Il software prototipo sviluppato dal progetto Più-Biogas App incrementerà del 10% la resa degli impianti, aumentando la sostenibilità dei processi e riducendo i costi di esercizio
Con circa 2mila impianti e 2,5 miliardi di metri cubi all’anno, l’Italia è il secondo produttore di biogas in Europa e il quarto al mondo (dati 2021). Considerata una preziosa alternativa ai combustibili fossili, questa fonte di energia rinnovabile è anche uno dei pilastri della strategia energetica varata dall’Ue per diversificare le fonti di approvvigionamento.
Il piano REPowerEU mira infatti ad aumentare la produzione di biometano dagli attuali 20 miliardi di metri cubi a 35 entro il 2030. Così – ragionano a Bruxelles – si coprirebbe il 10% della richiesta di gas del continente, con il potenziale per arrivare al 40% già prima del 2050.
I vantaggi del biogas
A convincere l’Europa (e il nostro Paese) a investire con determinazione in questa soluzione sono la circolarità del processo di produzione (il gas viene ricavato da residui organici di scarti agroindustriali, rifiuti urbani, fanghi di depurazione, ecc.) e la facilità di trasporto e utilizzo garantita da un’infrastruttura capillare già in funzione.
Da non sottovalutare, inoltre, la possibilità di una produzione diffusa su tutto il territorio e non concentrata in alcune aree.
“L’Italia è il secondo produttore di biogas in Europa: può contare su circa 2mila impianti e 2,5 miliardi di metri cubi di gas all’anno”
I margini di miglioramento
“Si tratta di una tecnologia ormai consolidata – racconta Lorenzo Favaro, professore di Microbiologia dell’Università di Padova e coordinatore del Waste to Bioproducts-Lab -, ma che in alcune fasi può essere ulteriormente migliorata, incrementando i vantaggi per l’ambiente e riducendo i costi per le aziende”.
Il riferimento è, in particolare, alla digestione anaerobica, durante la quale la comunità microbica processa la biomassa (composta da scarti, rifiuti organici, ecc.) in un ambiente privo di ossigeno fino a ottenere biogas, composto principalmente da metano e anidride carbonica.
“Il problema della digestione anaerobica è che durante l’anno i substrati da processare possono cambiare frequentemente: questo determina una fluttuazione nella produzione di biometano, impossibile da prevedere con gli strumenti oggi usati nelle aziende. A questo si aggiunge la mancanza di metodi efficaci per il monitoraggio in tempo reale della componente microbica, dalla quale dipende gran parte del processo”.
Il progetto Più-Biogas App
Sono propri questi i gap che il progetto Più-Biogas App – sostenuto da Fondazione Cariverona attraverso il bando Ricerca e sviluppo 2020 – ha contribuito a colmare. L’iniziativa, coordinata dal professor Favaro, “intende incrementare la produzione di biogas del 10% in un contesto tipico per il Veneto, rappresentato dalla co-digestione di rifiuti zootecnici e scarti agroalimentare”.
Un innovativo modello predittivo
Un traguardo ambizioso che però ha già fatto registrare ampi passi in avanti. Attraverso il coinvolgimento delle aziende partner BTS Biogas e S&C Best, i ricercatori hanno monitorato per 18 mesi cinque impianti industriali attualmente in uso. Grazie all’impiego di metodologie innovative hanno inoltre analizzato nel dettaglio la composizione della popolazione microbica, protagonista della digestione.
Parallelamente i ricercatori del progetto Più-Biogas App hanno raccolto dati sulle caratteristiche della biomassa e sui parametri interni ai rettori. Le informazioni sono state quindi inserite all’interno di un unico database.
“Sulla base di queste analisi, siamo riusciti a sviluppare un modello predittivo. Un algoritmo potrà stimare la produzione di biogas in base alla composizione del microbioma, dei substrati digeriti e dei diversi parametri ambientali in campo: si tratta di un risultato straordinario, mai raggiunto prima”.
Dal software prototipo all’app
Sfruttando l’algoritmo, il team ha intenzione di sviluppare un software prototipo che, in futuro, potrebbe trasformarsi un’app di facile consultazione. “Sulla base degli andamenti dei parametri di funzionamento, riusciremo a fornire un supporto decisionale a imprenditori, operatori e tecnici sulla gestione dell’impianto, massimizzando la resa produttiva e riducendo nello stesso tempo i costi di esercizio”.
“Sulla base degli andamenti dei parametri di funzionamento, grazie all’app riusciremo a fornire un supporto decisionale a imprenditori, operatori e tecnici sulla gestione dell’impianto”
A regime la tecnologia sarà quindi in grado di fornire previsioni accurate e in tempo reale: “Se l’app segnalerà delle criticità nella produzione di biogas, si potrà intervenire in anticipo sul microbioma attraverso alcune accortezze (micronutrienti, enzimi, inoculanti, ecc.), senza che la produzione si fermi come spesso accade oggi”.
In questo modo il sistema di produzione diventerà più efficace e le fluttuazioni potranno essere predette.
Lo sviluppo degli inoculanti
I risultati ottenuti dal progetto Più-Biogas App, però, non finiscono qui. “Oltre ad analizzare la comunità microbica, abbiamo selezionato anche una decina di digestanti (liquidi prodotti dalla digestione anaerobica all’interno del reattore, ndr) per i quali abbiamo avviato un programma di isolamento e caratterizzazione metabolica dei microrganismi”.
L’obiettivo dello studio è sviluppare degli inoculanti – ovvero microrganismi caratterizzati fisiologicamente e geneticamente – che siano in grado di massimizzare la resa del biogas prodotto a partire da matrici organiche di difficile gestione o in caso di forti riduzioni produttive.
“Potranno essere testati per il bio-arricchimento di reattori e saranno in grado di riattivare i sistemi di digestione anaerobica rallentati dalle caratteristiche difficili di alcuni substrati”. Attualmente le quantità prodotte in laboratorio non possono essere applicate su scala industriale, ma “ci aspettiamo che, nel giro di 5-10 anni, si possa sviluppare un mercato florido attorno a questi nuovi prodotti”.
Competenze e interdisciplinarietà: gli ingredienti del successo
Il successo del progetto Più-Biogas App – che potrebbe rivoluzionare la produzione di biogas su scala nazionale – nasce innanzitutto dalle competenze e dalle capacità dei professionisti coinvolti.
“Il nostro team è davvero ben assortito – ammette Favaro – e il contributo della Fondazione è stato fondamentale per sostenere due giovani ricercatori di talento – Sara Agostini, biotecnologa industriale, e Guido Zampieri, fisico prestato alla bioinformatica -, che si sono perfettamente integrati nello studio. Il loro percorso professionale ha fatto un ulteriore passo in avanti e ora, per entrambi, si aprono scenari lavorativi promettenti”.
“Il team può contare su due giovani ricercatori di talento: Sara Agostini, biotecnologa industriale, e Guido Zampieri, fisico prestato alla bioinformatica”
Anche l’approccio interdisciplinare, nato dall’incontro tra biotecnologie e bioinformatica, ha giocato un ruolo cruciale.
“La collaborazione tra il dipartimento di Agronomia, Animali, Alimenti, Risorse naturali e Ambiente e quello di Biologia dell’Università di Padova – con la dottoressa Laura Treu e il professor Stefano Campanaro, veri e propri luminari del microbioma della digestione anaerobica – ci ha permesso di studiare la produzione di biogas da prospettive diverse e complementari, fino a raggiungere i risultati sperati”.
Fondamentale, infine, il dialogo con le aziende partner: “Lo scambio con loro è sempre stato regolare e proficuo. Ci siamo resi conto di quanto sia utile guardare al fenomeno da studiare anche con gli occhi degli imprenditori (e viceversa)”.
Come mai? “È una strategia che aiuta l’incontro tra il mondo della ricerca in laboratorio e i problemi reali delle imprese contribuendo quindi allo sviluppo di soluzioni di impatto”.
I rifiuti diventano prodotti a valore aggiunto
Più-Biogas App è solo una delle tante attività in cui il professor Favaro è coinvolto, accomunate tutte dallo stesso obiettivo: “Con Waste to Bioproducts-Lab, puntiamo a trasformare i rifiuti e gli scarti di produzione, dalla patata al latte, dal riso alla bagassa, in prodotti a valore aggiunto, dalle bioplastiche al biogas, secondo i principi dell’economia circolare, coniugando vantaggi economici e tutela ambientale”.
Come? “Sfruttando la straordinaria versatilità metabolica di una miriade di microrganismi come batteri, lieviti e funghi pluricellulari: ci sono potenzialità ancora tutte da scoprire qui, e penso che questa sia la sfida in assoluto più entusiasmante e affascinante per un microbiologo”.
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