Laura D Andrea 1, A. Domenico Palumbo 1, Giuseppe De Mastro 2

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1 SIA - Società Italiana di Agronomia, XLIII Convegno Nazionale, settembre Scuola Superiore S. Anna di Pisa La sostenibilità dell intensificazione colturale e le politiche agricole: Il ruolo della ricerca agronomica Produzione di bioetanolo di seconda generazione dal cardo (Cynara cardunculus L. var. altilis DC.) Laura D Andrea 1, A. Domenico Palumbo 1, Giuseppe De Mastro 2 1 CRA - Unità di Ricerca per i Sistemi Colturali degli Ambienti caldo-aridi (SCA), via Celso Ulpiani 5, Bari laura.dandrea@libero.it 2 Dipartimento di Scienze Agroambientali e Territoriali, Università degli Studi di Bari Aldo Moro, via Amendola 165/A, Bari

2 Premessa

3 Università degli Studi di Bari, Aldo Moro Scuola di Dottorato: PRODUZIONI VEGETALI, ALIMENTI E AMBIENTE Direttore della Scuola: Prof. Antonio Blanco Dottorato di Ricerca in AGRONOMIA MEDITERRANEA XXIV Ciclo [ ] Coordinatore: Prof. Pietro Rubino Relazione finale del PhD Bari, 8 giugno 2012 Potenzialità energetiche del cardo (Cynara cardunculus L. var. altilis DC.) in ambiente mediterraneo Facoltà di Agraria Dipartimento di Scienze Agroambientali e Territoriali Settore Scientifico Disciplinare: AGR/02 Supervisori: Prof. Giuseppe De Mastro Dott. A. Domenico Palumbo Dottoranda: Dott.ssa Laura D Andrea

4 La tesi di dottorato è stata svolta nell ambito del Progetto Nazionale: Titolo Progetto: Ottimizzazione delle Filiere Bioenergetiche esistenti per una Sostenibilità Economica ed Ambientale [BIOSEA] Coordinatore: Prof. Gianpietro Venturi (Alma Mater Studiorum Università di Bologna Dipartimento di Scienze e Tecnologie Agroambientali) La tesi di dottorato è stata svolta presso una Unità Operativa (UO) del Progetto: Unità operativa (UO): CRA - SCA (Unità di Ricerca per i Sistemi Colturali degli Ambienti Caldo-Aridi) BARI Titolo della Ricerca: Potenzialità agronomiche degli ambienti meridionali per sistemi colturali agroenergetici Responsabile Scientifico: Dott. A. Domenico Palumbo

5 Con i collaboratori di entrambi gli enti di ricerca

6 Potenzialità energetiche Il cardo

7 Introduzione

8 Produzione di biocarburanti nel MONDO Biodiesel 19% Bioetanolo 81% USA (12,7 Mt) Brasile (12,6 Mt) Fonte: dati Eurobserver (2008) e Renawable Energy Policy Network for the 21th Century (REN 21), 2008

9 Produzione di biocarburanti in EUROPA Olanda Bioetanolo 19% Lettonia Lituania Regno Unito Slovacchia Biodiesel 81% la UE Paesi dell Ungheria Repubblica Ceca Italia Svezia Polonia Spagna Fonte: dati Eurobserver (2008) e Renawable Energy Policy Network for the 21th Century (REN 21), 2008 Germania Francia ML/anno

10 Produzione di bioetanolo in Europa Mt/a anno anno

11 Produzione e consumo di bioetanolo in Europa 3000 produzione consumo Il tasso di crescita medio annuo di consumo è del 47% secondo EBIO (European Bioethanol Fuel Associations) Migliaia di t l UE-27 ha importato nel 2008 circa 1,5 milioni di tonnellate di bioetanolo, dal Brasile (circa il 76%) anno dagli USA (circa il 34%)

12 Materiali e metodi

13 Cardo (Cynara cardunculus L. var. altilis DC.) Classificazione botanica Famiglia: Sottofamiglia Tribù Genere: Specie: Subspecie Compositae o Asteraceae Tubuliflorae Cynareae Cynara cardunculus scolymus (Carciofo) 2 varietà botaniche: var. altilis Cardo domestico o cardo da coste var. sylvestris Cardo selvatico

14 Cardo (Cynara cardunculus L. var. altilis DC.) Origine e diffusione del genere Cynara

15 Materiale e Metodi Il genotipo di cardo utilizzato nella prova sperimentale è di provenienza spagnola, fornito dal Politecnico di Madrid (Proff. Jesus Fernandez e Maria Dolores Curt) seme Coltivazione del genotipo di cardo in Spagna - Foto di Mastrorilli

16 Sito di sperimentazione La prova sperimentale è stata svolta presso l azienda sperimentale M.E. Venezian Scarascia del CRA-SCA di Bari (ex Istituto Sperimentale Agronomico) sita a Rutigliano (BA) Campo sperimentale Area: circa 1 ha Largo: 144 m Lungo: 70 m

17 Caratteristiche pedologiche Caratteristiche fisiche Caratteristiche 0-20 cm cm (%) media Dev.St. media Dev.St. scheletro terra fina sabbia grossa sabbia fine limo grosso limo argilla Caratteristiche chimiche Parametri 0-20 cm cm media Dev.St. media Dev.St. ph CE (ds/m) Cloruri (g/l) N totale (g/kg) TOC (g/kg) TEC (g/kg) HA+HF (g/kg) P 2 O 5 (mg/kg) K 2 O (mg/kg) Na 2 O (mg/kg) CaO (mg/kg) MgO (mg/kg)

18 Andamento climatico 1 ciclo di coltivazione (2009/2010) 2 ciclo di coltivazione (2010/2011) Pioggia (mm) T max ( C) T min ( C) Pioggia (mm) T max ( C) T min ( C) Pioggia (mm) Temperatura ( C) Pioggia (mm) Temperatura ( C) a 2a 3a 1a 2a 3a 1a 2a 3a 1a 2a 3a 1a 2a 3a 1a 2a 3a 1a 2a 3a 1a 2a 3a 1a 2a 3a 1a 2a 3a 1a 2a 3a 1a 2a 3a 1a 2a 3a 1a 2a 3a 1a 2a 3a 1a 2a 3a 1a 2a 3a 1a 2a 3a 1a 2a 3a 1a 2a 3a 1a 2a 3a 1a 2a 3a 1a 2a 3a 1a 2a 3a Settembre Ottobre Novembre Dicembre Gennaio Febbraio Marzo Aprile Maggio Giugno Luglio Agosto Settembre Ottobre Novembre Dicembre Gennaio Febbraio Marzo Aprile Maggio Giugno Luglio Agosto CLIMA MEDITERRANEO DI TIPO SEMI-ARIDO - inverni piovosi e miti - estati aride e molto calde Mese Scarti pioggia (mm) Scarti T max ( C) Scarti T min ( C) 2009/ /11 poliennio 2009/ /11 poliennio 2009/ /11 poliennio Settembre Ottobre Novembre Dicembre Gennaio Febbraio Marzo Aprile Maggio Giugno Luglio Agosto Sett-Ago

19 Tecnica colturale Preparazione del terreno Semina: 30 ottobre 2009 seme

20 1 Ciclo colturale Emergenza prime foglie veri stadio di rosetta 11 novembre 2009 Dicembre 2009 Gennaio 2010 Ripresa vegetativa 2 Ciclo colturale Settembre cm

21 Stadio vegetativo 1 Ciclo colturale cm Febbraio 2010 Marzo 2010 Aprile Ciclo colturale Ottobre 2010 Gennaio 2011 Marzo 2011

22 1 ( ) e 2 ( ) Ciclo colturale Stadio riproduttivo Allegagione Maturazione del seme Aprile 2011 Luglio 2010 Giugno 2011 Giugno 2010 Agosto 2011

23 1 ( ) e 2 ( ) Ciclo colturale Raccolte: 18 agosto agosto 2011

24 Risultati

25 Produzione di biomassa totale (t ha -1 s.s.) b ± a ± 2.02 nel 2010 nel 2011 capolini 30.4% foglie 39.8% capolini 17.5% foglie 48.1% fusti 34.4% fusti 29.8%

26 Produzione di biomassa totale (t ha -1 s.s.)

27 Produzione di biomassa totale (t ha -1 s.s.)

28 Filiera del bioetanolo di seconda generazione

29 Produzione di bioetanolo ESTRAZIONE bioetanolo di seconda generazione fase di pretrattamento lignina cellulosa emicellulosa PRETRATTAMENTO (Fonte: modificato da Mosier et al., 2005)

30 Composizione chimica della biomassa totale Parametro (%) Acronimo Media Dev.St. Umidità Estrattivi inazotati Fibra grezza FG metodo Weende Fibra neutro detersa NDF Fibra acido detersa ADF Lignina ADL Cellulosa ADF-ADL Emicellulosa NDF-ADF metodo Van Soest

31 Composizione chimica della biomassa totale Rapporto cellulosa/ lignina biodegradabilità della cellulosa 5.64 Rapporto cellulosa/ emicellulosa produzione di bioetanolo 1.76

32 Somma Somma Rapporto Rapporto Specie Bibliografia Lignina Cellulosa Emicellulosa Polisaccaridi costituenti cellulosa/ cellulosa/ totali della fibra lignina emicellulosa Cardo di prova Cardo (a) Panico (b) (c) (d) (e) Miscanto (b) (c) (f) Festuca (b) (c) I valori qualitativi del cardo Sorgo da fibra (b) (c) sono simili (d) Mais (b) (c) ad altre colture lignocellulosiche: Kenaf (b) Faggio (b) panico e miscanto Pioppo (b) (d) Salice (b) Topinambur (c) Arundo (f) Specie erbacee (d) Specie legnose (d)

33 Resa e produzione di bioetanolo Resa di bioetanolo (Kg etanolo t -1 ) Produzione di bioetanolo (Kg etanolo ha -1 ) a 1 ) (Kg etanolo t emicellulosa cellulosa 1 ) (Kg etanolo ha b

34 Conclusioni

35 Conclusioni attraverso la valutazione potenziale produttivo della coltura potenziale energetico della coltura Si è rilevato nel biennio di prova un consistente incremento nella produzione in biomassa passando dal primo al secondo anno a conferma della buona adattabilità della coltura nell ambiente di prova e facendo prevedere potenzialità a crescere nelle annate a seguire.

36 Conclusioni attraverso la valutazione potenziale produttivo della coltura potenziale energetico della coltura La biomassa può essere utilizzata nei processi di fermentazione, per estrarre bioetanolo di seconda generazione, in quanto è costituita da: a) un ottimo rapporto cellulosa/lignina (5.64) che è indice di una maggiore biodegradabilità della cellulosa; b) un elevato rapporto cellulosa/emicellulosa (1.76) favorevole ad una maggiore resa in bioetanolo;

37 Conclusioni attraverso la valutazione potenziale produttivo della coltura potenziale energetico della coltura si potrebbe ottenere al secondo anno d impianto una resa di 3700 litri ha -1 in bioetanolo di seconda generazione

38 SIA - Società Italiana di Agronomia, XLIII Convegno Nazionale, settembre Scuola Superiore S. Anna di Pisa La sostenibilità dell intensificazione colturale e le politiche agricole: Il ruolo della ricerca agronomica Grazie per l attenzione Laura D Andrea 1, A. Domenico Palumbo 1, Giuseppe De Mastro 2