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Per un Agricoltura Carbon Negative

intensificazione ecologica delle produzioni primarie incremento del carbonio nei suoli

CIO2 ECO-FUTURO

Padova 18 Luglio 2018

Stefano Bozzetto Claudio Fabbri

Giustino Mezzalira

Cio2 : il problema

CIB_CIO2 ECOFUTURO 2018 2

Benvenuti nell’Antropocene Paul J. Crutzen, vincitore del premio Nobel per la chimica dell'atmosfera nel 1995


https://scripps.ucsd.edu/programs/keelingcurve/

I sistemi naturali di rimozione della CO2

30%11.2 GtCO2/yr

Fate of anthropogenic CO2 emissions (2007–2016)

Source: CDIAC; NOAA-ESRL; Houghton and Nassikas 2017; Hansis et al 2015; Le Quéré et al 2017; Global Carbon Budget 2017

23%8.7 GtCO2/yr

34.3 GtCO2/yr

88%

12%4.9 GtCO2/yr

17.3 GtCO2/yr

47%

Sources = Sinks

6%2.1 GtCO2/yr

Budget Imbalance: (the difference between estimated sources & sinks)

• I carbon sink naturali hanno contenuto la quantità di CO2 fossile che è finita in atmosfera

• NB : • La CO2 permane

nell’atmosfera per secoli e anche di più se non viene rimossa mediante cicli naturali

• Il solo sink naturale dove la CO2 non fa male è nelle piante e nel suolo agricolo ( e nei processi di carbonatazione, che peraltro sono molto più lenti)


L’urgenza del problema


Dopo il Protocollo di kyoto 1997 le emissioni sono cresciute di intensità anno per anno , ora stanno rallentando , ma nel 2017 sono riprese a crescere

In Autunno 2018 è atteso #1.5C IPCC report Il tema del carbon budget

From Targets to Action: Rolling up our Sleeves after Paris

Brigitte Knopf,* Sabine Fuss, Gerrit Hansen, Felix Creutzig, Jan Minx,and Ottmar Edenhofer

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/gch2.201600007


È necessario quindi sviluppare SIMULTANEAMENTE soluzioni di mitigazione e di carbon removal


• Blu : MITIGATION , cioè tecnologie come sole e vento , etc. che sono carbon NEUTRAL

• Celeste : carbon REMOVAL , altrimenti dette negative emissions technologies che sottraggono CO2 dall’atmosfera

Le tecnologie per il carbon removal (C negative)

http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1748-9326/aabf9b/pdf


La biogas refinery una piattaforma agro-industriale per il carbon removal

La biogas refinery è una piattaforma agroindustriale non solo per produrre cibo e energia in modo sostenibile ,

ma anche per promuovere le tecnologie del carbon removal sia naturali che industriali


La biogas refinery un impianto a biogas connesso a due reti

Natural gas grid

BIOGAS REFINERY SCHEME : ON SITE AND CENTRALIZED PRODUCTION SCHEME VIA NG GRID

Electricity grid

Biomass input

ADplant

Digestate processing

Liquid fertilizer

Solid fertilizer

Raw biogas

Fuel cell

CHP

Waste heat

Waste heat

ELECTROLYZER

PV Off grid

POWER TO CH4

UPGRADING CH4 >98%

CH4 >98%

LNG

ON SITE PRODUCTION steam reformingor biotechconversion

Methanol Fuel blend

DME (diesel like)

CENTRALIZED PRODUCTION

Methanol to olefins (plastic)Methanol

Combined cycle power generation

CHP

H2

O2

Nutrientsciclying


Le tecnologie della biogas refinery per il carbon reuse e carbon removal

• Carbon reuse pathways • Biomethane • Power to methane via biogas CO2 methanation • Biomethane to plastic • CO2 to methanol • Methanol to olefine to plastic • biochar for materials • Digestate as fertilizers • Raw biogas CO2 to materials (carbonati , silicati, ecc. )

• Carbon sequestration pathways • Sistemi naturali

• Soil carbon sequestration • Biochar in the soil • Afforestation

• Sistemi industriali • Geological sequestration via

• Biomethane power generation carbon capture

• Biomethane steam reforming carbon capture

• Weatherization


La biogas refinery può essere intesa come un appendiabiti di soluzioni tecnologiche anche tra loro distanti , che insieme

considerano sia sistemi naturali che industriali di carbon removal

Il ruolo dell’agroecologia per un agricoltura carbon negative


Per un agricoltura carbon negative

• Oggi l’agricoltura e le foreste sono responsabili del 12% di emissioni di gas serra

• Non solo dobbiamo compensare ridurre o compensare queste emissioni

• Ma dobbiamo trasformare l’agricoltura in un sistema carbon negative • Aumentando la produttività

primaria , la fotosintesi «biosphere recarbonization»

• Sviluppando i carbon sink naturali degli agroecosistemi , in particolare il suolo agricolo


4 pour 1000

• Il CIB ha aderito sin da Parigi all’iniziativa Francese del #4pour1000


Soil Organic Carbon management

Braunschweig, maggio 2018

Soil organic matter in agriculture Symposium E’ stato sottolineato che:

Lo stoccaggio di SO nel suolo è soprattutto incrementato dall’aumento degli input di SO (residui e radici) attraverso pratiche che stimolano la fotosintesi e la produttività, piuttosto che dalla riduzione degli output (minore mineralizzazione della sostanza organica)

Braunschweig, maggio 2018

Il contributo della parte ipogea ha grande importanza

L’effetto di saturazione su lungo termine dovuto a crescenti input di Carbonio NON è così evidente, anche in esperimenti di lunga durata


Il modello Biogasdoneright™

1. Produzione foraggi, cibo ed energia;

2. Copertura dei terreni tutto l’anno

3. Efficiente riciclo della sostanza organica e dei nutrienti

4. Mitigazione emissioni GHG della zootecnia

5. Pratiche agronomiche di tipo conservativo


I punti essenziali del modello BDR

• Gli agricoltori continuano a produrre cibo e alimenti tradizionali e anche a coltivare materie prime aggiuntive per produrre biocarburanti attraverso la digestione anaerobica in azienda

• Non esiste il conflitto “food versus fuel’’ e non esiste il meccanismo iLUC perché la produzione alimentare continua come prima;

• Viene prodotto carbonio addizionale e parte di questo viene riciclato (come digestato) e sequestrato nel terreno in forme altamente stabili;

• La conversione di sostanza organica in biogas è compensata dalla minore degradazione del carbonio dopo l'applicazione sul campo del digestato e dal carbonio aggiuntivo prodotto dal secondo raccolto, in parte riciclato come digestato


Agricoltura Convenzionale • Bovini da latte, produzioni vegetali per foraggi e cibo

• Seminativi, una coltura per anno (principalmente mais)

• Fertilizzazione basata su liquami e concimi minerali

Copertura del suolo 6 mesi per anno

Produzione totale parte epigea circa 23 t SS/ha/anno (granella 13 t/ha)

Irrigazione: necessaria

Erbicidi: necessari

Lavorazione del suolo: aratura + lavorazioni secondarie

Livello di sostanza organica nel suolo: stabile o leggermente in calo

Jan Dec

Sowing

Grain harvest

Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov

Irrigation

Silage harvestEx. Maize

Slurry application

Slurry application

Mineral fertilizer application


BiogasDoneRight®

Jan Dec

Sowing maize

Maize harvest

Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov

Irrigation

Sowing winter cereal

Silage harvest

Ex. Maize + winter cereal

• Bovini da latte, produzioni vegetali per foraggi, cibo, energia

• Seminativi, due colture per anno (diverse colture)

• Fertilizzazione basata su digestato

Copertura del suolo 12 mesi per anno

Produzione totale parte epigea circa 30 t SS/ha/anno (mais 18 + triticale 12)

Irrigazione: necessaria

Erbicidi: ridotti (soprattutto se la successione delle lavorazioni è veloce)

Lavorazione del suolo: ridotta

Livello di sostanza organica nel suolo: in crescita


Macchine per la meccanizzazione dei doppi raccolti

Raccolta foraggi

Applicazione immediata digestato con macchine multifunzione


Macchine innovative per ridurre i tempi di lavorazione

Lavorazione a bande, semina e distribuzione del digestato con interramento, in una unica operazione

Digestato liquido

Serbatoio seme

Lavorazione a bande distribuzione del digestato

Sistema GPS


Utilizzo del digestato ad alta efficienza Semina del mais appena dopo la raccolta della coltura vernina

Seme del mais nello strato superficiale

Iniezione diretta del digestato in

profondità


Sistemi colturali e copertura del terreno

Az. Palazzetto Circa l’81% dei terreni è stato coperto tutto l’anno, con un controllo delle infestanti molto elevato (minore utilizzo di erbicidi)

Raccolta della coltura estiva. Tutti i campi sono in attesa della semina

delle colture invernali, a parte 12 ha di medica


Carbonio organico nel suolo

Per quantificare la variazione del tenore di C org nel suolo è stato utilizzato un approccio basato sul bilancio di massa: le misurazioni sul campo della sostanza organica del suolo mostrano un aumento annuale di C org nell’intervallo 0,5 - 1,0 t C ha-1 nei primi dieci anni di applicazione BDR, a seconda di varie condizioni, cioè più di 10 ‰ all'anno


Il BiogasDoneRight in pillole • Rispetto all'agricoltura convenzionale Biogasdoneright® è un nuovo

concetto per massimizzare la produzione di ST e riutilizzare SO (alta qualità) allo stesso tempo, oltre ad efficientare gli elementi minerali (NPK);

• BDR è un modo per sviluppare un’agricoltura sostenibile in grado di aumentare lo stock di Corg del suolo e di ridurre l'impronta di carbonio dei prodotti agricoli

• BDR è un modello «work in progress» basato su una vera esperienza agricola

• Sono necessari ulteriori studi per migliorare le conoscenze per un'applicazione sostenibile in diverse aree e ambienti


Biosphere recarbonization Il contributo dell’agroforesteria Dal piano orizzontale a quello verticale : aumentiamo l’attività fotosintetica e la funzionalità biologica dei nostri agroecosistemi con gli alberi


L’agroselvicoltura è la pratica di gestione di sistemi che integrano la coltivazione di specie legnose (alberi o arbusti) con altre colture agrarie e/o l’allevamento di animali, al fine di massimizzare i benefici economici ed ambientali ottenibili dalle interazioni di queste diverse componenti.

Cosa sono i sistemi agroforestali


Negli ultimi anni in Europa c’è stato un grande fermento che ha portato tra l’altro alla nascita di EURAF (www.euraf.eu)

La riscoperta dei sistemi agroforestali


I sistemi agroforestali possono dare un’ulteriore contributo al sequestro di carbonio nel suolo:

• apparati radicali • biomassa epigea

La biomassa epigea può avere due diverse destinazioni:

• legname da lavoro (stoccaggio nei manufatti) • ramaglie: biochar o legno frammentato interrati nel suolo

Sistemi agroforestali e carbonio


Cosa possiamo fare con gli alberi in un azienda agricola assieme ad un digestore ? • Ibridizzazione dei processi

biochimico e termochimico • Produzione di carbonella (TLR 8-9) • L’utilizzo del calore per la

produzione di fertilizzanti organici (TLR 9-10)

• Metanazione del syngas (TLR 4-5)

• Il biochar e il digestato sono quindi due alleati per migliorare l’indice di umificazione degli apporti di sostanza organica al terreno


Biosphere recarbonization quali altri sistemi oltre alle doppie colture abbiamo per catturare attraverso la fotosintesi carbonio addizionale senza ridurre la disponibilità di cibo e foraggi ?

Le piante a ciclo CAM


Piante CAM (Crassulacean acid metabolism)

Perché siamo interessati alle piante CAM?

• Alta produzione anche in climi semiaridi • Plurima destinazione : food, feed, fuel,

nutraceutica • Coltura perennante = costi di coltivazione

minimi • Alto potenziale di produzione di metano

e di UF CIB_CIO2 ECOFUTURO 2018 33

Abbiamo le potenzialità per migliorare la conoscenza

• Cosa stiamo studiando

- Costi di riproduzione della pianta

- Produzione in diverse condizioni climatiche

- Meccanizzazione della raccolta

- Integrazione nel processo di produzione con altre biomasse territoriali

Siti dimostrativi attivi

- Sicilia (clima Mediterraneo)

- Kenia (clima Africano)

- Centro e sud America

Centro di riproduzione meristematica a San Cono (Sicilia)


Le potenzialità produttive di Opuntia foraggera Le prime prove in Sicilia

• Elevata risposta alle potenzialità irrigue e di fertilizzazione

• Opportunità di ripristino di terreni marginali

• Oltre 5 milioni di ettari già coltivati nel mondo

• Destinazione: • foraggera • nutraceutica • energetica


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6-mar 25-apr 14-giu 3-ago 22-set 11-nov 31-dic 19-feb 10-apr

Pro

du

zio

ne

tal

qu

ale

(kg

/pia

nta

) Potenziale produttivo fino a 8.000 m3 CH4/ha.a

Potenziale produttivo fino a 40-50 t ST/ha

Some take away


IL MANIFESTO DI MELETI

• Agricoltori e ambientalisti • Continuare a dialogare , a

sperimentare , a correggersi , a migliorare

• Governo – ministero ambiente e agricoltura • Sollecitare il governo italiano ad

aderire all’iniziativa 4pour1000 • ed a sviluppare politiche concrete

per la risorsa suolo , la riforestazione, lo sviluppo del biogasdoneright in agricoltura


Due proposte di buon senso Prima di stoccare la CIO2…vediamo di non estrarla

• Tassa carbonio (50€/ton C) per utilizzo TORBA • Valorizzazione del digestato e del

biochar

• Tassa carbonio ESTRAZIONE MINERARIA CO2 (50€/ton CO2) • 1.100.000 Nmc di biometano

corrispondono a circa 1.700.000 ton di CO2 , che sono in grado ampiamente di soddisfare il mercato italiano di CO2


Oltre il dibattito sull’ annex IX della RED 2 La riforma della PAC post 2020 • E’ necessario continuare la riflessione sul

miglioramento dell’annex IX • Una maggiore internazionalizzazione del

concetto del biogas done right • Oltre il concetto di biocarburante avanzato per

un agricoltura e agroforesteria fatta bene • Agroecologia e Agroforesteria per la produzione

di carbonio addizionale e l’utilizzo dei sistemi naturali di sequestro del carbonio

• E’ auspicabile una maggiore cooperazione sul piano dello sviluppo delle tecniche agronomiche tra operatori del biogas fatto bene, agricoltura biologica e agricoltura conservativa

• L’appuntamento «politico» principale del 2019 è la revisione della PAC

• Una importante opportunità per promuovere i temi di un agricoltura carbon negative


La SEN ed il decreto FER Recuperare il significato delle bioenergie e sviluppare il valore dell’integrazione tra reti

Le biomasse nella SEN

Rete gas e Rete elettrica devono cooperare

• Per limitare i costi infrastrutturali di grandi reti elettriche che se realizzate dovrebbero attraversare le regioni del rinascimento italiano,

• Possiamo sfruttarela rete del gas che è sotterranea ( no inquinamento paesaggistico) attraverso sistemi power to gas di stoccaggio delle eccedenze di produzione al Sud di sole e vento

• I gasdotti sono una infrastruttura esistente; la loro capacità di trasporto e stoccaggio è possibile a costi irrisori rispetto soluzioni che non integrano le due reti


«i benefici di sistema della cogenerazione a biometano» G.Angius SNAM 2018

The gas grid : a Carbon Negative infrastructure The renewable gas ultimate value proposition

• Mentre la rete elettrica ha la possibilità di divenire carbon neutral se prodotta con elettroni non a base carbonica,

• La rete gas invece veicolando GAS RINNOVABILE prodotto con carbonio biogenico possiede la capacità di divenire carbon negative connettendo lungo la sua rete • Sistemi naturali di carbon removal come la forestazione e lo stoccaggio del

carbonio nel suoli agricoli • Sistemi tecnologici di carbon reuse

• Biomasse nel costruito • Bioplastiche • Biochemicals

• Sistemi geologici di sequestro della CO2


Noi del CIB di tutto questo continueremo a

sperimentare, provare, ed a parlarne tra agricoltori,

ambientalisti, ricercatori, industria del gas,

in Italia e non solo stimolando la Politica

a fare bene e presto!

Arrivederci a BiogasItaly 2019


http://www.museodellamerda.org/

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