Il biogas è una miscela di gas combustibile costituito da 50/ 70 % di metano (CH4), formato da composti organici durante il processo microbiologico di digestione anaerobica. La composizione del biogas comprende anche il 30 /40 % circa di anidride carbonica (CO2) e piccole quantità di solfuro di idrogeno (H2S), ammoniaca (NH3), idrogeno (H2) e monossido di carbonio (CO). La produzione di biogas derivata da sostanze organiche su scala industriale, principalmente dai rifiuti organici, è basata sul processo controllato della decomposizione della materia organica in condizioni anaerobiche.
La formazione di biogas é suddivisa in quattro fasi:
Fase di idrolisi. Nel corso della fase di idrolisi, le sostanze complesse ( ad esempio proteine, grassi e carboidrati ) vengono scomposte in molecole semplici (come gli aminoacidi, il glucosio, gli acidi grassi) tramite l’attività batterica.
Fase acidogenica. Le molecole semplici formatesi durante la fase di idrolisi vengono scomposte in acidi organici (quali l’acetico, il propionico, il butirico, l’ alcool, l’idrogeno, l’ anidride carbonica), e in altri gas come l’ammoniaca e l’idrogeno solforato . Questo procedimento continua fino a quando lo sviluppo di batteri rallenta sotto l' influenza degli acidi formati .
Fase acetica. Tramite colonie di batteri acetici, formati dagli acidi durante la fase due, viene prodotto l’acido acetico.
Metanogenesi. L'acido acetico viene scomposto in metano, anidride carbonica e acqua .
Parametri chiave della produzione di biogas.
Condizioni anossiche. I batteri possono operare attivamente solo in condizioni di assenza di ossigeno . Questa condizione è d’obbligo nella costruzione di un impianto di biogas.
Umidità. I batteri possono vivere, nutrirsi, riprodursi e produrre biogas solo in un ambiente umido .
Temperatura. Le condizioni ottimali per tutti i gruppi di batteri variano da 35 a 40°C. Il sistema di controllo é automatico .
Durata della fermentazione. La quantità di gas prodotto aumenta gradualmente in rapporto al periodo di ritenzione nella fermentazione. All'inizio è più veloce, e con l'aumento del periodo di ritenzione, diminuisce gradualmente. C'è un punto di pareggio oltre il quale non è economicamente sostenibile aumentare il periodo di ritenzione. I nostri esperti utilizzano un approccio scientifico e sono in possesso di una pluriennale esperienza nel calcolo ottimizzato del periodo di effettiva permanenza nel reattore .
pH. L’ambiente acido ottimale per lo sviluppo e l’attività batterica nelle varie fasi è con un pH di 4,5-6,3. I batteri presenti nelle fasi acetiche e metanogeniche possono sopravvivere solo in ambiente neutro o debolmente alcalino con pH di 6,8-8. La seguente regola funziona per tutti i batteri: se il livello di pH supera quella ottimale, l'attività batterica è più debole, rallentando la formazione di biogas. Il livello di pH ottimale per l' attività batterica nella formazione di metano è pari a 7.
Alimentazione substrato. I prodotti metabolici di ogni gruppo di batteri rappresentano l’alimentazione per il successivo gruppo di batteri. Tutti operano a velocità diverse. I batteri non possono essere " sovralimentati altrimenti uno dei gruppi potrà non avere abbastanza tempo per produrre l’alimentazione per il gruppo successivo. Pertanto, la frequenza dell’alimentazione del substrato viene calcolata e programmata separatamente per i singoli progetti.
La preparazione del substrato. La dimensione dei batteri è di 1/1000 millimetri. Più sono piccole le particelle del substrato, maggiore risulta l'area in contatto con i batteri. Di conseguenza il periodo di fermentazione sarà ridotto, e la produzione di metano aumentata. Per questo, se necessario, vengono intraprese altre misure per ridurre le dimensioni del substrato, prima di inviarlo al fermentatore.
Mixer. Il mixer è importante non solo per prevenire la formazione della crosta e di sedimenti, ma anche per agevolare la fuoriuscita del gas prodotto (praticamente aiuta le bolle di gas a salire in superficie).
Stabilità di processo. Dei microrganismi vengono usati per determinate "diete". Le modifiche devono essere fatte gradualmente.
E' necessario evitare l'inserimento di elementi quali antibiotici, disinfettanti e prodotti chimici, acidi e grandi quantità di metalli pesanti nel fermentatore.