A BARBABIETOLA DA ZUCCHERO COME COLTURA … · - colture energetiche / nofood - centro di saggio...

LA BARBABIETOLA DA ZUCCHERO

COME COLTURA DEDICATA PER IL

BIOGAS

M. Caliceti – G. Ciuffreda – L. Rossi – G. Bellettato

Attualità della ricerca nel

settore delle energie rinnovabili

Ancona 17 dicembre 2010

Chi è BETA

E’ una società di ricerca in

Agricoltura (www.betaitalia.it)

nasce dalla fusione dei servizi

di ricerca del mondo agricolo e

industriale della filiera bieticolo-

saccarifera italiana.

Capitale sociale: 50% parte

industriale, 50% parte agricola

La sede è a Ferrara presso la Fondazione Navarra,

dove sorgeranno i laboratori Ambiente ed

Agricoltura del Polo Scientifico Tecnologico

Chi è BETA e quali attività

svolge??

RICERCA E SPERIMENTAZIONE

- colture food

- colture energetiche / nofood

- centro di saggio per prove efficacia di principi attivi

- centro di taratura barre irroratrici

Beta si avvale di un comitato scientifico composto

da ricercatori universitari da tutta l’Italia…

ATTIVITÀ BETA SU COLTURE

ENERGETICHE

• Sorgo• Pioppo filiera biomassa - energia• Robinia• Arundo

• Girasole • Colza filiera olio - energia• Tabacco • Soia

• Triticale • Mais filiera biogas - energia• Bietola• Sorgo

OBIETTIVO DELLA RICERCA

Valutare potenzialità e criticità della digestione

anaerobica della barbabietola da zucchero come

coltura dedicata per la produzione di biogas

FASI DELLA RICERCA

• Prova agronomica

• Conservazione della matrice

• Valutazione del potenziale metanigeno

PROVA AGRONOMICA

Obiettivo: quantificare la potenzialità produttiva in campo,

fornire biomassa fresca per più mesi

Materiali e metodi:

• 2 percorsi agronomici (irrigazione e concimazione)

• Semina autunnale e primaverile

• 4 tipologie di varietà (semiforaggera, foraggera, titolo e

peso)

• 2 località (Forli-Cesena e Modena)

• Modello sperimentale fattoriale con 4 repliche

• Dimensione parcella 5 x 1,35 = 6,75 m2 (3 file distanziate

tra loro di 45 cm.

• 3 epoche di raccolta primaverile e 1 autunnale

RISULTATI PROVA AGRONOMICA

a

(Casemurate – FC - LSD 5%)

12,67812,726

13,839

4,497 5,2365,847

0

5

10

15

20

25

30

35

semif. Titolo Peso

t/h

a

so

sta

nza

se

cc

a

FOGLIE E COLLETTI"

RADICI

Sostanza secca totale

a a b

(Concordia – MO - LSD 5%)

18,385 19,82422,315

5,6076,709

8,441

0

5

10

15

20

25

30

35

Foraggera Titolo Peso

t/h

a

so

sta

nza

se

cc

a

FOGLIE E COLLETTI"

RADICI

a b c


a


18,810

20,75019,268

20,730 21,08519,198

0

5

10

15

20

25

semif. Titolo Peso

% s

osta

nza

se

cc

a

RADICI FOGLIE E COLLETTI"

% Sostanza secca sul tq


18,810

20,75019,268

14,376

16,437 16,071

0

5

10

15

20

25


% s

osta

nza

se

cc

a

RADICI FOGLIE E COLLETTI"

b a b

ab a b

a b b

a b c

92,945

95,977

94,590

95,224

97,012

96,576

90

91

92

93

94

95

96

97

98


% S

olid

i vo

lati

li

2009 2010

93,929

92,40292,333

95,06394,750 95,067

90

91

92

93

94

95

96

97

98

semif. Titolo Peso

% S

oli

di

vo

lati

li

2009 2010



% Solidi volatili radici sulla SS


a b c

a b b

a a aa a a

17,277 19,12621,324

4,786

5,734

7,199

0

5

10

15

20

25

30

35


t/h

as

olid

i vo

lati

li

FOGLIE E COLLETTI"

RADICI


a


11,84411,996

12,929

3,823 4,4504,970

0

5

10

15

20

25

30

35

semif. Titolo Peso

t/h

a

so

lid

i vo

lati

li

FOGLIE E COLLETTI"

RADICI

a a b


Solidi volatili prodotti da radici e foglie

a b c

12,60512,974

12,890

12,34114,200

12,216

13,231 14,34512,927

0

5

10

15

20

25

30

PRIMA SECONDA TERZA

t/h

a S

so

sta

nza

se

cc

a

Semiforaggera

Titolo

Peso

15,698 16,136 18,176

18,696 20,03222,230

20,761

23,303

26,540

0

5

10

15

20

25

30

PRIMA SECONDA TERZA

t/h

a S

so

sta

nza s

ec

ca

Foraggera

Titolo

Peso



a a a


S. Secca radici ed epoca di raccolta

a b c

a a b

a b ca a aa a a

• La varietà a peso ha raggiunto le produzioni più alte in entrambe le

località ( 20 e 30 t/ha di SS)


Conclusioni

• la varietà foraggera ha dimostrato una elevata capacità produttiva in

biomassa tal quale (> di 160 t/ha) ma con contenuto in SS e SV

significativamente più bassa rispetto alle tipologia a peso e a titolo.

• La percentuale di Solidi Volatili sulla Sostanza Secca ha superato in

tutte le tipologie di varietà il 90%.

• La produzione totale di biomassa è incrementa significativamente

passando dalla prima alla terza epoca di raccolta solo nella località di

Concordia. La tipologia a peso ha registrato gli incrementi più

interessanti ( + 27% passando dalla prima alla terza epoca di raccolta)

• La tipologia a titolo ha registrato le migliori caratteristiche qualitative:

% SV > 96% e % di SS ≈ 21%

FASI DELLA RICERCA


• Conservazione della matrice prodotta


CONSERVAZIONE DELLA MATRICE

Obiettivo: valutazione di una tecnica di conservazione

della biomassa prodotta

Materiali e metodi:• Tecnica dell’insilamento in silobag

• 2 tesi: solo radici intere; pianta intera trinciata

• Durata della prova 210 giorni con 3 momenti di osservazione:

T0 = alla creazione del silobag,

T60 = dopo 60 gg e

T210 dopo 210 gg

• 3 repliche

Momento della realizzazione del silobag



Sezione longitudinale di un fittone di

bietola dopo 150 giorni di insilamento

Apertura del silobag con evidente

accumulo di percolato

Caratteristiche qualitative della biomassa durante la conservazione

16

16,5

17

17,5

18

18,5

19

T0 T60 T210

%

su

l ta

l q

uale

Sostanza secca

Radici Bietola intera

Pianta intera trinciata

15

15,5

16

16,5

17

17,5

18

T0 T60 T210

%

su

l ta

l q

uale

Solidi Volatili



-6,5%

-7% -5%

-4%

-7,6%

-8%

-5,6%

-6,4%

Caratteristiche qualitative della biomassa durante la conservazione

0

0,3

0,6

0,9

1,2

1,5

1,8

2,1

T0 T60 T210

% s

u t

al

qu

ale

Azoto organico



0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

T0 T60 T210

%

su

l ta

l q

uale

Ceneri



+9%

+18% +28%

+18%

-86%

-89%

Perdita di peso della biomassa durante la conservazione


0%

5%

10%

15%

20%

25%

30%

T60 T210

perd

ita p

eso

giorni di conservazione

• La perdita di S. secca è stata di 6,5 – 7% dopo 60 giorni e ha subito unmodesto effetto di concentrazione nella seconda fase (incrementa del3% circa). La stessa dinamica si risconta per i solidi volatili.

RISULTATI PROVA CONSERVAZIONE

Conclusioni

• Le ceneri incrementano da +9% dopo 60 giorni e +18% dopo 210 nellatesi pianta intera trinciata. Nella tesi bietola intera si osserva la stessadinamica

• La biomassa si è conservata bene per 210 giorni

• L’azoto organico dopo 60 giorni di conservazione si abbassa quasi del90% in entrambe le tesi

• Le perdite di peso sono state di circa il 15% dopo 60 giorni e del 23%dopo 210. Tali perdite sono essenzialmente dovute alla formazione dipercolato

• Sono in programma altre prove su tecniche di insilamento per migliorarel’efficienza e diminuire i costi

FASI DELLA RICERCA


• Conservazione della matrice prodotta


VALUTAZIONE POTENZIALE

METANONIGENO

Obiettivo: valutare il potenziale produttivo della biomassa

Materiali e metodi: digestione in Batch e in Continuo

• Metodo in Batch (eseguito presso i laboratori Bioalter, Università di Udine):

•

• Durata della prova: 60 giorni a 39° C

• 2 tesi : solo radice intera e pianta intera trinciata

• 2 ripetizioni

• Test eseguiti su campioni prelevati al tempo T0 (matrice fresca), T60

(dopo 60 giorni di insilamento) e T 210 (dopo 210 giorni)

• Inoculo con digestato in uscita da un impianto di scala industriale che

funziona a 37°C con 3-4% di sostanza secca e pH 7.8 +/-0.05.

• Determinazione contenuto di metano nel biogas con gascromatografica

contro una miscela standard certificata 60% di CH4 e 40% di CO2

Risultati della prova In batch

817

732

642776

616

749

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

radice intera pianta intera trincita

BiogasNm3 / t S.V.

T0

T60

T210

Metano nel biogas 64,3 - 65,0%


METANONIGENO

Materiali e metodi:• Prova di digestione in continuo eseguita in collaborazione con CRPA:

•

• Due reattori da 23 dm3 per due cicli di prova

• Campioni prelevati al tempo T120 (dopo 120 giorni dì insilamento)

• Tempo di ritenzione idraulica 35 giorni, temperatura di conduzione 39° C

• Carico organico volumetrico variabile da 2,3 a 4,2 Kg Solidi volatili/giorno

• Inoculo con digestato in uscita da una precedente prova di laboratorio in

cui sono state digeriti foglie e colletti di bietola e insilato di mais

• Analisi del biogas eseguita con analizzatore ad infrarosso Geotech

GA2000 Plus: % metano, % H2S e %NH3


METANONIGENO

Materiali e metodi:

• Tesi a confronto e loro composizione

TesiLiquame

bovino

Radici di

bietolaSilomais

Radice di bietola intera 20% 80% 0

Radice di bietola intera

+ insilato di mais 20% 50% 30%

* Uno studio simile condotto in Germania su bietola insilata evidenziò

problemi di abbassamento del pH richiedendo l’utilizzo di sostanze

tampone. In questo caso si è optato per l’aggiunta di liquame bovino al

20%

VALUTAZIONE POTENZIALE METANIGENO

Caratteristiche chimico-fisiche delle matrici utilizzate nella prova di digestione anaerobica in continuo

CaratteristicheRadice di

bietolaLiquame Silomais

pH 3,97 7,3 3,9

Solidi totali (% /tq) 17,20 6,66 30,2Solidi volatili (%/ST) 90,39 83,96 94,93Azoto totale (% ST) 2,15 4,17 1,26

Azoto ammoniacale (%NTK) 7,35 46,6 3,06

Carbonio organico totale 39,19 45,33 44,38

C/N 18,23 10,88 35,22

Fibra neutro detersa (% ST) 26,53 55,33 33,89Fibra acido detersa (% ST) 13,71 32,58 27,28Lignina acido detersa (% ST) 4,28 8,5 3,56

RISULTATI PROVA IN CONTINUO

a

TesiBiogas

Nm3/t SV

CH4

(%)

H2S

(ppm)

NH3

(ppm)

Liquame bovino

+ radici bietola718,4 ± 87,5 63,6 ±1,9 211,2±198,5 32,7 ± 21,8

Liquame bovino

+ radici bietola

+ silomais

649,1 ± 58,9 63 ± 2,0 169,4 ± 93,0 11,9 ±10,3

Resa in CH4 solo liquame 173 Nm3/t SV

Resa in CH4 solo silomais 399 Nm3/t SV

a

Potenzialità produttiva di metano: solo foglie e colletti

Risultati di prove condotte da Beta nel 2008/2009

TesiBiogas

Nm3/t SV

CH4

Nm3/t SV

Foglie e colletti 434 ± 22 243 ± 18

Radici bietola 790 ± 50 511 ± 15

Potenzialità produttiva di metano: solo radici

VALUTAZIONE POTENZIALE METANIGENO

6052 6130 6607

929 10811208

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

semif. Titolo Peso

Nm

3m

eta

no

p

er

ha

FOGLIE E COLLETTI

RADICI

88289773

10896

1163

1393

1749

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000


Nm

3m

eta

no

p

er

ha

FOGLIE E COLLETTI

RADICI

(Casemurate – FC - LSD 5%)(Concordia – MO - LSD 5%)

a b c a a b

CONFRONTO POTENZIALE METANIGENO

mais vs bietola

Ipotesi produttiva mais:

60 t/ha di biomassa

32% SS

95% SV su SS

716 Nm3/t SV di biogas

55,7% CH4

399 Nm3/t SV di CH4

7.278 Nm3/ha

Ipotesi produttiva bietola:

511 Nm3/t SV di CH4 radici

243 Nm3/t SV di CH4 foglie

4,4 - 5,9 t/ha di SV foglie e colletti

12,3 - 19,2 t/ha di SV radici

63% CH4

7.355 Nm3/ha

11.245 Nm3/ha

• L’aggiunta di silomais ha ridotto la produzione di biogas del9,6% (minore digeribilità rispetto alla bietola e tempo diritenzione idraulica non ottimale)

Conclusioni digestione in continuo

•Le analisi qualitative del biogas prodotto dalle due miscele haevidenziato un valore medio del 63% di metano ed uncontenuto in idrogeno solforato (H2S) ed ammoniaca (NH3)basso

• La matrice di bietola è risultata facilmente digeribile dalla floramicrobica e a permesso d’impostare un tempo di ritenzioneidraulica di soli 35 giorni

• Tale ipotesi necessità comunque di una valutazioneeconomica sui costi e benefici delle due matrici

Considerazioni conclusive

• La barbabietola ha mostrato ottime rese energetichein termini sia di biogas sia di metano raggiungendonelle due località in cui si è svolta la prova produzionidi 7.355 e 11.245 Nm3 di metano per ettaro

• Tali prestazioni energetiche, confortate da un buonandamento del processo conservativo e di digestione,consentono di ipotizzare che la bietola può essereusata negli impianti di biogas in sostituzione parzialeo totale del silomais

• In particolare va risolta in maniera più efficiente laproblematica legata alla pulizia delle radici dalla terra

GRAZIE PER L’ATTENZIONE

E BUON 2011!!!!!!!!!

GLI AUTORI DELLA RICERCA:

Marco Caliceti1 - Giuseppe Ciuffeda1,

Lorella Rossi2

Giovanni Bellettato3

1Beta scarl, società di ricerca in agricoltura

2CRPA Centro ricerche produzione animale

3ANB Associazione nazionale Bieticoltori

www.betaitalia.it

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