Le prospettive della valorizzazione energetica e materica delle biomasse agroforestali

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1 ECOREMED Workshop Le prospettive della valorizzazione energetica e materica delle biomasse agroforestali Le biomasse coltivate su suoli degradati come fonte di molecole per la chimica verde Michele Falce ( Novamont S.p.A. ) Napoli, 11 ottobre 2013 LA STORIA (1989) MONTECATINI TECNOLOGIE CHIMICHE ERIDANIA-BEGHIN SAY MATERIE PRIME AGRICOLE FERTEC FERRUZZI RESEARCH AND TECHNOLOGIES PROGETTI DI RICERCA&SVILUPPO CON FOCUS SU: MATERIALI, COBUILDERS PER DETERGENZA, BIOCARBURANTI, ADDITIVI PER CARTA, INTERMEDI CHIMICI DA HYDROCRACKING, ETC. INTEGRAZIONE DI CHIMICA, AGRICOLTURA E AMBIENTE CHIMICA VIVENTE PER LA QUALITÀ DELLA VITA 1

2 LA NOSTRA MISSION Chimica Vivente per la Qualità Qualità della Vita Sviluppare materiali e biobiochemicals attraverso l l integrazione di chimica e agricoltura, agricoltura, attivando bioraffinerie di terza generazione nel territorio e fornendo soluzioni applicative che garantiscano lungo tutto il ciclo di vita un uso efficiente delle risorse con vantaggi sociali, economici ed ambientali di sistema. BIORAFFINERIE DI TERZA GENERAZIONE Cos è Cos è una bioraffineria di terza generazione integrata nel territorio? territorio? Dedicata primariamente alla produzione di chemicals e bioplastiche Diverse materie prime locali (aridocolture, aridocolture, scarti, scarti, etc. - rispetto per la biodiversità biodiversità) Utilizzo di aree marginali e rilancio di siti deindustrializzati Integrazione di un un ampia e crescente gamma di tecnologie ed impianti Energia prodotta da scarti scarti grazie a tecnologie a basso impatto Investimenti in: Ricerca Impianti Formazione delle Risorse Umane Multidisciplinarietà Multidisciplinarietà Creazione di partnership 2

3 NOVAMONT COME IMPRESA INDUSTRIALE Centro di ricerca Fatturato di 140 mln/ mln/ Pioniere e market leader nel settore delle bioplastiche da fonti rinnovabili Disponibilità di un ampia gamma di materiali per applicazioni industriali tailormade: compostaggio, agricoltura, packaging, catering, igiene, etc. Capacità produttiva: Compounding: ton/y Poliesteri: ton/y Insignita dall EPO e dalla Ricerca&Sviluppo come Commissione Europea del motore dello sviluppo industriale: Più di 120 articoli e premio Inventore europeo Investimenti pari al una 5% del presentazioni aper congressi dell anno 2007 serie fatturato, negli ultimi 3 anni internazionali, circa di brevetti depositati tra+62%, il 20% 1992 degli ed addetti impiegati in R&S ilbrevetti 2001 che hanno +consentito 46% per personale di R&S la realizzazione delle prime bioplastiche da fonti rinnovabili di origine 270 addetti al 31/12/2012 agricola stabilmente entrate nel mercato NETWORK DEI SITI PRODUTTIVI E DI RICERCA ADRIA (RO) - VENETO MATER-BIOTECH (100% NOVAMONT) PRODUZIONE BIO-BUTANDIOLO NOVARA - PIEMONTE SEDE GENERALE E CENTRO DI RICERCA TERNI - UMBRIA PRODUZIONE MATER-BI E RICERCA SU INTERMEDI DA FONTE RINNOVABILE PATRICA (FR) - LAZIO PRODUZIONE POLIESTERI PIANA DI MONTEVERNA (CE) - CAMPANIA PIATTAFORMA BIOTECNOLOGICA PORTO TORRES (SS) - SARDEGNA IL POLO VERDE CENTRO DIREZIONALE SITI PRODUTTIVI CENTRI DI R&S 3

4 SEDE E CENTRO DIREZIONALE NOVARA - PIEMONTE SITI PRODUTTIVI TERNI - UMBRIA PATRICA (FR) - LAZIO Principali competenze: sviluppo e produzione gradi di Mater-Bi e poliesteri, ingegneria di processo, controllo qualità, tecnologie di compounding, trattamento oli, sintesi di polimeri a livello pilota. 4

5 SITI DI RICERCA (I) NOVARA - PIEMONTE TERNI - UMBRIA Principali competenze: sintesi monomeri, sintesi polimeri, reologia, caratterizzazione meccanica, caratterizzazioni chimico-fisiche, tecnologie di trasformazione dei materiali plastici, biodegradazione, chimica degli oli vegetali e dei carboidrati, biotecnologie applicate ai chemicals, ecologia dei pro-dotti ed environmental footprint, ingegneria SITI DI RICERCA (II) PIANA DI MONTE VERNA (CE) - CAMPANIA Nell ambito della Piattaforma Biotecnologica Novamont per l integrazione di processi chimici e biotecnologie industriali per la produzione di chemicals a partire da risorse rinnovabili. Acquisizione di un ramo di azienda da Tecnogen, il centro di ricerca sulle biotecnologie controllato da Sigma Tau Finanziaria S.p.A. e da tempo in liquidazione. Integrazione del capitale di conoscenze e know-how nello sviluppo di processi fermentativi di Tecnogen con i programmi di R&S Novamont per lo sviluppo di nuove filiere. Impatto positivo non solo sul comparto chimico, ma anche su tutta l industria a valle e sull agricoltura. 5

6 IL NETWORK NOVAMONT 50% 50% 50% 50% ORO VERDE SOC. COOP. AGR. 100% MATER-BIOTECH SINCRO JV 80/20 CON IL PROGETTO BIOBIO-BDO MATERMATER-BIOTECH: PROGETTO BIOBIO-BDO ADRIA (RO) - VENETO Nell ambito della Piattaforma Biotecnologica Novamont e in partnership con Genomatica, società statunitense leader nello sviluppo di microrganismi per la produzione di intermedi chimici da fonti rinnovabili Riconversione di sito ex BioItalia fermo dal 2006 in primo impianto dimostrativo per la produzione industriale di Butandiolo (BDO) da fonte rinnovabile via fermentazione in unico step Bio-BDO prodotto per uso captive Avvio produzione: 2014 Capacità produttiva: circa ton/y 6

7 IL POLO VERDE VERDE IL POLO VERDE VERDE PORTO TORRES (SS) - SARDEGNA Joint Venture 50/50 tra Novamont e per la trasformazione del sito chimico ENI di Porto Torres in una bioraffineria di terza generazione per la produzione di monomeri bio, biolubrificanti, biofiller, additivi per elastomeri e bioplastiche. Filiera agricola integrata: colture pluriennali a basso input, terreni non irrigati. Centro di ricerca a supporto dei processi innovativi del sito. Utilizzo di oli non food e di scarti lignocellulosici per alimentare i diversi impianti. Matrìca 7

8 Le ragioni fondamentali della scelta Siamo utilizzatori di olio vegetale meglio se ad alto contenuto di acido oleico e di biomassa anche per il suo contenuto in cellulosa ed emicellulose. Non vogliamo competere con food e feed ed intendiamo valorizzare i terreni marginali. ISTAT Il cardo, una coltura non convenzionale dalle molteplici risorse. Una opportunità per l agricoltura sarda? 4 Cynara cardunculus L. Asteraceae (Compositae) Origine Mediterraneo Erbacea perenne Ciclo di crescita annuale Apparato radicale molto sviluppato Infiorescenza alte fino a 2-3 metri Grossi Capolini raggruppati in corimbi Frutti: acheni come nel girasole C. cardunculus L. subsp. scolymus (L.) Hegi. (Carciofo) C. cardunculus L. var. sylvestris Lam. (Cardo selvatico) Cynara cardunculus L. (Raccuia S.A.) C. cardunculus L. var. altilis DC (Cardo domestico) 3 8

9 Le ragioni fondamentali della scelta Il CARDO è una specie erbacea perenne dalle radici molto profonde originaria del bacino del Mediterraneo, che si adatta perfettamente ai climi caldo aridi. Vegeta nel periodo autunnale ed invernale quindi sfrutta al meglio tutte le piogge che si concentrano in queste stagioni, con ottime produzioni di biomassa (da 15 a 20 t ha -1 ) in assenza di irrigazione. Inoltre trattandosi di una specie poliennale le semina viene effettuata solo il primo anno mentre annualmente si avranno solo costi di raccolta. Il particolare ciclo biologico unito alle notevoli potenzialità produttive consentono di proporre l impiego di questa specie come coltura da biomassa in ambiente mediterraneo per l ottenimento di specifiche produzioni (biomassa lignocellulosica e seme) senza irrigazione anche su terreni difficili di aree marginali. 6 Due anni di cardo 9 9

10 Potenziali aree di produzione del cardo 18 Campi di cardo nel sito di Porto Torres Il bordo rosso indica le semine 2011 il verde quelle Il bordo blu delimita i 3 campi sperimentali: cardo alto oleico, cartamo e cardo mariano. 10

11 Campi di cardo in Nurra Cardo seminato fuori pivot Com era marzo

12 Com è marzo /2 Com è marzo /2 12

13 Com è maggio 2013 Com è giugno

14 Com è agosto 2013 Com è agosto

15 Com è agosto 2013 Com è agosto

16 Utilizzazioni della coltura BIOMASSA Acheni Biomassa lignocellulosica Radici Olio Proteine Prodotti di Base per Chimica Verde ed Energia Chimica verde Alimentazione zootecnica 21 Le direttrici di Ricerca & Sviluppo 1 Consolidamento dei processi produttivi in fase di industrializzazione Materiali di partenza Processo Oli Crushing 16

17 LA FILIERA INTEGRATA DEL MATER-BI E LE TECNOLOGIE /PRODOTTI COLLEGATI SVILUPPI IN PROGRESS E FUTURI FILIERA AGRICOLA CHEMICALS BIOPLASTICHE Colture: Oleaginose non convenzionali Estrazione Olio vegetale^ farine proteiche* C5/C6 da Biomasse lignocellulosiche^ Monomero1 (Acido Azelaico) + coprodotti* Monomero2 Bio-BDO amido Poliestere Origo-Bi MATER-BI Lignine* Molecole attive^ Monomero 3 Altre componenti polimeriche e additivi Integrazione a monte Legenda: tecnologie consolidate in costruzione in sviluppo *Sviluppo/applicazione fuori dalla filiera; ^Sviluppo/ applicazione fuori e dentro la filiera Potenziale utilizzazione del cardo coltivato in Sardegna Panello di Cardo come integratore proteico nei mangimi destinati alla filiera dell allevamento ovi-caprino sardo Si stima che attualmente vengano importati ogni anno in Sardegna tonnellate di Soia, tonnellate di piselli, tonnellate di favino, tonnellate di girasole, tonnellate di lupino per un totale di tonnellate di integratori proteici per mangimi Valore di mercato stimato La soia importata e quasi tutta geneticamente modificata Integratore % Costo /q Pisello, proteico favino 15 utiliz Soia zata Il panello di Cardo ottenuto dopo l estrazione dell olio costituirebbe un ottimo sostituto della soia, ottenuto in loco, senza pericolo di OGM e sicuramente più economico 17

18 Potenziale utilizzazione del cardo coltivato in Sardegna Appare opportuno rilanciare la filiera apistica in Sardegna perché dalla sopravvivenza delle api dipende anche quella dell ambiente e dell agricoltura dell isola. Questo comparto conta 450 aziende professionali e circa 2mila hobbisti e produce fra i e quintali di miele all anno con una Produzione lorda vendibile di 2 3 milioni di euro, è necessaria una valorizzazione delle nostre produzioni. Il miele più caratteristico dell Isola è certamente quello di corbezzolo, di aroma e sapore unico, seguito da quelli di cardo, di asfodelo, d arancio, di eucaliptus (maggiormente prodotto), di macchia mediterranea (frutto del mix di fioriture spontanee) e i particolarissimi mieli di rosmarino, di cisto, di mirto, di timo o di erica Fonte: L Apicoltore Italiano * Cosa si può ricavare dal Cardo? Un ottimo fiore per le Api, un incremento alla filiera del miele in Sardegna Un integratore proteico per i mangimi, un sostituto valido ed economico ai tradizionali integratori proteici (NO OGM) Una materia prima per l Industria Chimica, fonte di olio, cellulosa e lignina come feedstock per la bioraffineria di Porto Torres Degli intermedi per l industria della Chimica fine e dei prodotti chimici per la salute * 18

19 La Filiera Presupposti della ns. filiera: impegno contrattuale pluriennale; studio di modalità innovative di pricing; pagamento differenziato in funzione della qualità del prodotto; partecipazione agli utili; impegno nella riduzione del costo di produzione: miglioramento management; economie di scala attraverso accordi con fornitori mezzi tecnici e programmazione fabbisogni; economie nell uso di macchine ed attrezzi; agricoltura a basso input; impegno nell aumento della PLV: valorizzazione coprodotti; 23 Sincro 19

20 Presentazione generale del Progetto Novamont ha implementato in Umbria una filiera per la produzione di girasole ad alto contenuto di acido oleico destinato alla produzione di lubrificanti biodegradabili da fonte rinnovabile da utilizzare sulle macchine agricole. A questo scopo qualche anno fa è stata creata Sincro. Presentazione generale del Progetto Partner del progetto 1)Sincro è una società paritetica, cioè JV 50% 50%, tra Novamont ed Oro Verde. 2)Novamont è azienda leader nel settore delle bioplastiche il cui modello di sviluppo la Bioraffineria Integrata nel Territorio guarda in particolare a filiere integrate tra agricoltura ed industria. 3)Oro Verde è una Cooperativa di circa 600 imprenditori agricoli afferenti a Coldiretti. 20

21 Elementi di interesse riguardano l uso dei lubrificanti Il settore agricolo e quello forestale sono molto interessanti per l utilizzazione dei biolubrificanti di origine vegetale poiché comportano un contatto diretto tra il lubrificante e l ambiente con la possibilità di inquinamento del suolo, dell acqua e delle colture. Circa il 50% dei lubrificanti venduti e usati nel mondo sono dispersi nell'ambiente spesso accidentalmente. Tali prodotti sono prevalentemente basati su oli minerali di origine petrolifera, tossici e scarsamente biodegradabili costituiscono a tutti gli effetti un considerevole problema per l ambiente. Al contrario i lubrificanti a base di oli vegetali sono caratterizzati da elevata biodegradabilità e bassa tossicità ma al momento rappresentano una fetta molto piccola del mercato dei lubrificanti circa il 4% in Europa. Mercato dei biolubrificanti Source: Pathmaster Marketing

22 Presentazione generale del Progetto Gli agricoltori soci di Oro Verde producono il seme di girasole alto oleico; Sincro lo acquista, estrae l olio e lo trasforma in biolubrificanti venduti attraverso la rete dei Consorzi Agrari (CAI). SINCRO e gli attori della filiera agro-industriale COLDIRETTI IMPRESA AGRICOLA Mezzi tecnici, logistica, semi di girasole alto oleico selezionati CONSORZI AGRARI E LORO STRUTTURE SUL TERRITORIO CONSORZI AGRARI D ITALIA Produzione girasole Contratto coltivazione SINCRO JV Lubrificanti biodegradabili ORO VERDE-NOVAMONT Know-how tecnologie NOVAMONT 22

23 Risultati 12,5% del mercato Abbiamo sviluppato un lubrificante universale biodegradabile per trasmissione trattori: Lubrificante Biodegradabile UTTO (Universal Tractor Transmission Oil) per l impiego nel cambio, nel differenziale, nei riduttori finali di potenza, nei freni e frizioni a bagno d olio e altri sistemi ausiliari di trattori agricoli e mezzi di movimento a terra. Prodotto a partire da base HOSO e uno specifico pacchetto di additivi, particolarmente indicato per gli utilizzi ad alte temperature. Risultati 80% del mercato Abbiamo formulato tre lubrificanti idraulici biodegradabili: oli idraulici antiusura caratterizzati da un altissimo indice di viscosità, specifici per tutti quegli usi in cui è determinante il rapporto viscosità/temperatura. Sono formulati con base HOSO e con l aggiunta di additivi che conferiscono al prodotto stabilità chimica, proprietà antiusura, antiossidanti, antiruggine, antischiuma. I prodotti a diverso grado di viscosità sono tre: ISO VG 32 ( fluido ); ISO VG 46 ( medio ); ISO VG 68 ( viscoso ). 23

24 Risultati 7,5% del mercato Grasso vegetale al Litio: grasso semifluido biodegradabile al litio anch esso a base di HOSO per lubrificazione generale di parti meccaniche. E idrorepellente, anticorrosivo e resistente alle sollecitazioni termiche e meccaniche. LA RETE COMMERCIALE ESCHBORN -DE PARIS -FR NOVARA -IT DANBURY, CT -USA SEDE PRINCIPALE SEDI ESTERE DISTRIBUTORI 24

25 Mater-Bi : Applicazioni Industriali Pacciamatura biodegradabile in Mater-Bi: Un ruolo chiave nella riduzione dei rifiuti plastici in agricoltura 25

26 I numeri e le applicazioni della plastica in agricoltura I consumi a livello mondiale: settore film Domanda globale di plastica per usi agricoli nel settore film per il 2010: 2,9 milioni ton Asia: rappresenta il segmento di domanda più importante e di questo la Cina rappresenta il 70 % Al momento importante crescita in Sud America, Nord Africa, Medio Oriente. La crescita più importante delle plastiche in agricoltura dal 2010 al 2011 (+ 5 %) è avvenuta in Cina, Sud Est asiatico, Sud America Incremento nell uso di film biodegradabili (Fonte: Agricultural Film 2010 e 2011, AMI International) I numeri delle plastiche in agricoltura in Italia e non solo Le dimensioni del mercato e le tendenze europee: settore film In Europa nel 2010 utilizzate 0,58 milioni ton di film per usi agricoli Per il settore film le tre applicazioni principali sono: insilati: 45 % del totale serre: 31 % del totale pacciamatura: 24 % del totale Nel Sud Europa si consuma ca. il 50 % della plastica del settore film Spagna, Francia, Italia, Germania e Benelux sono i paesi a maggior consumo di film per pacciamatura (Fonte: Agricultural Film 2010 e 2011, AMI International) 26

27 COLTURE PROTETTE su un totale di ha ( ha orticole, ha fiori recisi e invaso, ha uva da tavola) Applicazioni materie plastiche Colture ortofloricole protette (Film Pebs-EVA-Peir-PVC) Irrigazione localizzata (tubo Pebd-PVC-PRFV) Rivestimento laghetti, fossi, canali (manto PVC-PP retinato) Reti di protezione colture e raccolta olive (reti HDPE-PP) Telone di protezione foraggi, silos (Pebd), reti rotoballe (HDPE) Cisterne conservazione, trasporto (HDPE-PRFV) Cassette trasporto ortofrutticoli freschi (HDPE-PP) FONTE: Colture Protette, N. 11, 2004 I numeri delle plastiche in agricoltura in Italia e non solo Dati di utilizzo di plastiche agricole in Italia Pacciamatura (film in Pebd) Copertura uva da tavola (film Pebd-EVA) Tessuto non tessuto TNT (film PP-PET) Drenaggio (tubi PVC corrugati e fenestrati) Spago agricolo (PP) Seminiere, vasi, vasetti (Pebd-PP-PS) Contenitori prodotti fitosanitari (HDPE-PP) Sacchi per fertilizzanti (Pebd) sacconi (PP) CONSUMI TOTALI Consumo (t)

28 I teli per pacciamatura biodegradabile: quale ruolo? Perché la pacciamatura biodegradabile in Mater-Bi? Non necessita rimozione e smaltimento alla fine dell uso: la pacciamatura biodegradabile deve essere incorporata nel terreno dove biodegrada = riduzione netta di rifiuti plastici a fine ciclo Riduzione di costi di lavorazione e manodopera (rimozione, smaltimento, trasporto) Riduzione di impatti sull ambiente quando la plastica tradizionale non viene adeguatamente rimossa e smaltita (es.: white pollution, gas tossici nell aria nel caso di combustione incontrollata in campo) 28

29 Perché I teli teli per in pacciamatura Mater-Bi? biodegradabile: quale ruolo?.e ricordiamo anche che. Standards& legislazione a favore dei teli in Mater-Bi Legislazione Legge Feritilizzanti Italia OCM ortofrutta Conformità Mater-Bi si si Vantaggi IVA 4 %, garanzia MIPAAF che il telo può essere lasciato nel terreno Pagamenti alle OP in ITA, FR, SP 29

30 Alcune conclusioni Colture, Costi, Compatibilità ambientale Teli biodegradabili: commerciali e usati sulle principali colture orticole con ottimi risultati agronomici Costi colturali paragonabili o migliorativi rispetto all uso di plastiche tradizionali Compatibilità ambientale. Sono conformi agli standards internazionali in materia di biodegradazione e impatto ambientale che garantiscono una completa biodegradazione in suolo senza fenomeni di tossicità per l ambiente NOVAMONT CONFIDENTIAL 30

31 Stesura e trapianto del telo contemporaneamente (macchina pacciamatrice e trapiantatrice) o, ridurre al minimo il tempo che intercorre tra queste due operazioni, per sfruttare al massimo le caratteristiche meccaniche ottimali del telo. 31

32 I teli biodegradabili in Mater-Bi biodegradano completamente nel suolo al termine del ciclo colturale. Il telo biodegradabile deveessere lavorato nel suolo insieme ai residui colturali al termine del suo utilizzo Un telo biodegradabile trova nel suolo l ambiente privilegiato per la sua biodegradazione a opera dei microrganismi del suolo Telo biodegradabile in uso Suolo coltivato con teli in MB un anno dopo 32

33 Lavorazione terreno ( /ha) Concimazione ( /ha) Trapianto ( /ha) Irrigazione ( /ha) Difesa fitosanitaria ( /ha) Raccolta coltura ( /ha) Stesura pacciamatura ( /ha) Spessore telo (μm) Costo telo ( /kg) Quantità telo/ha (kg/ha) Costo telo ettaro ( /ha) 60 % pacciamato Costo rimozione ( /ha) Operazioni e costi Costo smaltimento ( /ha) Tot costi fissi ( /ha) COSTO TOTALE COLTURA ( /ha) Fonti: Pomodoro = Pomodoro mensa in Campania, CP n 8/2008 POMODORO MENSA (Campania) PE 45 2, ,00 70,00 200,00 945,00 500, , ,00 560,00 325, ,00 130, ,00 MB 12 6, , ,00.E parliamo di standard ambientali Conformità del Mater-Bi ai principali standard relativi a biodegradazione Standard Norma francese AFNOR NFU Norma Italiana: UNI 11492:2013* Materiali termoplastici biodegradabili per uso in agricoltura e orticoltura - film per pacciamatura requisiti e metodi di prova Vincotte: OK Biodegradable soil Verifica biodegradazione Biodegradazione aerobica in fase acquosa, biod. Aerobica in suolo, biod. Aerobica in condizioni di compostaggio controllato ISO 17556: Plastics -Determination of the ultimate aerobic biodegradability in soil by measuring the oxygen demand in a respirometeror the amount of carbon dioxide evolved -Biodegradazione in suolo in 2 anni a 25 C Conformità Mater-Bi SI SI SI * Standard approvato il 20/06/13 33

34 .E parliamo di standard ambientali Conformità del Mater-Bi ai principali standard relativi a biodegradazione Programmi di certificazione stabiliti sulla base della norma EN In Europa oggi disponibili LOGHI riconosciuti per plastiche biodegradabili Principali enti di certificazione europei: Vinçotte (Belgio) e DIN CERTCO (Germania) OK biodegradable Soil OK biodegradable SOIL è dato a quei materiale che dimostrano di essere completamente biodegradabili in suolo senza effetti negativi (tossici) per il substrato in cui si biodegradano (suolo) CRITERI Biodegradazione (mineralizzazione): 90 % in 24 mesi Ecotossicologia: test di crescita sulle piante (OECD 208) Contenuto di metalli pesanti inferiore a volori soglia definiti (per evitare accumuli) 34

35 Grazie per l attenzione Michele Falce Novamont S.p.A. Responsabile sviluppo filiere agronomiche 35