La digestione anaerobica è un processo biologico per mezzo del quale, in assenza di ossigeno, la sostanza organica contenuta nei materiali di origine vegetale e animale viene trasformata in biogas, costituito principalmente da metano (CH4) e anidride carbonica (CO2).
La percentuale di metano varia, a seconda del tipo di sostanza organica digerita e delle condizioni di processo, da un minimo di 50 fino a circa l’80%. I microrganismi anaerobi che operano questa trasformazione presentano basse velocità di crescita e basse velocità di reazione; da ciò la necessità di mantenere, per quanto possibile, condizioni ottimali dell’ambiente di reazione per favorirne il metabolismo.
La digestione anaerobica può essere condotta in condizioni mesofile (a temperature di circa 35° C), termofile (a circa 55° C) o, più raramente, a freddo (digestione psicrofila). La temperatura di reazione determina in genere anche la durata del processo (tempo di residenza o di ritenzione). I tempi sono mediamente compresi tra 15 e 50 giorni se il processo avviene in mesofilia, tra 14 e 16 se avviene in termofilia e di 60-120 giorni in psicrofilia.
La digestione anaerobica è un processo molto complesso operato da differenti gruppi di batteri che agiscono in serie. La trasformazione avviene con una sequenza di fasi successive che, in piccola parte, tendono a sovrapporsi. Le prime due fasi possono essere considerate di preparazione e solo nella terza fase si ha produzione di biogas. Più in dettaglio, nella prima fase, i batteri idrolitici “spezzano” i composti organici complessi (cioè carboidrati, proteine e grassi) in sostanze più semplici (fase di idrolisi). Nella seconda fase tali sostanze vengono trasformate, in
un primo stadio, in acidi organici mediante reazioni di acidogenesi e, successivamente, in acetato (COOH-CH3), anidride carbonica (CO2) e idrogeno (H2), attraverso processi di acetogenesi (fase di fermentazione). Nell’ultima fase, quella più delicata, i batteri metanigeni trasformano i prodotti formatisi nella fase precedente in metano (CH4) ed anidride carbonica, i principali costituenti del biogas (metanogenesi) La sostanza organica viene quindi degradata liberando biogas, vettore energetico del processo, in misura variabile dal 30 all’85%. Bassi livelli di rese in biogas possono essere imputabili a più fattori: basse temperature; tempi di ritenzione troppo brevi per una determinata temperatura; scorretta gestione idrodinamica del reattore (zone morte); rilevante presenza di sostanze antibiotiche.
La resa in biogas dipende anche dalla tipologia di biomassa utilizzata. Il capitolo successivo riporta una ampia rassegna di matrici organiche e le relative caratteristiche funzionali alla digestione anaerobica (DA). In prima istanza, si indicano la resa in biogas e la percentuale di metano in essa contenuta, correlate alla composizione organica dei materiali di partenza. La maggior capacità metanigena è attribuibile ai grassi (≈ 0,85 m3/kg), seguita dalle proteine (≈ 0,5 m3/kg) e infine dai carboidrati (≈ 0,4 m3/kg).
