Download Capitolo 2 - ResearchGate

Bovini da latte e biogas - CRPA spa
Tabella 7 - Rappresentazione schematica dei processi che caratterizzano la digestione anaerobica (il simbolo R indica la parte restante della molecola organica)
IDROLISI SUBSTRATI COMPLESSI (carboidrati, grassi, proteine)/ACIDOGENESI: zuccheri semplici, glicerolo, acidi grassi, gruppi peptidici  chetoni (RCOR), alcoli (ROH), amminoacidi (RCHNH 2COOH),
acidi organici (RCOOH), acidi organici volatili (da batteri acidogeni)
ACETOGENESI: acidi organici volatili  acido acetico (CH3COOH), anidride carbonica (CO2), idrogeno molecolare (H2)
METANOGENESI
CH3COOH  CH4 + CO2 (da batteri acetoclastici)
CO2 + 4H2  CH4 + 2H2O (da batteri H2 obbligati)
Dato che i batteri acidogeni, coinvolti nel primo stadio, hanno velocità di crescita molto maggiore ri spetto a quelli acetoclastici, l’intero processo viene controllato e limitato da questi ultimi, il cui tempo
minimo di duplicazione è di circa 2-3 giorni alla temperatura ottimale di 35 °C, contro le 2-3 ore dei
primi; i batteri acetoclastici sono responsabili della produzione di circa il 70% del metano prodotto
globalmente durante la digestione, mentre il rimanente 30% è quello originatosi dalla riduzione della CO2 da parte dei batteri idrogeno-obbligati. A causa della complessità della struttura delle proteine
che costituiscono i diversi substrati da avviare a digestione, è evidente come il metabolismo di tali
composti possa dare luogo, oltre alla produzione di ammoniaca - NH 3, alla formazione di svariati prodotti finali: a seconda della struttura chimica e dei gruppi caratteristici degli amminoacidi compo nenti (alcuni amminoacidi, ad esempio, quali cisteina o metionina contengono zolfo, altri, quali fenilalanina o tirosina, gruppi aromatici…) possono prodursi H 2S, fenoli, ammine, mercaptani, CO2. Particolare importanza per l’andamento dell’intero processo riveste, tra gli intermedi prodotti a seguito
della demolizione della sostanza organica, proprio lo ione ammonio; tale composto inorganico, che
si genera a seguito della protonazione dell’ammoniaca, è infatti determinante per l’andamento dell’intero processo per la sua capacità di tamponare l’acidità prodotta nei primi stadi della degradazione e per stabilizzare di conseguenza il pH dell’ambiente di reazione. È evidente, sotto questo aspetto,
come la determinazione analitica quantitativa di alcuni di tali composti e parametri intermedi (vedi
ad es. gli acidi volatili o l’alcalinità totale) possa fornire indicazioni estremamente utili per comprendere l’andamento globale della digestione ed evidenziare di conseguenza l’eventuale necessità di interventi.
La percentuale di metano nel biogas varia, a secondo del tipo di sostanza organica digerita e delle
condizioni di processo, da un minimo del 50 fino all’80% volume/volume circa.
Visto che i microrganismi anaerobi hanno basse velocità di crescita e di reazione, occorre mantenere
ottimali, per quanto possibile, le condizioni dell’ambiente di reazione. Questo deve quindi risultare
da un compromesso tra le esigenze dei singoli gruppi microbici per consentire la loro crescita equili brata. Il pH ottimale è intorno a 7-7,5, mentre la temperatura ottimale di processo è intorno ai 35 °C,
se si opera con i batteri mesofili, o di circa 55 °C, se si utilizzano i batteri termofili. La Figura 6 descrive
il processo di digestione anaerobica.
Anche se i tempi di processo sono relativamente lunghi se confrontati con quelli di altri processi biologici, il principale vantaggio della digestione anaerobica è che la materia organica complessa, nor malmente molto diluita, può essere convertita in un gas combustibile ad elevato potere calorifico e
facilmente utilizzabile.
23