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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


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)

2


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.

4

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.


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?



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.



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


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.



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.



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.


Produzioni potenziali di metano da diverse colture e intensificazioni con 2° raccolto


(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

cco

lto

Mai

s 3

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cco

lto

Sega

le

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silo

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Sega

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°…

Erb

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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


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;



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


*Fonte: S. Jayasundara et al., Can. J. Anim. Sci. (2016)


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.



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).



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



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.



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.



Le colture perenni sequestrano C nel suolo


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


Arundo riduce efficacemente i nitrati lisciviabili


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

ui (k

g N

O3-N

ha

-1) autunno 2011

Controllo = non fertilizzatoCS20 = 20 mm di liquame bovino


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.


Metodo di propagazione messo a punto da CREA-AA


La sfida del futuro: migliorare l’uso del suolo con adeguate politiche ambientali.

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