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Cenni storici sul biogas

chimica



PREMESSA


L'eccessivo scarico di rifiuti da parte dell'uomo nell'ambiente ha reso insufficiente il processo di autodepurazione naturale.

Facciamo un esempio banale: paragoniamo il fenomeno di inquinamento da residui organici a quelli di una comune indigestione; se ingeriamo una quantità moderata di alimenti, li digeriamo senza alcun tipo di inconveniente. Viceversa, se eccediamo nel mangiare andremo incontro a una indigestione; l'organismo infatti non é capace di assimilare cibo oltre una certa quantità. Lo stesso accade per i corsi d'acqua. Se gli scarti che vi vengono immessi sono in quantità 151d34b modesta, i microrganismi riescono a decomporre queste sostanze in composti semplici, che rientrano nei normali cicli biologici. Tuttavia, se le quantità immesse superano la possibilità di autopurificazione presenti nelle acque, si verifica un profondo avvelenamento dei corsi d'acqua. Gli enti pubblici e privati sono stati costretti ad affrontare il problema della depurazione delle acque di scarico prima di immetterli nei corsi naturali.

Però nel corso delle varie fasi di depurazione dei liquami si formano notevoli quantità di fanghi, che scaricati nei corsi d'acqua senza essere stati sottoposti a nessun trattamento, ostacolano il passaggio della luce impedendo la fotosintesi, portando così ulteriore inquinamento.



Per ovviare a questo inconveniente si ricorre a vari tipi di trattamenti, ma quello fondamentale è la digestione anaerobica, che oltre a rendere inoffensivi i fanghi produce biogas che può essere utilizzato come fonte di energia alternativa.



Cenni storici sul biogas


Il biogas "gas delle paludi" fu scoperto da Shirley nel 1667, anche se era conosciuto in tempi più remoti, per la sua presenza nella decomposizione dei vegetali.

Nel 1776 fu Volta a mettere in evidenza la fermentazione metanica come trasformazione energetica della biomassa. Nel corso degli anni furono fatti diversi studi e nel 1868 Reiset parlò della presenza del metano nel letame.

Nel 1883 Ulysse Layon, miscelando acqua e letame a 35° C. ottenne (in seguito alla fermentazione anaerobica) circa 100 I. di gas per ogni metro cubo di materia prima. Secondo la tesi di Layon ciò avveniva perché i microbi anaerobici attaccando la cellulosa trasformavano il letame fresco in letame grasso.

A distanza di 1 anno Layon propone l'uso di questa fermentazione come fonte di energia.

Nel 1889 Déherain e Dupond dall'analisi di un gas proveniente da letame, nella parte alta dove la temperatura varia tra 250 C. e 350 C. trovarono un gas composto da metano e anidride carbonica.

Fu ad opera di Ducellier e Isman che, negli anni '40 fu messa a punto la fermentazione del letame con fermentazione aerobica per poter produrre biogas senza troppi inconvenienti.


BIOGAS


Il biogas è una miscela gassosa di metano, anidride carbonica acido solfidrico, con tracce di azoto ed ossido di carbonio. Nel corso del processo di digestione, il materiale organico volatile, viene degradato in gas attraverso successivi stadi e prodotti finali organici.


Composizione del biogas


Componente Composizione % volume.

Metano  50-70

Anidride carbonica  35-40

Idrogeno    1-3

Azoto 0,5-3

Ossigeno    0,1-1

Ossido di carbonio  0-0,1

Altri (H2S) 0,5-3

Acqua (vapore)    Variabile



Digestione anaerobica


La digestione anaerobica è un processo biologico impiegato per la trasformazione dei fanghi organici in composti più semplici (C02 e CH4 con una piccola percentuale di H2S). Si basa su: processi di mineralizzazione, gassificazione e humificazione delle sostanze organiche.

La mineralizzazione è la condizione in cui il materiale presente non può essere ulteriormente degradato.

La gassificazione è la trasformazione di materiale organico solido e liquido in prodotti gassosi.

La humificazione è la trasformazione di materiale organico putrescibile in un prodotto innocuo soggetto a decomposizione molto lenta.

Questi processi vengono effettuati per mezzo di una flora batterica di natura anaerobica che si sviluppa nei fanghi di fogna.

Si cerca quindi, durante il processo di digestione di sfruttare le loro reazioni cataboliche per ottenere la stabilizzazione delle sostanze organiche.

Tale digestione mira ai seguenti obiettivi:

Stabilizzazione di materiali organici.

Distruzione degli eventuali microrganismi patogeni.

Riduzione del volume dei fanghi.

Facilitazione per lo smaltimento finale.

Nel corso del processo di digestione, il materiale organico volatile viene degradato in gas.

Tale gas è essenzialmente costituito da metano ed anidride carbonica .

Secondo Isaac, la digestione anaerobica presenta i seguenti vantaggi:



a) Le sostanze organiche vengono stabilizzate in modo che il BOD ed il COD ne risultino notevolmente ridotti.

b)    La struttura del fango è modificata in modo tale che esso diventi più disidratabile.

c) Il lungo periodo di ritenzione, a temperatura relativamente elevata, fa diminuire fortemente il numero di organismi patogeni.

d)    Parte della sostanza solida è degradata in modo da formare liquidi e gas così che, il numero finale di fango da smaltire è senz'altro minore.

e) Il fango digerito non attira i roditori.

f)  Il gas prodotto durante la decomposizione della sostanza organica ha un elevato potere calorifico e può essere riutilizzato.



Fasi della fermentazione


Liquefazione, formazione di acidi e gassificazione, costituiscono i tre stadi fondamentali mediante cui avviene la degradazione (fig. 1 A).

La liquefazione avviene ad opera di enzimi idrolitici extracellulari che idrolizzano i carboidrati a zuccheri semplici, le proteine ad aminoacidi i grassi a glicerolo ed acidi grassi.

Questi prodotti vengono trasformati in acidi organici volatili per azione di colonie batteriche (produttori di acidi).

E la gassificazione che poi, trasforma parte di questi prodotti liquidi in gas (biogas).

Tale trasformazione avviene ad opera dei batteri metanigeni

Esaminiamo ora più approfonditamente le fasi della fermentazione.



La conversione in metano


Gli acidi organici ed i sali formatisi nella decomposizione, possono essere convertiti in metano direttamente, infatti i batteri metanogeni presenti nei sedimenti naturali, nelle discariche controllate, utilizzino esclusivamente acidi organici. Questi batteri, che sono caratterizzati da una crescita lenta e da un ambiente strettamente anaerobico, si raggruppano nei seguenti generi:

a) Methanobacteriu (ruminantium, mobilis, formicicum);

b)    Methanobacillus (omelianskii);

c) Methanococcus (vaneillii);

d)    Methanosacrina (barkeri).

Di fondamentale importanza nella formazione del metano è la coballamina (vitamina B12) al centro della quale si trova uno ione cobalto di cui sono noti i poteri catalitici. I batteri metanogeni possiedono enzimi (biocatalizzatori di proteine) che utilizzano come coenzima la vitamina B12. L'insieme +[C02] enzima reagendo con un datore di un radicale metile (es. acido acetico) dà origine alla metilcoballamina. A questo punto, mediante una riduzione, il radicale metile può trasformarsi in metano.

A questo punto, alcoli, acidi e sali, possono essere convertiti in metano mediante due diversi processi;

per fermentazione acida;

per riduzione con l'anidride carbonica;

Conclusioni


L'esigenza di cercare vie energetiche alternative ha creato negli ultimi anni diversi campi di ricerca. La produzione di biogas è la via più utile ed ambientalmente compatibile. Il biogas essendo prodotto dall'azione di microrganismi durante la trasformazione delle sostanze organiche contenute in sostanze non più utilizzabili oltre a permettere di risparmiare energia, ci permette anche un risparmio economico attraverso la digestione anaerobica.

L'installazione di un impianto di digestione per la produzione di biogas comporta diversi aspetti positivi, sia per una migliore qualità di vita sia per salvaguardare l'ambiente dall'inquinamento e perciò migliorare la difesa e la tutela delle cose e dell'uomo.

Ci si augura che sempre di più in futuro le aziende e gli enti pubblici accrescano di responsabilità che hanno nel settore della depurazione.

















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