I biopolimeri in agricoltura

Transcript

1

2 8 I biopolimeri in agricoltura Il progetto si è concentrato sull introduzione e il collaudo di due tipi di manufatti biodegradabili: i film di pacciamatura e i vasi biodegradabili. In agricoltura i materiali plastici di sintesi sono molto utilizzati per la produzione di strumenti e manufatti tra cui vasi per la coltivazione di piante da fiore e da ornamento, film per la pacciamatura del terreno, ovvero per la lotta alle infestanti che si sviluppano in campo a spese delle colture agrarie, clips e lacci per il tutoraggio delle piante procombenti, o striscianti. Non mancano impieghi molto particolari e diffusi, come per esempio le ali gocciolanti per l irrigazione localizzata e i contenitori per il florovivaismo. Le materie prime di sintesi più comuni sono il Polietilene, con cui si realizzano i film di pacciamatura, il Polipropilene, con cui si realizzano i vasi per la floricoltura e il polistirolo, utilizzato per la realizzazione di numerosi contenitori per la germinazione dei semi, o la radicazione delle giovani piante. Le quantità di questi materiali utilizzati in agricoltura sono difficilmente quantificabili. Non esistono, infatti, stime ufficiali al riguardo, anche se è possibile, individuate aree agricole specifiche o coltivazioni di grande diffusione territoriale, fare alcune ipotesi: nel caso della produzione di vasi, individuata l area di Albenga, che in Italia è una delle più sviluppate per la produzione di piante da fiore e aromatiche in vaso, si può stimare in circa tonnellate il consumo annuo di Polipropilene. Questo valore viene ricavato dal numero di piante annualmente prodotte,circa 120 milioni, coltivate in vasi di diametro variabile da 8 cm a 45 cm, con una alta prevalenza di diametro 14 e 18 moltiplicato per la media ponderata del peso dei vasi stessi. Diametro vasi (cm) milioni di vasi peso/vaso peso totale (Kg) peso totale (t) , , totale Stima della quantità di polipropilene utilizzata per la produzione di vasi nella zona di Albenga Questo materiale di sintesi, dopo essere stato utilizzato per la coltivazione in campo, viene indirizzato assieme alla pianta ai mercati di vendita, sia nazionali, sia, più frequentemente, nordeuropei. Al termine del suo uso, il vaso diviene un rifiuto che impiega alcuni secoli per degradarsi, divenendo, quindi, un grave inquinante dell ambiente. Anche i film di pacciamatura in Polietilene rappresentano un grave problema per l ambiente, tanto che, in molti Paesi emergenti, dove il sistema dello smaltimento controllato non è ancora a punto,

3 9 si parla di white pollution, o inquinamento bianco, causato dallo sminuzzamento nel terreno, al termine dell impiego dei film per la copertura di tunnel, o per la pacciamatura dei residui non raccolti e accumulati in discarica. In Italia la pacciamatura viene diffusamente utilizzata su numerose specie orticole, tra cui il pomodoro, il peperone, la melanzana, la fragola, la cipolla, ma anche in vivaio su barbatellai di vite e nella coltivazione del mais da granella. (Per esempio, su fragola si stima in 2500 ha la copertura del terreno effettuata con questi tipi di film, che moltiplicati per un peso medio di 40 g/m2 (400 Kg/ha) indica un consumo annuo di questa materia prima pari a circa tonnellate) Poter diminuire, e possibilmente eliminare, l impiego di queste materie prime significa ridurre il consumo di fonti di energia non rinnovabili, ridurre l emissione di gas serra prodotti durante la loro realizzazione ridurre il volume di rifiuti accumulati in discarica. Peraltro, alcuni prodotti e manufatti realizzati in materiali plastici possono essere riciclati, come normalmente avviene nel caso dei film di pacciamatura e dei vasi di coltivazione, ma ciò non toglie che il recupero di questi prodotti rappresenta un ulteriore costo ambientale, pur riducendo Esempio di ciclo del carbonio il consumo di risorse non rinnovabili. Film e vasi a base di amido termoplastico hanno il notevole vantaggio di essere realizzati con materie prime facenti parte del ciclo del carbonio e che in esso possono rientrare in tempi brevi e senza problemi per l ambiente. I film di pacciamatura sono prodotti che vengono utilizzati comunemente in agricoltura per ridurre lo sviluppo delle erbe infestanti che, in caso di propagazione elevata, possono compromettere la capacità produttiva delle piante coltivate, fino ad annullarla. Le infestanti sono, per importanza, il primo parassita delle coltivazioni agricole di tutto il mondo e per il loro contenimento si spendono cifre molto importanti. La lotta alle malerbe può anche essere effettuata con l uso di geodisinfestanti aventi anche azione erbicida, con il diserbo chimico, con la solarizzazione, con mezzi meccanici, o con l estirpazione manuale. La pacciamatura è una delle tecniche più antiche, ma sempre tra le più efficaci. In passato si usava disporre erba tagliata alla base di piante da frutto, e tutt oggi vengono impiegati materiali naturali, come la corteccia di pino, per limitare lo sviluppo delle erbe in impianti di fiori e in giardini urbani. La pacciamatura viene anche vantaggiosamente impiegata per ridurre l evaporazione dell acqua dal terreno, aumentando l efficienza dell irrigazione e la conservazione dell umidità nel suolo. Per questo motivo, si associa molto frequentemente l irrigazione a microportata, o a goccia, con la pacciamatura parziale (lungo la fila della coltura), o totale del terreno. L uso del polietilene per la copertura del terreno è più recente e consente di ottenere indubitabili vantaggi in termine di durata, efficienza ed efficacia erbicida. Nella normale pratica agricola si impiegano film aventi spessore compreso tra 40 e 50 m, sia per colture orticole e floricole, sia per colture arbustive e arboree. In questo caso, il film impiegato deve essere opaco alla radiazione solare, quindi nero, o di altri colori che non permettano alla luce di raggiungere il terreno, fatto

4 10 questo che causerebbe lo sviluppo delle erbe infestanti. La durata di questo materiale supera di gran lunga la durata di un ciclo colturale medio di una specie orticola, o floricola (3-6 mesi), risultando, da questo punto di vista, efficace, ma poco efficiente, visto il suo impiego per un periodo di tempo molto più ridotto rispetto alla vita utile del materiale. Al contrario, il film in polietilene risulta utilizzabile per tutta la sua vita da colture arbustive e arboree che, in vivaio come in campo, necessitano di periodi di copertura del terreno contro le infestanti per almeno mesi, come nel caso degli impianti di albero di Natale, o dei vivai di piante da frutto. È possibile anche utilizzare film in polietilene trasparente per favorire lo sviluppo delle piante coltivate in periodi dell anno sfavorevoli dal punto di vista climatico, e quindi in inverno, o all inizio della primavera. In questo caso, la radiazione solare può raggiungere la superficie del terreno, che viene riscaldata, favorendo lo sviluppo delle piante trapiantate. Anche le infestanti vengono favorite dal riscaldamento del terreno, ma il loro sviluppo, che deve iniziare dal seme, o da bulbi o rizomi disposti in profondità nel terreno, risulta più rallentato rispetto alla coltura posta a dimora e già parzialmente sviluppata. Questo tipo di film non può essere utilizzato nel periodo estivo, quando la rapidità di sviluppo delle infestanti causerebbe il sollevamento da terra del materiale di pacciamatura e la sua rapida rottura e degradazione, con conseguenze negative per la coltura. Film biodegradabili Pianta con e senza fi lm. Da notare la crescita di infestanti nella parte senza fi lm. Il problema dell uso del polietilene sorge quando, al termine della coltura, si deve eliminare la plastica dal terreno, In campo il film in plastica di sintesi inizia a degradarsi, sia pur lentamente, perdendo le proprie caratteristiche di elasticità e resistenza e a fine coltura si presenta parzialmente rotto e molto rigido. L operazione di raccolta e allontanamento dal terreno implica, quindi, la perdita di buona parte di film interrato e di porzioni più o meno ampie di materiale posto sulla superficie del terreno stesso. Terminata la bonifica del suolo, il film in polietilene deve essere pulito il più possibile da residui di terra e trasportato in discarica, oppure avviato al riciclaggio. Tutte queste operazioni hanno un costo, legato al dispendio di mano d opera e al costo del conferimento in discarica, o presso aziende che si occupano del riciclaggio. Al contrario, i film realizzati in amido termoplastico offrono vantaggi in termini di riduzione delle operazioni di campo e costi di smaltimento, assicurando una efficacia confrontabile. In particolare, come nel caso dell uso di film in polietilene, il contenimento delle infestanti è assicurato da film opachi alla radiazione solare che, impedendo l arrivo al suolo della luce, bloccano l attività fotosintetica delle infestanti.

5 11 Stesura del fi lm in amido termoplastico La messa in posa di questo tipo di materiale è del tutto analoga a quella del polietilene e può essere effettuata sia manualmente, sia meccanicamente, con le medesime macchine. Un attenzione particolare deve essere posta alla regolazione del freno che gestisce la velocità di srotolamento, che deve essere pressoché nulla. Una volta steso il film, eventualmente accoppiato alla disposizione a terra dell impianto di irrigazione a microportata, le successive operazioni colturali di trapianto e di coltivazione della coltura messa a dimora non differiscono da quelle normalmente necessarie per le piante allevate su film in polietilene. Durante tutto il ciclo colturale delle piante, il materiale naturale si degrada, attaccato dalla microflora del suolo, molto lentamente nella porzione disposta sul terreno, dove solo un lato è esposto al loro attacco, e più rapidamente nelle porzioni interrate, dove le più favorevoli condizioni ambientali ne accelerano l azione. A fine coltura, al momento della distruzione della stessa, il film in amido termoplastico può essere incorporato nel terreno, dove la microflora ne termina la degradazione in poche settimane. Lo spessore, come anche la composizione dei film a base di amido termoplastico è variabile in relazione alla durata richiesta per la coltura. Di norma, per le colture orticole e floricole aventi un ciclo colturale di 3-6 mesi sono utilizzati film di spessore compreso tra 12 e 15 m. Più raramente sono utilizzati film con spessori superiori, utilizzati, invece, per colture a ciclo più lungo. La degradazione dei film di pacciamatura inizia durante il periodo di coltivazione delle piante per terminare con l interramento di quanto resta a fine coltivazione. Un interessante effetto della pacciamatura è legato all anticipo di produzione, favorito dal maggiore riscaldamento del terreno: il film trattiene i raggi solari ed il terreno si mantiene caldo più a lungo, favorendo lo sviluppo delle radici. Allo stesso modo, la presenza del film di pacciamatura riduce l evaporazione dell acqua, mantenendo più a lungo un valore di umidità favorevole allo sviluppo dell apparato radicale. Se questa famiglia di prodotti soddisfa dal punto di vista tecnico le diverse necessità colturali, anche dal punto di vista economico la competitività del materiale negli ultimi anni si è notevolmente accresciuta. Il costo delle materie prime è tale per cui i film più sottili quelli di spessore da 12 a 15 m utilizzati per colture ortofloricole a ciclo annuale per intenderci risultano essere concorrenziali con quelli in polietilene. I film di spessore 12 m hanno un costo inferiore al costo complessivo (rimozione e smaltimento compresi) di quelli in polietilene, mentre i film di spessore 15 m risultano ancora leggermente superiori. Per impieghi che rendono necessaria la copertura del terreno per periodi superiori a 8-10 mesi, invece, il costo è ancora superiore agli analoghi prodotti in polietilene e la durata ancora da perfezionare. Pur restando valide le caratteristiche tecniche che rendono importante l applicazione della pacciamatura, al momento solo una parte dei film in polietilene può essere sostituita. Per fortuna, questa parte di mercato è preponderante rispetto a quella che richiede film di lunga durata. Fa eccezione la fragola, per la quale il mercato dei film di pacciamatura è molto ampio e importante e merita uno sviluppo specifico.

6 12 Nella tabella sottostante sono stati posti a confronto i costi di pacciamatura per una coltura ortofloricolo a ciclo annuale effettuati con film convenzionale in polietilene e con due film a base di amido termoplastico di spessore 12 e 15 m. I costi sono stati rilevati tenendo conto del costo di mercato delle materie prime e dei costi di rimozione e di smaltimento mediamente praticati in Italia. Come si può osservare, a parità di tipo di impiego, di copertura del terreno e di efficacia erbicida dei tre film, l uso di quelli a base di amido termoplastico risulta essere competitivo, particolarmente quando viene impiegato il film spesso 12 m. A questi costi, occorre aggiungere quelli ambientali, più difficilmente quantificabili. Film PE Amido termoplastico Impiego (coltura) Pomodoro / melanzana / lattuga Copertura del terreno a fine ciclo produttivo (% di terreno coperto su ciascuna coltura) * 100 / 98 / / 95 / / 80 / 95 Efficacia erbicida (numero infestanti/m2) * 2 / 0 / 0 3 / 1 / 2 5 / 3 / 8 Spessore (mm) 0,045 0,015 0,012 Peso g/m Sviluppo (m2/kg) 22,2 55,5 71,4 Costo prodotto Euro/kg 1,4 5,0 5,0 Costo prodotto Euro/m2 0,064 0,090 0,070 Costo prodotto Euro/ ha Differenza di costo materiale (base: PE) Differenza % di costo materiale (base: PE) - 40,85 9,55 Costo rimozione Euro/ ha Costo smaltimento Euro/ ha Costo totale Euro/ ha Differenza % - 11,25-12,11 Confronto tra i costi di pacciamatura a ciclo annuale con fi lm convenzionale e in amido termoplastico La sostituzione dei vasi in polipropilene per floricoltura con analoghi manufatti a base di amido termoplastico assume particolare importanza nell ottica sia di ridurre la produzione e la distribuzione dei polimeri di sintesi, sia di ridurre quello che si può definire trasferimento dell inquinamento. In questo caso il problema riguarda la vendita delle piante in vaso sia per il mercato interno, sia, soprattutto, in caso di esportazione verso i mercati delle regioni del nord Europa. Considerando, infatti, che la maggior parte delle piante in vaso prodotte in Liguria, Toscana, Lazio, Campania e Veneto, ma anche molte di quelle prodotte in Sicilia e in Sardegna, sono destinate all esportazione verso quei mercati Germania, Olanda e Svizzera in testa si comprende come il commercio di queste piante corrisponda ad un conseguente trasporto di vasi in polipropilene che, al termine dell uso presso il consumatore finale, rappresenta un rifiuto da smaltire. Già oggi molte catene di garden center di quelle regioni richiedono, al momento dell acquisto della pianta, la sostituzione del vaso in polipropilene all interno del quale è avvenuta la coltivazione con un analogo vaso biodegradabile. In mancanza di un prodotto sufficientemente duraturo sul mercato, l agricoltore è costretto ad effettuare la coltivazione delle proprie piante in vasi di polipropilene sostituendo, al momento della spedizione delle piante, questo vaso con un contenitore in torba compressa, o in cartone. Questi materiali sono oggettivamente poco efficienti, degradandosi con grande rapidità, spesso prima ancora della commercializzazione della pianta. L introduzione sul mercato di vasi realizzati con amido termoplastico è una innovazione di prodotto senza precedenti. Questo manufatto consente, infatti, la coltivazione delle piante, già dalle loro prime fasi di sviluppo in campo, così come normalmente fa l agricoltore, sia in pieno campo, sia in ambiente protetto. Successivamente, la pianta può essere commercializzata all interno di tale contenitore, utilizzata normalmente dal consumatore finale fino al termine della sua vita utile. Alla morte della pianta, o alla fine del suo impiego domestico, il vaso può essere avviato, assieme ai residui della vegetazione e al substrato di coltivazione, al compostaggio, durante il quale avviene la degradazione del polimero naturale ad opera della microflora del terreno.

7 13 La resistenza meccanica del vaso a base di amido termoplastico è confrontabile con quella di analoghi vasi in polipropilene per tutta la durata del ciclo colturale (vedere figure 1, 2, 3) di una coltura ornamentale media (ciclamino, geranio, petunia, rosmarino, lavanda, ) e può superare senza problemi, grazie alla sua resistenza ed elasticità, anche la successiva fase di permanenza in garden center e presso il consumatore. Alle imprese agricole e ai commercianti ed esportatori sono state mostrate soluzioni diverse di prodotto; in particolare, sono stati provati dalle imprese vasi di colori e dimensioni, al fine di individuare le tipologie più adatte per i diversi impieghi. Tra i colori valutati dagli attori della filiera produttiva è stata individuata una tonalità di colore rosso terracotta, con forme e spessori idonei alla produzione di piante grasse nel caso dei diametri inferiori dei vasi e alla produzione di piante annuali e aromatiche nel caso dei diametri compresi tra 10 e 14 cm. L interesse dei commercianti si è rivolto anche alle possibili personalizzazioni e alle iscrizioni da porre sul vaso per differenziarlo dagli analoghi prodotti in polipropilene. I vasi compostabili, al contrario dei film di pacciamatura, si degradano con molto più lentezza, tanto da essere necessario procedere al loro compostaggio, per ottenerne la completa degradazione. Durante il normale periodo di coltivazione delle piante ornamentali, che può durare da 4 a 9 mesi, i vasi compostabili non manifestano visibili segni di degradazione (vedi figure 1-3 qui sotto), fino alla commercializzazione del prodotto finito e al suo uso presso il consumatore. Figura 1 Figura 2 VASI - Parametri rilevati Resistenza alla deformazione laterale (vaso nuovo) (Test di resistenza del bordo alla presa) Pressione A (Kg) VASI - Parametri rilevati Resistenza alla deformazione laterale (vaso a diversi stadi) (Test di resistenza area equatoriale) Pressione B (Kg) new pot 4 months 8 months 12 months 16 months 14 cm BD 14 cm PP new pot 4 months 8 months 12 months 16 months 14 cm BD 14 cm PP Figura 3 VASI - Parametri rilevati Resistenza allo schiacciamento (vaso nuovo) (Test di resistenza allo schiacciamento) Pressione C (Kg) new pot 4 months 8 months 12 months 16 months

8 14 Soltanto alla morte della pianta e all inserimento del vaso all interno di un cumulo di compostaggio, l aggressione dei microrganismi attivi durante il suo ciclo determinano la progressiva degradazione del manufatto e la sua completa distruzione nel giro di 6-9 mesi. Le attività di progetto sono state accolte con molto interesse da parte delle imprese agricole. Hanno partecipato alle attività molte imprese segnalate dai partners e dalle associazioni dei produttori; altre hanno chiesto di collaborare e di saggiare i materiali innovativi avendo avuto informazione del progetto attraverso il sito web, o attraverso gli articoli di giornale. I positivi risultati raggiunti attraverso l impiego dei film biodegradabili di pacciamatura hanno indotto la regione Liguria ad emanare disciplinari di produzione contenenti norme specifiche rendono obbligatorio l uso di tali manufatti in campo agricolo. La diffusione di questi film e il loro potenziale mercato nel futuro appare promettente, grazie anche al loro costo confrontabile con quello dei normali film di pacciamatura in polietilene. Relativamente ai film utilizzati in orticoltura, infatti, il costo per metro quadrato dei prodotti biodegradabili è il medesimo di quello degli stessi realizzati in polietilene. L impiego molto ampio dei vasi compostabili ha permesso di illustrare la qualità della materia prima agli agricoltori e in particolare ai commercianti e agli esportatori. In particolare, grande interesse ad impiegare questo tipo di vasi è stato registrato tra i grandi gruppi commerciali che si occupano di distribuzione di produzioni agricole biologiche. Se questo tipo di prodotto soddisfa pienamente dal punto di vista tecnico le diverse necessità colturali di specie vegetali a ciclo breve e medio, la stessa cosa non può essere assicurata dal punto di vista economico. Il costo delle materie prime è tale per cui solo i vasi di medie e piccole dimensioni ovvero quelli da 4 a 14 cm di diametro hanno un costo ancora confrontabile, seppure superiore, con gli stessi manufatti realizzati in polipropilene. Per impieghi che rendono necessaria la produzione di vasi di diametro superiore a 14 cm la quantità di materiale necessaria per la loro fabbricazione è tale per cui il costo diventa sproporzionato rispetto al valore della coltura. Pertanto, pur restando valide le caratteristiche tecniche che rendono importante la sostituzione dei vasi in polipropilene con questi a base di amido termoplastico, in questo momento solo una parte di vasi può essere sostituita. Per fortuna, questa parte di mercato è nettamente preponderante rispetto a quella che richiede vasi di grandi dimensioni. Si prevede che l introduzione sul mercato dei vasi compostabili provocherà una importante diminuzione dei costi di produzione delle materie prime, mentre l affinamento delle tecniche industriali di produzione, che peraltro può avvenire con l impiego delle macchine normalmente utilizzate per la produzione dei vasi in polipropilene, porterà ad una riduzione del costo di realizzazione di questo manufatto.

9 15 Nella tabella sottostante sono stati posti a confronto i costi dei vasi in polipropilene con quelli attuali dei vasi compostabili. I costi sono stati calcolati tenendo conto del prezzo di mercato delle materie prime, dei costi di produzione e di smaltimento mediamente praticati in Italia per i vasi in polipropilene e dei costi della materia prima e della produzione su piccola scala dei vasi compostabili. A questi costi, occorre aggiungere quelli ambientali, più difficilmente quantificabili. Prevedibilmente, nel momento in cui questo manufatto entrerà in produzione su larga scala il suo costo potrà sensibilmente diminuire ed azioni di incentivazione e opportune misure di politica agricola potranno favorirne la diffusione e l uso. Vasi PP Amido termoplastico Impiego (coltura) Piante grasse, ciclamino, geranio, rosmarino, lavanda Diametro del vaso (cm) peso medio del vaso (g) , ,8 Costo del prodotto ( /Kg) 2,8 2,8 2, Costo del prodotto ( /vaso) 0,1064 0,0336 0,0238 0,38 0,13 0,108 Differenza di costo materiale (base: PE) 0,27 0,10 0,08 Costo smaltimento Euro/Kg 0,114 0,114 0,114 0,00 0,00 0,00 Costo smaltimento Euro/ vaso 0, , , ,00 0,00 0,00 Costo totale Euro/vaso 0,1107 0,0350 0,0248 0,38 0,13 0,11 Confronto tra i costi dei vasi in polipropilene e dei vasi compostabili