Co-insilaggio di paglia e foglie di barbabietola

La legislazione danese riguardante l'alimentazione degli impianti di biogas, pioniera per l'attenzione alla sostenibilità delle filiere agroenergetiche, impone severe restrizioni all'utilizzo di silomais o di altre colture dedicate. Paradossalmente, le foglie di barbabietola vengono di solito lasciate sul campo a modo di concime. La paglia di frumento, invece, viene largamente utilizzata come combustibile, sia per il riscaldamento, delle stesse aziende agricole danesi, che in centrali di cogenerazione a biomassa.

Uno studio del Danish technological institute di aarhus, presentato alla 27^° European biomass conference di Lisbona lo scorso mese di maggio, ha dimostrato l'effetto sinergico sul Bmp (potenziale metanigeno) che il co-insilaggio produce sulla miscela di biomasse.

Il Bmp non è una funzione lineare

Nell'articolo 2+2 non sempre fa 4 negli impianti di biogas l'autore aveva dimostrato, con alcuni esempi tratti da casi reali, la scarsa affidabilità del metodo di gestione degli impianti di biogas basato sull'utilizzo di tabelle di Bmp.

Ricordiamo succintamente i motivi dell'inaffidabilità discussa:

• Il Bmp non dipende solo dalla composizione chimica del substrato: l'attività biologica specifica del digestato, così come la granulometria, il rapporto C/N, la forma in cui l'N è presente (ammoniacale o organico) la disponibilità di macronutrienti (P, S, K, Mg, Fe) e perfino l'intensità di agitazione, giocano un ruolo fondamentale nella resa finale di metano.
• Il Bmp riportato nelle tabelle da "letteratura" non è affidabile per due motivi: le biomasse sono sempre eterogenee - quindi il loro Bmp varia su base temporale e geografica - e le fonti spesso hanno realizzato le prove con protocolli e strumentazione diversi, senza mai analizzare il margine d'incertezza metrologica.
• Il Bmp è semplicemente il valore finale del quoziente fra volume totale di metano e solidi volatili del campione, risultante da un processo di degradazione anaerobica non lineare (Foto 2), che dura tipicamente fra i venti e trenta giorni. Potremmo paragonare tale coefficiente al fotogramma finale di un film: per capire la trama bisogna guardare tutta la pellicola, allo stesso modo che per avere tutta l'informazione utile alla gestione dell'impianto di biogas, è necessario analizzare l'intera curva di digestione anaerobica. 

 

L'esperienza danese

È stato riscontrato che l'insilaggio, realizzato a scala di laboratorio, rende campioni inutili per le prove successive poiché non si possono considerare rappresentativi. Per ovviare a tale problema, i ricercatori hanno preparato i campioni in condizioni più simili a quelle riscontrate in campo. Partendo da cumuli di insilato da 4 m³ l'uno, preparati con diversi rapporti di foglie di barbabietola/paglia - 100% barbabietola, 75/25, 80/20, 90/10 e 100% paglia - i ricercatori hanno misurato i Bmp corrispondenti. Inoltre, a modo di riferimento, hanno anche misurato il Bmp delle foglie di barbabietola fresche.
I risultati sono riportati nella Foto 1.
Il Bmp dell'insilato di foglie di barbabietola è risultato praticamente uguale al Bmp delle foglie fresche surgelate. Inoltre, sono stati testati due metodi diversi di riduzione della pezzatura della paglia: trinciatura ed estrusione.

La Foto 2 mostra eloquentemente l'effetto sinergico che si osserva con la miscela 28% paglia/72% foglie di barbabietola: oltre ad un Bmp maggiore di quello teorico, risultante dal calcolo proporzionale dei singoli Bmp dei componenti, si osserva che tale miscela ha una degradabilità molto più veloce delle altre ed è seconda solo a quella delle foglie di barbabietola pure.

Analisi critica e conclusioni

Lo studio in questione è molto rigoroso e dettagliato, benché, come è usuale nel mondo della ricerca accademica sul biogas, non sia stato specificato con quale protocollo e attrezzature siano state realizzate le prove di Bmp, né il margine di errore metrologico. Viene solo indicata la dispersione, che garantisce la precisione della prova ma non l'accuratezza del valore medio calcolato. Il Bmp dell'insilato di foglie di barbabietola, essendo risultato praticamente identico a quello delle foglie surgelate (si veda Errori nel calcolo del Bmp degli insilati: quali sono e come evitarli), ci lascia perplessi riguardo l'attendibilità della prova. In altri termini, essendo l'insilaggio un processo ossidativo, una frazione del carbonio della biomassa si perde come CO₂, di conseguenza è fisicamente impossibile che il Bmp dell'insilato sia maggiore o uguale a quello della materia fresca, come invece risulta nello studio analizzato.

Le curve di produzione normalizzata di metano (Foto 2) mostrano una "gobba" attorno al trentesimo giorno. Tale difformità è probabilmente causata da qualche effetto inatteso dell'inoculo, come ad esempio la sua incubazione insufficiente. Si tratta di un'astrazione matematica, priva applicazione fisica (una curva di volume cumulato, per definizione, non può avere una porzione decrescente) che non inficia la validità della prova, ma ne aumenta di qualche punto percentuale il margine d'incertezza del valore finale calcolato.
In altre parole: si osservi che l'ampiezza della "gobba" è di circa il 5% del valore finale di Bmp, all'incirca lo stesso ordine del margine di incertezza abituale in tali prove, quindi tale difformità della curva sarebbe imputabile esclusivamente a errori fortuiti.

Purtroppo i ricercatori non hanno misurato il rapporto C/N della paglia e delle foglie di barbabietola utilizzate nelle prove. Sarebbe stato interessante verificare la correlazione fra il rapporto C/N delle miscele ed il loro Bmp effettivo.

Da un punto di vista pratico, l'esperienza danese dimostra che il co-insilaggio della paglia con le foglie di barbabietola - e per estensione anche con il mais o altre biomasse molto umide - ha una serie di vantaggi operativi per l'impianto di biogas:

• Razionalizzazione dello spazio di stoccaggio: due biomasse in una unica trincea.
• La paglia assorbe i percolati generatisi dalla fermentazione della biomassa umida, trattenendo gli acidi grassi volatili che altrimenti andrebbero persi e non produrrebbero metano.
• Il lungo tempo di contatto della paglia con gli acidi grassi volatili favorisce la sua idrolisi, quindi velocizza la sua digestione (Foto 2, curva blu). Inoltre, la paglia umida non galleggia quindi si evita la formazione del "cappello", cioè lo strato di fibre che intasa la superficie del digestore, ma che difficilmente viene convertito in metano.
• Poiché la paglia è quasi priva di N (è praticamente cellulosa pura) regolando il rapporto paglia/barbabietola è possibile ottimizzare il rapporto C/N della miscela, in modo che risulti il più vicino possibile a trenta, valore ritenuto ottimale per i batteri anaerobici.