore acqueo dall’1 al 5 %
– Solfuro di idrogeno (H 2 S) dallo 0 al 3 %
– Idrogeno (H 2 ) dallo 0 all’1 %
La decomposizione dei materiali di scarto durante la digestione anaerobica è causata dall’azione batterica piuttosto che dalle alte temperature. Si svolge in quasi tutti gli ambienti biologici, ma è favorito da condizioni calde, umide e con poco ossigeno.
La digestione anaerobica avviene anche in due situazioni principali create dalle attività umane:
– Liquami (rifiuti umani) o letame animale.
– Gas di discarica prodotto dai rifiuti domestici interrati nelle discariche.
In natura esistono anche molte materie prime (materiali organici) da cui è possibile estrarre il biogas: letame umano e animale, foglie, ramoscelli, erbe, rifiuti, rifiuti agricoli e industriali con contenuto organico superiore al 2%.
Il biogas prodotto può essere utilizzato per cucinare, riscaldare, illuminare (utilizzando lampade a gas), produrre elettricità, gestire l’azienda agricola e altri fabbisogni energetici. Gli effluenti prodotti dal processo possono essere utilizzati come fertilizzante per le colture.
Sistemi di soffiaggio per biogas da discarica
Il biogas della discarica viene trasportato dal pozzo della discarica all’impianto di ventilazione attraverso il collettore principale di raccolta del gas. L’LFG passa quindi tipicamente attraverso un recipiente di eliminazione del liquido per la rimozione delle particelle di gas e del liquido, prima di essere convogliato al soffiatore. La valvola di blocco e le valvole di bypass possono essere utilizzate attivamente in alcune discariche se si desidera convogliare il gas attorno al recipiente di eliminazione del liquido. Questo generalmente non è raccomandato perché la rimozione della condensa aiuta a proteggere la strumentazione e le apparecchiature di processo.
L’impianto di ventilazione e le apparecchiature di controllo associate possono essere alloggiati all’interno di un edificio o essere esposti agli elementi esterni. Dovrebbe essere posizionato centralmente con spazio per l’espansione e alimentazione fornita. Dovrebbe inoltre avere la capacità di gestire il 100% della stima della produzione di picco del LFG, oltre a dimensioni aggiuntive per il controllo della migrazione del LFG. Le valvole a farfalla vengono spesso installate sulle tubazioni di ingresso e uscita per ciascun ventilatore utilizzato per consentire il funzionamento continuo del ventilatore durante la manutenzione programmata e gli arresti.
Lo scopo del soffiatore LFG (noto anche come compressore) è quello di creare un vuoto per l’estrazione del gas da pozzi di raccolta e trincee sotto pressione, trascinando l’LFG verso il soffiatore e spingendo l’LFG verso la torcia o altre apparecchiature per il trattamento. Questo processo è noto come controllo attivo del LFG, che contrasta con il controllo passivo del LFG. I sistemi passivi, in cui in genere è consentito al gas di scarico di sfogare nell’atmosfera con un trattamento minimo o nullo, molto spesso non sono consigliati per le moderne operazioni di discarica. Il componente meccanico principale del sistema di soffiaggio è il compressore del gas o il soffiante stesso. Altre apparecchiature associate possono includere:
- Valvole (blocco automatico, controllo)
- Misurazione e registrazione del flusso
- Strumenti per misurare pressione, temperatura, ecc
- Attrezzature per il trattamento e la movimentazione della condensa
- Materiale elettrico
- Strumentazione
- Utilità
La selezione del soffiatore appropriato è determinata da fattori quali la quantità e l’uso finale del LFG, il vuoto richiesto per estrarre il gas, la pressione richiesta per la lavorazione, ecc. I principali tipi di soffiatori utilizzati per le applicazioni LFG includono singoli e multi- ventilatori centrifughi a stadio: macchine a vuoto/pressione costante, volume di gas variabile, che incorporano una valvola a farfalla all’ingresso dell’unità.
Biogas e ambiente.
Nelle zone rurali è presente una quantità significativa di sostanze organiche inutilizzate (rifiuti animali). Le sostanze organiche possono produrre grandi quantità di gas metano e la tecnologia attuale può essere utilizzata e adattata alle condizioni locali.
La progettazione del biodigestore e le aspettative di produzione devono essere adattate alle risorse, alle condizioni climatiche e ai materiali da costruzione disponibili. Per ridurre al minimo i costi di capitale per le attrezzature, è importante garantire che il digestore sia progettato in modo appropriato.
La digestione anaerobica avviene anche in stagni, paludi e fosse di letame dove abbondano materiali organici in decomposizione. Si vedono spesso bolle salire in superficie e dopo la combustione delle bolle (riempite di metano), si osserva una fiamma blu violacea, senza fumo e inodore. Il metano è circa 23 volte più potente come gas serra rispetto al biossido di carbonio (CO2).
Materia prima potenziale per biodigestori
Le materie prime che possono essere considerate sostanze idonee alla produzione di biogas attraverso il processo di bioconversione in digestore sono:
1. Residui del raccolto – Rifiuti di canna da zucchero, erbacce, stoppie di mais e raccolti, paglia, foraggio avariato, ecc. Gli studi hanno dimostrato che il contenuto di sostanze solubili in acqua come zuccheri, animacidi, proteine e costituenti minerali diminuisce con l’età della pianta ed è sufficientemente basso da limitare la velocità del processo di digestione. Pertanto, la decomposizione dei residui colturali richiede più tempo rispetto al letame a causa del loro contenuto fibroso e delle dimensioni delle particelle più grandi.
2. Letame – Gli scarti delle stalle del bestiame (sterco, urina, lettiera), gli escrementi di pecore e capre, gli scarti di macellazione (sangue, carne), gli scarti della pesca, il cuoio, ecc. della comunità agricola rappresentano una fonte significativa di materia prima per il biogas produzione. Il letame è una fonte di carbonio e azoto necessari per il buon funzionamento del processo di fermentazione. La quantità e la composizione dei rifiuti animali dipende dal tipo di animale. La pollame, ad esempio, produce solidi più volatili, azoto e fosforo, per unità di peso. Inoltre, la composizione del letame dipende in larga misura dalla razione alimentare dell’animale. gli animali che si nutrono solo di erba mostrano un contenuto di azoto molto più basso nel letame e nelle urine.
3. Rifiuti umani – I volti umani e l’urina sono materie prime che possono essere utilizzate per la produzione di biogas.
4. Sottoprodotti e rifiuti delle industrie basate sull’agricoltura e della crescita acquatica: panelli oleosi, bagassa, crusca di riso, semi, acqua proveniente dalla lavorazione di frutta e verdura, fango della filtropressa proveniente da zuccherifici, alghe marine, alghe marine, ecc., possono anche essere citati in giudizio come feedstrock per biodigestori.
Requisiti per un sistema di successo
- Tenere il digestore lontano da fiamme libere e apparecchiature elettriche che potrebbero provocare scintille.
- Gli edifici dovrebbero essere ben ventilati.
- Dovrebbero essere utilizzati motori, cablaggi e luci antideflagranti.
- Eseguire controlli periodici del sistema per eventuali perdite di gas.
- Seguire le regole di sicurezza del becco Bunsen quando si testa il gas con una fiamma.
- Utilizzare dispositivi di rilevamento e allarme gas negli involucri.
- Non scaricare gli effluenti dall’unità direttamente in laghi o corsi d’acqua.
Misure di sicurezza
Le preoccupazioni per la sicurezza legate alla produzione di biogas includono pericoli per la salute e rischi di incendio o esplosione. Il biogas è infiammabile e può essere esplosivo se miscelato con l’aria.
- Accettazione da parte dei potenziali utenti.
- Possibilità di utilizzare il gas una volta prodotto.
- Domanda di gas sufficiente.
- Disponibilità di materie prime sufficienti a soddisfare le esigenze di produzione.
- Manutenzione e controllo operativo adeguati.