Cos’è il Biogas e come si misura?

L’analisi del Biogas in discarica

 

Cos’è il Biogas?

Il biogas è un gas combustibile prodotto dalla decomposizione biologica della materia organica, come ad esempio deiezioni animali, scarti alimentari, fanghi di depurazione e altre biomasse. Questo processo di decomposizione, noto come digestione anaerobica, avviene in assenza di ossigeno e produce una miscela di gas composta principalmente da metano (CH4) e anidride carbonica (CO2), insieme ad altre tracce di gas come l’azoto e il solfuro di idrogeno. Il biogas può essere utilizzato come fonte di energia rinnovabile per la produzione di elettricità e calore, oppure come combustibile per veicoli. La sua produzione può contribuire a ridurre la quantità di rifiuti organici destinati alla discarica, e la sua combustione emette meno gas a effetto serra rispetto ai combustibili fossili come il petrolio e il carbone.

 

Come si analizza il Biogas?

L’analisi del biogas è un processo importante per valutare la sua qualità e le sue proprietà chimiche, che possono variare a seconda della fonte di materiale organico utilizzato per la sua produzione. In generale, l’analisi del biogas prevede la misurazione delle sue componenti principali, ovvero metano (CH4), anidride carbonica (CO2) e altri gas traccia come l’azoto (N2) e il solfuro di idrogeno (H2S).

Per analizzare il biogas, è possibile utilizzare strumenti come i gasometri, i sensori di gas o i cromatografi a gas. In generale, il campione di biogas viene prelevato dal serbatoio di stoccaggio e trasferito al laboratorio in un contenitore sigillato. Qui, il gas viene analizzato attraverso una serie di passaggi che prevedono la sua separazione in componenti chimici specifici, utilizzando tecniche di cromatografia a gas.

L’analisi del biogas può essere utile per valutare la sua potenzialità come fonte di energia, per la valutazione della resa del processo di digestione anaerobica, o per monitorare la presenza di inquinanti come il solfuro di idrogeno, che possono compromettere la qualità del gas. Inoltre, l’analisi del biogas può essere utile per il controllo dei processi di produzione del biogas stesso, al fine di ottimizzare la produzione e migliorare la qualità del gas prodotto.

 

Che problemi possono esserci nel biogas con un’alta concentrazione di H2S?

Il solfuro di idrogeno (H2S) è un gas presente naturalmente nel biogas prodotto dalla digestione anaerobica, ma in concentrazioni elevate può causare problemi per l’utilizzo del biogas come fonte di energia o combustibile.

In primo luogo, il solfuro di idrogeno può essere tossico per gli esseri viventi, incluso l’uomo, in quanto può causare irritazione agli occhi, al naso e alla gola, oltre a problemi respiratori. Per questo motivo, è importante che la concentrazione di H2S nel biogas sia mantenuta al di sotto dei limiti di sicurezza stabiliti dalle normative locali.

In secondo luogo, il solfuro di idrogeno può reagire con l’acqua per formare acido solfidrico che può danneggiare le apparecchiature di utilizzo del biogas, come i motori dei generatori e le caldaie. L’acido solfidrico può causare corrosione e intasamento delle valvole e delle tubazioni, riducendo l’efficienza dell’impianto di utilizzo del biogas.

Infine, il solfuro di idrogeno può anche influire negativamente sulla qualità del biogas, riducendo il contenuto di metano e aumentando la concentrazione di anidride carbonica, con conseguente riduzione del potere calorifico del gas.

Per evitare questi problemi, è possibile utilizzare diverse tecniche per rimuovere o ridurre la concentrazione di solfuro di idrogeno nel biogas, come l’aggiunta di biossido di ferro o altri composti chimici per la rimozione dell’H2S, o l’uso di sistemi di purificazione del gas come il lavaggio a secco o a umido.

 

L’analisi del Biogas in discarica

Il monitoraggio del biogas in discarica può essere condotto per approfondire due differenti aspetti: il monitoraggio delle emissioni diffuse dalla discarica ed il monitoraggio delle emissioni convogliate.

E’ bene fare chiarezza sul termine di monitoraggio e sulla tipologia di emissioni prese in considerazione. Per il controllo delle emissioni convogliate, il monitoraggio viene condotto con strumentazione ad alta tecnologia, sia fissa che portatile, ed analizza il biogas prodotto dalla discarica e convogliato nei condotti di estrazione, nelle sottostazioni di regolazione oppure sulle teste dei pozzi. In questo caso, si analizzano solitamente la percentuale di metano, ossigeno, anidride carbonica, idrogeno solforato e monossido di carbonio. Questo tipo di strumentazione è stato ormai da molti anni introdotto sul mercato ed è noto agli addetti ai lavori e alle persone interessate a questa attività ed è arrivato ad un livello tecnologico molto avanzato.

I sistemi di misura GA 5000 della Geotechnical, commericalizzati in Italia da Labservice Analityca di Anzola Emilia (BO), permettono di acquisire i dati analitici della composizione del biogas in tempo reale, nominare i punti di campionamento con il GPS integrato, mentre nel modello Biogas 5000 (figura 1) è stato introdotto anche un sensore per l’idrogeno solforato che rileva i picchi di concentrazione fino a 5000 ppm; entrambi gli strumenti rilevano, poi, temperatura, portata e pressione del gas; questi parametri vengono ottenuti in tempo reale e memorizzati in un software di gestione, per poi essere scaricati sul PC.

Si può, pertanto, affermare che il controllo delle emissioni convogliate è ormai un monitoraggio consolidato, diventando di routine nelle discariche più comuni. Si ricorda che le prime esperienze in questo settore nacquero nelle discariche anglosassoni che recuperavano già agli inizi degli anni Settanta il metano per fini energetici. La caratterizzazione di tali emissione nacque principalmente per risolvere il problema della combustione all’interno dei motori che dovevano generare energia elettrica; la conoscenza di questi parametri era argomento basilare per il buon funzionamento dell’impianto di recupero energetico; una bassa percentuale di metano significava basso potere comburente, mentre una alta percentuale di idrogeno solforato poteva significare un rischio per l’affidabilità del motore; c’è da aggiungere anche che l’infiammabilità era sinonimo di pericolosità del gas e questo ovviamente era uno degli aspetti che richiedeva maggior attenzione da parte dei progettisti e dei gestori.

Se anni di esperienza hanno permesso di rendere il monitoraggio delle emissioni convogliate riproducibile e tracciabile, il discorso è completamente diverso per le emissioni diffuse. Si rimane oggettivamente impressionati dalla mancanza di chiarezza e conoscenza su questo argomento che ha notevoli implicazioni sull’impatto ambientale.

Dal punto di vista normativo si riscontra l’interesse del legislatore a monitorare il gas prodotto dalla discarica; purtroppo, il decreto in questione non è sufficientemente chiaro nel distinguere le modalità di monitoraggio e la conseguente differenza tra una misura di concentrazione ed una misura di flusso.

Mentre una misura di concentrazione può essere fatta, prendendo un campione d’aria ed analizzandolo in laboratorio oppure dotandosi di uno strumento portatile e leggendo il valore puntuale, la misura di flusso è estremamente più lunga e complessa.

Per di più in alcune Regioni viene richiesto per il monitoraggio in discarica del biogas solo il dato oggettivo, cioè quanti metri cubi di biogas fuoriescono dalla discarica, senza definire le metodologie di monitoraggio; quindi, il dato in questione può essere ottenuto anche da una semplice valutazione per calcolo o per stima, cioè considerando la quantità di biogas prodotta dal rifiuto sottratta della quantità captata dai pozzi.

Questo calcolo non rappresenta, tuttavia, un dato analitico, perché la produzione di biogas varia dal tipo di rifiuto presente e dalle condizioni atmosferiche che in questo caso non vengono prese in considerazione. Sicuramente un monitoraggio sulla superficie della discarica con strumentazione adeguata può risultare molto più preciso, anche se prevede diversi giorni di monitoraggio.

Cercare di definire una metodica di campionamento delle emissioni diffuse sulla discarica in maniera tracciabile e riproducibile è sicuramente un obiettivo auspicabile per il futuro. Ad oggi non esistono in Italia normative tecniche nazionali idonee per la valutazione di un metodo analitico preciso; esistono però alcune esperienze condotte da ricercatori, consulenti ed Istituti Universitari che, pur essendo presumibilmente corrette, percorrono iter diversi e pertanto non definiscono una procedura standardizzata come, invece, è richiesto dalla Normativa IPPC.

L’unica e recente normativa tecnica sul monitoraggio in discarica del biogas è quella emessa dall’Agenzia per l’Ambiente inglese EA (Environment Agency) Guidance for Monitoring Landfill Gas Surface Emission; alcune Regioni a livello Nazionale stanno, comunque, iniziando ad applicare alcune procedure di monitoraggio in linea con la norma inglese. Inoltre, recentemente nel 2011 è stato pubblicato finalmente il primo manuale di progettazione, gestione e monitoraggio degli impianti Biogas da discarica scritto da Enrico Magnano, in cui è ben descritta questa particolare applicazione.

La metodologia proposta prevede di svolgere una serie di misure di flusso su tutta la superficie della discarica ed il campionamento prevede l’analisi della presenza di metano in tracce variabili tra 0 e 10000 ppm con risoluzione di 1 ppm; lo spazio di campionamento deve essere confinato in una apposita camera di flusso per ottenere una concentrazione di equilibrio, la strumentazione necessaria è una Flux Box con specifico analizzatore Gastec FID (Flame Ionization Detector range di misura 1 – 10000 ppm di metano) commercializzato in esclusiva da LabService Analityca, molto leggero poiché il campionamento può durare vari giorni sulla discarica.

I vantaggi di questo campionamento così capillare sono evidenti, non solo permettono di quantificare la totalità del metano che sfugge alla discarica, ma di caratterizzare le zone più sensibili della superficie; ottenuti questi dati, si passa al miglioramento della captazione, per esempio spostando un pozzo o migliorando la copertura.

Recuperare più biogas possibile non solo riduce l’impatto ambientale, ma coincide anche con un maggior guadagno economico in quanto si immette nell’impianto di recupero energetico più metano.

Sicuramente un buon monitoraggio delle emissioni diffuse sulla superficie della discarica rappresenta due interessi, quello ambientale e quello economico.

 

E’ possibile analizzare i Biogas attraverso varie strumentazioni: 

1 – Analizzatore della Geotech “Biogas 5000” per l’analisi di metano, ossigeno, anidride carbonica, idrogeno solforato e monossido di carbonio nel monitoraggio di discariche.

2 – Monitoraggio delle emissioni diffusive con il sistema FID della Crowcon “GasTec” e “Flux Box” prodotta dalla LabService Analytica.

 

 

 

 

Ludovica Alberti

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