Accrescimento ipogeo ed epigeo di Arundo donax L. in ambienti marginali del Sud Italia

La Digestione anaerobica è un processo biologico per mezzo del quale, in assenza di ossigeno, la sostanza organica viene trasformata in biogas (energia rinnovabile) costituito principalmente da metano, anidride carbonica e idrogeno (Piccinini, 2003). La percentuale di metano nel biogas varia a seconda del tipo di sostanza organica digerita e delle condizioni di processo, da un minimo del 50% fino all’80% circa. Affinché la trasformazione abbia compiutamente luogo è necessaria l’azione di diversi gruppi di microrganismi, in grado di trasformare la sostanza organica in composti intermedi utilizzabili dai batteri metanigeni che concludono l’intero processo di digestione.
I microrganismi anaerobi presentano basse velocità di crescita e basse velocità di reazione metabolica; occorre quindi mantenere, per quanto possibile, condizioni ottimali dell’ambiente di reazione.
Le principali classi di matrice adoperate per lo sfruttamento energetico attraverso il processo di digestione anaerobica sono così riassunte:

* Reflui zootecnici, tra cui i più utilizzati sono i liquami e letami bovini ed i liquami suini. Infatti le deiezioni avicole comportano problemi di inibizione microbica e congestionamento dei digestori, mentre i reflui ovicaprini, considerato l’alto contenuto di sali, possono creare particolari problemi di concentrazione di cloruro di sodio.

* Sottoprodotti di origine animale, di cui sono considerati tutti i residui dei macelli come sangue, pelle, contenuti stomacali e ossa e scarti dell’industria ittica. Per questa tipologia di biomassa le problematiche maggiori si riscontrano nella lavorabilità e nella gestione, in proposito ricordiamo l’obbligo di costosi pretrattamenti come indicato nel Regolamento CE 1774/2002 “Norme sanitarie relative ai sottoprodotti di origine animale non destinati al consumo umano”. Il grande contenuto proteico di questa tipologia di matrice potrebbe portare a dannosi accumuli di azoto nel digestore.

* Sottoprodotti agro-industriali, che rappresenta un settore estremamente vario nel quale si producono moltissimi scarti e reflui organici che possono essere destinati alla digestione anaerobica. I prodotti, sottoprodotti e scarti sono tali e tanti che risulta inutile elencarli tutti. Tra questi ne ricordiamo alcuni dei più utilizzati come, ad esempio, il siero di latte, contenente proteine e zuccheri, dall’industria casearia, i reflui dall’industria che processa succhi di frutta o che distilla alcol e gli scarti dell’industria olearia.

* Fanghi di depurazione e frazione organica da raccolta differenziata (FORSU): i fanghi di depurazione rappresentano il residuo del processo di depurazione delle acque reflue urbane e industriali. In generale gli obiettivi primari della digestione anaerobica dei fanghi di depurazione sono la stabilizzazione della sostanza organica, la riduzione della carica patogena di questa matrice e la facilitazione per lo smaltimento finale. La resa in biogas di questa matrice è una delle più basse, considerata la scarsità di sostanza organica utile e le numerose inibizioni dovute alle alte concentrazioni di metalli pesanti, antibiotici, e altre sostanze chimiche dannose. Invece la frazione organica dei rifiuti urbani rappresenta la principale frazione merceologica dei nostri scarti domestici (generalmente fino al 4045% del rifiuto prodotto annualmente. Per poter gestire correttamente e vantaggiosamente la FORSU mediante digestione anaerobica, il ricorso a pretrattamenti è, nella maggior parte dei casi, obbligato. In particolare risulta necessario eliminare materiali indigeribili come plastiche, metalli ed inerti che, in modi differenti, possono provocare problemi e danneggiamenti alle parti meccaniche dell’impianto. Uno dei maggiori problemi nell’utilizzo delle frazioni organiche dei rifiuti è la successiva gestione del digestato. Infatti dal punto di vista ambientale la grande quantità di azoto, principalmente minerale, presente nei digestati può creare delle difficoltà durante l’utilizzo agronomico. In questi casi risulta utilissimo l’accoppiamento della digestione anaerobica con una linea di compostaggio del digestato, o con una linea di estrazione ed utilizzazione della cellulosa residua nel digestato per produrre etanolo o monomeri di interesse per la chimica verde (Santi et al, 2015).

* Residui colturali, che derivano da tutte le lavorazioni e produzioni agricole che generano una grande quantità di scarto vegetale che può essere sfruttato come matrice per un impianto di digestione anaerobica. Queste biomasse possono derivare da colture erbacee e/o arboree; in questo caso le parti da sfruttare sono quelle non edibili o trasformabili. Spesso si riutilizzano derrate alterate dalla presenza di micotossine, prodotti del metabolismo secondario di alcune specie fungine in grado di colonizzare le colture in campo e le derrate stoccate che, presentando un’elevata tossicità per uomini e animali, non sono destinabili a nessun uso diretto. La digestione anaerobica permette di trarre energia e di igienizzare nel contempo dei prodotti altrimenti inutili.

* Colture dedicate, di cui fanno parte tutte quelle colture che vengono prodotte al solo scopo di ottenere una biomassa utilizzabile per la digestione anaerobica. Si tende a coltivare piante con bassi contenuti di lignina e con alti contenuti in amido, proteine e grassi che portano a produzioni unitarie di biogas maggiori. Le colture più diffuse a questo scopo sono quelle cerealicole come ad esempio mais (allo stadio ceroso), sorgo zuccherino, colza, segale, frumento etc. Spesso la biomassa viene inizialmente insilata per velocizzare la fase di idrolisi (che viene in parte condotta da microrganismi fermentanti durante l’insilaggio).

Come riporta Candolo (2006), per reperire materia prima per un impianto di potenza di 1 MW pari all’incirca a 20000 t di silomais sono necessari circa 350 ha di coltura. Dunque ritorna in primo piano, la questione etica e non solo, di sottrarre all’agricoltura ingenti quantità di terreni idonei alle colture food.

Proprio per questo è impensabile che ciò avvenga, ma il discorso potrebbe iniziare a cambiare nel momento in cui ci sia una filiera corta ed organizzata e che si disponga di un impianto efficiente e che possa trattare più tipologie di materia prima come sopra elencate. Corno et al, (2015) confronta la resa in biogas ed in biometano (che deriva dalla depurazione del biogas, utilizzato come carburante) tra biomassa vegetale di A. donax e insilato di Zea mays, in miscela con liquame suino. I risultati indicano che, per quanto riguarda il biometano, l’A. donax ha una resa minore rispetto all’insilato di mais, rispettivamente di 174 (Normal metro cubo) N m3 CH4 Mg-1TS-1 (solidi totali) e di 246 N m3 CH4 Mg-1TS-1. La resa in biometano dipende dalla composizione chimica delle colture.

Infatti la maggior resa in Zea mays dipende da una maggior presenza di amido, a differenza dell’A. donax in cui c’è una maggior presenza di fibre. Però tale caratteristica, legata ad una maggior produzione di biomassa, permette all’A. donax di ottenere una maggior produzione di biogas che è di 12292 N m3 CH4 ha-1 rispetto a quella di insilato di Zea mays che è di 4549 N m3 CH4 ha-1 . In più dato i bassi input agronomici ed energetici, la coltivazione di A. donax permette di ridurre i costi di produzione sia di energia elettrica (0.10 € kW hEE-1 da A. donax e 0.19 € kW hEE-1da insilato di mais) sia di biometano (0.50 € N m3 CH4 da A. donax e 0.81 € N m3 CH4).