Energia da biomasse in agricoltura Cuneo - 31 ottobre 2014

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1 Valutazione ambientale della produzione dell insilato di mais: confronto tra tecniche di raccolta Bacenetti J., Negri M., Fusi A., Fiala M. Department of Agricultural and Environmental Sciences. Production, Landascape, Agroenergy University of Milan, via G. Celoria 2, 2133 Milano, Italy Energia da biomasse in agricoltura Cuneo - 31 ottobre 214

2 DEFINIZIONE LCA (Life Cycle Assessment - Valutazione del Ciclo di Vita) è una metodologia utilizzata t per valutare il potenziale impatto ambientale di un prodotto, di un processo o di un'attività durante tutto il suo ciclo clo di vita, tramite: Processo di compilazione e valutazione di ingressi (input) e uscite (output) e degli impatti ambientali potenziali di un sistema prodotto attraverso il suo ciclo di vita ISO 144: 26 Environmental management - Life cycle assessment - Principles and framework

3 Vantaggi dell LCA: Considera l intero ciclo di vita di un prodotto Quantifica l impatto ambientale con indici numerici Identifica gli hotspots del processo Compara prodotti con diversi processi/prodotti alternativi Permette di scegliere l opzione ambientamene più sostenibile LIFE CYCLE ASSESSMENT Trasporto Uso Produzione Design Estrazione risorse Raccolta Riutilizzo Riciclo Dismissione Identificare fasi del processo responsabili del maggior impatto Confrontare soluzioni produttive diverse per lo stesso prodotto Confrontare prodotti

4 METODOLOGIA DEFINIZIONE OBIETTIVO E CAMPO DI APPLICAZIONE ANALISI DI INVENTARIO VALUTAZIONE DEGLI IMPATTI IONE DEI RI ISULTATI INT TERPRETAZ 1 FASE 1: GOAL DEFINITION Definizione degli obiettivi dell analisi e del campo di applicazione (confini del sistema analizzato e dell unità funzionale) 2 FASE 2: ANALISI DI INVENTARIO Analisi di inventario, finalizzata al reperimento dei dati necessari 3 FASE 3: ANALISI DEGLI IMPATTI Analisi degli impatti riconducibili al prodotto analizzato 4 FASE 4: INTERPRETAZIONE DEI RISULTATI e definizione di potenziali azioni di miglioramento

5 METODOLOGIA Porta alla definizione degli impatti potenziali sull ambiente che sono associati alla produzione di un bene/ servizio. Tali impatti (o effetti), chiamati CATEGORIE DI IMPATTO, sono quantificati attraverso INDICI NUMERICI. Esempi di categoria di impatto: riscaldamento globale consumo di ricorse abiotiche acidificazione del suolo diminuzione strato di ozono eutrofizzazione delle acque consumo di acqua IMPATTI IMPATTI EVITATI IMPATTI INDICE= - IMPATTI EVITATI > INDICE > impatto negativo sull ambiente INDICE < impatto positivo sull ambiente (beneficio)

6 GOAL: Valutare l impatto ambientale di diverse soluzioni per la raccolta del mais da foraggio al crescere delle distanze di trasporto FASE 1: OBIETTIVI DELLO STUDIO RACCOLTA DELL INTERA PIANTA (INSILATO INTEGRALE -PI) massimizzo la quantità di biomassa raccolta ad ettaro e il volume di biogas producibile. PIANTA TAGLIATA A75 cm (INSILATO DA TAGLIO ALTO - TA) evito di raccogliere la parte basale della pianta che è la più lignificata e la meno interessante per la produzione di biogas, riduco le masse da movimentare PASTONE DI SPIGA (INSILATO DI SPIGA - SP) raccolgo solo la spiga (brattee, tutolo e granella) che è la parte energeticamente più ricca riducendo drasticamente le masse in gioco Quale insilato ha il minor impatto ambientale? Oltre quale distanza diventa ambientalmente vantaggioso trasportare gli insilati da taglio alto e di spiga? Conviene rinunciare a parte della produzione al fine di avere un matrice maggior densità energetica?

7 FASE 1: CONFINI DEL SISTEMA FASE DI CAMPO COLTIVAZIONE E RACCOLTA TRINCIATO TRASPORTO TRINCIATO ET EE CONVERSIONE DA & UTILIZZO BIOGAS IN CHP MOVIMENTAZIONE INSILATO INSILAMENTO STOCCAGGIO DISTANZ ZA VARIABILE DIGESTATO

8 FASE 1: UNITA FUNZIONALE UF= unità a cui vengono riferiti i risultati, che esprime la funzione del prodotto e facilita i confronti Porzione della pianta Pianta intera (PI) Pianta tagliata a 75 cm (TA) Produzione di meta ano (m 3 /ha ) Solo spiga (SP) Classe FAO Resa umida Sostanza secca Resa secco Produzione CH 4 t tq /ha % tq t ss /ha m 3 /ha 6 8,54 37,% 29, ,98 35,9% 3, ,6 47,15% 21, ,99 45,25% 23, ,48 61,4% 13, ,33 61,25% 12, Classe FAO 6 Classe FAO 7 BIOMASSA SP 25% di PI (-75%) TA 65% di PI (-35%) METANO SP 75% di PI (-25%) TA 93% di PI (-7%) UNITA FUNZIONALE 1 m 3 di CH 4 PI SP SS INSILATO Prove di campo e di valutazione della produzione in metano eseguite presso Laboratorio

9 FASE 2: INVENTARIO MAIS in prima semina in areali irrigui della pianura Padana. SIMILE per le tre diverse soluzioni OPERAZIONE NN. MESE Fertilizzazione organica pre semina TRATTORE Massa Potenza MACCHINA OPERATRICE Tipologia Dimensione Massa (kg) Tempi di lavoro (h/ha) 1 Maggio 9 kw Botte NOTE 85 t/ha Digestato Aratura 1 Maggio 19 kw Aratro Erpicatura 1 Maggio 13 kw Semina 1 Maggio 9 kw Maggio Diserbo chimico 3 Giugno Luglio Giugno Irrigazione 5 Luglio Agosto Diserbo meccanico 1 Giugno 9 kw Fertilizzazione di copertura 1 Giugno 12 kw Erpice rotativo 4. m Sem. pneumatica 4 file kw Irroratrice kg/ha 4 kg/ha lumax 2 kg/ha dual 8 kw Pompa m 3 /ha Sarchiatrice 2.8 m Spandiconcime 25 dm kg/ha urea Raccolta 1 Settembre FTC 335 kw TRASPORTO 1 Settembre 9 kw Rimorchi agricoli km Insilamento 1 Settembre 9 kw 2 Caricatori frontali

10 FASE 3: VALUTAZIONE IMPATTI Confronto (a bordo campo; km) La tecnica colturale è la stessa nei tre casi a bordo campo la soluzione con il minor impatto è quella con la maggior produzione di metano ad ettaro: PI (pianta intera). INSILATO INTEGRALE INSILATO TAGLIO ALTO PASTONE DI SPIGA Con nfronto (%) Climate change Ozone depletion Acidification Terrestrial Freshwater Marine eutrophication Mineral, fossil & ren eutrophication eutrophication resource depletion Variazioni proporzionale p alle variazioni di UF per: 1. Cambiamento climatico (CC) 2. Assottigliamento strato ozono (OD); 3. Diminuzione risorse minerali e fossili (MFRD) Variazioni più che proporzionale rispetto alle variazioni di UF per: 1. Acidificazione (AP): 2. Eutrofizzazione terrestre (TE) 3. Eutrofizzazione i delle acque dolci (FE) 4. Eutrofizzazzione marina (ME) Eutrofizzazione marina legata strettamente al rilascio di composti azotati(nitrati) nel mare. Essendo uguale, per i tre insilati, la quantità di elementi nutritivi apportata con la fertilizzazione raccogliendo meno biomassa sono minori le asportazioni e quindi aumenta la lisciviazione

11 FASE 3: VALUTAZIONE IMPATTI Hotspot (A bordo campo; km) Digestato sottoprodotto della DA la sua produzione non ha impatto, ma emissioni NH 3 3, N 2 O, NO 3 e runoff di P Operazioni meccaniche: (1) consumi di gasolio, olio e TR e MO, (2) emissioni dovute a gas scarico motori % 1 9 EMISSIONI PROCESSO OPERAZIONI MECCANICHE PRODUZIONE UREA PRODUZIONE SEME PRODUZIONE FITOFARMACI HOTSPOT: 8 Produzione di sementi, fitofarmaci e urea: impatto 7 limitato. NB: urea solo in 6 copertura Climate change Ozone depletion Acidification Terrestrial Freshwater Marine Mineral, fossil & eutrophication eutrophication eutrophication ren resource depletion Impatto legato alle operazioni i meccaniche di campo responsabile quasi interamente (>97%) della diminuzione di risorse dell assottigliamento li t dello strato t di ozono e di circa la metà dell impatto per il cambiamento climatico Acidificazione ed eutrofizzazioni sono dominate dalle emissioni di processo legate alla somministrazione di fertilizzanti (organici e minerali): azoto lisciviato, ammoniaca e protossido in aria, run-off del fosforo

12 3% 25% 2% 15% 1% 5% % 5 km km CC OD AP TE FE ME MFRD HOTSPOTS DEL PROCESSO (DISTANZA = 5 km) Il TRASPORTO per 5 km Aumento dell impatto MFRD +19%; OD + 83%; CC + 51% ME + 34%; AP, TE, FE +5% % EMISSIONI PROCESSO OPERAZIONI MECCANICHE PRODUZIONE UREA PRODUZIONE SEME PRODUZIONE FITOFARMACI TRASPORTO 1% 9% 8% 7% 6% 5% 4% TRASPORTO hotspot di processo soprattutto per MFRD ma anche per altre categorie di impatto come OD e CC e, in minor misura per ME (a causa delle maggiori emissioni di NO x ). 3% 2% 1% % Climate change Ozone depletion Acidification Terrestrial Freshwater Marine Mineral, fossil & eutrophication eutrophication eutrophication ren resource depletion Forte impatto del TRASPORTO su MFRD ma anche su OD e CC Acidificazione ed eutrofizzazioni ancora poco influenzate dal trasporto taspoto

13 TRASPORTO: DISTANZA ( 5 km) Acidificazione,12 EUTROFIZZAZIONE TERRESTRE PI TA SP,25 PI TA SP Score (molc N eq.),1,8,6,4,2, Distanza (km) Sco re (molc H+ eq.),15,1,1,9,8,7 Eutrofizzazioneacque acque dolci PI TA SP Score (kg P eq.),6,5,5,4,3,2, Distanza (km), Distanza (km) Eutrofizzazione Marina PI TA SP DISTANZE DI TRASPORTO NESSUN SORPASSO AP, FE, TE e ME ME: lievissime variazioni al crescere della distanza di trasporto IA quasi interamente dovuto alla fase di campo in cui si hanno emission di composti N e P (es. Ammoniaca, protossido, nitrato, ecc.) PI sempre meno impattante di TA e SP re eq.) Sco (kg N,5,4,3,2, Distanza (km)

14 ,38 CAMBIAMENTO CLIMATICO TA SP PI TRASPORTO: DISTANZA 5 km,36,34,32 3,5E 9 ASSOTTIGLIAMENTO STRATO OZONO PI TA SP re 2 eq) Scor (kg CO2,3,28 3E 9,26 2,5E 9,24,22, Distanza (km) eq) Score (kg CFC 11 2E 9 1,5E 9 1E 9 Diminuzione,8 Risorse Minerali, Fossili e Rinnovabili,7 PI TA SP 5E 1 Sco ore (kg Sb eq.),6, Distanze (km),4,3,2, Distanza (km) CC: fino a 16 km PI, sopra 16 km TA (entro 5 km IA SP > IA TA ) MFRD: fino a 2 km PI, tra 2 e 11 km TA; sopra 11 km SP OD: fino a 5 km PI, tra 5 e 24 km TA; sopra 24 km SP

15 CONCLUSIONI % Per lunghe distanze AMBIENTALMENTE può essere vantaggioso ricorrere a SP o TA Per AP, TE, FE e ME impatto dipende soprattutto dalla fase di coltivazione al crescere della distanza comunque meno impattante PI. Per altre categorie di impatto, su cui il trasporto incide maggiormente (CC, OD e MFRD) alcrescere della distanza di trasporto può essere meno impattante raccogliere meno biomassa etrasportare le matrici con la maggior densità energetica QUAL E LA SOLUZIONE CON IL MINOR IMPATTO AMBIENTALE?? PI TA 1 km TA 5 km SP 1 km SP 5 km PI 1 km PI 5 km HP1 HP2 Climate change Ozone depletion Acidification Terrestrial Freshwater Marine Mineral, fossil & eutrophication eutrophication eutrophication ren resource depletion SP PI FE kg N eq/fu MFRD kg Sb eq/fu FE kg P eq/fu CC kg CO 2 eq/fu 35, 3, 25, 2, 15, 1, 5,, TE molcn eq/fu OD kg CFC 11 eq/fu AP molc H+ eq/fu Dipende dalla categoria di impatto Aggregazione degli indici per le diverse categorie di impatto al fine di ottenere un unico indice tale da permettere ette e il confronto. o

16 GRAZIE PER L ATTENZIONE LCA Group AGRO-ENERGY and FOOD PROCESSING Prof. Marco Fiala: marco.fiala@unimi.it Dr. Jacopo Bacenetti: jacopo.bacenetti@unimi.it