Emissioni (II): Come ridurre al minimo le emissioni di Gas ad Effetto Serra e Ammoniaca negli allevamenti di suini?

La velocità di trasferimento dei gas dalla fase liquida all'atmosfera è proporzionale alla differenza tra la concentrazione nella fase liquida e quella che avrebbe se fosse in equilibrio con la fase gassosa. La concentrazione di equilibrio è quella per la quale non c'è trasferimento, cioè non ci sono emissioni. Un gas scarsamente solubile (bassa concentrazione all'equilibrio, nel caso di CH₄) tenderà a fuoriuscire rapidamente nella fase gassosa, mentre altrimenti (nel caso di NH₃) riuscirà a mantenere alte concentrazioni nel liquido senza alcuna emissione .

Non tutto l'azoto ammoniacale è sotto forma di NH₃, ma soprattutto sotto forma di NH₄⁺ non volatilizzabile. Quando il pH o la temperatura diminuiscono, più azoto sarà sotto forma di NH₄⁺ e più azoto ammoniacale (somma di NH₃ e NH₄⁺) rimarrà nel mezzo liquido. Se la concentrazione di NH₃ nella fase gassosa sul liquame aumenta, al di sopra dei valori abituali nell'atmosfera, aumenterà anche la concentrazione di equilibrio nel liquido. Pertanto, a pH 7, una temperatura di 20°C e una concentrazione di 50 ppm di NH₃ nella fase gassosa al di sopra della sospensione, la concentrazione di equilibrio nel liquido di azoto ammoniacale è di 5.260 mg N/L, mentre questa concentrazione è di 540 mg N/ L per pH 8. Per evitare emissioni e per mantenere concentrazioni più elevate in un mezzo liquido, pH 7 è migliore di pH 8, e anche migliore se il pH è inferiore a 7. Poiché la concentrazione di NH₃ diminuisce nello strato d'aria sopra la superficie del liquame (concentrazione media nell'atmosfera terrestre di 1 - 5 ppb), minore è la concentrazione all'equilibrio e più rapida è l'emissione. Sarebbe il caso del vento o di qualsiasi altro fenomeno di dispersione di gas. Coprire la vasca/fossa, anche leggermente, per proteggerla dalla dispersione o per ridurre la superficie di scambio liquido/gas, avrà un effetto sulla riduzione delle emissioni di NH₃. Non così con CH₄, che sfuggirà nell'atmosfera in qualsiasi circostanza, a meno che la copertura della vasca sia completamente a tenuta stagna.

Le emissioni di CH₄ dipendono dal tempo durante il quale i microrganismi anaerobici decompongono la materia organica, la cui attività aumenta con la temperatura. La Figura mostra i fattori di emissione di CH₄ secondo il manuale 2019 dell'IPCC (Intergovernmental Panel of Experts on Climate Change) per i climi temperati e caldi, sia umidi che secchi. Il clima temperato corrisponde a temperature medie annuali comprese tra 15°C e 25°C, e il clima caldo a temperature più elevate. Il manuale dell'IPCC indica che per stimare le emissioni nelle fosse sotto i grigliati si devono considerare le condizioni ambientali negli habitat animali, un ambiente caldo umido, e non quelle esterne. Quest'ultimo è stato verificato sperimentalmente. Solo rimuovendo il liquame dai capannoni il più presto possibile in una vasca esterna, le emissioni possono essere ridotte, ad esempio, dal 57% al 24% in caso di stoccaggio per 3 mesi (vedi figura).

Per evitare le emissioni di NH₃, in ordine di priorità, possono essere applicate diverse tecniche:

1. Migliorare le diete e la digeribilità delle proteine ​​e degli aminoacidi. Maggiore è l'efficienza di alimentazione, minore è la concentrazione di azoto nel liquame e minori velocità di trasferimento.
2. Rimuovere il liquame dalle fosse delle stalle il prima possibile, ogni giorno meglio di ogni settimana, e meglio ogni 6 ore che ogni 24. Sebbene le stime manuali dell'IPCC indichino valori di emissione di azoto del 25% (intervallo 15% - 30%) dell'azoto espulso dalle fosse sotto i grigliati, e 48% (15% - 60%) per le vasche esterne senza crosta naturale, la vasca coperta consente di prevenire le emissioni (fino al 3% - 12% secondo il manuale IPCC), che non è praticabile nelle fosse. Agli animali viene inoltre impedito di respirare ammoniaca, con benefici per la salute e la produzione.
3. Coprire le vasche esterne con un telone o altro materiale che riduca l'area di contatto tra la superficie del liquame immagazzinato e l'atmosfera. Ad esempio, pezzi galleggianti solidi che si combinano tra loro per tassellare completamente la superficie del liquame. Se la vasca dei liquami è ricoperta da una membrana impermeabile, sarà anche possibile evitare l'emissione di CH₄, un gas che si accumulerà sotto la membrana e che deve essere bruciato periodicamente in una torcia o in una caldaia, o per uso energetico, per evitare la rottura della membrana per sovrapressione. Questa sovrapressione non sarà mai dovuta all'NH₃, poiché una volta raggiunte le concentrazioni di equilibrio tra la fase liquida e quella gassosa, la sua emissione si fermerà.
4. Ridurre il pH dei liquami a valori inferiori a 7, aggiungendo acido e utilizzando attrezzature appositamente progettate per questo scopo. Sono inoltre presenti attrezzature per acidificare il serbatoio di trasporto e di applicazione agricola dei liquami, evitando così la perdita di NH₃ durante le applicazioni.

Per evitare le emissioni di CH₄, possono essere applicate le seguenti tecniche:

1. Migliorare la digeribilità delle diete ed evitare la perdita di mangime verso il liquame. Sebbene non ci siano ancora informazioni confermate che lo confermino, una maggiore efficienza nell'alimentazione degli animali dovrebbe implicare un minore potenziale energetico dei solidi volatili (SV) nei liquami e, quindi, un valore inferiore del suo potenziale di emissione B_o .
2. Rimuovere il liquame dalle fosse dei capannoni il prima possibile. Come mostrato nella figura, questa pratica ha un effetto significativo nella riduzione delle emissioni di CH₄.
3. Adottare una separazione solido/liquido il prima possibile dopo aver evacuato il liquame dai capannoni. La frazione solida accatastata presenta emissioni dell'ordine del 4% - 5% di B_o secondo IPCC, per i solidi volatili che contiene, e la frazione liquida emetterà secondo il valore corrispondente in Figura, ma per una minore concentrazione di SV e, quindi, minori emissioni.
4. Coprire la vasca/fossa esterna con una membrana impermeabile, per evitare emissioni in atmosfera. Tale vasca deve essere progettata in modo che non sia mai completamente vuota, in modo che l'aria non entri, e deve includere meccanismi di sicurezza per evitare la sovrappressione e una torcia per bruciare periodicamente il gas accumulato. Un'alternativa migliore è l'uso del gas come combustibile per le caldaie.
5. Progettare un impianto di biogas, individuale o collettivo, con utilizzo energetico del gas. Il liquame deve entrare nell'impianto il prima possibile per sfruttare tutto il suo potenziale energetico. La vasca del digestato deve essere coperta per evitare emissioni di NH₃, poiché la concentrazione di azoto ammoniacale è superiore a quella del liquame originale, a causa della decomposizione delle proteine.