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Centro di Ricerca Agricoltura e Ambiente
Colture utilizzabili per alimentare impianti a biometano: aspetti ambientali
Enrico Ceotto
CREA - Centro Ricerca Agricoltura e Ambiente
Sede di Bologna
EIMA International 2018 – Bologna Fiere
La valorizzazione del biometano in ambito agricolo: sviluppi e prospettive
7 novembre 2018
Centro di Ricerca Agricoltura e Ambiente
Evoluzione e situazione attuale della produzione di biogas agricolo
Incremento esponenziale del numero di impianti per anno di costruzione dall’inizio del 2000 in poi, per arrivare al 2015 ad un totale di 1300 impianti per la produzione anaerobica di biogas e una capacità complessiva pari a 2,0 miliardi di metri cubi di metano all’anno, con previsione al 2030 di 8.5 miliardi di metri cubi di metano all’anno
* Da Carrosio 2012, studi organizzativi n. 2, 29-26
** dati Cosorzio Italiano Biogas
Bologna, 7 novembre 2018
2008 Approvazione
nuovi tariffe incentivi per gli impianti
< 1000 chilowattora
elettrici (kWe)
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Centro di Ricerca Agricoltura e Ambiente
Le motivazioni dell’incremento del numero di impianti per la produzione di biogas agricolo
Drivers della evoluzione:
La Direttiva Nitrati (91/676/CEE) promuove la razionalizzazione dell'uso in agricoltura degli effluenti degli allevamenti zootecnici. Quindi la necessità di ridurre il carico inquinante di azoto dei reflui zootecnici.
La direttiva UE sulla promozione dell’uso dell’energia da fonti rinnovabili del 2009 (European Renewable Energy Directive 2009/28/EC) la quale stabilisce che entro il 2020: i) taglio del 20% delle emissioni di gas a effetto serra (rispetto al 1990); ii) 20% del fabbisogno energetico ricavato da fonti rinnovabili; iii) miglioramento del 20% dell'efficienza energetica.
Le incentivazioni economiche nazionali per la produzione di energia rinnovabile, a partire in particolare dalla quella del 2008 che prevede 28 centesimi per kWh (elettrico) per impianti con capacità inferiore a 1000 kWhe.
Bologna, 7 novembre 2018 3
Centro di Ricerca Agricoltura e Ambiente Bologna, 7 novembre 2018
Evoluzione della azienda da zootecnica a zootecnica/ produttrice di energia
Da azienda zootecnica
Utilizzo del mais prodotto in azienda per alimentazione del bestiame.
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ad azienda zootecnica con reddito prevalente da produzione di energia
Nuova destinazione del mais prodotto in azienda al digestore e mais per feed acquistato da mercato internazionale.
Centro di Ricerca Agricoltura e Ambiente
Novità introdotte dal nuovo Decreto Biometano
Con l’entrata in vigore del D.M. del 2 Marzo 2018, l’Italia recepisce una direttiva comunitaria per incentivare l’immissione in consumo di biocarburanti avanzati nei trasporti.
la volontà del Legislatore è quella di:
1) ridurre la quota di energia da biocarburanti prodotti a partire dai cereali ed altre colture amidacee, zuccherine ed oleaginose e da colture coltivate come coltura principale;
2) Incentivare la produzione di biogas prodotto da colture coltivate come secondi raccolti (nel periodo tra una coltura principale e la successiva);
3) incentivare la produzione di biogas prodotto da un elenco molto ampio di sottoprodotti e scarti di origine vegetale e animale;
4) Incentivare l’uso di materie lignocellulosiche provenienti da colture non alimentari.
Quali sono i motivi di queste scelte?
Bologna, 7 novembre 2018 5
Centro di Ricerca Agricoltura e Ambiente
ILUC - indirect land use change impacts
Molti studi hanno indicato che l’uso di biocarburanti (in sostituzione dei carburanti fossili)riduce le emissioni di gas ad effetto serra poiché le colture crescendo sequestrano Cdall’atmosfera. Tuttavia, detti studi non hanno considerato le emissioni di C che siverificano quando gli agricoltori a livello mondiale rispondono all’aumento dei prezziconvertendo foreste e praterie in terreni arabili allo scopo di rimpiazzare prodottialimentari (mais) utilizzati per produrre biocarburanti.
Utilizzando un modello a scala globale per stimare gli effetti derivanti dal cambio di usodel suolo (Searchinger et al. 2008) hanno indicato che il bioetanolo prodotto da maisanzichè ridurre le emissioni del 20%, crea un debito di C derivante dall’abbattimento diforeste tropicali che richiede per 167 anni per essere ripagato.
Bologna, 7 novembre 2018
Centro di Ricerca Agricoltura e Ambiente
Le foreste in attivo accrescimento sequestrano
carbonio ma forniscono scarse quantità di cibo
La conversione in terreni coltivati fornisce cibo a spese
dello stoccaggio di carbonio
Any win-win solution?
CO2CO2
undisturbed land
CO2
arable land
Centro di Ricerca Agricoltura e Ambiente
Vantaggi e svantaggi delle colture di secondo raccolto
Vantaggi:
Maggiore efficienza dell’uso del suolo, che non rimane mai scoperto.
La produzione di biogas non compete con le colture ad uso alimentare.
Riduzione dell’erosione.
Contenimento della lisciviazione di nitrati.
Incremento della biodiversità all’interno dei sistemi colturali con migliore resilienza rispetto ad eventi meteorici sfavorevoli.
Incremento della fertilità biologica attraverso aumento della biodiversità indotta nel suolo, con impatto positivo sulla soil suppressiveness.
Svantaggi:
Maggiore consumo idrico e conseguente competizione con le colture food per l’uso dell’acqua irrigua.
Maggior uso di fertilizzanti azotati e di energia fossile per lavorazioni.
Bologna, 7 novembre 2018 8
Centro di Ricerca Agricoltura e Ambiente
Il mais insilato come substrato di elezione
Il mais insilato, raccolto nella fase
di maturazione latteo-cerosa della
granella è il substrato di elezione
per la digestione anaerobica.
Bologna, 7 novembre 2018 9
Centro di Ricerca Agricoltura e Ambiente
Produzione di metano del mais a confronto
con altre specie
Roma, 10 maggio 2018 10
Barbanti et al., Industrial Crops and Products 56 (2014) 137–144.
Centro di Ricerca Agricoltura e Ambiente
Produzioni potenziali di metano da diverse colture e intensificazioni con 2° raccolto
Bologna, 7 novembre 2018 11
(rielaborato da Schievano et al., 2012. L'Informatore Agrario)
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
Mai
s 1
° ra
cco
lto
Mai
s 2
° ra
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Mai
s 3
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A.d
on
ax (
min
)
A. d
on
ax (
max
)
Metano (m3 ha-1 anno-1)
Epoche semina:da ottimale a ritardata
Centro di Ricerca Agricoltura e Ambiente
Punti critici del mais
Richiede elevati volumi irrigui ed irrigazioni tempestive;
Richiede elevati input di azoto per fornire produzioni ottimali come
quantità e qualità (elevata resa in biogas);
Richiede input energetici sotto forma di diserbanti e insetticidi;
Bologna, 7 novembre 2018 12
Centro di Ricerca Agricoltura e Ambiente
Azoto ed emissioni di gas serra
Per la produzione ed il trasporto deifertilizzanti azotati industriali vengonoemessi 2,79 kg CO2 /kg N*;
Inoltre, il 2-5% dell’N applicato allecolture torna prima o poi in atmosferasotto forma di protossido di azoto (N2O)un potente gas serra
Bologna, 7 novembre 2018 13
*Fonte: S. Jayasundara et al., Can. J. Anim. Sci. (2016)
Centro di Ricerca Agricoltura e Ambiente
Il ruolo controverso dell’azoto
Da un lato è fonte diretta ed indiretta di gas serra e di inquinamento da nitrati;
Dall’altro aumenta la produttività dei terreni agricoli e, quindi, a parità di obiettivo produttivo, permette di tutelare le superfici adibite a foreste ed altri usi naturalistici.
Bologna, 7 novembre 2018 14
Centro di Ricerca Agricoltura e Ambiente
Colture energetiche alternative al mais
Sotto il profilo economico ed ambientale è conveniente almeno una parziale sostituzione (50%) del mais con colture dotate di:
limitate esigenze idriche;
limitate esigenze di azoto;
elevata produttività per unità di superficie;
le colture di maggior interesse sono il sorgo da biomassa e la canna comune (Arundo donax).
Bologna, 7 novembre 2018 15
Centro di Ricerca Agricoltura e Ambiente
Sorgo di biomassa, punti di forza:
Resistenza agli stress idrici (il sorgo di primo raccolto si coltiva senza irrigazione nel nord Italia e con minor apporto in secondo raccolto);
limitate esigenze di azoto; valorizza l’azoto residuo del precedente colturale;
in quanto specie annuale può essere inserito negli avvicendamenti colturali;
elevata produttività, anche superiore al mais
Bologna, 7 novembre 2018 16
Centro di Ricerca Agricoltura e Ambiente
Sorgo da biomassa: punti deboli
Qualità dell’insilato comunque inferiore al mais;
Seme piccolo con conseguente difficoltà di emergenza;
Richiede un accurato diserbo nelle prime fasi;
E’ suscettibile all’allettamento.
Bologna, 7 novembre 2018 17
Centro di Ricerca Agricoltura e Ambiente
Canna comune, punti di forza – coltura perenne
Elevata produttività;
Favorisce il sequestro del C nel suolo, anche in profondità;
Non richiede lavorazioni annuali del suolo;
Può essere coltivata senza irrigazione;
Utilizza in modo efficiente l’azoto;
Asporta efficacemente i nitrati dal suolo;
Non richiede diserbanti né insetticidi;
Lunga durata dell’impianto;
Bassi costi di gestione.
Bologna, 7 novembre 2018 18
Centro di Ricerca Agricoltura e Ambiente
Le colture perenni sequestrano C nel suolo
Bologna, 7 novembre 2018 19
0
0,2
0,4
0,6
0,8
18 23 28 33 38 43 48
Pro
fon
dità d
el su
olo
(m
)Carbonio organico in Mg ha-1
Colture annuali
Pioppo -10 anni
Arundo - 7 anni
Centro di Ricerca Agricoltura e Ambiente
Arundo riduce efficacemente i nitrati lisciviabili
Bologna, 7 novembre 2018 20
36,745,9
57,7
131,6
52,1
112,7
165,2
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
ArundoControllo
ArundoCS20
PioppoControl
PioppoCS20
SorgoControllo
SorgoCS20
Dopofrumento
Nitra
ti r
esid
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g N
O3-N
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-1) autunno 2011
Controllo = non fertilizzatoCS20 = 20 mm di liquame bovino
Centro di Ricerca Agricoltura e Ambiente
Canna comune, punti deboli
Elevati costi di impianto;
Richiede irrigazione al primo anno per favorire l’attecchimento;
Come per tutte le colture perenni l’espianto richiede un periodo di transizione per il ritorno alle colture annuali.
Bologna, 7 novembre 2018
Metodo di propagazione messo a punto da CREA-AA
Centro di Ricerca Agricoltura e Ambiente
La sfida del futuro: migliorare l’uso del suolo con adeguate politiche ambientali.