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@CREA Energia con i residui agricoli

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L’agricoltura consuma energia per produrre beni primari, ma, al tempo stesso, nei suoi processi è fonte di biomassa per la produzione di energia: una potenzialità preziosa in un contesto in cui alla crisi climatica si affianca sempre più la crisi energetica. Scopriamo cosa sta facendo la ricerca per utilizzare in maniera sostenibile le biomasse agricole disponibili, risorsa rinnovabile, ma non inesauribile.

Le enormi criticità di carattere ambientale, economico e sociale legate all’utilizzo delle fonti fossili di energia, appaiono sempre più evidenti e si sono drammaticamente palesate, anche agli occhi dei meno sensibili, in seguito alle recenti crisi dovute alla pandemia da Covid 19, alla guerra in Ucraina e agli eventi metereologici estremi, che hanno recentemente funestato alcune Regioni del nostro Paese.

Esiste, infatti, un legame fortissimo tra energia, clima e salute e, in maniera indiretta, con le guerre che in varie parti del mondo nascono principalmente per la continua rincorsa alle risorse energetiche e alimentari sempre più carenti.

I modelli economici lineari di produzione, consumo e smaltimento delle risorse adottati finora non sono più sostenibili, perché determinano, in maniera esponenziale, un impatto negativo sull’ambiente e, di conseguenza, sulle sue componenti economiche e sociali, in una spirale in cui maggiore è il consumo dei beni e maggiore è la richiesta di risorse naturali ed energia. Il sempre più largo utilizzo delle fonti fossili per la produzione di energia porta all’incremento delle emissioni climalteranti, ovvero al rilascio dell’anidride carbonica immagazzinata nel corso delle ere geologiche nei combustibili fossili, che, come è noto, è la principale causa del cosiddetto effetto serra nonché dell’aumento progressivo delle temperature da esso determinato.

Il riscaldamento globale, associato alla intensificazione delle pratiche agricole per soddisfare la crescente richiesta alimentare, a sua volta, concorre alla perdita di fertilità dei suoli e al conseguente ricorso a prodotti chimici, fertilizzanti, pesticidi, combustibili, per sostenere le produzioni. Tutto questo è al tempo stesso risultato e causa dei fenomeni sempre più estremi a cui stiamo assistendo.

In questo quadro, l’agricoltura ha un ruolo centrale: infatti, producendo beni primari, consuma energia e al tempo è fonte di biomassa, residuale o appositamente coltivata, potenzialmente utilizzabile per la produzione di energia, a cui viene dato il nome di agroenergia, cioè energia derivante dal settore agricolo. In funzione delle caratteristiche intrinseche e della disponibilità della biomassa agricola è possibile attivare diverse filiere agroenergetiche, che possono far affidamento su tecnologie di conversione oggi mature ed affidabili.

C’è biomassa e biomassa

Alcune biomasse fermentescibili sono utilizzabili in impianti per la produzione di biogas, altre, con una maggiore componente lignocellulosica, sono più adatte alla combustione diretta o alla gassificazione, altre sono utilizzabili per la produzione di biocarburanti per i trasporti.

In tutti i casi, però, bisogna sottolineare come le biomasse agricole, pur essendo una risorsa rinnovabile, non sono per questo inesauribili e pertanto il loro utilizzo deve essere attentamente pianificato.

La sfida, quindi, è quella di utilizzare in maniera sostenibile le biomasse disponibili, preferendo quelle finora scarsamente impiegate, come i residui agricoli, il cui utilizzo è ostacolato tuttavia dalla convenienza economica della raccolta e della logistica di approvvigionamento.

I residui agricoli, come le paglie e le potature, si caratterizzano, infatti, per una bassa densità energetica, dovuta al limitato rapporto della biomassa rispetto al volume occupato e per una elevata dispersione sul territorio, dovuta alla frammentazione aziendale caratteristica del nostro Paese, che ne hanno di fatto limitato lo sfruttamento. 

Una delle chiavi di successo, è sicuramente rappresentata da una efficiente meccanizzazione delle operazioni di raccolta e gestione logistica, che costituiscono infatti le voci di costo più onerose delle filiere agroenergetiche.

Le innovazioni del CREA

Negli ultimi anni, il gruppo di lavoro coordinato da. Luigi Pari, dirigente di ricerca  del CREA Ingegneria e Trasformazioni agroalimentari, ha partecipato a numerosi progetti di ricerca, nazionali ed europei, finalizzati a sviluppare e valutare tecniche di raccolta meccanizzata e di gestione logistica di alcuni residui colturali con enormi potenzialità, sia in termini di caratteristiche che di quantità, tra cui le potature, gli espianti di fine ciclo di vigneti e frutteti e i residui di trebbiatura.

Con il progetto europeo EUROPRUNING è stato sviluppato, in collaborazione con la ditta agromeccanica ONG snc (Castel bolognese, RA), un prototipo di raccoglitrice per potature di frutteti, olivo e vite, denominato PC50 (Figura 1). L’innovazione che la PC50 apporta al panorama delle macchine per la raccolta delle potature è soprattutto legata al sistema di taglio (cippatore) a coclea, che finora era stato impiegato solo su macchine a punto fisso. I test sul cippato prodotto hanno evidenziato una granulometria (dimensione delle scaglie,) che ne permette una più facile valorizzazione energetica, rispetto a quella ottenibile dalla maggior parte delle macchine in commercio, basate su trinciatori a martelli folli. Si tratta, inoltre, di una macchina estremamente versatile, potendo scaricare il prodotto cippato sia sul cassone integrato, su un rimorchio trainato da un secondo trattore, o in big-bag, con la possibilità di soddisfare differenti esigenze logistiche aziendali.

EUROPRUNING – Development and implementation of a new, and non existent, logistic chain on biomass from pruning

Finanziato dal Settimo Programma Quadro della Commissione Europea
Durata: aprile 2013 a marzo 2017
Coordinato da CIRCE – FUNDACION CIRCE CENTRO DE INVESTIGACION DE RECURSOS Y CONSUMOS ENERGETICOS

L’obbiettivo del Progetto è consistito nello sviluppo della filiera logistica delle potature a scopo energetico, con particolare riferimento allo sviluppo di un prototipo di trincia-caricatrice per potature realizzata in Italia e di una imballatrice realizzata in Polonia.

Nell’ambito del progetto nazionale SUSCACE, tra le altre azioni, sono state valutate due filiere strettamente legate alle potature: la produzione di agripellet da potature di vite e l’espianto delle radici di vite e di altri frutteti a fine ciclo colturale.

SUSCACE – Supporto Scientifico alla Conversione Agricola verso le Colture Energetiche

Finanziato dal MASAF
Durata: febbraio 2008 – dicembre 2020
Coordinamento CREA – Centro di ricerca Ingegneria e Trasformazioni agroalimentari Nato per rispondere alle richieste delle industrie coinvolte nella riconversione del settore bieticolo-saccarifero, ha negli anni supportato il mondo agricolo nella produzione di biomassa per la bioenergia prima e, nel tempo, per tutti i settori della bioeconomia.

Nel primo caso, è stata valutata la filiera di produzione di pellet ottenuto da potature di vite con un cantiere mobile di pellettizzazione realizzato dalla ditta Costruzioni Nazzareno Srl (Breda di Piave, TV) (Figura 2). L’impianto mobile effettua la pellettizzazione delle potature direttamente in campo, presso il sito di stoccaggio del prodotto precedentemente cippato, dopo un periodo di asciugatura naturale, con notevole abbattimento dei costi di trasporto del prodotto densificato rispetto al materiale tal quale. L’agripellet ottenuto presenta caratteristiche qualitative non molto diverse dal pellet ottenuto dalle biomasse forestali, con analoghi vantaggi, quali l’elevata massa volumica e densità energetica, bassa umidità, alta omogeneità.

Figura 2. Impianto mobile di pellettizzazione Costruzioni Nazzareno Srl testato su potature di vite nell’ambito del Progetto SUSCACE

Nell’ambito dello stesso progetto è stato valutato un innovativo sistema di estrazione delle radici di vite, sviluppato dalla ditta Officine Gottardo S.a.s (Ormelle, TV), che ben si adatta anche ad altri frutteti intensivi a filare (Figura 3).

Figura 3. Sradicatore Officine Gottardo S.a.s. testato durante l’espianto di vite nell’ambito del Progetto SUSCACE

L’eliminazione delle ceppaie dei frutteti a fine ciclo di vita è una pratica necessaria per rendere il terreno nuovamente disponibile al successivo ciclo colturale. Generalmente viene praticata la trinciatura delle radici nel suolo seguita dall’aratura, con tempi e costi di lavorazione elevati e con il pericolo del propagarsi di virosi radicali. In alternativa, le ceppaie vengono estratte con escavatori e inviate in discarica o stoccate e cippate per essere utilizzate come biomassa combustibile, ma con un basso valore energetico per l’elevata presenza di terra. La macchina testata è stata in grado di ridurre i tempi di lavorazione (con una produzione oraria di estremo interesse, pari a circa 9 t/h di prodotto e una produzione fino a 10 t/ha) e offrire un prodotto relativamente pulito.

Più recentemente, nell’ambito del progetto italiano AGROENER, congiuntamente al progetto europeo AGROinLOG per le prove realizzate all’estero, sono stati effettuati una serie di test di diverse tecnologie e cantieri di raccolta di alcuni importanti residui di trebbiatura generalmente lasciati in campo e non utilizzati, la pula dei cereali e i tutoli del mais, ma di estremo interesse per utilizzi a scopo energetico.

AGROENER – Energia dall’agricoltura: innovazioni sostenibili per la bioeconomia

Finanziato dal MASAF
Durata: aprile 2016 – dicembre 2023
Coordinamento CREA – Centro di ricerca Ingegneria e Trasformazioni agroalimentari Il progetto ha come obiettivo lo sviluppo delle agroenergie attraverso la diffusione di innovazioni sostenibili nell’utilizzo delle biomasse ottenute prevalentemente da sottoprodotti agroforestali, il recupero dei sottoprodotti agroindustriali e l’utilizzo di colture dedicate.

AGROinLOGDemonstration of innovative integrated biomass logistics centres for the Agro-industry sector in Europe

Finanziato dal Programma H2020 della Commissione Europea
Durata: novembre 2016 – luglio 2020
Coordinato da CIRCE – FUNDACION CIRCE CENTRO DE INVESTIGACION DE RECURSOS Y CONSUMOS ENERGETICOS Il progetto ha avuto come obiettivo la dimostrazione e la fattibilità economica, ambientale e tecnica di centri per la gestione logistica integrata della biomassa (IBLC) residuale, tra cui le potature, la pula dei cereali e i tutoli del mais.

Per quanto riguarda la pula di trebbiatura, ovvero il residuo che si origina durante la fase di separazione e pulizia della granella dei cereali all’interno delle mietitrebbiatrici, negli ultimi anni il crescente interesse dettato dai possibili utilizzi energetici, produzione di biogas o bioetanolo da materiale lignocellulosico, ha spinto diverse aziende agromeccaniche a ideare soluzioni per la loro raccolta. Queste fondamentalmente consistono in tramogge (recipiente a forma di tronco di piramide o di cono, con base minore in basso munita di un’apertura, chiusa da un portellino, utilizzato per facilitare lo scarico di materiali) poste al disotto dello scarico della mietitrebbia, abbinato ad un sistema di coclee e ventole per l’invio del materiale raccolto in container integrati alla mietitrebbia o su di un rimorchio separato (nel caso ad esempio della raccolta della pula sfusa, separatamente dalla paglia) o l’invio sopra l’andana (striscia appena tagliata che si lascia sul terreno fino alla sera) di paglia o all’interno di essa, per la successiva imballatura dei due prodotti insieme (Figura 4).

Figura 4. Raccolta della pula separatamente dalla paglia con sistema “Turbopaille” Thievin, con scarico su rimorchio, durante le prove realizzate in Francia nell’ambito dei Progetti AGROENER ed AGROinLOG

Sono stati valutati in Francia per due anni consecutivi il sistema a turbina denominato “Turbopaille” prodotto dalla ditta francese Thievi ed in Svezia il sistema della ditta francese Thierart con “turbina a doppio stadio” ed il sistema “Combi” della ditta svedese Rekordverken. Questi sistemi hanno permesso di recuperare fino al 40% di biomassa aggiuntiva alla sola paglia (circa 2,2 t/ha di pula), senza compromettere i tempi di raccolta della mietitrebbia.

Per quanto riguarda i tutoli del mais, substrato idoneo per gli impianti di biogas, ottimi risultati sono stati ottenuti con il sistema di raccolta ideato dalla ditta Italiana Agricinque di Racca (Marene, CN). Il sistema, denominato “Harcob”, montato su mietitrebbiatrici a flusso assiale CASE IH, consente di raccogliere e sminuzzare i tutoli di mais contemporaneamente alla trebbiatura della granella e stoccarli in un cassone dedicato (Figura 5). È possibile, quindi, effettuare contemporaneamente lo scarico dei due prodotti, sia con la macchina ferma che in movimento durante la trebbiatura, senza compromettere la produttività della mietitrebbiatrice.

Elemento comune a tutte le esperienze descritte è stato lo stupore degli agricoltori nel poter quantificare in maniera tangibile lo scarto delle loro produzioni, di cui avevano solo una percezione notevolmente inferiore rispetto ai dati messi in evidenza dai ricercatori. In molti dei casi descritti, il costo delle tecnologie è relativamente contenuto ed in ogni caso sostenibile in presenza di impianti agroenergetici nelle vicinanze che facciano richiesta dei residui raccolti, trasformando i costi sostenuti normalmente dalle aziende agricole per lo smaltimento dei residui colturali gestiti come uno scarto da eliminare in una nuova opportunità di reddito. La vicinanza degli impianti di conversione ed il loro corretto dimensionamento sono, tuttavia, elementi fondamentali per la sostenibilità complessiva della filiera.

Figura 5. Scarico dei tutoli e della granella di mais durante le prove realizzate a Marene (CN) sul sistema “Harcob” Agricinque di Racca nell’ambito dei Progetti AGROENER ed AGROinLOG
Vincenzo Alfano,
Ricercatore CREA Centro Ingegneria e Trasformazioni Agroalimentari

Partecipa a progetti di ricerca nazionali e internazionali sulla bioeconomia. Dottorato di Ricerca in “Engineering for Energy and Environment”. Si occupa del recupero e valorizzazione delle biomasse agricole residuali.

#lafrase: In natura non esistono scarti, ma risorse da valorizzare

Luigi Pari,
Dirigente di Ricerca CREA Centro Ingegneria e Trasformazione Agroalimentari

Le sue aree di ricerca sono: logistica delle colture energetiche, water harvesting, meccanizzazione paesi in via di sviluppo

#lafrase: Dove c’è volontà c’è soluzione (L. Pari)

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