Digestione anaerobica: il regno dei batteri che diventa biogas

Articolo a cura di Riccardo MELLONE

La digestione anaerobica è un processo biologico. In assenza di ossigeno, il carbonio organico contenuto in materiali di origine vegetale e animale viene trasformata in biogas.

I microrganismi anaerobici che effettuano questa trasformazione hanno bassi tassi di crescita e bassi tassi di reazione. È necessario mantenere condizioni ottimali e stabili nell’ambiente di reazione per promuovere il metabolismo dei batteri (temperatura, agitazione, carico, ph).

La temperatura è un parametro chiave nel processo. Essa influenza il tempo di permanenza necessario per la conversione della sostanza organica.

Il processo è piuttosto complicato perché coinvolge diversi gruppi di batteri. Esso si verifica con una sequenza di fasi successive che, in piccola parte, tendono a sovrapporsi.

Fase 1 della digestione anaerobica: idrolisi

Consiste nella degradazione di substrati organici complessi composti da macromolecole (carboidrati, proteine, grassi). Esse sono divise nei loro monomeri solubili (zuccheri, aminoacidi, acidi grassi a catena lunga).

Questa fase è favorita dal rapporto superficie / massa del substrato. Dunque, nei processi di digestione anaerobica industriale, vengono effettuati pre-trattamenti fisici, chimici o biologici per favorire la digestione.

Fase 2 della digestione anaerobica: acidogenesi

Gli intermedi solubili generati nella fase di idrolisi sono usati come fonte di carbonio ed energia dai batteri acidogenici che generano acidi grassi volatili a catena corta come prodotti di fermentazione. Diversi consorzi batterici si sviluppano con la produzione di miscele di acidi organici e alcoli a seconda del pH e delle condizioni di temperatura.

Fase 3 della digestione anaerobica: acetogenesi

I batteri acetogenici trasformano gli acidi grassi volatili e gli alcoli prodotti nella fase precedente in acido acetico (CH3COOH), idrogeno (H2) e anidride carbonica (CO2).

Elevati carichi organici portano ad un’elevata attività metabolica da parte dei batteri acidogenici. Quindi un conseguente aumento di idrogeno e acido acetico, fattori che possono causare un’inibizione dell’intero processo.

Fase 4 della digestione anaerobica: metanogenesi

Questa è l’ultima parte del processo, in cui l’output utile della digestione, il metano, è prodotto insieme all’anidride carbonica e ad altri componenti. Questi ultimi sono presenti in piccole percentuali: monossido di carbonio, azoto, idrogeno, solfuro di idrogeno.

I meccanismi biochimici che portano alla produzione di metano sono estremamente complessi e richiedono particolare attenzione. Piccoli errori nella gestione della matrice dei substrati che entrano nel reattore sono sufficienti per inibire l’intero processo con la conseguente morte dei batteri formati.

Biogas

Il biogas ha un notevole potere calorifico che può essere sfruttato negli impianti di cogenerazione per produrre elettricità e calore. Il residuo della fermentazione si chiama digestato, che ha un alto valore agronomico per la fertilizzazione.

Il biogas può anche subire un upgrade per essere convertito in biometano, utilizzato come biocarburante o per l’iniezione nella rete. È classificato come una fonte di energia rinnovabile. Esso rispetta la capacità biologica di rinnovamento ed è considerato un processo neutro in termini di CO2 durante il suo ciclo di vita.