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Ambiente: dagli scarti della produzione di biogas nuovi prodotti per l’agricoltura
I ricercatori ENEA hanno ottenuto nuovi prodotti per l’agricoltura, come concimi, ammendanti e acqua ‘purificata’ per l’irrigazione, dallo scarto di produzione del biogas[1]. Il risultato è stato raggiunto nell’ambito del progetto “BIOSOS - BIOgas SOStenibile[2]” coordinato dall’Università di Camerino, grazie a un innovativo processo di filtrazione a due stadi che ha permesso di estrarre dalla frazione liquida del digestato nutrienti (azoto, fosforo e potassio) e sostanze organiche utilizzabili come fertilizzanti e ammendanti agricoli. Inoltre, secondo i ricercatori ENEA il sistema consentirebbe di recuperare fino all’80% dell’acqua in uscita dal digestore, riutilizzabile all’interno del processo di biogasificazione, per la diluizione dei concimi o per l’irrigazione dei campi, un elemento di particolare rilievo considerando l’aumento degli eventi siccitosi riconducibili ai cambiamenti climatici.
“Con questa innovazione vogliamo offrire il nostro contributo al raggiungimento degli obiettivi europei, in particolare della strategia Farm to Fork che prevede una riduzione del 20% nell’utilizzo di fertilizzanti di sintesi entro il 2030; questi ultimi sono ad alta intensità energetica, contribuiscono all’esaurimento di risorse minerali come il fosforo e generano maggiori emissioni di gas serra[3]”, spiega Gian Paolo Leone del Laboratorio Bioeconomia Circolare e responsabile per ENEA del contratto commissionato dall’Università di Camerino.
Punto focale della sperimentazione ENEA è l’uso di una particolare tecnologia di filtrazione che da anni è al centro delle attività di ricerca della Divisione Sistemi Agroalimentari Sostenibili. “Si basa su un processo di separazione dei liquidi dove il fluido scorre parallelamente alla superficie della membrana che separa in modo efficiente l’acqua e i sali dalle sostanze organiche concentrate. La stessa tecnologia è già utilizzata per estrarre molecole di interesse alimentare, nutraceutico e cosmetico, per recuperare proteine dai reflui lattiero-caseari (come il siero di caseificazione) e molecole antiossidanti come polifenoli e flavonoidi dalle acque di vegetazione olearie, nonché per la dissalazione di acque salmastre e marine ai fini dell’approvvigionamento idrico”, sottolinea Daniele Pizzichini, ricercatore del Laboratorio ENEA Bioeconomia Circolare.
Entrando nel dettaglio del processo studiato, i ricercatori ENEA hanno lavorato mediante due stadi consecutivi di filtrazione presso la Hall tecnologica Processi Agro-industriali del Centro Ricerche ENEA della Casaccia. “Nel primo stadio di filtrazione, realizzato tramite microfiltrazione o ultrafiltrazione, tratteniamo batteri potenzialmente presenti, riduciamo la torbidità legata ai solidi sospesi abbattendo così il carico inquinante per le fasi successive del trattamento”, aggiunge Gian Paolo Leone di ENEA. “Nel secondo stadio - aggiunge - otteniamo mediante nanofiltrazione o osmosi inversa un’acqua purificata da utilizzare per l’irrigazione delle colture e una concentrazione di macronutrienti, in particolare azoto ammoniacale, con caratteristiche diverse a seconda dello scarto organico (letame bovino o carcassa di trota iridea) ma del tutto simile ai concimi in commercio[4]”.
Il vantaggio del processo è anche quello di assicurare un adeguato profilo di sicurezza microbiologica delle frazioni concentrate a potenziale uso agronomico.
“Grazie a prove eseguite in laboratorio e all’applicazione di metodologie rapide nei pressi dell’impianto abbiamo potuto verificare che il processo di digestione riduce in modo significativo la carica microbica nel digestato. Tuttavia, è attraverso il ricorso al primo stadio di filtrazione che registriamo l'abbattimento quasi totale della carica batterica. Questo rende possibile l’applicazione diretta della frazione trattata sul terreno o sulle colture, senza rischi per il consumo umano dei prodotti agricoli”, sottolinea il professor Luca Agostino Vitali dell’Università degli Studi di Camerino.
Una volta messo a punto il sistema di filtrazione, i ricercatori ENEA dovranno valutare il processo su scala pilota, per verificare, ad esempio, come reagiscono le membrane del primo stadio di filtrazione all’alto contenuto di sostanza organica e di solidi sospesi[5]. Sviluppi futuri potranno riguardare l'’integrazione degli impianti di filtrazione al reattore per la produzione di biogas, così da trattare sul luogo gli scarti animali e le acque del digestato, rendendo il processo più efficiente ed economico. Andranno, infine, analizzati aspetti associati alla sostenibilità energetica della soluzione tecnologica – valutando, ad esempio, l’accopiamento con fonti rinnovabili come il fotovoltaico – e verificato il possibile impiego dei concentrati come biostimolanti per sostenere il microbiota del suolo.
Con l’aumento della diffusione dei digestori anaerobici per la produzione di biogas da biomassa e rifiuti organici è cresciuta anche la produzione di digestato, sottoprodotto del processo di biogasificazione. Nel 2022, i volumi di digestato prodotti negli impianti europei hanno raggiunto quasi 31 milioni di tonnellate (Mt) di sostanza secca (con un contenuto di azoto pari a 1,7 Mt, di fosforo di 0,3 Mt e di potassio a 0,2 Mt[6]), con previsioni di crescita fino a 75 milioni di tonnellate nel 2030 e 177 milioni di tonnellate nel 2050. In Italia, la produzione annuale di digestato si attesta a circa 3 Mt. L’attenzione verso questo sottoprodotto è dovuta soprattutto alla presenza di nutrienti essenziali come azoto, fosforo e potassio, in particolare quando il digestato proviene dalla digestione di letame animale. Questi nutrienti, in linea con i principi dell’economia circolare, possono essere recuperati e utilizzati come concimi agricoli, con impatti positivi sia sul piano ambientale che economico, tenuto conto che il mercato globale dei fertilizzanti ha raggiunto nel 2023 un valore di 202 miliardi di dollari, con previsioni di crescita fino a 257 miliardi di dollari entro il 2032, trainato principalmente dall’aumento della popolazione globale e dalla crescente domanda di cibo.
Note
[1] Digestato da letame bovino e carcasse di trota iridea.
[2] La ricerca condotta da ENEA è stata commissionata dall’Università di Camerino inserita tra le attività del progetto PSR 2014-2020 della regione Marche denominato “BIOgas SOStenibile” che ha coinvolto oltre all’Università di Camerino, la CIA Marche di Ancona, Sereco Biotest responsabile dei test di funzionamento del reattore di digestione, l’azienda agricola Scolastici di Macereto di Pieve Torina (MC), nella veste di capofila, e l’azienda Cherubini di Visso i cui sottoprodotti, rispettivamente deiezioni bovine e carcasse di trota iridea (Oncorhynchus mykiss) sono state oggetto del processo di biogasificazione.
[3] La sostituzione di 1 tonnellata di fertilizzante artificiale con digestato consente di risparmiare 1 tonnellata di petrolio, 108 tonnellate di acqua e 7 tonnellate di emissioni di CO2 (fonte: Anaerobic Digestion and Bioresources Association, citata in Digestate factsheet, EBA).
[4] Ad esempio, il concime liquido ottenuto dal digestato di letame bovino mostra caratteristiche chimiche molto simili ai prodotti in commercio; così come quello ottenuto dalle carcasse di trote, che presenta un contenuto elevato di azoto ammoniacale simile ad alcuni concimi fogliari in polvere.
[5] In questa fase, membrane ceramiche di micro o ultrafiltrazione potrebbero essere adatte grazie alla loro resistenza a lavaggi frequenti, anche con pH alcalino o a temperature medio-alte.