PROGETTO ECODENS ECOSTABILIZZAZIONE DELLE SANSE MEDIANTE DENSIFICAZIONE

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1 P.S.R. Sicilia Misura 124 Cooperazione per lo sviluppo di nuovi prodotti, processi e tecnologie nei settori agricolo alimentare, e in quello ambientale PROGETTO ECODENS ECOSTABILIZZAZIONE DELLE SANSE MEDIANTE DENSIFICAZIONE RELAZIONE FINALE SULLE ATTIVITA SVOLTE Dott. Vincenzo Genna Periodo Marzo/2013 Gennaio/2014 CUP: G66D

2 Premessa In riferimento all incarico conferitomi dal Co.Ri.Bi.A. (Consorzio di Ricerca per il rischio biologico in Agricoltura) per l espletamento delle azioni a carico del Consorzio nell ambito del progetto Ecodens - ecostabilizzazione delle sanse mediante densificazione, finanziato ai sensi della misura 124 del PSR Sicilia 2007/2013.Il sottoscrittodott. Agr. Vincenzo Genna in ottemperanza all incarico di cui sopra, ha redatto la presente relazione descrittiva delle attività svolte nel periodo 06/03/ /01/2014, in riferimento alle macro attività di seguito elencate: 1. Attività di trasferimento applicativo e collaudo dei risultati della ricerca; Caratterizzazione chimica del pellettato Caratterizzazione energetica del bio-combustibile Validazione delle caratteristiche fertilizzanti delle ceneri 2. Attività di dimostrazione e diffusione dei risultati; Realizzazione di tre workshop tematici Studio del contesto generale La prima fase dell attività si è incentrata sullo studio del contesto generale del settore biomasse e pellet. Tramite un attenta e puntuale ricerca bibliografica si sono studiati diversi aspetti inerenti al settore di riferimento. In particolare si è eseguita un analisi delle problematiche legate alla gestione delle materie prime impiegate nel processo di realizzazione del pellet, con particolare riferimento all utilizzo delle sanse vergini e disoleate e alle biomasse legnose. Si sono studiati gli aspetti normativi e le problematiche, per meglio interpretare i bisogni e le necessità del comparto, relativamente all utilizzo del pellet come fonte di energia da utilizzare per la produzione di calore. Infine si sono ricercati i più importanti aspetti legati alla gestione dei residui del processo di combustione (ceneri) e la possibilità di reinserire tali sostanze nel ciclo produttivoagricolo. L analisi del contesto generale ha avuto un ruolo fondamentale in questa fase dato che haconsentito al sottoscritto di individuare le principali esigenze del comparto, verificare le problematiche e le possibili soluzioni e quindi di riflesso interpretare in maniera proficua quanto previsto negli obbiettivi specifici del progetto, in riferimento alle attività di cui lo scrivente si deve occupare nell ambito della suddetta macro azione 1.

3 Studio dei parametri di caratterizzazione del pellet Allo studio generale è seguita un attività di ricerca specifica in funzione dei singoli aspetti da analizzare per il raggiungimento degli obiettivi previsti dal progetto. In particolare si è reso necessario individuare i parametri di legge relativi alla composizione chimica delle biomasse utilizzabili per la formazione del pellet (D.Lgs 152/2006) e alle norme circa la loro qualità merceologica (UNI EN 14961). Tale ricerca bibliografica è stata effettuata al fine di individuare i parametri analitici più significati ed utili a rendere i risultati comparabili con quelli indicati dal legislatore o altri enti di ricerca. In tale contesto, sia dal punto di vista qualitativo del pellet che per la tutela ambientale è apparso evidente come la determinazione dei metalli pesanti assuma un ruolo di primaria importanza nella caratterizzazione di tali biomasse, dato che tali elementi hanno un influenza notevole circa la possibilità di utilizzare determinate biomasse o di riutilizzare i prodotti ottenuti dalla combustione. In particolare l attenzione è stata riposta sui metalli pesanti As, Cd, Cr, Cu, Hg, Ni, Pb, V, Zn, Co, Mo, Sn, al fine di controllare l influenza che questi possono avere sul corretto mantenimento biologico dei prodotti agroalimentari. Successivamente all individuazione dei parametri da rilevare, si è provveduto ad individuare i metodi analitici le metodiche analitiche standard per la loro corretta e ripetibile rilevazione. Fig. 1 - Sistema ICP MS utilizzato per la spettrometria di massa. Per tale rilevazione si utilizza la spettrometria di massa a plasma accoppiato induttivamente, indicata con ICP-MS (o ICP/MS), tecnica basata sull'utilizzo della spettrometria di massa abbinata al plasma accoppiato induttivamente. È una tecnica molto sensibile e in grado di determinare diverse sostanze inorganiche metalliche e nonmetalliche presenti in concentrazioni inferiori a una parte per miliardo. Sfrutta l'utilizzo di una torcia al plasma ICP per produrre la ionizzazione e di uno spettrometro di massa per la separazione e rivelazione degli ioni prodotti.

4 Studio dell influenza dell innovazione tecnologica sul corretto mantenimento biologico dei prodotti agroalimentari. La fase successiva dell attività ha riguardato lo studio delle possibili influenze dell utilizzo del pellet ottenuto dalla densificazione nei processi produttivi e nelle produzioni agroalimentari. Tale attività ha comportato un attenta analisi del processo di bruciatura e di produzione di calore al fine di individuare possibili influenze di tale azioni sul processo produttivo. Sono state studiate le caratteristiche costruttive dell impianto caldaia polivalente a pellet, montata presso l azienda agro zootecnica Palazzolo, al fine di costatare possibili contatti tra le apparecchiature installate e le produzioni realizzate. Studio delle caratteristiche fertilizzanti delle ceneri Si è condotto un approfondito studio bibliografico, circa la possibilità di utilizzare le ceneri ottenute dalla combustione delle biomasse nei sistemi agricoli, come fertilizzanti o ammendanti. Le ceneri presentano notevoli vantaggi di carattere agronomico, riconosciuti da tempo, e legati all elevato contenuto in elementi minerali utili per le colture (Ca, K, P e Mg); data la notevole presenza di metalli alcalini le ceneri favoriscono l innalzamento del ph di terreni acidi e il miglioramento della struttura del suolo favorendo la formazione di aggregati stabili. Dall altra parte, come si evince da numerose ricerche, nelle ceneri sono presenti altre sostanze minerali (metalli pesanti) di cui occorre tenere conto anche al fine di ridurre i potenziali effetti negativi di accumulo di sostanze indesiderate nel suolo che in casi estremi potrebbero portare a problemi di inquinamento ambientale. Questo principio è rafforzato dal fatto che le ceneri da combustione di biomasse sono, a norma di legge, a tutti gli effetti rifiuti speciali non pericolosi ai sensi del D.Lgs 152/06 e s.m. e allo stato attuale il loro impiego agronomico è realizzabile solo se queste provengono dalla combustione di legno vergine (anche in agricoltura biologica) e sia monitorato il loro contenuto in metalli pesanti in esse presenti. Tale attività di ricerca bibliografica ha consentito al sottoscritto di analizzare meglio la problematica relativa all uso delle ceneri, con particolare riferimento alle problematiche legate alla loro composizione, alla modalità di distribuzione (stato polverulento) e alla verifica degli effetti sulle piante che richiedono periodi di monitoraggio molto lunghi, di diversi anni. Considerate tali difficoltà oggettive e valutando diverse tecniche di stima del valore fertilizzante/ammendante delle ceneri, si è cercato di utilizzare, quella che tra tutte potesse fornire utili indicazione agli operatori. Una tecnica interessante è quella basata sul confronto del titolo fertilizzante della cenere (quantità di elementi utili) con altre sostanze concimanti, al fine di evidenziare l utilità anche dal punto di vista economico, dell uso della cenere come fertilizzante

5 nell ambito di piani di concimazione redatti per le colture di pieno campo previste dal progetto (vigneti, frutteti e oliveti). Analisi dei campioni di agri-pellet ECODENS Sono state effettuate diverse prove analitiche sul pellet fornito dalla capofila del progetto, con le metodologie descritte in precedenza. È stato considerato un numero sufficiente di campioni e sono state effettuate diverse prove analitiche, anche al fine di verificare la riproducibilità dei valori rilevati. Di seguito, sintetizzati in tabella 1 sono riportati alcuni risultati ottenuti. Tab.1 - Limiti della concentrazione di metalli pesanti previsti dalla normativa. Metallo U.M. ENplus A1 ENplus A2 B Arsenico (As) ppm < 1,0 Cadmio (Cd) ppm < 0,5 Cromo (Cr) ppm < 10 Rame (Cu) ppm < 10 Piombo (Pd) ppm < 10 Mercurio (Hg) ppm < 0,1 Nichel (Ni) ppm < 10 Zinco (Zn) ppm 100 Di seguito sono riportati i risultati delle analisi eseguite sull agri pellet ECODENS, con particolare riferimento a due distinte concentrazioni in uso: uno indicato con la sigla (composto da 50% di legno di potatura e 50% di sansa) e uno indicato con la sigla (composto da 70% di legno di potatura e 30% di sansa). Gli stessi sono confrontai con i limiti della norma UNI-EN Tab. 2 - Confronto del contenuto di metalli pesanti con i limiti previsti dalla norma. Metallo U.M. UNI Pellet Pellet Arsenico (As) mg/kg < 1,0 0,1 0,07 Cadmio (Cd) mg/kg < 0,5 0,03 0,02 Cromo (Cr) mg/kg < 10 3,57 1,27 Rame (Cu) mg/kg < 10 9,89 9,86 Piombo (Pd) mg/kg < 10 3,71 2,09 Mercurio (Hg) mg/kg < 0,1 0,03 0,01 Nichel (Ni) mg/kg < 10 5,11 5,4 Zinco (Zn) mg/kg <100 14,21 19,6

6 Il confronto dei risultati mostra che l agri-pellet ECODENS rispetta tutti i limiti della norma, sebbene i valori del rame siano prossimi al valore limite. Tale valore, comunque, appare essere legato ad un possibile inquinamento delle attrezzature atte alla produzione dello stesso (nuove di fabbrica), tant è che il valore del rame tende a diminuire confrontando il pellet di prima produzione rispetto a quello prodotto nelle ultime fasi del progetto. Studio delle caratteristiche fertilizzanti delle ceneri Al fine di valutare la possibilità di utilizzare le ceneri prodotte dal processo di combustione del pellet, ottenuto da sanse vergini e legno derivante dai residui di potatura di coltivazioni di agrumi e oliveti, sono state effettuate diverse prove analitiche volte a individuare in primo luogo la presenza di eventuali fattori di rischio per l ambiente, quali i metalli pesanti; e in secondo luogo la concentrazione di elementi nutritivi utili per le piante o per la fertilità del suolo in generale. Per le analisi sono sati utilizzati i campioni di cenere ottenuti dalla combustione in caldaia dell agri pellet ECODENS ottenuto da una miscela di legno di potatura e sansa vergine (70% legno e 30% sansa). Le analisi chimiche relative al contenuto degli elementi nutritivi e dei metalli pesanti (N, P, K, Mg, Ca, As, Cd, Cr, Cu, Pd, Hg, Ni e Zn) sono state eseguite in spettrometria di massa (ICP MS Agilent). I campioni sono stati dapprima sottoposti a processo di dissoluzione mediante attacco acido in un sistema chiuso a microonde. Ottenuti i valori dei diversi elementi utili alla caratterizzazione delle ceneri, alcuni di questi (Ca, P, K e Mg) sono stati convertiti in ossidi equivalenti (CaO, P 2 O 5, K 2 O e MgO) al fine di avere una maggiore possibilità di confronto con studi in bibliografia. I risultati hanno consentito la realizzazione di un confronto tra i risultati analitici delle ceneri con i dati di letteratura, disponibili in bibliografia, e le normative esistenti con particolare riguardo alla presenza di metalli pesanti. In riferimento a quest ultimi aspetto, al fine di dimostrare la possibilità di riutilizzo delle ceneri per la concimazione delle colture agrarie, si sono confrontati i dati ottenuti con i limiti previsti dal D.lgs 75/2010 che regola la presenza massima di metalli pesanti nei fertilizzanti (tabella 3).

7 Tab. 3 Concentrazione dei metalli pesanti nelle ceneri di agri-pellet ECODENS. Parametro U.M. Cenere Cenere D.lgs 75/2010 Arsenico (As) mg/kg 0,25 0,48 < 1,0 Cadmio (Cd) mg/kg 0,073 0,07 < 1,5 Cromo (Cr) mg/kg 20,48 23, Rame (Cu) mg/kg 176,2 119,6 < 230 Piombo (Pd) mg/kg 33,81 25,09 < 140 Mercurio (Hg) mg/kg 0,02 0,02 < 1,5 Nichel (Ni) mg/kg 48,3 31,89 < 100 Zinco (Zn) mg/kg 109,6 226,8 < 500 Dall analisi della tabella precedente è possibile notare come nessuno dei metalli individuati superi i limiti massimi previsti dal decreto legislativo, per cui è possibile asserire che le ceneri prodotte dalla combustione del pellet ECODENS possono essere reimmesse nel terreno senza che ciò costituisca alcun problema di carattere ambientale. Altro aspetto valutato è quello relativo alla presenza di macro elementi utili alla nutrizione delle piante agrarie. Come evidenziato precedentemente, la cenere rappresenta un buon concime per la reintegrazione di fosforo, potassio, e calcio, caratteristica confermata dai risultati analitici ottenuti e riportati nella tabella successiva. Tab. 4 - Concentrazione di macro elementi nelle ceneri di pellet ECODENS. Parametro U.M. Ceneri da legno Cenere da Pellet Azoto (N) % 0,00 0,00 Fosforo (P 2 O 5 ) % 6,20 2,93 Potassio (K 2 O) % 10,30 8,49 Magnesio (MgO) % 5,60 5,45 Calcio (CaO) % 42,80 23,40 L esame comparativo mostra che la cenere dell agri-pellet ECODENS ha una concentrazione di potassio e magnesio confrontabile con quella delle ceneri di legno, mentre è inferiore è il contenuto di calcio e fosforo. In particolare, dal punto di vista agronomico, risulta di notevole importanza il contenuto in potassio e calcio. Il primo è un elemento chimico che la pianta assorbe in discrete quantità. Esso rappresenta un importante regolatore fisiologico della permeabilità cellulare, interviene nei sistemi enzimatici della sintesi di glucidi, oltre a regolare la turgescenza cellulare e i processi di accumulo degli zuccheri.

8 Il secondo riveste un ruolo di fondamentale importanza, sulla fertilità del suolo più che per la nutrizione delle piante. Infatti questo elemento regola il ph del terreno che ha notevole influenza sulla disponibilità di elementi nutritivi nel terreno (ph lontani dalla neutralità rendono il terreno inospitale per molte colture e creano fenomeni di insolubilità per molti elementi nutritivi). Al fine di evidenziare l utilità delle ceneri dell agri-pellet ECODENS nella concimazione delle colture, si è provveduto a dare un titolo alle ceneri analizzate, inteso come il contenuto in elementi nutritivi del concime espresso in % sulla massa. Per cui come nelle confezioni di concime presenti in commercio è riportato nell'ordine il titolo in azoto, anidride fosforica (P 2 O 5 ) e ossido di potassio (K 2 O), anche per le ceneri è stato calcolato il seguente titolo in N- P 2 O 5 - K 2 O pari a Tale classificazione ha permesso di stimare il quantitativo di cenere necessario per effettuare una concimazione potassica in alcune delle principali colture arboree ed erbacee della Sicilia vedi tabella successiva. Tab. 5 - Fabbisogno in potassio di alcune colture diffuse in Sicilia e ceneri necessarie. Coltura U.M. Fabbisogno medio di Potassio Quantità di cenere da distribuire Arance Kg/ha Limone Kg/ha Olivo da olio Kg/ha Vite da vino Kg/ha Anguria Kg/ha Fragola Kg/ha Pomodoro Kg/ha Melone Kg/ha Risulta di notevole importanza evidenziare come lo spargimento nel terreno non comporti effetti inquinanti, anzi favorisca un incremento di macro elementi che, tramite il riutilizzo, non rappresentano un costo ma una risorsa e un sensibile vantaggio per la coltivazione. Altro vantaggio legato all utilizzazione delle ceneri è la possibilità di effettuare sui suoli acidi la calcitazione, ovvero la correzione del ph dei terreni mediante, appunto, la somministrazione di calce (CaO) di cui la cenere è relativamente ricca (23% vedi tabella 4). Tale processo ha lo scopo di innalzare il ph (andando a sostituire il Ca++ agli ioni H+ ), arricchire il terreno di Ca e migliorare la struttura, grazie alla formazione di ponti di calcio tra i colloidi argillosi. Quindi certamente la distribuzione di ceneri ottenute dalla combustione dell agri-pellet ECODENS porta a un netto miglioramento delle qualità dei terreni, specie quelli acidi e argillosi.

9 Organizzazione workshop tematici Si è provveduto, alla realizzazione di tre workshop che si sono svolti presso l aula magna dell Istituto Zooprofilattico Sperimentale della Sicilia A. Mirri, nelle date di seguito elencate: Il 30/09/2013 per: I vantaggi economici e ambientali della stabilizzazione delle sanse mediante co-densificazione Il 10/12/2014 per: I vantaggi economici ambientali ottenuti dall utilizzo di pellet per la produzione di energia termica presso le aziende zootecniche Il 16/01/2014 per: La compatibilità delle innovazioni tecnologiche agro-zootecniche per il corretto mantenimento biologico ai fini della sicurezza e della tracciabilità dei prodotti agroalimentari Nello specifico per tutti gli eventi seminariali si è provveduto a verificare la disponibilità dei locali e dei diversi relatori per le date concordate con il capofila. Si è provveduto a divulgare le iniziative presso i partener del progetto e gli operatori potenzialmente interessati all iniziativa. Fissate le date si è realizzata un attività di coordinamento delle attività previste: supervisione per la produzione del materiale informativo e dei gadget, fornitura ai diversi partener del materiale utile per la pubblicità sull evento, la realizzazione della segreteria organizzativa durante gli eventi. In dettaglio per ogni workshop è stato fornito ai partecipanti un kit costituito da un blocco per appunti, una penna, una pen-drive con collarino e una brochure informativa in cui viene presentata la giornata informativa, i relatori e gli argomenti trattati. Conclusioni In conclusione, da quanto esposto nella presente relazione, è possibile affermare che il residuo principale del processo di combustione del agri-pellet ECODENS, ovvero la cenere, può essere vantaggiosamente reimpiegato in agricoltura sotto forma di fertilizzante per la concimazione potassica e come correttivo per i suoli acidi. La distribuzione della cenere tal quale rappresenta un importante vantaggio economico e agronomico, in quanto trattasi della trasformazione di un rifiuto in vera e propria risorsa a costo zero. In definitiva oltre al punto di vista prettamente economico, è utile considerare i vantaggi ambientali, legati al riutilizzo di un prodotto che altrimenti si trasformerebbe in rifiuto da discarica, tenuto conto che il suo reimpiego in accordo con le vigenti normative non arreca problema all ambiente e alla salute umana.

10 Alla luce di quanto esposto, è possibile affermare che gli obbiettivi previsti dal progetto in capo al Co.Ri.Bi.A, sono stati pienamente raggiunti. Dott. Vincenzo Genna