Base di partenza e obiettivi di questa presentazione

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1 La fertilizzazione con effluenti organici da fermentazione anaerobica: proposta metodologica a scala comprensoriale Luca Bechini, Pietro Marino, Fabrizio Mazzetto * e Tommaso Maggiore luca.bechini@unimi.it Dipartimento di Produzione Vegetale e * Istituto di Ingegneria Agraria Università degli Studi di Milano Base di partenza e obiettivi di questa presentazione La digestione anaerobica è una realtà, anche grazie a incentivi economici Tuttavia la conoscenza del sistema è ancora scarsa Obiettivi: definire una possibile ipotesi gestionale per impianti di grandi dimensioni individuare le conoscenze su cui basarla individuare le esigenze di ricerca 1

2 I fatti Impianti di grandi dimensioni Elevata produzione areica di nutrienti Difficile l'utilizzo nella sola azienda dove è collocato il digestore Necessaria quindi una gestione comprensoriale Vantaggi ambientali e agronomici (si evitano eccessi) Vantaggi economici Elevata variabilità dei digestati tra aziende e nel tempo per una medesima azienda Necessaria l'analisi del digestato prima dell'impiego I fatti Impianti di grandi dimensioni Elevata produzione areica di nutrienti Esempio: in un digestore da 1,2 MW elettrici immetto 70 t d 1 mais da trinciato (= 273 kg N) 40 t d 1 liquame suino (= 100 kg N) Assumendo che non vi siano perdite nel digestore, posso attendermi un'uscita giornaliera di 373 kg N e un'uscita annuale di kg N (333 giorni di attività) 2

3 I fatti Impianti di grandi dimensioni Elevata produzione areica di nutrienti Difficile l'utilizzo nella sola azienda dove è collocato il digestore La produzione giornaliera appena citata, se distribuita a dosi di 250 kg N ha 1, richiede 500 ha I fatti Impianti di grandi dimensioni Elevata produzione areica di nutrienti Difficile l'utilizzo nella sola azienda dove è collocato il digestore Necessaria quindi una gestione comprensoriale Vantaggi ambientali e agronomici (si evitano eccessi) Vantaggi economici Il valore economico di NPK contenuti nel digestato distribuito in ragione di 250 kg N ha 1 (con 132 kg P 2 O 5 e 247 kg K 2 O) è di circa 450 ha 1 3

4 I fatti Impianti di grandi dimensioni Elevata produzione areica di nutrienti Difficile l'utilizzo nella sola azienda dove è collocato il digestore Necessaria quindi una gestione comprensoriale Vantaggi ambientali e agronomici (si evitano eccessi) Vantaggi economici Elevata variabilità dei digestati tra aziende e nel tempo per una medesima azienda Necessaria l'analisi del digestato prima dell'impiego Indagine su due aziende nel tempo (n = 10, 20, 20) Digestato Separato solido Separato liquido N totale, kg t P 2 O 5, kg t 1 0,3 1,5 3,0 6,0 0,2 2,5 K 2 O, kg t 1 0,6 5,0 1,0 3,4 1,5 3,2 Ca, kg t 1 ss Mg, kg t 1 ss Na, kg t 1 ss , Variabilità dovuta a: problemi di campionamento, diversità di alimentazione nel tempo, efficienza di separazione variabile Dati non pubblicati, T. Maggiore e M. Negri, Di.Pro.Ve., Università di Milano,

5 Criteri nella gestione comprensoriale dei digestati Massima efficienza agronomica e minime perdite di nutrienti (adeguata scelta dei periodi, delle dosi e delle colture) Minimi costi di gestione dei digestati per stoccaggi temporanei distribuzione in campo Documentazione delle operazioni svolte (quaderno di campagna) Proposta di organizzazione Vasche di accumulo del digestato prodotto giornalmente Eventuale separazione solido-liquido e/o strippaggio NH3 Banca dati dei sistemi aziendali circostanti Piano di concimazione Cantiere di lavoro centralizzato per la distribuzione agronomica Monitoraggio delle agrotecniche fino alla raccolta 5

6 Proposta di organizzazione E' indispensabile che la gestione sia assegnata ad una figura di riferimento che curi la gestione dell'impianto, delle macchine per la distribuzione, del sistema informativo investa nelle macchine e nelle strutture verifichi il rispetto dei vincoli Potrebbe essere il contoterzista, il gestore dell'impianto o altri... Proposta di organizzazione Vasche di accumulo del digestato prodotto giornalmente Dimensionamento delle vasche adeguato al sistema colturale Necessario studiare la variazione compositiva che si verifica durante lo stoccaggio 6

7 Proposta di organizzazione Vasche di accumulo del digestato prodotto giornalmente Eventuale separazione solido-liquido e/o strippaggio NH 3 Separazione solido-liquido: consente di allontanare parte dell'azoto in forma palabile Strippaggio: consente di allontanare l'ammoniaca e di produrre un concime minerale azotato Attenzione! Eliminando N, si concentrano P e K, quindi si rischiano eccessi di questi elementi Proposta di organizzazione Vasche di accumulo del digestato prodotto giornalmente Eventuale separazione solido-liquido e/o strippaggio NH 3 Banca dati dei sistemi aziendali circostanti Caratteristiche chimico-fisiche dei terreni Avvicendamenti colturali Per ogni coltura: date di esecuzione di tutte le operazioni colturali, resa finale, destino dei residui Sistemi zootecnici 7

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9 Proposta di organizzazione Vasche di accumulo del digestato prodotto giornalmente Eventuale separazione solido-liquido e/o strippaggio NH3 Banca dati dei sistemi aziendali circostanti Piano di concimazione Piano di concimazione Definisce tipo, dosi, epoca e modalità di applicazione dei fertilizzanti Tiene conto del terreno, del clima, delle colture praticate e dei fertilizzanti impiegati Rappresenta un metodo di riferimento per determinare le corrette modalità di gestione della fertilità Redatto in forma (semi-)automatica basandosi sulla banca dati Necessario conoscere le efficienze dell'azoto dei digestati 9

10 Vincoli del piano di concimazione comprensoriale Economici: ridurre al minimo i costi di stoccaggio e distribuzione del digestato Agronomici: assicurare la massima produttività colturale, rispettare la fertilità dei suoli Ambientali: ridurre le perdite (gassose e verso le acque)... considerando tutti i terreni circostanti Soluzione ottimizzata non banale! Proposta di organizzazione Vasche di accumulo del digestato prodotto giornalmente Eventuale separazione solido-liquido e/o strippaggio NH3 Banca dati dei sistemi aziendali circostanti Piano di concimazione Cantiere di lavoro centralizzato per la distribuzione agronomica Analisi rapida in continuo del digestato prelevato dalla vasca Determinazione delle dosi da distribuire 10

11 Analisi rapida dei digestati al momento della distribuzione Tecnologie NIR (spettroscopia nel vicino infrarosso) e conduttimetriche sono disponibili per i liquami zootecnici Necessario studiare l'applicabilità di questi sistemi ai digestati determinare le curve di taratura degli strumenti utilizzando un adeguato numero di campioni predisporre una attrezzatura semplice, quindi a basso costo, da fissare all'uscita della vasca di accumulo Errore di previsione (RMSEP) del NIR su liquami zootecnici n Sost. secca N totale NH 4 -N g kg 1 C P K Cabassi et al., 2007 (liq. bovini) ,5 0,32 0,18 3,7 0,13 0,67 Sørensen et al., 2007 (liq. bovini e suini) 87 6,1 0,43 0,37 3,1 0,16 0,64 11

12 Proposta di organizzazione Vasche di accumulo del digestato prodotto giornalmente Eventuale separazione solido-liquido e/o strippaggio NH3 Banca dati dei sistemi aziendali circostanti Piano di concimazione Cantiere di lavoro centralizzato per la distribuzione agronomica Analisi rapida in continuo del digestato prelevato dalla vasca Determinazione delle dosi da distribuire Distribuzione di quella dose (eventualmente con approccio precision-farming) e registrazione operazione in banca dati Precisione nella concimazione organica Carro spandiletame Botte spandiliquami 12

13 Proposta di organizzazione Vasche di accumulo del digestato prodotto giornalmente Eventuale separazione solido-liquido e/o strippaggio NH3 Banca dati dei sistemi aziendali circostanti Piano di concimazione Cantiere di lavoro centralizzato per la distribuzione agronomica Monitoraggio delle agrotecniche fino alla raccolta Monitoraggio delle agrotecniche E' effettuabile con sistemi di identificazione collocati sul trattore o sulle macchine operatrici Questi sistemi registrano la posizione di macchina e trattore nel tempo Tutti i dati confluiscono in un computer Dai movimenti di macchina e trattore è possibile ricostruire l'agrotecnica 13

14 Architetture per monitoraggio Problema: identificare l operazione A-GPS T-MO Celle Fotovoltaiche A-RF A-GPS UA + Batteria UA Sistema di acquisizione installato a bordo del trattore; non richiede necessariamente un sistema di identificazione TRACTOR - ORIENTED Sistema di acquisizione installato a bordo dell operatrice; utile per la ricognizione di specifiche operazioni IMPLEMENT - ORIENTED LE ARCHITETTURE DI BASE Problema: alimentazione del sistema Entità in gioco DATA MO S Istanza di di spandimento: 1.Data Sorgente S Appezzamento A Macchina oper. MO MO A Software gestionale con DB attività aziendali e possibilità di generare mappe di spandimento 14

15 OPERAZIONE SAVBOT Particella catastale Comune F257, Foglio 134, Part. 93 Superficie lavorata (ha): 1,02 Periodo esecuzione effettiva: 09/09/2004 Operatrice: Botte spandiliquame Tempo totale (min): 342 di cui Lavoro Effettivo (min;%): 20 ; 5,8 di cui Tempi Accessori (min;%): 322 ; 94,2 Capacità operativa di lavoro (ha/h): 0,179 Prodotto distribuito: Liquame bovino Quantità totale (kg di liquame): Quantità totale effettiva (kg di azoto/ha): 176,5 45 kgn/carico N old = 96 kg/ha 57% A A SRC: 24% IRD: 52% 4 distribuzioni S N new = 139 kg/ha 82% Costi di distribuzione Distribuzione Interamente in azienda Metà in azienda Metà fuori Metà in azienda Metà fuori Interamente fuori Interamente fuori Distanza media (km) 1,1 0,8 2,0 0,8 5,0 2,0 5,0 Ore annue (h) Costo annuo ( /ha)

16 Vantaggi per gli agricoltori che aderiscono Semplificazione amministrativa Piano di concimazione tecnicamente corretto Riduzione dei costi per la fertilizzazione Riduzione dei relativi costi di distribuzione Applicazione fertilizzanti con macchine adeguate Restituzione di una mappa di distribuzione Supervisione tecnica in caso di errori di distribuzione I terreni liberi per la distribuzione sono reperibili tramite il sistema informativo Esigenze di ricerca nell'ambito agronomico / 1 Efficienza agronomica dei digestati e delle frazioni ottenute a seguito di trattamenti di separazione e/o riduzione dell'azoto Parametrizzazione di modelli di simulazione per la definizione di scenari a scala territoriale Curve di taratura per misura rapida ed economica del contenuto di nutrienti dei digestati (NIRS) Algoritmi di ottimizzazione territoriale dimensionamento vasche di accumulo del digestato decisione dosi / epoche / appezzamenti per la distribuzione agronomica 16

17 Esigenze di ricerca nell'ambito agronomico / 2 Stima dei costi economici trasporto ingestati stoccaggio distribuzione agronomica Stima dei bilanci energetici biomasse dedicate (es. mais) biomasse di scarto (es. scarti industriali, ma in che quantità) Evoluzione della fertilità del suolo (sostanza organica) in caso di asportazione dei residui colturali dal terreno 17