Colture utilizzabili per alimentare impianti a biometano: aspetti ambientali

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1 EIMA International 2018 Bologna Fiere La valorizzazione del biometano in ambito agricolo: sviluppi e prospettive 7 novembre 2018 Colture utilizzabili per alimentare impianti a biometano: aspetti ambientali Enrico Ceotto CREA - Centro Ricerca Agricoltura e Ambiente Sede di Bologna

2 Evoluzione e situazione attuale della produzione di biogas agricolo 2008 Approvazione nuovi tariffe incentivi per gli impianti < 1000 chilowattora elettrici (kwe) Incremento esponenziale del numero di impianti per anno di costruzione dall inizio del 2000 in poi, per arrivare al 2015 ad un totale di 1300 impianti per la produzione anaerobica di biogas e una capacità complessiva pari a 2,0 miliardi di metri cubi di metano all anno, con previsione al 2030 di 8.5 miliardi di metri cubi di metano all anno * Da Carrosio 2012, studi organizzativi n. 2, ** dati Cosorzio Italiano Biogas Bologna, 7 novembre

3 Le motivazioni dell incremento del numero di impianti per la produzione di biogas agricolo Drivers della evoluzione: La Direttiva Nitrati (91/676/CEE) promuove la razionalizzazione dell'uso in agricoltura degli effluenti degli allevamenti zootecnici. Quindi la necessità di ridurre il carico inquinante di azoto dei reflui zootecnici. La direttiva UE sulla promozione dell uso dell energia da fonti rinnovabili del 2009 (European Renewable Energy Directive 2009/28/EC) la quale stabilisce che entro il 2020: i) taglio del 20% delle emissioni di gas a effetto serra (rispetto al 1990); ii) 20% del fabbisogno energetico ricavato da fonti rinnovabili; iii) miglioramento del 20% dell'efficienza energetica. Le incentivazioni economiche nazionali per la produzione di energia rinnovabile, a partire in particolare dalla quella del 2008 che prevede 28 centesimi per kwh (elettrico) per impianti con capacità inferiore a 1000 kwhe. Bologna, 7 novembre

4 Evoluzione della azienda da zootecnica a zootecnica/ produttrice di energia Da azienda zootecnica ad azienda zootecnica con reddito prevalente da produzione di energia Utilizzo del mais prodotto in azienda per alimentazione del bestiame. Nuova destinazione del mais prodotto in azienda al digestore e mais per feed acquistato da mercato internazionale. Bologna, 7 novembre

5 Novità introdotte dal nuovo Decreto Biometano Con l entrata in vigore del D.M. del 2 Marzo 2018, l Italia recepisce una direttiva comunitaria per incentivare l immissione in consumo di biocarburanti avanzati nei trasporti. la volontà del Legislatore è quella di: 1) ridurre la quota di energia da biocarburanti prodotti a partire dai cereali ed altre colture amidacee, zuccherine ed oleaginose e da colture coltivate come coltura principale; 2) Incentivare la produzione di biogas prodotto da colture coltivate come secondi raccolti (nel periodo tra una coltura principale e la successiva); 3) incentivare la produzione di biogas prodotto da un elenco molto ampio di sottoprodotti e scarti di origine vegetale e animale; 4) Incentivare l uso di materie lignocellulosiche provenienti da colture non alimentari. Quali sono i motivi di queste scelte? Bologna, 7 novembre

6 ILUC - indirect land use change impacts Molti studi hanno indicato che l uso di biocarburanti (in sostituzione dei carburanti fossili) riduce le emissioni di gas ad effetto serra poiché le colture crescendo sequestrano C dall atmosfera. Tuttavia, detti studi non hanno considerato le emissioni di C che si verificano quando gli agricoltori a livello mondiale rispondono all aumento dei prezzi convertendo foreste e praterie in terreni arabili allo scopo di rimpiazzare prodotti alimentari (mais) utilizzati per produrre biocarburanti. Utilizzando un modello a scala globale per stimare gli effetti derivanti dal cambio di uso del suolo (Searchinger et al. 2008) hanno indicato che il bioetanolo prodotto da mais anzichè ridurre le emissioni del 20%, crea un debito di C derivante dall abbattimento di foreste tropicali che richiede per 167 anni per essere ripagato. Bologna, 7 novembre 2018

7 Le foreste in attivo accrescimento sequestrano carbonio ma forniscono scarse quantità di cibo La conversione in terreni coltivati fornisce cibo a spese dello stoccaggio di carbonio Any win-win solution? CO 2 CO 2 CO 2 undisturbed land arable land

8 Vantaggi e svantaggi delle colture di secondo raccolto Vantaggi: Maggiore efficienza dell uso del suolo, che non rimane mai scoperto. La produzione di biogas non compete con le colture ad uso alimentare. Riduzione dell erosione. Contenimento della lisciviazione di nitrati. Incremento della biodiversità all interno dei sistemi colturali con migliore resilienza rispetto ad eventi meteorici sfavorevoli. Incremento della fertilità biologica attraverso aumento della biodiversità indotta nel suolo, con impatto positivo sulla soil suppressiveness. Svantaggi: Maggiore consumo idrico e conseguente competizione con le colture food per l uso dell acqua irrigua. Maggior uso di fertilizzanti azotati e di energia fossile per lavorazioni. Bologna, 7 novembre

9 Il mais insilato come substrato di elezione Il mais insilato, raccolto nella fase di maturazione latteo-cerosa della granella è il substrato di elezione per la digestione anaerobica. Bologna, 7 novembre

10 Produzione di metano del mais a confronto con altre specie Barbanti et al., Industrial Crops and Products 56 (2014) Roma, 10 maggio

11 Mais 1 raccolto Mais 2 raccolto Mais 3 raccolto Segale Miscuglio erba-silo Triticale Sorgo Segale + mais 3 Erba-silo + mais 2 Triticale + sorgo Triticale + mais 3 A.donax (min) A. donax (max) Produzioni potenziali di metano da diverse colture e intensificazioni con 2 raccolto Metano (m 3 ha -1 anno -1 ) Epoche semina: da ottimale a ritardata (rielaborato da Schievano et al., L'Informatore Agrario) Bologna, 7 novembre

12 Punti critici del mais Richiede elevati volumi irrigui ed irrigazioni tempestive; Richiede elevati input di azoto per fornire produzioni ottimali come quantità e qualità (elevata resa in biogas); Richiede input energetici sotto forma di diserbanti e insetticidi; Bologna, 7 novembre

13 Azoto ed emissioni di gas serra Per la produzione ed il trasporto dei fertilizzanti azotati industriali vengono emessi 2,79 kg CO 2 /kg N*; Inoltre, il 2-5% dell N applicato alle colture torna prima o poi in atmosfera sotto forma di protossido di azoto (N 2 O) un potente gas serra *Fonte: S. Jayasundara et al., Can. J. Anim. Sci. (2016) Bologna, 7 novembre

14 Il ruolo controverso dell azoto Da un lato è fonte diretta ed indiretta di gas serra e di inquinamento da nitrati; Dall altro aumenta la produttività dei terreni agricoli e, quindi, a parità di obiettivo produttivo, permette di tutelare le superfici adibite a foreste ed altri usi naturalistici. Bologna, 7 novembre

15 Colture energetiche alternative al mais Sotto il profilo economico ed ambientale è conveniente almeno una parziale sostituzione (50%) del mais con colture dotate di: limitate esigenze idriche; limitate esigenze di azoto; elevata produttività per unità di superficie; le colture di maggior interesse sono il sorgo da biomassa e la canna comune (Arundo donax). Bologna, 7 novembre

16 Sorgo di biomassa, punti di forza: Resistenza agli stress idrici (il sorgo di primo raccolto si coltiva senza irrigazione nel nord Italia e con minor apporto in secondo raccolto); limitate esigenze di azoto; valorizza l azoto residuo del precedente colturale; in quanto specie annuale può essere inserito negli avvicendamenti colturali; elevata produttività, anche superiore al mais Bologna, 7 novembre

17 Sorgo da biomassa: punti deboli Qualità dell insilato comunque inferiore al mais; Seme piccolo con conseguente difficoltà di emergenza; Richiede un accurato diserbo nelle prime fasi; E suscettibile all allettamento. Bologna, 7 novembre

18 Canna comune, punti di forza coltura perenne Elevata produttività; Favorisce il sequestro del C nel suolo, anche in profondità; Non richiede lavorazioni annuali del suolo; Può essere coltivata senza irrigazione; Utilizza in modo efficiente l azoto; Asporta efficacemente i nitrati dal suolo; Non richiede diserbanti né insetticidi; Lunga durata dell impianto; Bassi costi di gestione. Bologna, 7 novembre

19 Profondità del suolo (m) Le colture perenni sequestrano C nel suolo Carbonio organico in Mg ha ,2 0,4 0,6 0,8 Colture annuali Pioppo -10 anni Arundo - 7 anni Bologna, 7 novembre

20 Nitrati residui (kg NO 3 -N ha -1 ) Arundo riduce efficacemente i nitrati lisciviabili autunno 2011 Controllo = non fertilizzato CS20 = 20 mm di liquame bovino 165, , , ,7 45,9 57,7 52, Arundo Controllo Arundo CS20 Pioppo Control Pioppo CS20 Sorgo Controllo Sorgo CS20 Dopo frumento Bologna, 7 novembre

21 Canna comune, punti deboli Elevati costi di impianto; Richiede irrigazione al primo anno per favorire l attecchimento; Come per tutte le colture perenni l espianto richiede un periodo di transizione per il ritorno alle colture annuali. Metodo di propagazione messo a punto da CREA-AA Bologna, 7 novembre 2018

22 La sfida del futuro: migliorare l uso del suolo con adeguate politiche ambientali. enrico.ceotto@crea.gov.it 22