Gli acidi grassi volatili del biogas sono il primo passo della trasformazione di molecole complesse come cellulosa e amidi in molecole semplicissime: CH4, CO2, H2, NH3, H2S e H2O. Il primo step è l’idrolisi delle biomasse vegetali e animali, e il secondo step è la formazione degli acidi grassi del biogas. Dopo l’acidificazione, gli acidi diventano metano.
L’idrolisi delle matrici
La matrice ideale per ler fermentazioni anaerobiche dovrebbe avere un rapporto carbonio/azoto 40.
Invece solitamente le matrici per il biogas agricolo hanno un rapporto C/N compreso tra 15 e 30.
Le matrici come mais o le deiezioni animali o i forsu (rifiuti solidi urbani) sono costituiti da macromolecole unite a formare dei polimeri: amidi, proteine, grassi, cellulose, emicellulose.
La demolizione delle macromolecole o polimeri è il più delle volte extracellulare.
Questi polimeri devono diventare monomeri, cioè i singoli mattoni dei polimeri: acidi grassi, aminoacidi, monosaccaridi (glucosio).
Questo lavoro viene svolto dai batteri idrolitici.
Il pH ottimale della fase idrolitica è 5 (+-0,5).
Ostacoli all’attività idrolitica
Fosforo, potassio e magnesio inibiscono l’attività idrolitica, sono largamente presenti nel mais.
La formazione di acidi grassi volatili del biogas
Dalla fermentazione dei monosaccaridi, aminoacidi, acidi grassi, otterremo gli acidi volatili.
La degradazione del glucosio
Da una molecola di glucosio si ottengono 3 molecole di acido acetico: C6H12O6 = 3CH3COOH. Si possono formare anche C3 (acido propionico e acido lattico) e C4 (acido butirrico). Parte dei monosaccaridi vengono trasformati in alcoli e chetoni. Gli alcoli vengono degradati velocemente in acido acetico.
Gli acidi grassi volatili sono acidi grassi con meno di 5 atomi di carbonio: C3 (acido propionico e acido lattico) e C4 (acido butirrico): dalla loro fermentazione si ottiene acido acetico, idrogeno e anidride carbonica.
| C2 | acido acetico | 564 |
| C3 | acido propionico | 60 |
| C4 | acido isobutirrico | <50 |
| C4 | acido butirrico | <50 |
| C5 | acido isovalerico | 64 |
| C5 | acido valerico | <50 |
| C6 | acido isocapronico | <50 |
| C6 | acido capronico | <50 |
acidi grassi volatili di un digestato
Dagli AGV si produce anche ac. formico CH2O2.
La degradazione degli aminoacidi
Da una molecola di aminoacido si ottengono 1 molecole di acido grasso volatile e 1 molecola di ammoniaca.
Formazione di schiuma nei biogas
Le biomasse proteiche, come gli insilati di triticale o peggio ancora di erba medica, i sottoprodotti animali, contenengono saponine. Le saponine inibiscono alcuni protozoi a vantaggi di altri batteri, la conseguenza è l’aumento dell’acido propionico. L’acidità agisce sui carbonati e bicarbonati del digestato, liberando anidride carbonica. L’anidride carbonica viene intrappolata in bolle: è la schiuma. Un meccanismo molto simile alle lattifere alimentare con erba medica che vanno incontro a meteorismo ruminale. La schiuma impedisce lo scorrimento del biogas attraverso tubi e valvole dell’impianto. A quel punto l’impianto rallenta fino a fermarsi.
Negli impianti di biogas che fanno uso di glicerina grezza, la schiuma è un problema. La glicerina è un sottoprodotto della produzione del biodiesel:, nell’esterificazione dei grassi per la produzione del biodiesel c’è fino a un 10% di sapone residuale.
Nei digestori fognari la schiuma è un problema molto più frequente, perchè per definizioni l’acqua di fogna è piena di sapone o detersivi.
Anche i lieviti presenti normalmente nel digestato possono favorire la formazione dei gas. Quindi bisogna mantenere la temperatura sopra quella ottimale dei lieviti, che sta tra i 30-36°C. Quindi basta tenere la temperatura dell’impianto sopra i 40°C.
Un’altra precauzione è mantenere in agitazione continua il digestato.
Infine verificare sempre la velocità di trasformazione in metano dell’acido acetico, con il test Sma sulla specifica attività metanogena.
Differenza tra digestore e ruminante
Un digestore del biogas è un allevamento di batteri, un po’ come il rumine: in entrambi le fermentazioni batteriche sono anaerobiche, rumine e digestore sono sempre in agitazione. Cosa li distingue ? Nei ruminanti i tempi di digestione prevedono una sosta 24-48 ore, mentre nel digestore 20-30 gg; nel rumine siamo a 37°C, mentre nei digestori siamo sopra i 40°C.