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lunedì, 26 Febbraio 2024

@CREA Energia con gli scarti delle potature

Della stessa Rubrica

Gli scarti agricoli – principalmente le potature, le paglie ed i residui della lavorazione di prodotti agricoli (gusci e noccioli per esempio) – potrebbero essere fondamentali come fonte energetica per lo sviluppo di filiere energetiche locali, perché permettono di ottenere materiale lignocellulosico da impianti dedicati alle produzioni alimentari o foraggere senza impegnare ulteriori terreni e senza richiedere ulteriori emissioni di CO2 per la sua coltivazione. La possibilità di avviare questo materiale alla pellettizzazione permette di migliorarne le qualità ed introdurlo nella filiera commerciale. Scopriamo come viene effettuata questa attività, sia dal CREA Foreste e Legno sia dal CREA Ingegneria e Trasformazioni Agroalimentari

Un po’ di storia recente 

Nei primi anni 2000 in Italia la ricerca sulle biomasse per energia era particolarmente attiva. Presso il CREA , molti gruppi di ricerca stavano lavorando sulla valutazione di specie arboree ed erbacee con elevate produzioni, su modelli colturali ottimali e sullo sviluppo della meccanizzazione. 

Quando le prime grandi centrali termoelettriche a cippato (legno ridotto in scaglie, con dimensioni variabili da alcuni millimetri a qualche centimetro) iniziarono a funzionare, risultò chiaro a tutti, ciò di cui ricercatori, politici ed agricoltori stavano discutendo da tempo: per alimentare costantemente le centrali a cippato era necessario investire vaste aree agricole per la coltivazione dedicata di specie legnose. Non si poteva sperare di ottenere tutto il materiale dai boschi, per cui si dovevano coltivare appositamente alberi da abbattere e triturare per ottenere legno. Questo aveva – ed ha tutt’ora – molti risvolti positivi, tra cui l’impiego di manodopera nelle zone rurali, l’assorbimento di anidride carbonica, la maggior salvaguardia del suolo, ma allo stesso tempo richiedeva di sottrarre molta terra alle produzioni alimentari e foraggere. Dedicare i terreni marginali, poco produttivi alle biomasse non era, e non è oggi, una soluzione; tanto più che nel 2014 è stato emanato il “pacchetto clima energia 2030”, attraverso il quale l’UE intende raggiungere specifici obiettivi di risparmio energetico ed utilizzo di fonti rinnovabili. Con la recente crisi energetica legata alla guerra è inoltre aumentata la sensibilità verso una maggior autonomia energica dall’utilizzo di fonti fossili esauribili e dai loro fornitori. Già in passato, per rispondere a queste necessità, alcuni gruppi di ricerca avevano iniziato a ri-valutare ciò che prima era considerato ‘scarto’ agricolo, ovvero principalmente le potature, le paglie ed i residui della lavorazione dei prodotti (gusci e noccioli per esempio) come fonte energetica. Usualmente questo materiale viene eliminato attraverso la combustione diretta a cielo aperto, operazione tra l’altro vietata. Per vari motivi, tra cui la difficoltà di programmare e collezionare le forniture e per le caratteristiche disomogenee (e poco performanti) del materiale, alcuni scarti agricoli sono ancora oggi spesso solo una fonte ‘domestica’ di energia e faticano ad entrare nel circuito delle grandi forniture. Alcune ricerche, effettuate nel recente passato, hanno tuttavia dimostrato che questi materiali potrebbero essere fondamentali nel caso di sviluppo di filiere energetiche locali.  

Di seguito riportiamo i risultati di due importanti esperienze condotte da due differenti centri del CREA: Foreste e Legno (FL) ed Ingegneria e Trasformazioni agroalimentari (IT) volte a ottimizzare il recupero di questi ‘scarti’. 

La ricerca del CREADal 2006 il centro FL ha partecipato ad una ricerca con il compito di quantificare i residui delle potature dei noccioleti presenti nella zona delle Langhe (prevalentemente impegnati a rifornire le vicine Ferrero e Novi, con la varietà di nocciola ‘Tonda Gentile delle Langhe’) ma anche di studiare una logistica ottimale per la raccolta e il conferimento del materiale legnoso. Alcuni anni più tardi IT ha condotto un’esperienza simile sui noccioleti del Centro Italia, nel Viterbese, finalizzata a valutare la produzione di pellet di legno di nocciolo, come mezzo per migliorare la qualità del combustibile e renderlo più facilmente commercializzabile. 

Le attività di FL sono state condotte con i finanziamenti di Regione Piemonte, grazie al progetto di durata triennale ‘Pota&Ricicla’.

‘Pota&Ricicla’

“Ecosostenibilità della potatura meccanica del nocciolo e convenienza al recupero delle biomasse prodotte”. 

Il gruppo di lavoro era composto dal capofila Regione Piemonte, settore Sviluppo Agricolo, da Piemonte Asprocor, poi confluito nel CReSO – Consorzio di Ricerca Sperimentazione e Divulgazione per l’Ortofrutticoltura piemontese, dall’Istituto di Fruttiviticoltura dell’Università Cattolica di Agraria del Sacro Cuore (Piacenza), e dalla sede FL di Casale Monferrato.

La finalità della ricerca era legata alla valutazione di differenti metodi di potatura, tra cui potatura manuale (tradizionale) e meccanizzata, con l’ausilio di trattrice e attrezzature appositamente progettate, all’effetto sulla qualità e quantità dei frutti e sul quantitativo e tipologia di biomassa ricavabile per scopi energetici. Si trattava, in sostanza di conoscere il peso ottenibile di legna da ardere per ogni ettaro di noccioleto, ricavabile con le diverse potature e come, in base alle caratteristiche delle potature, questa legna poteva essere raccolta ed utilizzata. Quest’ultima valutazione era affidata al CREA e qui se ne presentano i risultati.  

La seconda esperienza, nata nell’ambito del progetto ‘Agroener’, è stata condotta in provincia di Viterbo ed incentrata sulla possibilità di convertire la biomassa residuale in pellet. Lo scopo era quello di valorizzare materiali legnosi di basso valore commerciale, realizzando un prodotto di maggiore interesse commerciale e merceologicamente superiore, sia in termini qualitativi che energetici. 

AGROENER

Energia dall’agricoltura: innovazioni sostenibili per la bioeconomia” (D.D. n. 26329/2016) è finanziato dal Ministero dell’agricoltura, della sovranità alimentare e delle foreste (Masaf, ex Mipaaf) e coordinato dal CREA – Centro di ricerca Ingegneria e Trasformazioni agroalimentari. Ha durata di 7 anni e mezzo: inizio 09/06/2016 – fine 31/12/2023. 

Il progetto si articola all’interno del comparto delle agrobioenergie, sviluppando tematiche riguardanti: 

  • l’efficienza energetica di macchine ed impianti; 
  • l’utilizzo delle biomasse solide (sottoprodotti agroforestali); 
  • il recupero dei sottoprodotti agroindustriali per la filiera del biogas
  • l’utilizzo di colture dedicate come matrice per l’estrazione di biocombustibili e/o biolubrificanti nei cicli produttivi delle bioraffinerie integrate; 
  • azioni di dimostrazione e trasferimento delle conoscenze in merito allo sviluppo di impianti di microgenerazione con analisi della sostenibilità e delle principali criticità. 

Tutte le informazioni possono essere trovate al seguente link: https://agroener.crea.gov.it/ 

 Figura 1. Filare di nocciolo nel viterbese, allevato a cespuglio. 

Come prima cosa sono stati individuati quattro campi di nocciole (corileti) commerciali maturi per le prove di potatura e raccolta, in località: Diano D’Alba (CN), Sinio (CN), La Morra (CN) e Calamandrana (AT), selezionati in base a differenze pedoclimatiche, in modo da rappresentare differenti possibili realtà colturali del nocciolo in Piemonte. Un quinto corileto, oggetto delle prove in Centro Italia, si aggiunge all’elenco. Tutti i corileti erano allevati a cespuglio (Figura 1), (l’alternativa è l’allevamento ad alberello che prevede una potatura iniziale intensa finalizzata a selezionare un solo fusto principale). In tabella 1 sono riportate le caratteristiche dei corileti considerati.  

Tabella 1. Sito e caratteristiche principali dei corileti considerati nelle prove. 

Sui noccioleti dell’albese sono state applicate le seguenti potature: 

  • Potatura manuale; 
  • Potatura meccanizzata (Figura 2) 
  • Nessuna potatura (detta anche ‘controllo’); 

mentre sul noccioleto del viterbese è stata eseguita solo la potatura manuale. In Tabella 2 è riportato un quadro riassuntivo delle prove. 

POTATURA

La potatura nei noccioleti è un intervento importante, finalizzato ad eliminare fusti e rami vecchi o secchi, riequilibrare la forma delle piante, favorire l’illuminazione della parte interna del cespuglio in modo da ottimizzare la fruttificazione.

Figura 2. Potatura meccanizzata del nocciolo nelle langhe 

La potatura manuale è più efficacie, in quanto l’operatore può valutare attentamente ciascuna pianta, intervenire di conseguenza e asportare anche intere branche centrali della ceppaia; questo intervento tuttavia richiede manodopera specializzata, tempi e costi elevati. La potatura meccanizzata consente più che altro di riequilibrare la chioma sia lateralmente che in altezza (i filari maturi assumono l’aspetto di una grande siepe), evitando fenomeni di competizione e favorendo l’illuminazione all’interno dei filari; è un metodo meno efficacie ma più rapido e meno costoso (le attrezzature possono essere disponibili a livello consortile).

Tabella 2. Quadro riassuntivo dei peri

Peso delle potature 

Vediamo adesso, in seguito alle differenti situazioni (siti, età dei noccioleti e metodo di potatura) quali sono stati i quantitativi di legname raccolti. 

LINK UTILI

Le statistiche regionali (Piemonte) riportano per il 2022 circa 27.500 ha a nocciolo; bisogna tuttavia considerare che non tutti sono in fase di maturità e hanno bisogno di potatura.

Anagrafe agricola del Piemonte – dati di sintesi | Servizionline (regione.piemonte.it)

Come si può notare in figura 3, i quantitativi estratti sono stati variabili in seguito a molti fattori tra cui età del noccioleto, spaziatura tra le piante ed ovviamente, metodo di potatura. Con la potatura manuale, asportando intere branche, si sono ottenuti i quantitativi più alti. Considerando i dati riportati all’ettaro i valori più alti sono stati tra le 6 e le 8,2 t ha-1 di sostanza secca, la media di 4,2 t ha-1

Figura 4. Esito di potatura manuale. Potature andanate sulla fila per poter essere raccolte ed imballate. 

Successivamente alla stima delle produzioni si è proseguito ad effettuare prove di raccolta ed imballaggio; a questo scopo sono state testate macchine imballatrici prese in prestito dalla viticoltura. Per l’imballaggio meccanizzato è purtroppo necessario ‘andanare’ manualmente le potature (le potature sparse a terra sono state, quindi, ordinate con rastrello in un’unica fila per essere raccolte), poiché non sono disponibili macchine dedicate a questo lavoro (Figura 3). Le imballatrici hanno raccolto più agevolmente il materiale ottenuto dalla potatura meccanica (Figura 4), perché più piccolo, corto ed uniforme, cioè più simile a quello ottenuto nei vigneti. Per alcune branche molto grosse, ottenute dalla potatura manuale, non è stato possibile proseguire l’imballaggio. Nelle prove sono state apprezzate in particolare le macchine che hanno prodotto balle di piccole dimensioni (di circa 20 o 30 kg), facilmente movimentabili a mano.

Qualità del legno e prove di pellettizzazione. 

Figura 5. Prove di imballaggio delle potature meccaniche. 

I materiali raccolti nei corileti sono stati analizzati per alcuni fattori come contenuto di umidità, densità basale e potere calorifico. Vediamo i risultati e la loro influenza sulla possibilità di pellettizzare il materiale. 

Il contenuto di umidità sui campioni di legno è stato calcolato tra il 40% (nelle potature più piccole) ed il 52% (nei tronchetti ottenuti con la potatura manuale). Il legno avviato alle prove di pellettizzazione aveva invece una umidità media del 46,2%. La densità basale (un dato che stima quanto legno secco è contenuto nel volume della pianta) è stata di  0,48 g cm-3, un valore molto simile a quello dei legni comunemente utilizzati per produrre pellet (pino, abete). Il potere calorifico inferiore misurato è risultato di 17,2 MJ/Kg (1 kg di questo materiale, se bruciato, produce 17,2 Mega Joule di energia che può essere tutto calore oppure calore ed elettricità – è una quantità piuttosto costante per tutti i legni pressoché secchi). Questi dati sembrano essere abbastanza costanti per il nocciolo, in quanto valori del tutto simili si riscontrarono nelle prove effettuate nel Viterbese. Qui, i residui di potatura sono stati sottoposti ad un processo di essiccazione e raffinazione utilizzando un trituratore ‘BL-100’; il contenuto di umidità rilevato sul materiale legnoso raffinato, dopo questo procedimento, era pari all’11%; poi si è proseguito con la pellettizzazione: il pellet ottenuto presentava una riduzione dell’umidità di circa il 21% nel caso del nocciolo (umidità finale dell’8,68%). In Tabella 3 sono riportate le caratteristiche principali del pellet di nocciolo ottenuto nelle prove. 

PELLET

Con la pellettizzazione la biomassa raffinata viene sottoposta a forti pressioni ed aumento di temperatura. Questo procedimento favorisce la coesione delle particelle, dovuta alla parziale fusione della lignina, e un’ulteriore riduzione del contenuto di umidità del materiale.

Per poter essere commercializzato, il pellet deve rispondere a precise caratteristiche previste dalle normative vigenti circa la determinazione delle specifiche e della classificazione dei biocombustibili solidi. Alcune norme stabiliscono i metodi di misura del contenuto di umidità (UNI EN ISO 18134-1: 2015), della massa volumica (UNI-EN ISO 17828: 2016), delle dimensioni morfologiche (UNI-EN ISO 17829: 2016), del contenuto in ceneri e della fusibilità delle stesse (UNI EN ISO 18122: 2016; UNI CEN/TS 15370–1), del potere calorifico (UNI EN ISO 18125: 2018) ed infine della durabilità meccanica (EN ISO 17831–1).

Tabella 3.Caratteristiche morfologiche e tecniche del pellet ottenuto dalle potature di nocciolo eseguite nel Viterbese. 

Il pellet ottenuto (Figura 6), oltre a rappresentare un generale miglioramento della qualità del legno di potatura, rispondeva a tutte le prerogative previste per la classe A1, tranne che per il contenuto di ceneri e per la massa volumica dalla normativa vigente, problematiche facilmente risolvibili con la miscelazione con legno di altre specie. 

Figura 6. Pellet di legno di nocciolo ottenuto dalle potature 

L’utilizzo degli scarti agricoli permette infatti di ottenere materiale lignocellulosico da impianti dedicati alle produzioni alimentari o foraggere senza impegnare ulteriori terreni e senza richiedere ulteriori emissioni di CO2 per la sua coltivazione. La possibilità di avviare questo materiale alla pellettizzazione permette di migliorarne le qualità ed introdurlo nella filiera commerciale. Oggi le potature di nocciolo sono ancora una fonte domestica di energia, ma il tema torna ad essere importante sia per l’ampio sviluppo della corilicoltura in Italia, avvenuto negli ultimi anni in seguito all’aumento del valore del prodotto, sia per la necessità di renderci il più possibile indipendenti dalle fonti fossili. Come abbiamo visto gli ostacoli da superare sono minimi, in quanto le macchine per la potatura e la possibilità di pellettizzare sono già una realtà, mentre rimangono da valutare con maggior attenzione la raccolta ed il conferimento del materiale. 

Sara Bergante
CREA Centro Foreste e Legno

Laureata in Scienze Naturali all’Università di Pavia consegue il dottorato in scienze Agrarie, Forestali ed Agroalimentari presso l’università di Torino. Dal 2005 lavora presso il CREA-FL di Casale Monferrato occupandosi di modelli colturali per produzioni legnose con specie a rapida crescita, protezione e miglioramento ambientale.  

#lafrase La colpa di Eva è stata quella di voler conoscere, sperimentare, indagare con le proprie forze le leggi che regolano l’universo, la terra, il proprio corpo, di rifiutare l’insegnamento calato dall’alto, in una parola Eva rappresenta la curiosità della scienza contro la passiva accettazione della fede (Margherita Hack)

Andrea Acampora 
CREA Centro Ingegneria e Trasformazioni alimentari

laureato in Scienze Agrarie e dottore di ricerca in Genetica Agraria. Si occupa di meccanizzazione agroforestale e dell’analisi delle disponibilità e dei potenziali utilizzi delle biomasse agroforestali e la loro valorizzazione nell’ambito delle microfiliere energetiche. Valutazione della sostenibilità economica ed energetica dei singoli processi produttivi dell’intera filiera. Produzione dimostrativa di pellet su piccola scala per la valorizzazione energetica della biomassa di diversa origine. Analisi di sistemi e tecnologie innovative finalizzate al risparmio energetico nell’irrigazione attraverso sistemi di precisione. È autore/coautore di numerosi articoli scientifici internazionali e nazionali. 

#lafrase Il vero viaggio di scoperta non nell’avere nuovi occhi (Marcel Proust)

Vincenzo Civitarese
CREA Centro Ingegneria e Trasformazioni alimentari

Ricercatore III livello, Ph.D. È esperto nello sviluppo di macchine e prototipi per la raccolta e la cippatura delle biomasse, nella gestione e pianificazione della logistica delle colture energetiche, nella caratterizzazione qualitativa dei prodotti e sottoprodotti della filiera legno energia. 

#lafrase La ricerca scientifica, benché quasi costantemente guidata dal ragionamento, è pur sempre un’avventura. (Louis de Broglie )

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