VALUTAZIONE DELLE CARATTERISTICHE FERTILIZZANTI DELLE CENERI OTTENUTE DAL PROCESSO DI COMBUSTIONE DEL PELLET DA SANSE VERGINI E RESIDUI DI POTATURE

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1 ECODENS - ECOSTABILIZZAZIONE DELLE SANSE MEDIANTE DENSIFICAZIONE MISURA PSR SICILIA CONVEGNO FINALE, 30 GENNAIO 2014, UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI PALERMO VALUTAZIONE DELLE CARATTERISTICHE FERTILIZZANTI DELLE CENERI OTTENUTE DAL PROCESSO DI COMBUSTIONE DEL PELLET DA SANSE VERGINI E RESIDUI DI POTATURE V. Genna a Co.Ri.Bi.A. Consorzio di Ricerca sul Rischio Biologico in Agricoltura Via G. Marinuzzi, Palermo - (Presso I.Z.S.), vincenzo.genna@tiscali.it Parole chiave: Cenere, pellet, fertilizzanti, potassio 1. INTRODUZIONE Negli ecosistemi naturali e artificiali le piante rappresentano una fondamentale risorsa energetica in quanto, attraverso il processo fotosintetico, convertono l energia solare in energia di legame chimico, sintetizzando composti organici complessi ad elevato contenuto energetico che costituiscono tanto i tessuti delle piante, quanto le sostanze nutritive che la pianta immagazzina sotto forma di sostanze di riserva. Attraverso la degradazione della biomassa si verifica, lungo la catena alimentare dell ecosistema, una conversione dell energia in altre forme, mentre la materia continua il suo moto circolare generando i prodotti che le piante riutilizzano nel processo di generazione della biomassa. Il processo di combustione della biomassa rappresenta una delle vie di degradazione artificiale, nella quale l ossidazione consente di liberare energia sotto forma di calore e ottenere residui solidi, quali le ceneri, che possono rappresentare una risorsa utile alla reintegrazione di elementi nutritivi asportati per la sintesi della biomassa stessa, attraverso un meccanismo ciclico denominato ciclo della materia. La progressiva diffusione di impianti di degradazione artificiale delle biomasse, di piccola e media dimensione, dai quali ottenere combustibili (pellet o cippati) impiegabili per la produzione energia termica ed elettrica da biomasse legnose, rende sempre più significativa la problematica relativa allo smaltimento delle ceneri. Ci si pone il problema di come poter riutilizzare questi prodotti residui della combustione senza doverli avviare allo smaltimento in discarica decisamente costoso e poco sostenibile. La legislazione Italiana con il D.lgs 205/2010 che modifica ed integra il D.lgs 152/2006 (codice ambientale), introduce un nuovo concetto di rifiuto, legato alla possibilità di riutilizzo dei sottoprodotti agricoli, purchè questi non costituiscano danno per l ambiente o per la salute umana. Alla luce di ciò risulta di fondamentale importanza dimostrare l utilità e la possibilità di reintegrare nell ecosistema, il sottoprodotto cenere, al fine di apportare elementi nutritivi al suolo senza danneggiare la salute umana e l ambiente. La legislazione comunitaria e nazionale sempre più orientata verso le strategie di recupero di energia e di materia dai rifiuti ed il dato sensibile dell incremento nell uso di 90

2 biocombustibili, contribuiscono ad accrescere l interesse verso lo studio di sistemi per il riutilizzo delle ceneri. Obiettivo del presente lavoro è dimostrare la concreta possibilità di reintegrare le ceneri nei processi produttivi sotto forma di fertilizzanti, verificarne la convenienza agronomica e constatare contemporaneamente che non si realizzino fenomeni di inquinamento dovuti, ad esempio, alla presenza di metalli pesanti. 2. STATO DELL'ARTE Le piante producono la biomassa fissando, attraverso la fotosintesi, l energia solare in composti organici formati da elementi tratti dall aria, dall acqua e dal suolo. Attraverso la combustione delle biomasse vegetali, gli elementi minerali prelevati dal terreno finiscono quasi tutti nelle ceneri: prodotti naturali che in virtù del ciclo della materia, tornano nel terreno. Tale processo soggetto a frequente reiterazione negli ecosistemi naturali ed è da tempo compreso e sfruttato dall uomo. Fig.1 Ciclo della materia negli ecosistemi L impiego delle ceneri è una pratica antichissima. Le prime forme di agricoltura primitiva erano basate sulla bruciatura di tratti di foresta e sulla coltivazione delle aree così liberate e fertilizzate dalle ceneri. Columella (scrittore romano di agricoltura I sec. d.c.) nei suoi testi evidenziava le proprietà fertilizzanti delle ceneri e forniva descrizioni dettagliate circa le pratiche di compostaggio che prevedevano la miscelazione di residui vegetali e cenere per l ottenimento di letame artificiale. Fonti storiche attestano che per salvaguardare le risorse forestali, negli statuti di Arezzo del 1327, veniva prescritto di non fare cenere pena un ammenda pecuniaria. [1] In termini tecnici, è possibile affermare che la cenere sia una miscela di elementi minerali e componenti organici incombusti; nello specifico il contenuto di ceneri è differente tanto in funzione della tipologia delle piante (classe, specie ), quanto delle diverse parti combuste di una stessa pianta. 91

3 In generale le ceneri sono chimicamente costituite da silice, calcio, potassio, fosforo e manganese (sotto forma di ossidi), e presentano pertanto un carattere fortemente basico rappresentando un ottimo correttivo per i terreni acidi. Nelle ceneri sono presenti anche metalli pesanti che possono ritrovarsi nel terreno come risultanza di fattori di pressione ambientale ed antropica ed essere assorbiti dalle piante durante il loro sviluppo e la formazione di biomassa. Specie in casi di fonti inquinate, l analisi del contenuto dei metalli pesanti rappresenta un aspetto da monitorare e valutare prima di prendere in considerazione la possibilità di restituire le ceneri al terreno oppure di smaltire attraverso altre vie. Per quanto riguarda le modalità di gestione, stoccaggio e distribuzione, è bene porre in evidenza le difficoltà operative legate al peso ed alla dimensione delle particelle di cenere, che risultano inadatte alla gestione ed alla distribuzione in pieno campo. Si deve pertanto valutare la possibilità di sottoporre le ceneri a processi di compattazione che possano trasformarle in un prodotto idoneo ad un possibile utilizzo agronomico. La granulazione, definita come processo di accrescimento delle particelle fini in masse più grandi tramite leganti (amido, caseina, acqua, ecc ), potrebbe essere un efficace tecnica di compattazione atta a favorire una più efficace gestione da un punto di vista logistico (riduzione dei volumi e semplificazione di trasporto e stoccaggio) e dal punto di vista dell igiene e sicurezza della distribuzione (polverosità). [2] Tabella 1: Confronto del contento di macro elementi tra ceneri, letame e compost. Parametro U.M. Ceneri da legno Letame Compost Azoto (N) % 0,00 0,3-0,7 0,8-2,2 Fosforo (P2O5) % 1,3-20,0 0,1-0,4 0,3-2,1 Potassio (K2O) % 5,0-35,0 0,4-1,0 0,4-1,4 Magnesio (MgO) % 1,3-16,0 0,1-3,0 0,8-2,2 Calcio (CaO) % 18,0-45,0 0,4-1,2 5,0-15,0 2. MATERIALI E METODI 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 ad 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 Sono stati analizzati campioni di cenere ottenuti dalla combustione in caldaia di pellet 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 mediante ICP-MS, attraverso un apparato di analisi (Agilent) costituito da un ICP (Inductively Coupled Plasma) accoppiato ad sistema di rilevazione costituito da uno spettrometro di massa. I campioni sono stati dapprima sottoposti a processo di dissoluzione mediante attacco acido in un sistema chiuso a microonde. 92

4 Dalla quantificazione dei diversi elementi minerali è stato possibile caratterizzare le ceneri analizzate; alcuni di questi (Ca, P, K e Mg) sono stati convertiti in ossidi (CaO, P2O5, K2O e MgO) al fine di avere una maggiore possibilità di confronto con studi in bibliografia. 3. RISULTATI E stato operato un confronto tra i risultati analitici relativi al contenuto in metalli (As, Cd, Cr, Cu, Pb, Hg, Ni, Zn) delle ceneri ed i dati coerentemente rinvenuti in letteratura; un ulteriore raffronto è stato effettuato con i valori limite attualmente espressi dalla legislazione in materia con particolare attenzione a quelli relativi ai metalli pesanti. In riferimento a quest ultimi, 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 il tenore limite di metalli pesanti nei fertilizzanti. Tabella 2: Confronto del contento di metalli pesanti delle ceneri e i limiti di legge. [cenere (50%legno; 50% sansa); cenere (30% sansa; 50% legno)] Parametro U.M. Cenere Cenere Dlgs 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 E possibile notare dai dati riportati in tabella 2 come nessuno dei metalli individuati superi i limiti massimi previsti dal decreto legislativo, si può dunque asserire che il sottoprodotto cenere possa essere reimmesso nel terreno senza che costituisca alcun problema di carattere ambientale. Altro aspetto valutato è quello relativo alla presenza di macroelementi utili alla nutrizione delle piante agrarie. La cenere rappresenta un buon concime per la reintegrazione di fosforo, potassio, e calcio, caratteristica confermata dai risultati analitici ottenuti mediante (ICP-MS) e proposti in tabella 3. Tabella 3: Contenuto percentuale di macro nutrienti nelle ceneri. [cenere (30% sansa; 70 % legna)] Parametro U.M. Cenere da Pellet Azoto (N) % 0 Fosforo (P2O5) % 2,93 93

5 Potassio (K2O) % 8,49 Magnesio (MgO) % 5,45 Calcio (CaO) % 23,4 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 e che rappresenta un importante regolatore fisiologico della permeabilità cellulare, intervenendo nei sistemi enzimatici della sintesi di glucidi e regolando la turgescenza cellulare ed i processi di accumulo degli zuccheri; il secondo riveste un ruolo di fondamentale importanza, sulla fertilità del suolo più che per la nutrizione delle piante, regolando 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 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. Prendendo spunto da quanto riportato nelle confezioni commercializzate di concime in merito al titolo in azoto (N), 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 rispettivamente 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 (tabella 4). Tabella 4: Esempi di concimazione potassica con la cenere da pellet. 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 La dotazione potassica dei suoli siciliani è in genere superiore al fabbisogno delle colture, ciò spinge gli operatori a non reintegrare nemmeno la quantità di elementi asportata con la coltivazione e lo sviluppo. Tuttavia risulta di notevole importanza evidenziare come lo spargimento nel terreno non comporti effetti inquinanti, anzi favorisca un incremento di macroelementi che, tramite il riutilizzo, costituiscano una risorsa, un sensibile vantaggio per la coltivazione e non un costo. 94

6 Altro vantaggio emerso dal riuso 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 ben dotata (23%). 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).[3] 4. CONCLUSIONI In conclusione, le analisi eseguite permettono di affermare che il residuo principale del processo di combustione del pellet, ovvero la cenere, può essere proficuamente re impiegato in agricoltura sotto forma di fertilizzante per la concimazione potassica o come correttivo per i suoli acidi. Tuttavia se da una parte la distribuzione tal quale rappresenta un importante vantaggio economico e agronomico, poiché costituisce una trasformazione del rifiuto in risorsa a costo zero; dall altra presenta dei limiti derivanti della natura polverulenta della cenere che ne complica la gestione, il trasporto e la distribuzione inoltre la convenienza economica nella realizzazione di processi di granulazione utili a migliorare la gestione di questo materiale meriterebbe un attenta valutazione. Occorre in definitiva considerare i notevoli vantaggi ambientali, legati al riutilizzo di un prodotto che altrimenti si trasformerebbe in rifiuto da discarica, appurato che questo non arrechi problemi all ambiente ed alla salute umana secondo quanto prescritto dalla legislazione. Bibliografia [1] M. Perelli, Alcuni consigli per il corretto utilizzo della cenere di legna come fertilizzante, Vita di campagna (2000). [2] AA.VV:, Gestione e valorizzzione delle ceneri di combusione nella filiera Legno Energetica, Relazione tecnica conclusiva Regione Lombardia (2004). [3] B. Raifer, J. Terleth, La calcitazione dei vigneti Frutta e vite (2011). 95