Il digestato, una risorsa preziosa per la produzione di fertilizzanti green

L’ottava edizione dell’evento Biogas Italy ha ribadito ancora l’importanza del digestato per un’agricoltura “carbon neutral”. Gli impianti di biogas contribuiscono non soltanto alla generazione di energia, ma anche alla produzione di fertilizzanti ricavati dal digestato

Si è tenuta a Roma, lo scorso 13 e 14 marzo, l’ottava edizione di Biogas Italy l’evento organizzato annualmente dal Consorzio Italiano Biogas (CIB), che quest’anno lanciava il claim “Think Negative” richiamando l’impegno a sviluppare “un’agricoltura carbon negative per produrre di più consumando di meno”. Oltre mille stakeholders hanno partecipato alla due giorni che ha riunito il mondo del biogas e del biometano agricolo, e che ha fatto il punto sulle tante misure dedicate all’agricoltura per garantire la sicurezza alimentare tutelando la fertilità del suolo, stimolare la produzione di energia rinnovabile e contrastare il cambiamento climatico. Quello proposto dal CIB attraverso l’approccio Farming for Future è un metodo dinamico che va oltre la produzione di cibo, entrando nella più ampia sfera dell’agroecologia come motore di sviluppo sostenibile e come modello da esportare a livello globale. Proprio su questi temi si trovano interessanti spunti di riflessione nel recente report realizzato da Rita Di Bonito (ricercatrice ENEA) e Vito Pignatelli (presidente di ITABIA) dal titolo “Fertilizzanti dal digestato per contribuire agli obiettivi del Green Deal” di cui seguono alcuni cenni sui passaggi salienti.  

Fabbisogno di fertilizzanti. Nell’Unione Europea, l’uso di fertilizzanti per l’agricoltura richiede l’importazione di quantità di azoto, fosfati e potassio, pari – rispettivamente a circa il 30%, 68% e 85% – del fabbisogno totale, il cui costo ha subito negli ultimi tempi aumenti significativi a causa della crisi energetica innescata dai più recenti conflitti. Infatti, la produzione di fertilizzanti azotati è basata sull’utilizzo di gas naturale, che nel settembre 2022 ha registrato un aumento di prezzo del 149% rispetto allo stesso periodo dell’anno precedente, con sensibili ricadute sui prezzi del settore agricolo. Anche il fosforo presenta una crescente criticità di approvvigionamento in quanto è ottenuto dalla roccia fosfatica, che viene importata da Marocco, Russia, Siria e Algeria per circa l’88% ed è considerata in via di esaurimento. Per tale motivo è stata inclusa dalla UE nella lista delle 20 materie prime critiche per le quali occorre sviluppare strategie di recupero e riciclo. 

Attualmente il mercato dei fertilizzanti ammonta a circa 1 miliardo di euro, di cui il 70% è rappresentato da concimi inorganici e il 30% da quelli organici. Il Nutrient Management Action Plan del 2023 prevede non solo un più efficiente utilizzo dei fertilizzanti, ma anche lo sviluppo di pratiche agricole sostenibili con l’impiego privilegiato di fertilizzanti organici. In tale contesto, particolare interesse è rivolto alle tecnologie per il recupero di nutrienti dal trattamento di rifiuti, reflui e materie di scarto provenienti dal comparto agricolo, zootecnico ed agroindustriale, ma anche dal trattamento della frazione organica dei rifiuti urbani e dalla depurazione delle acque reflue. Lo sviluppo di nuove tecnologie per la produzione di fertilizzanti deve essere in ogni caso compatibile con gli obiettivi del Green Deal, che prevede una riduzione delle emissioni di gas climalteranti con il raggiungimento della neutralità rispetto alle emissioni di carbonio nel 2050 ed una loro riduzione di almeno il 55% rispetto ai valori del 1990 già nel 2030. In quest’ottica il digestato, materiale organico ottenuto come residuo dalla digestione anaerobica di biomasse e rifiuti organici per la produzione di biogas, assume un particolare valore in quanto rappresenta da un lato una preziosa fonte di sostanza organica per i terreni agricoli e dall’altro il co-prodotto di una fonte energetica rinnovabile con neutralità rispetto alle emissioni di carbonio, sia per quel che riguarda la produzione di energia elettrica che per l’ottenimento – tramite trattamento di upgrading del biogas – di biometano e bio-idrogeno (EBA Statistical Report, giugno 2023). Il biometano, in particolare, può essere utilizzato per la produzione di calore nell’industria pesante, per la generazione di elettricità e come biocarburante avanzato nei trasporti terrestri, marittimi e aerei. La produzione di biometano ha registrato un continuo incremento (da 0,5 miliardi di Sm³ nel 2011 a 4,2 miliardi nel 2022 - Fonte EBA, 2023) ed è destinata a crescere sensibilmente, in quanto l’Unione Europea ha auspicato il raggiungimento di una produzione di 35 miliardi di Sm3 nel 2030. La produzione di digestato dagli impianti di digestione anaerobica attualmente in funzione in Europa è stimata intorno ai 128 milioni di tonnellate/anno e crescerà notevolmente in conseguenza del previsto incremento della produzione di biometano. Il digestato è utilizzato direttamente, tramite spandimento sul terreno, ma sono state sviluppate tecnologie che permettono sia la sua conservazione e il trasporto lontano dal sito di produzione, sia il recupero di nutrienti come azoto e fosforo con il controllo delle emissioni gassose clima-alteranti.

La valorizzazione del digestato. Nella digestione anaerobica parte della sostanza organica viene decomposta e trasformata in biogas, mentre la frazione minerale rimane quasi interamente nel digestato, che trova impiego direttamente come fertilizzante organico essendo ricco di azoto, fosforo e potassio, soprattutto se ottenuto dalla digestione di deiezioni animali. La componente solida del digestato è simile all’humus e contribuisce al ripristino di carbonio nel suolo.  Il recente regolamento sui fertilizzanti dell’Unione Europea (EU 2019/2009), entrato in vigore nel luglio 2022, ha lo scopo di armonizzare la produzione dei fertilizzanti e creare un quadro normativo per definire le caratteristiche dei prodotti che possono ricevere il marchio EU ed essere commercializzati in tutti i Paesi dell’Unione. Il regolamento riconosce i concimi organici o organo-minerali, come pure gli ammendanti organici (contenenti esclusivamente carbonio organico), tra le sette categorie funzionali di prodotto (PFC) ammesse come fertilizzanti. Il digestato è incluso nelle undici categorie di materiali costituenti i fertilizzanti (CMC), sia se proveniente da colture che da altre fonti di materia organica, con alcune eccezioni come i fanghi di depurazione. Il regolamento stabilisce le condizioni minime di processo della digestione anaerobica, i limiti massimi di contaminanti chimici (IPA, metalli pesanti), i limiti di contaminazione microbiologica (salmonella, coliformi) e le concentrazioni minime di nutrienti. L’utilizzo del digestato sui terreni agricoli deve inoltre tener conto della direttiva nitrati (91/676/EEC) che, allo scopo di contenere l’eutrofizzazione delle acque, limita la quantità di azoto che può essere immessa in aree sensibili. Lo sviluppo di tecnologie per il trattamento e trasporto del digestato può aumentare i suoi campi di applicazione e rappresentare una ricaduta economica addizionale alla produzione di biogas. Il digestato viene solitamente sottoposto ad un trattamento meccanico che effettua la separazione delle fasi liquida e solida, utilizzate in maniera diversa. La parte solida ha un peso secco del 20-40%, è ricca di fosforo (P₂O₅) e di sostanza organica, risultando adatta come fertilizzante umico a lento rilascio, mentre la parte liquida, con un contenuto in sostanza secca dell’1-8% è più ricca in ammonio (NH₄⁺) e può essere utilizzata come fertilizzante ad azione rapida. Se essiccata, la parte solida del digestato può essere pellettizzata e – anche se questo trattamento è ancora poco diffuso – la sua applicazione avrebbe enormi potenzialità di sviluppo anche in orticoltura e giardinaggio essendo facilmente conservabile e trasportabile. Per quel che riguarda invece la frazione liquida del digestato, questa può essere sottoposta a processi di diminuzione di volume, tramite tecniche basate su evaporazione e filtrazione, in modo da ottenere sospensioni con concentrazioni più elevate di nutrienti e più facili da trasportare. Anche da questo trattamento è possibile recuperare NH₄⁺ dai vapori di condensazione sotto forma di solfato da ammonio da utilizzare come fertilizzante minerale.

Tecnologie per il recupero di nutrienti. Il recupero dei singoli nutrienti (azoto e fosforo) dal digestato è stato inizialmente implementato per limitare la dispersione di azoto che, nelle aree sensibili, non dovrebbe superare il limite di 250 kg/ha secondo la direttiva nitrati (91/676 ECC). Tuttavia, la crescente domanda di fertilizzanti ha portato allo sviluppo di tecnologie per il recupero di azoto e fosforo dal digestato, già utilizzate in impianti industriali. Alcuni di questi sono operativi in prossimità di impianti di depurazione delle acque reflue urbane, ricche di azoto e fosforo, ma i processi impiegati sono adatti anche al trattamento del digestato. Oggi le tecnologie mature e disponibili sul mercato sono numerose e tra queste si possono citare a titolo d’esempio la PAKU, sviluppata dalla Società Endev (Finlandia); la CarboREM, sviluppata dal Gruppo Greenthesis (Segrate, Italia); la TerraNova Energy (Dusseldorf, Germania); la Ostara Pearl della Evoca (Stati Uniti, Canada).

Recentemente sono state sviluppate numerose tecnologie innovative per il recupero di nutrienti sia da digestato che da altri tipi di biomasse, ancora in via di sperimentazione in impianti pilota con TRL (Technology Readiness Level) da sei in su. Tali sperimentazioni sono state possibili grazie ad ingenti investimenti in R&D anche sotto forma di progetti finanziati dall’Unione Europea che considera prioritario il recupero dei nutrienti per soddisfare la richiesta di fertilizzanti per l’agricoltura nell’ottica del riciclo delle risorse e della riduzione delle emissioni clima-alteranti. La valorizzazione del digestato e dei suoi derivati come fertilizzante rappresenta dunque un’importante opportunità per restituire ai terreni agricoli preziosi elementi nutritivi, che rischierebbero altrimenti di andare sprecati se non di risultare, come nel caso dei composti azotati, addirittura dannosi per gli agro-ecosistemi. L’ampia disponibilità di tecnologie, già sul mercato o in fase avanzata di sviluppo, garantisce un’elevata flessibilità di impiego per questi prodotti e la possibilità di effettuare consapevolmente le scelte migliori per ogni situazione specifica, fornendo un contributo importante alla crescita dell’economia circolare, alla competitività delle agro-energie e alla sostenibilità dei sistemi produttivi agricoli, zootecnici ed agroindustriali.