Biogas, potenziale energetico dei cereali autunno-vernini

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1 TESTATE DAL CRPA 19 VARIETÀ DI TRITICALE, 5 DI FRUMENTO E 5 DI ORZO IBRIDO Biogas, potenziale energetico dei cereali autunno-vernini NELLE PROVE, condotte nel 2013 e 2014, l orzo ibrido raccolto nello stadio di cerosa ha fatto registrare la maggiore resa di metano per ettaro, pari al 76% di quella ottenibile da insilato di mais, e il minor costo di produzione del metano (0,18 euro/nm 3 ). I cereali vernini testati si confermano vantaggiosi nell ottica di massimizzare l utilizzo dei terreni ai fini della produzione energetica, ma solo se i tempi di raccolta evitano di stoccare un prodotto troppo secco che può comportare minori rese in metano e seri problemi gestionali nel digestore anaerobico. di Claudio Fabbri, Mariangela Soldano, Fabrizio Ruozzi Ai fini di un razionale utilizzo delle superfici agrarie da destinare alla produzione di biomassa per usi energetici, in vista anche dei futuri sviluppi del settore della produzione di biometano, la coltivazione dei cereali autunno-ver- nini rappresenta un elemento importante: triticale, frumento e orzo sono colture di indubbio interesse, oltre che per i terreni non irrigui e/o collinari, anche in aree fertili e irrigue di pianura. La semina di queste graminacee, nell ottica della massimizzazione dell utilizzo delle superfici agrarie per la produzione di biomassa e della sostenibilità ambientale, comporta diversi vantaggi, tra cui: bassi costi a ettaro, da 700 a euro compreso l insilamento, rispetto al cereale estivo per eccellenza, il mais (da a euro/ha); ampia possibilità di sfruttamento del digestato (sia in prearatura sia, con idonei macchinari, in fase di levata); possibilità di gestione della coltura con sistemi agronomici conservativi. Queste colture, inoltre, mantengono la copertura del suolo nei mesi invernali e possono consentire, con la scelta di varietà precoci, di effettuare anche un raccolto estivo principale (mais, sorgo, soia o colture orticole da pieno campo come il pomodoro) da destinare a uso alimentare. Condizioni di utilizzo nella dieta del digestore Questi cereali vernini, con particolare attenzione al triticale, si caratterizzano anche per alcune peculiarità che ne impongono un integrazione calibrata nella dieta dell impianto di biogas. La capacità di meccanizzazione deve essere adeguata alla superficie di raccolta e al tempo utile di trinciatura: una raccolta tardiva può portare a un prodotto troppo secco che può essere causa di difficoltà di insilamento e di conseguenti problemi di miscelazione del digestore. Ne consegue che più viene ritardata la raccolta, minore deve essere la lunghezza di trinciatura. La percentuale di inserimento nella dieta, in linea generale, è dell ordine del 20-30% della capacità metanigena dell impianto. Tuttavia, non esistono indicazioni precise in quanto le caratteristiche del digestato, la capacità di miscelazione o la presenza di pretrattamenti meccanici possono modificare significativamente queste quantità. Obiettivi dello studio In questo articolo riportiamo i risultati di un confronto varietale, a scala parcellare, che è stato condotto per due 45/2015 supplemento a L Informatore Agrario 61

2 Come sono state impostate le prove I prodotti raccolti sono stati immediatamente essiccati (a 60 C) e macinati a 0,5 mm al fine di ridurre al minimo l effetto sul test di determinazione del potenziale metanigeno della variabile legata alla dimensione di trinciatura, molto difficile da ottimizzare e omogeneizzare in parcelle di piccola/media dimensione, e dell insilamento a piccola scala di laboratorio. Tuttavia, per verificare l effetto del pretrattamento adottato, è stata condotta anche una serie di test di biometanazione sullo stesso prodotto tal quale appena raccolto (trinciato fresco) e sul prodotto insilato. I risultati delle rese in metano ottenute per tre diverse varietà di triticale sottoposte a tre diversi trattamenti sono riportati nel grafico A. Dai valori ricavati si desume che il trattamento di essiccazione e macinazione del trinciato fresco adottato in laboratorio comporta mediamente una produzione di metano minore del 9% rispetto allo stesso prodotto insilato e superiore del 6% rispetto alla condizione trinciato fresco. I campioni essiccati e macinati dei cereali (triticali, orzi ibridi e frumenti) raccolti nelle due annualità e nelle due distinte fasi di lattea e cerosa sono stati analizzati per i principali parametri compositivi tramite spettroscopia NIR (Dal Prà et al., 2015a) ed è stata misurata la produzione in biogas e metano mediante test di biometanazione bmp (biochemical methane potential). GRAFICO A - Potenziale metanigeno del trinciato di triticale ( 1 ) tal quale e trattato Trinciato fresco Essiccato e macinato Insilato ( 1 ) Analizzate tre diverse varietà di triticale. bmp = potenziale metanigeno. Nm 3 = normal metri cubi di metano. s.v. = solidi volatili. L essiccazione con macinazione del trinciato fresco comporta una produzione di metano minore del 9% rispetto allo stesso prodotto insilato e superiore del 6% rispetto alla condizione tal quale. Potenziale metanigeno e qualità della biomassa dei cereali testati Nella tabella 1 sono riportati i valori medi di resa in metano e la percentuale di solidi totali alla raccolta delle diverse varietà di cereale utilizzate nella sperimentazione, per un totale di 116 campioni analizzati. Triticale Le rese a ettaro di biomassa secca e di metano ottenibili dal triticale sono risultate intermedie rispetto a quelle dell orzo ibrido e del frumento Il triticale (79 campioni analizzati) raccolto alla lattea ha portato a una resa energetica media di circa 302 Nm 3 /t s.v. (normal metri cubi di metano per tonnellata di solidi volatili); alla cerosa il valore è risultato pari a circa 300 Nm 3 /t s.v.. Differenze significative tra le due maturazioni, invece, si sono evidenziate nei valori medi di sostanza secca, che è risultata pari al 29,4% alla lattea e nettamente più elevata nella fase di cerosa, 42,4% circa. Il valore di ceneri medio riscontrato in tutti i campioni di triticale è stato pari a 6,2% dei solidi totali. Orzo ibrido anni consecutivi (2013 e 2014), principalmente per 19 varietà di triticale, 5 varietà di frumento e 5 di orzo ibrido, raccolte in due distinte epoche di (lattea e cerosa). Per ulteriori dettagli vedi il riquadro sopra. Lo studio si è svolto nell ambito del progetto «Confronto varietale per la valutazione del potenziale produttivo di varietà di triticale destinate alla digestione anaerobica», realizzato con il contributo dalla Regione Emilia-Romagna, che ha trattato anche diversi altri cereali autunno-vernini. Per l orzo ibrido (20 campioni analizzati) i rendimenti energetici non mostrano differenze significative per le due maturazioni, con valori pari a circa 306 Nm 3 /t s.v. per la lattea e 296 Nm 3 /t s.v. per la cerosa. Il contenuto di sostanza secca è rispettivamente del 24,9 e 41,6%. Le ceneri medie di tutti i campioni sono risultate pari al 6,9% dei solidi totali. 62 supplemento a L Informatore Agrario 45/2015

3 TABELLA 1 - Potenziale metanigeno e contenuto in sostanza secca della biomassa ottenuta dai cereali vernini testati Prima annualità (2013) Seconda annualità (2014) Media delle due annualità Specie Triticale Orzo ibrido Frumento Totale cereali vernini Parametri lattea cerosa lattea cerosa lattea cerosa totale bmp (Nm3 media 307,2 29,61 301,3 44,7 293,4 29,18 297,9 40,1 301,9 29,41 299,59 42,36 300,7 35,58 dev. St 13,7 2,70 14,2 6,2 11,1 1,26 10,9 4,4 14,33 2,16 12,63 5,79 13,46 7,78 C.V. 4,5 9,1 4,7 14,0 3,8 4,3 3,7 10,9 4,7 7,3 4,2 13,7 4,5 21,9 camp. (n.) media 306,6 24,98 293,2 42,9 302,3 24,78 308,7 36,1 305,8 24,9 296,29 41,55 301,04 33,25 dev. St 11,7 1,30 18,48 2,9 21,5 1,70 8,1 2,0 12,73 1,3 17,77 3,89 15,82 8,97 C.V. 3,8 5,2 6,3 6,7 7,1 6,9 2,6 5,4 4,2 5,1 6,0 9,4 5,3 27,0 camp. (n.) media 299,7 28,47 281,6 47,4 296,8 28,83 302,9 38,2 297,6 28,76 298,7 40,06 298,2 34,41 dev. St 5,01 1,53 9,94 0,45 5,57 1,49 6,01 2,35 5,18 1,42 10,95 4,41 8,82 6,62 C.V. 1,7 5,4 3,5 1,0 1,9 5,2 2,0 6,2 1,7 4,9 3,7 11,0 3,0 19,2 camp. (n.) media 306,6 28,5 297,8 44,4 295,0 28,8 299,9 39,3 302,04 28,61 298,88 41,85 300,41 35,02 dev. St 12,8 3,1 15,8 5,4 10,8 1,7 10,0 3,9 13,28 2,51 13,16 5,31 13,26 7,80 C.V. 4,2 10,8 5,3 12,1 3,7 5,9 3,3 10,0 4,4 8,8 4,4 12,7 4,4 22,3 camp. (n.) bmp = potenziale metanigeno. Nm 3 = normal metri cubi di metano. s.v. = solidi volatili. Non sono state rilevate significative differenze per il potenziale metanigeno dei tre cereali considerati, con valori medi di poco superiori o inferiori a 300 Nm 3 /t s.v. Il contenuto di sostanza secca si diversifica nelle due fasi di, passando da un valore medio del 28,6% nella fase lattea al 41,9% nello stadio di cerosa. Frumento La resa energetica media ottenuta dal frumento (17 campioni analizzati) è stata pari a circa 298 Nm 3 /t s.v. per i materiali raccolti alla lattea e circa 299 Nm 3 /t s.v. alla cerosa. Anche per questo cereale la sostanza secca è aumentata notevolmente tra le due raccolte, da 28,7 a 40,1% e le ceneri sono risultate in media il 7% della sostanza secca. Analogie e differenze riscontrate Nel complesso le rese in metano non sono significativamente differenti per i tre cereali (intorno a 300 Nm 3, mentre la sostanza secca si differenzia nelle due fasi di matu- razione passando da un valore medio del 28,6% nella fase lattea al 41,9% allo stadio di cerosa. Le parcelle sperimentali oggetto delle prove presso l azienda Beccastecca di S. Cesario sul Panaro (Modena) del Crea, Unità di ricerca per le suinicoltura (Sui) Rese a ettaro e costi di produzione Ai fini della valutazione delle criticità e della possibilità dell utilizzo dei cereali vernini nella filiera del biogas, oltre alla scelta della coltura e della varietà che meglio si adatta alle caratteristiche agronomiche dei terreni, i parametri finora riportati devono essere considerati anche in relazione alle produzioni di biomassa secca raccolta e metano e ai relativi costi. Produzione di biomassa secca Alla fase lattea la produzione di biomassa secca alla raccolta per il triticale è stata in media di 12,3 t/ha, per 45/2015 supplemento a L Informatore Agrario 63

4 GRAFICO 1 - Produzione di metano per ettaro ottenibile dai cereali vernini testati Triticale Orzo ibrido Frumento Maturazione lattea Maturazione cerosa Insilato di mais standard (6.050 Nm 3 /ha) Metano (.000 Nm 3 /ha) Nm 3 = normal metri cubi. La produzione di metano ottenibile da triticale, orzo ibrido e frumento, raccolti allo stadio di cerosa, è pari rispettivamente al 76, 70 e 60% di quella che si ottiene da insilato di mais. GRAFICO 2 - Costi di produzione del metano ottenibile dai cereali vernini testati Costo di produzione (euro/ Nm 3 ) 0,40 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0 Triticale Orzo ibrido Frumento Maturazione lattea Maturazione cerosa Insilato di mais standard (0,37 euro/nm 3 ) Nm 3 = normal metri cubio di metano. Il costo di produzione del metano ottenibile da triticale, orzo ibrido e frumento, raccolti allo stadio di cerosa, è inferiore rispettivamente del 46, 50 e 37% rispetto al costo dell insilato di mais. l orzo ibrido di 12,8 t/ha e di 10,4 t/ha per il frumento. Alla cerosa la produzione di biomassa secca alla raccolta è stata in media di 14,9 t/ha, per l orzo ibrido di 16,6 t/ha e di 13,1 t/ha per il frumento. Produzione di metano Considerando il contenuto di ceneri, le perdite energetiche di conservazione, in prima approssimazione pari alla differenza fra i risultati di potenziale metanigeno ottenuti con trinciato essiccato e macinato e il prodotto insilato (grafico A), e la conversione in metano (grafico 1) è evidente il vantaggio della raccolta alla cerosa rispetto a quella lattea. L orzo ibrido ha dato, nelle prove condotte, i risultati migliori, seguito da triticale e da frumento: rispetto alla produzione di metano per ettaro mediamente ottenibile da un insilato di mais (circa Nm 3 /ha), sono state raggiunte produzioni pari rispettivamente a circa il 76% per l orzo ibrido (4.599 Nm 3 / ha), 70% per il triticale (4.202 Nm 3 /ha) e 60% per il frumento (3.648 Nm 3 /ha). Costi di produzione del metano Considerando un intervallo di costi di produzione in campo tra 700 e euro/ha, il costo di produzione del metano da cereali vernini oscilla fra 0,24 e 0,30 euro/nm 3 alla lattea e fra 0,18 e 0,23 euro/nm 3 alla cerosa (grafico 2). A titolo di confronto si tenga conto che una coltura di insilato di mais standard di primo raccolto, con costi di produzione medi di euro/ha e rese di 55 t/ha, porta a un costo di produzione del metano di 0,37 euro/nm 3. In conclusione, la coltivazione di cereali vernini permette di fornire un ottima biomassa per biogas che consente di abbassare del 37-50% i costi di alimentazione, rispetto al prodotto di riferimento (insilato di mais di primo raccolto), e può permettere all azienda di continuare a coltivare un secondo raccolto a destinazione energetica o alimentare. Aspetti critici da considerare La produzione di cereali vernini è da tempo ampiamente utilizzata negli approvvigionamenti di biomasse per impianti di biogas: le motivazioni sono da riscontrare nelle buone performance di produzione areica sia in termini di biomassa secca sia di metano equivalente. La tecnica colturale di tali cereali, tuttavia, non sempre porta a risultati ottimali e le conseguenze negli impianti, qualora utilizzati in dosi eccessive, possono comportare problemi gestionali importanti. Il passaggio da lattea a cerosa, soprattutto nel caso del triticale, è molto rapido e può concludersi nel corso di pochi giorni: una raccolta che non rispetti i tempi di corretti porta a stoccare un prodotto troppo secco, con le conseguenti note difficoltà di insilamento ed elevate perdite di quote di energia per eccessiva ossidazione. Inoltre, sotto il profilo della gestione idraulica del digestore, il carico di prodotti a elevata concentrazione di sostanza secca, con frequente alto contenuto di lignina, poco idrolizzati, comporta una bassa capacità di omogeneizzazione del prodotto nel liquor di digestione e frequenti fenomeni di flottazione superficiale, con conseguenti problemi di produzione, miscelazione, rotture e interventi di manutenzione straordinari. Claudio Fabbri, Mariangela Soldano Crpa - Centro ricerche produzioni animali Reggio Emilia Fabrizio Ruozzi Fondazione Crpa Studi Ricerche Reggio Emilia Per commenti all articolo, chiarimenti o suggerimenti scrivi a: redazione@informatoreagrario.it Per consultare gli approfondimenti e/o la bibliografi a: rdlia/15ia45_8186_web 64 supplemento a L Informatore Agrario 45/2015

5 ARTICOLO PUBBLICATO SUL SUPPLEMENTO A L INFORMATORE AGRARIO N. 45/2015 A PAG. 61 Biogas, potenziale energetico dei cereali autunno-vernini BIBLIOGRAFIA UNI (2004). Norma UNI EN ISO 11734: Qualità dell acqua. Valutazione della biodegradabilità anaerobica ultima di composti organici in fanghi digeriti. Metodo per la misurazione della produzione di biogas. Bortolazzo E., Davolio R., Ligabue M., Ruozzi F. (2009) - Triticale da biomassa, i primi test sono positivi. Agricoltura, 6: D Imporzano G., Schievano A., Tambone F., Adani F., Maggiore T., Negri M. (2010) - Valutazione tecnico-economica delle colture energetiche. Supplemento a L Informatore Agrario, 32: Bezzi G., Ciuffreda G. (2015) - Le colture per biogas: screening varietale sulle colture autunno-vernine per la produzione di biogas. Biogas informa, 14: Dal Prà A., Immovilli A., Schiff M.C., Ruozzi F., Faccini N. (2015a) - Triticale per l insilamento: quale scegliere e quando raccogliere. Supplemento a L Informatore Agrario, 29: Dal Prà A., Soldano M., Ruozzi F., Davolio R. (2015b) - Triticale da biogas: confronto tra varietà. Agricoltura, 6:

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