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S. Fazio1,2, L. Barbanti1 e N. Minerva3
Studio dell’impatto ambientale
della barbabietola da zucchero
1 DipSA, Università di Bologna
2 Institute for Environment and Sustainability, JRC (EC), Ispra (VA)
3 Beta - Ricerca in Agricoltura
ANTZA, Giornata di studi Fondazione Tamburini – Zama
Trecasali (PR), 19/4/2013
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Obiettivi: confrontare l'impatto ambientale (Life Cycle Assessment), il bilancio energetico (Net Energy ed Energy Efficiency) e l’impronta ecologica dei consumi idrici (Water Footprint) dei sistemi di coltivazione della barbabietola da zucchero, studiando diversi areali con diversi livelli di input, anche in confronto con altre colture tipiche degli areali allo studio.
Metodi LCA:
LCA calcolata tramite software SimaPro 7.1; emissioni quantificate tramite metodo CML-2; aggregazione dei risultati con metodo Ecoindicator-99.
LCA effettuata con 2 approcci:
◦ mid-point (= problem oriented): quantificazione dei carichi ambientali in 10 categorie di impatto (effetto serra, esaurimento strato di ozono, ecc.);
◦ end-point (= damage oriented): quantificazione degli effetti finali su tre comparti aggregati (salute umana, qualità ecosistema, esaurimento risorse). I 2 approcci comportano le seguenti fasi di elaborazione dei dati:
◦ standardizzazione (impatti tradotti in kg di sostanze equivalenti; es. kg CO2);
◦ caratterizzazione (dati rapportati allo scenario più impattante);
◦ normalizzazione (dati rapportati all’impatto di un abitante medio UE) con eventuale espressione dei dati come “punteggio singolo” (ecopunti).
Obiettivi e metodi
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Obiettivi e metodi
Categoria d'impatto
Portata degli impatti
Fattori di standardizzazione
Unità del valore
standardizzato
Effetto serra Globale
Regionale Locale
GWPi
Global Warming Potential
kg di CO2 equivalenti
Assottigliamento
della fascia di ozono
Globale
Regionale Locale
ODPi
Ozone Depleting Potential
kg di triclorofluorometano (CFC-11) equivalenti
Acidificazione Regionale Locale
APi Acidification potential
kg di SO2 equivalenti
Eutrofizzazione Locale EPi Eutrophication Potential
kg di PO43- equivalenti
Ecotossicità
terrestre Locale TPi
Toxicity Potential kg di 1,4 diclorobenzene (DB) equivalenti
Ecotossicità
marina Locale TPi
Toxicity Potential kg di 1,4 DB equivalenti
Ecotossicità
delle acque dolci
Locale TPi Toxicity Potential
kg di 1,4 DB equivalenti
Tossicità umana Globale
Regionale Locale
TPi Toxicity Potential
kg di 1,4 DB equivalenti
Sfruttamento delle risorse
Globale
Regionale Locale
ADPi
Abiotic Depletion Potential
kg di Sb equivalenti
Ossidazione
fotochimica (fotosmog)
Regionale Locale
POxPi
Photochemical Oxidation Potential
kg di C2H4 equivalenti
Le 10 categorie di impatto (approccio problem oriented)
e le relative sostanze equivalenti (standardizzazione)
Fasi di una LCA
Macro-categoria Categorie comprese
Ecosystem quality GWP, ODP, AP, EP, TTP, MWTP, FWTP, HTP, POxP
Human health ODP, HTP, POxP
Abiotic depletion ADP
Le 3 macro-categorie
(approccio damage oriented)
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Bilancio energetico basato sulla determinazione della Cumulative Energy Demand (Input di energia sussidiaria) e sul contenuto di energia complessiva della biomassa (Output), utilizzando due indicatori:
◦ Net Energy (NE) = Output–Input;
◦ Energy Efficiency (EE) = Output/Input.
Water Footprint calcolata in base al WF Assessment Manual, esprimendo il volume di acqua consumata per unità di prodotto agricolo (m3/t saccarosio o granella), suddivisa in 3 frazioni:
◦ Green Water (piogge e umidità terreno);
◦ Blue Water (irrigazione);
◦ Grey Water (esigenze di disinquinamento).
Obiettivi e metodi
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Colture:
Barbabietola: Tre livelli produttivi (Basso, Medio, Alto) associati a input crescenti
Mais: Livello produttivo Medio
Soia: Livello produttivo Medio
Sorgo: Livello produttivo Medio
Areali:
Minerbio : Bietola, Mais, Sorgo da Granella
Pontelongo : Bietola, Mais, Soia
San Quirico: Bietola, Mais, Soia
Gli scenari sono stati confrontati sulla base di 3 unità funzionali a seconda del tipo di analisi:
superficie (ha) che permette un confronto tra colture a diversa destinazione e fornisce dati utili per l’analisi d’impatto su base territoriale. LCA e WF;
livello di produzione (t) del prodotto agricolo principale (saccarosio per la bietola, granella per le altre colture). LCA e WF;
contenuto energetico (GJ) della biomassa totale prodotta, che ha permesso di svolgere il bilancio energetico. NE e EE.
Obiettivi e metodi
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Totale delle combinazioni saggiate
LCA - 16
Standardizzazione scenari Bb, base ha
Caratterizzazione scenari Bb, base ha
Normalizzazione scenari Bb, base ha
Ecopunti scenari Bb, base ha
Standardizzazione scenari Bb, base t saccarosio
Ecc.
Standardizzazione Bb vs. altre colture, base ha
Ecc.
Standardizzazione Bb vs. altre colture, base t saccarosio/granella
Ecc.
Bilancio energetico - 4
NE e EE scenari Bb
NE e EE Bb vs. altre colture
Water Footprint - 4
WF scenari Bb base ha e t saccarosio/granella
WF Bb vs. altre colture base ha e t saccarosio/granella
Obiettivi e metodi
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INPUT UNITA’ M_B
Low
M_B
Med
M_B
High
P_B
Low
P_B
Med
P_B
High
S_B
Low
S_B
Med
S_B
High
Aratura cm prof. - 40 50 40 40 45 30 40 45
Dissodatore cm prof. 35 - 30 - 20 45 - - -
Erpic./Estirp. n. ha-1 2 2 3 2 2 2 2 2 3
Sementi Uni. ha-1 1,4 1,4 1,4 1,5 1,5 1,5 1,4 1,4 1,4
Semina n. ha-1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
Sarchiatura n. ha-1 1 1 1 - 1 2 - 1 1
Concimazioni n. ha-1 1 2 3 2 1 2 1 1 2
N kg ha-1 69 125 158 52 112 168 83 110 119
P2O5 kg ha-1 46 112 201 130 70 89 46 69 138
K2O kg ha-1 - 48 96 - - - - - -
Trattamenti-
Diserbi
kg ha-1SA 6,2 13,9 16,3 5,6 10,1 12,2 4,9 7,9 9,4
n. ha-1 4 6 10 5 5 7 3 6 9
Irrigazione mm ha-1 - 50 150 - 40 100 - 80 120
Raccolta Tipo* SCD S-
MC
S-
MC
CS S-MC S-MC S-ST S-ST S-ST
Trasporto km 40 40 40 55 55 55 80 80 80
OUTPUT UNITA’
Radici t ha-1 50 65,5 85 49 62 75 50 60 80
Saccarosio t ha-1 8 10,5 13,6 8,6 9,9 12 8 9,6 12
Resa en.** GJ ha-1 218 286 371 214 271 327 218 262 349
Dettaglio dei 9 scenari bietola
M_B Low = Minerbio Bietola basso input;
M_B Med = Minerbio Bietola medio input;
ecc.
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Dettaglio dei 6 scenari con colture alternative
M = mais;
SG = sorgo da granella;
S = soia.
INPUT UNITA’ M_M
Med
M_SG
Med
P_M
Med
P_S
Med
S_M
Med
S_S
Med
Aratura cm prof. 35 - 35 - 40 -
Dissodatore cm prof. - 30 20 20 - 30
Erpic. /Estirpature n. ha-1 2 2 1 1 2 1
Sementi kg ha-1 75 8 75 90 75 80
Semina n. ha-1 1 1 1 6 1 6
Sarchiatura n. ha-1 1 1 1 - 1 -
Concimazioni n. ha-1 1 1 2 1 1 1
N kg ha-1 184 138 264 26 300 26
P2O5 kg ha-1 46 46 92 92 92 92
Trattamenti-
Diserbi
kg ha-1SA 3,6 2,6 1,2 2,1 3,7 2,9
n. ha-1 2 1 2 2 3 2
Irrigazione mm ha-1 100 - 90 - 160 80
Raccolta Tipo* MT MT MT MT MT MT
Trasporto km 15 15 15 15 15 15
OUTPUT UNITA’
Granella t ha-1 9 8 10,5 3,8 11 3,5
Resa en.** GJ ha-1 237 195 254 112 271 103
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0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 1 2 3 4 5 6 7
EP= Potenziale di Eutrofizzazione; AP= Acidificazione Potenziale; POxP= Fotosmog; TTP= Ecotossicità terrestre; MWTP= Ecotossicità Marina; FWTP= Ecotossicità Acque Dolci; HTP= Tossicità Umana; OPD= Assottigliamento fascia Ozono; GWP= Effetto serra; ADP= Sfruttamento delle risorse
High Med San Quirico Low
High Med Pontelongo Low
High Med Minerbio Low
Abitanti eq./ha
Risultati
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0
50
100
150
200
250
300
350
Bb Low Bb Med Bb High
Eco
pu
nti
/ha
Resource depletion
Ecosystem quality
Human health
0
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15
20
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30
Bb Low Bb Med Bb High
Eco
pu
nti
/t s
acc
aro
sio
Resource depletion
Ecosystem quality
Human health
0
5
10
15
20
25
30
Bb Med M Med SG-S Med
Eco
pu
nti
/t s
ac. o
gra
n.
Resource depletion
Ecosystem quality
Human health
0
50
100
150
200
250
300
350
Bb Med M Med SG-S Med
Eco
pu
nti
/ha
Resource depletion
Ecosystem quality
Human health
Ecopunti / ha Ecopunti / t
(*) 1 ecopunto = 1/1.000 dell’impatto di un cittadino medio europeo. Più alto il punteggio, maggiore l’impatto.
Scenari Bb
Bb vs. altre
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Scenari Bb
Bb vs. altre
0
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4
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400
B_Low B_Med B_High
En
erg
y E
ffic
ien
cy (
GJ
GJ-1
)
Ne
t En
erg
y (G
J h
a-1)
NE
EE
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300
400
B_Med M_Med SG-S_Med
En
erg
y E
ffic
ien
cy (
GJ
GJ-1
)
Ne
t En
erg
y (G
J h
a-1)
NE
EE
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Scenari Bb
Bb vs. altre
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
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8000
9000
B_Low B_Med B_High
m3/h
a
Grey
Blue
Green
0
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2000
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5000
6000
7000
8000
9000
B_Med M_Med SG-S_Med
m3/h
a
Grey
Blue
Green
0
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400
500
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800
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1000
B_Low B_Med B_High
m3/t
Grey
Blue
Green
0
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300
400
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900
1000
B_Med M_Med SG-S_Med
m3/t
Grey
Blue
Green
WF / ha WF / t
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Incidenza dei trasporti sull’impatto ambientale Bb e altre colture
Raggio medio di approvvigionamento:
Minerbio – 40 km
Pontelongo – 55 km
S. Quirico – 80 km
Altre colture – 15 km
Incid
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cenari
o
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Incidenza dei trasporti sul bilancio energetico Bb e altre colture
Raggio medio di approvvigionamento:
Minerbio – 40 km
Pontelongo – 55 km
S. Quirico – 80 km
Altre colture – 15 km
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Gli impatti ambientali, il consumo energetico e di acqua per ettaro risultano significativamente meno incidenti con tecniche di basso input.
Dal ranking dei diversi scenari risulta che tali impatti possono essere mitigati agendo principalmente sulle lavorazioni e sulle concimazioni.
Nel confronto con le altre colture, su base ettaro appare evidente il vantaggio ambientale nella coltivazione di colture meno esigenti (sorgo e soia) rispetto a bietola. Su base produttiva, invece, le colture con rese più basse (soia e sorgo) appaiono fortemente penalizzate, laddove non emergono differenze sostanziali tra bietola e mais.
Nei doversi areali il bilancio energetico della bietola si è dimostrato pari o superiore in termini di energia netta (output-input) a quello del mais; nettamente superiore alle altre colture considerate.
L’incidenza dei trasporti è notevole su bietola, per via del peso della biomassa (radici) trasportata e delle distanze considerate; l’incidenza risulta inferiore per le colture da granella.
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Dettaglio degli scenari energetici e idrologici
Parametri M_B
Low
M_B
Med
M_B
High
P_B
Low
P_B
Med
P_B
High
S_B
Low
S_B
Med
S_B
High
Cumul. Energy Demand (GJ ha-1) 25,1 40,6 58,7 31,7 38,6 50,6 33,2 45,1 56,7
Energy Yield (GJ ha-1) 218 286 371 214 271 327 218 262 349
Net Energy (GJ ha-1) 193 245 312 182 232 277 185 217 293
Energy Efficiency (GJ GJ-1) 8,7 7,0 6,3 6,8 7,0 6,5 6,6 5,8 6,2
Parametri (m3 ha-1) M_B
Low
M_B
Med
M_B
High
P_B
Low
P_B
Med
P_B
High
S_B
Low S_B Med
S_B
High
Piogge in fase produttiva 3500 3500 3500 4300 4300 4300 3500 3500 3500
Apporti di falda 310 1250 2158 -205 260 1016 310 500 1616
Irrigazione 0 500 1500 0 400 1000 0 800 1200
Fabbisogno colturale 3810 5250 7158 4095 4960 6316 3810 4800 6316
Parametri M_B
Med
M_M
Med
M_SG
Med
P_B
Med
P_M
Med P_S Med
S_B
Med
S_M
Med
S_S
Med
Cumul. Energy Demand (GJ ha-1) 40,6 26,7 16,9 38,6 39,7 12,9 45,1 44,8 14,9
Energy Yield (GJ ha-1) 286 237 195 271 254 112 262 271 103
Net Energy (GJ ha-1) 245 210 178 232 214 99 217 227 88
Energy Efficiency (GJ GJ-1) 7,0 8,9 11,5 7,0 6,4 8,7 5,8 6,1 6,9
Parametri (m3 ha-1) M_B
Med
M_M
Med
M_SG
Med
P_B
Med
P_M
Med P_S Med
S_B
Med
S_M
Med S_S Med
Piogge in fase produttiva 3500 3500 3000 4300 4300 3100 3500 3500 2500
Apporti di falda 1250 -250 2158 260 -708 1033 500 -211 506
Irrigazione 500 1000 0 400 900 0 800 1600 800
Fabbisogno colturale 5250 4250 3778 4960 4492 4133 4800 4889 3806