Tutte le sostanze organiche contenenti come componenti principali carboidrati, proteine e lipidi sono adatte per essere utilizzate come substrato per la produzione di biogas (espressa in termini di volume prodotto per unità di massa di solidi volatili - Tabella I): i fanghi degli impianti di trattamento delle acque reflue (ITAR), i reflui zootecnici, i residui dei raccolti agricoli, i rifiuti organici provenienti dai processi industriali di trasformazione di carne, pesce, frutta e verdura, i reflui lattiero-caseari, gli scarti organici proveniente dai mercati e dalle mense, i rifiuti alimentari da raccolta differenziata dell’umido attuata nelle utenze domestiche e le colture energetiche (mais, riso, paglia, etc.) sono tutti substrati idonei per l’alimentazione di digestori anaerobici. Tuttavia, a seconda del contenuto iniziale di carboidrati, proteine e lipidi cambiano la resa in termini di produzione di biogas nonché, in generale, le prestazioni del processo di digestione anaerobica, anche in funzione di eventuali pre-trattamenti.

 

Tabella I - Produzioni specifiche di metano da diversi substrati

Substrato	Produzione specifica di metano (m3/kg-1SV)
Scarti alimentari	0.245-0.525
FORSU	0.390-0.430
Rifiuti mercatali	0.250-0.370
Liquame suino	0.150-0.200
Letame bovino	0.200-0.250
Deiezioni avicole	0.220-0.290
Sorgo	0.420
Insilato di mais	0.364
Girasole	0.428-0454
Barbabietola da zucchero	0.340
Paglia di riso	0.347-0.367
Frumento	0.360
Avena	0.250-0.320
Scarti di cucina	0.370-0.450
Sfalci di prato	0.300
Scarti lavorazione patate	0.426
Scarti lavorazione carote	0.417
Scarti produzioni confetture	0.320
Scarti macelli	0.550-0.670
Scarti lavorazione pesce	0.390
Scarti lavorazione carni maiale	0.230-0.620
Grasso suino	0.900

 

In generale, il più elevato rendimento di produzione di biogas compete a sostanze ricche di lipidi, che richiedono, però, tempi di digestione più lunghi a causa della loro lenta biodegradabilità. L’alto potenziale di produzione di metano dei lipidi è dovuto all’elevato numero di atomi di C e di H presenti nella loro molecola. Tuttavia, con un eccesso della sostanza in esame possono aversi diversi problemi operativi, quali l’inibizione dell’attività dei microrganismi metanigeni oppure lo sviluppo di fenomeni di adsorbimento del biogas sulla biomassa, che, risultandone alleggerita, tende più facilmente a flottare all’interno del reattore e, quindi, è maggiormente soggetta al washout.
Rispetto al caso appena descritto, le reazioni di trasformazione di sostanze contenenti soprattutto carboidrati e proteine sono caratterizzate da una maggiore velocità, ma, di converso, da rese inferiori di biogas prodotto.
Un rischio associato alla trasformazione di substrati ad elevato contenuto di carboidrati è legato alla velocità con cui si sviluppano le fasi di acidogenesi e di acetogenesi rispetto a quella della fase di metanogenesi: infatti, qualora le prime risultino di gran lunga superiori all’ultima, nel reattore si verifica un accumulo di acidi grassi volatili, che, causando il progressivo abbassamento del pH, può inibire l'attività dei microrganismi metanigeni, limitando, fino ad annullarla, la produzione di biogas. Problematica si presenta anche la digestione di rifiuti ricchi di cellulosa (tipici sono ovviamente quelli delle industrie della carta, del cartone e tessili), in quanto caratterizzati da rapporti C/N molto alti (da 170/1 fino ad oltre 1000/1), di gran lunga superiori ai valori usualmente considerati ottimali di 20/1-30/1.
I rifiuti ad elevato tenore di proteine presentano, spesso, basse rese di produzione di biogas a causa del limitato rapporto C/N che li caratterizza. Durante la fermentazione di tali composti, peraltro, si verifica un aumento significativo della concentrazione di ammoniaca, che comporta il rischio di inibizione dei trattamenti anaerobici.
Ovviamente, la pratica della co-digestione, se condotta oculatamente, riduce sensibilmente i rischi e le disfunzioni appena citati, garantendo una maggiore stabilità e robustezza del processo di digestione anaerobica.

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