Edizioni L Informatore Agrario

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2 RISULTATI OTTENUTI DAL GRUPPO RICICLA DELL UNIVERSITÀ DI MILANO Più biogas a costi inferiori con arundo o doppia coltura Dalla valutazione delle diverse soluzioni colturali per produrre biogas i risultati migliori si sono ottenuti con Arundo donax: elevata produttività di sostanza secca per ettaro, ma basso potenziale di biogas; mentre con la rotazione triticale + mais, elevata resa metanigena, ma alti costi colturali a ettaro di A. Schievano, G. D Imporzano, L. Corno, F. Adani, F. Cerino Badone, S.R. Pilu della tipica realtà produttrice di biogas è, oggi, l azienda agricola mediogrande (1-4 ha in pro- L identikit prietà o gestione) della realtà padana, tipicamente a vocazione zootecnica, che si è dotata di un impianto di biogas con potenza elettrica tra 25 kw e 1 MW. Impianti come questi sono in grado di produrre da 2. (per 25 kw) a oltre 8. MWh (per 1 MW) di energia TABELLA 1 - Produttività a ettaro delle principali colture energetiche da biogas (t/ha) Contenuto medio in sostanza secca (kg s.s./kg t.q.) (t s.s./ha) Mais 1º raccolto ( 1 ) 71, Mais 2º raccolto ( 1 ) 65,377 2 Mais 3º raccolto ( 1 ) 56, Segale ( 1 ) 26, Miscugli erba-silo ( 1 ) 5, Triticale ( 1 ) 9, Sorgo ( 1 ) 128, Segale + mais 3º raccolto ( 1 ) 82, elettrica all anno, ovvero l equivalente del consumo elettrico annuale di un numero di famiglie medie tra le 6 e le 2.4 unità. Approvvigionamento di biomassa (t/ha) Contenuto medio in sostanza secca (kg s.s./kg t.q.) (t s.s./ha) Erba-silo + mais 2º raccolto ( 1 ) 112, Triticale + sorgo ( 1 ) 187, Triticale + mais 3º raccolto ( 1 ) 136, A. donax (produttività minore) ( 2 ) 97,36 35 A. donax (produttività maggiore) ( 2 ) 131,42 55 ( 1 ) Dati dal Progetto Bio.Bi. Regione Lombardia con la collaborazione di Giorgio Colombo, Monsanto Agricoltura Italia. ( 2 ) Dati Gruppo Ricicla-Disaa, Università di Milano. La produttività minore o maggiore dell arundo è in funzione della disponibilità di acqua e fertilità del suolo. L Arundo donax, nel caso di produttività maggiore, è la coltura che dà rese in tonnellata di sostanza secca a ettaro superiori anche alle rotazioni più produttive, come mais + triticale, con ben 55 t s.s./ha. Per impianti da 25 kw a 1 MW elettrici installati l approvvigionamento di sostanza secca (s.s.) ammonta rispettivamente a 3. e 8. t s.s./anno (dato medio). Per garantire tali approvvigionamenti in materiali organici, la tipica azienda produttrice di biogas ha già a disposizione una buona parte di essi, sotto forma di scarti delle produzioni aziendali: liquami zootecnici e scarti vegetali delle produzioni agricole come stocchi di mais, paglie, tutoli, pula, ecc. Scarti della produzione agricola. Ogni produzione agricola, solitamente, ha una frazione più o meno consistente (2-6%) della biomassa prodotta che è considerata sottoprodotto (riutilizzato o esportato dall azienda) e scarto vegetale (che normalmente rimane in campo). Un altra fetta di biomasse proviene dal contesto agroalimentare in cui si inserisce l impianto: i sottoprodotti della trasformazione industriale del prodotto alimentare trovano, quando non utilizzabili in mangimistica, una valorizzazione energetica nell impianto di biogas. Colture energetiche. L alimentazione dei digestori (per impianti nella fascia 25 kw-1 MW) viene normalmente integrata con una o più colture dedicate alla produzione energetica. Questo avviene per diverse ragioni di tipo sia gestionale, sia economico: ottimizzazione della capacità produttiva fino a una taglia ottimale per il ritorno dell investimento; sicurezza e continuità nell approvvigionamento di biomassa, sia in fase progettuale e di richiesta dei finanziamenti, sia in fase operativa; gestione dei picchi di approvvigionamento di sottoprodotti stagionali; obbligatorietà, per accedere alla tariffa incentivante, di almeno il 5% della biomassa di provenienza aziendale. Per tali ragioni, tendenzialmente la percentuale in alimentazione di colture dedicate aumenta con l aumentare della taglia degli impianti (Adani et al., 212). Potenzialmente, più l impianto è di piccola taglia, più facilmente riesce a essere approvvigionato con biomasse di recupero da attività agricole e zootecniche e meno incide dal punto di vista 25/212 supplemento a L Informatore Agrario 21

3 TABELLA 2 - Produttività di biogas delle principali colture energetiche e rese elettriche in cogenerazione o in biometano per ettaro coltivato Biogas Potenza potenziale Resa Resa elettrica Biometano energetica termica da 1 ha potenziale Sm 3 /t (kwh/ha/ (kwh/ha/ (kwe/ha/ Sm 3 CH 4 / Sm 3 /t anno) anno) 8. ore/ ha/anno s.s. anno) Mais 1 raccolto ( 1 ) , Mais 2 raccolto ( 1 ) , Mais 3 raccolto ( 1 ) , Segale ( 1 ) , Miscugli erba-silo ( 1 ) , Triticale ( 1 ) , Sorgo ( 1 ) , Segale + mais 3 raccolto ( 1 ) , Erba-silo + mais 2 raccolto ( 1 ) , Triticale + sorgo ( 1 ) ,5 8.9 Triticale + mais 3 raccolto ( 1 ) , A. donax (min) ( 2 ) , A. donax (max) ( 2 ) , Sm 3 = standard metro cubo. ( 1 ) Dati dal Progetto Bio.Bi. Regione Lombardia con la collaborazione di Giorgio Colombo, Monsanto Agricoltura Italia. ( 2 ) Dati Gruppo Ricicla - Disaa, Università di Milano. Le combinazioni colturali più produttive per ettaro coltivato sono la doppia coltura triticale + mais e Arundo donax, nel caso di maggiore resa (su terreni irrigui e a elevata fertilità). Foto 1 Il campo sperimentale di Arundo donax L. del Disaa - Università di Milano percentuale l utilizzo di coltura dedicata. Per impianti di dimensione kw elettrici, ovvero nel caso di maggiore incidenza, i dati attuali raccolti nelle principali province produttrici di biogas (Cremona, Lodi, Brescia) parlano di incidenze medie di colture dedicate (con un ottimizzazione dell utilizzo del suolo grazie alla doppia coltura triticale + mais) di circa il 4% in peso, il 45-5% di refluo zootecnico e il 1% di sottoprodotti (Adani et al., 212). Soluzione colturale innovativa con l Arundo Alle principali soluzioni adottate attualmente in Pianura Padana per la produzione di biomassa dedicata si sono aggiunti i primi dati (ottenuti dai ricercatori del Gruppo Ricicla) relativi a una soluzione colturale innovativa, basata sulla canna comune o Arundo donax L., TABELLA 3 - Costi colturali e costo dell energia elettrica prodotta Costo colturale Costo energia Costo metano euro/ha euro /t elettrica producibile euro /t prodotta (euro/sm 3 CH 4 ) s.s. (euro/kwh) Mais 1 raccolto ( 1 ) ,8 98,75,257 Mais 2 raccolto ( 1 ) ,1 14,94,322 Mais 3 raccolto ( 1 ) ,3 119,17,368 Segale ( 1 ) ,6 137,13,447 Miscugli erba-silo ( 1 ) ,8 91,84,287 Triticale ( 1 ) ,8 76,59,23 Sorgo ( 1 ) ,9 86,17,368 Segale + mais 3 raccolto ( 1 ) , 125,115,393 Erba-silo + mais 2 raccolto ( 1 ) ,5 1,9,31 Triticale + sorgo ( 1 ) ,5 94,92,315 Triticale + mais 3 raccolto ( 1 ) ,5 98,82,282 A. donax (min) ( 2 ) 7 7,2 2,24,81 A. donax (max) ( 2 ) 7 5,3 13,15,51 Sm 3 = standard metro cubo. ( 1 ) Dati dal Progetto Bio.Bi. Regione Lombardia con la collaborazione di Giorgio Colombo, Monsanto Agricoltura Italia. ( 2 ) Dati Gruppo Ricicla - Disaa, Università di Milano. Oltre alla produttività, il costo di produzione della sostanza secca è il parametro più importante. L Arundo donax, essendo coltura poliennale a bassi input agronomici, dà risultati superiori alle altre soluzioni. che potrebbe rappresentare una soluzione in futuro (foto 1). Tale coltura risponde a molti dei requisiti di una coltura energetica sostenibile per produzione energetica: è poliennale (durata impianto 1-15 anni); necessita di bassi o nulli input agronomici (fertilizzanti, diserbanti, pesticidi, ecc.); è resistente agli stress ambientali e molto adatta a terreni marginali, collinari e/o non irrigui, tipici di molte zone dell area mediterranea; 22 supplemento a L Informatore Agrario 25/212

4 i costi colturali complessivi risultano molto bassi; è altamente produttiva in termini di sostanza secca per ettaro. In questo studio vengono presentati i dati delle sperimentazioni in atto presso il Disaa dell Università di Milano, che danno un idea della potenzialità di colture come l arundo. Produttività di biomassa per ettaro coltivato GRAFICO 1 - Parametri di confronto tra diverse soluzioni colturali MWh elettrici/ha/anno Ettari necessari per 1 MW elettrico Costo colturale (euro/ha/anno) Gli schemi colturali utilizzati durante la raccolta dati sono riassunti in tabella 1. La produttività per ettaro coltivato è misurata sia in termini di peso tal quale, sia di sostanza secca. Tale dato è ovviamente il vero termine di paragone tra le diverse soluzioni colturali. Alcune colture, infatti, come sorgo o triticale sono più povere in sostanza secca e pur presentando valori elevati di produttività in peso tal quale risultano inferiori a colture più ricche in sostanza secca, come il mais. Il mais, nelle tre epoche di semina (a marzo, a maggio o a giugno) si attesta comunque la coltura più produttiva, seguita da sorgo e triticale. I migliori risultati, in ogni caso, si sono ottenuti, e si ottengono nelle realtà di produzione di biogas nell areale Padano, dagli avvicendamenti colturali che abbinano al silomais di secondo o terzo raccolto, una coltura vernina come triticale o erba-silo. Le produttività, in ogni caso, non superano le t s.s./ha, nel caso più favorevole: doppia coltura triticale + mais, soluzione già ampiamente adottata in molte realtà produttrici di biogas nel nostro Paese. Risultati ben superiori si possono ottenere, invece, dalla coltivazione di A. donax che, nel caso di minor produttività (A. donax produttività minore) mostra comunque valori paragonabili a quelli della miglior combinazione a doppia coltura presa qui in considerazione (triticale e mais). a) energetica b) Superfici necessarie c) Costo colturale Mais 1 raccolto Mais 2 raccolto Mais 3 raccolto Segale Miscugli erba-silo Triticale Sorgo Segale + mais 3 raccolto Erba-silo + mais 2 raccolto Triticale + sorgo Triticale + mais 3 raccolto A. donax (min.) A. donax (max) La coltura più conveniente e sostenibile deve soddisfare contemporaneamente due condizioni: alta resa per ettaro e dunque minimo utilizzo del suolo, da una parte; dall altra, bassi input agronomici e dunque bassi costi colturali. Le stime migliori (A. donax produttività maggiore) indicano produttività di gran lunga superiori anche a quest ultimo avvicendamento colturale, anche se dovranno essere riconfermate da applicazioni su larga scala nel prossimo futuro. Metano (. m 3 CH4/ha/anno) BIOGAS I ricercatori dell Università di Milano hanno già iniziato sperimentazioni su larga scala di questa interessante soluzione colturale. Potenzialità produttive di biogas La semplice presa in considerazione delle produttività di sostanza secca per ettaro coltivato può trarre in inganno. La sostanza secca ottenibile dalle varie soluzioni colturali, infatti, non ha la medesima potenzialità di produrre biogas (tabella 2). Presso il laboratorio biomasse del Gruppo Ricicla si sono svolti i test di produzione potenziale di biogas sui campioni di biomassa raccolti (Schievano et al., 29). Questo è un test di routine che permette di stimare con precisione la potenzialità produttiva di biogas (Sm 3 /t s.s.) di una qualsiasi biomassa, in condizioni ottimali di digestione anaerobica. energetica Colture fortemente amidacee come il mais o il triticale risultano molto produttive in termini di biogas per unità di sostanza secca, rispetto a colture tendenzialmente più fibrose (tabella 2). Le potenzialità di produzione energetica per superficie coltivata, dunque, sono influenzate da questi valori e rendono ancora più evidenti le differenze tra l avvicendamento colturale triticale + mais (46.27 kwh/ha/anno oppure 1.35 Sm3 CH 4 /ha/ anno), rispetto alle altre soluzioni che rimangono meno produttive di almeno il 2% (tabella 2 e grafico 1a). Tuttavia, rimane l importanza di considerare diversi avvicendamenti colturali, per poter garantire le giuste rotazioni. L A. donax, se presenta elevate produttività di sostanza secca per ettaro, mostra un potenziale di biogas per unità di so- 25/212 supplemento a L Informatore Agrario 23

5 Come sono state impostate le prove I principali schemi colturali e le tipologie di coltura praticate per la produzione di biogas nel contesto di maggior sviluppo del settore (Pianura Padana) sono stati catalogati dal Gruppo Ricicla dell Università di Milano, nell ambito del Progetto Bio.Bi. (Biomasse per biogas). Il progetto ha raccolto i dati agronomici in diversi campi sperimentali dislocati in zone rappresentative dell areale padano e per ognuno è stata redatta una scheda agronomica che individua le caratteristiche pedologiche e di tecnica colturale (figura A). Le colture, utilizzate nella realtà della Pianura Padana, sono tipicamente cerealicole e spesso l esigenza di utilizzo di una coltura dedicata ha portato le aziende a utilizzare la doppia coltura, nell ottica dell ottimizzazione dell utilizzo di superficie agricola. Nello stesso progetto, si sono quantificate le produttività per ettaro coltivato delle diverse colture, le loro principali caratteristiche chimico-fisiche, le produzioni potenziali di biogas e i costi colturali. Tali dati hanno permesso di ottenere un idea comparativa delle diverse soluzioni in termini di produttività energetica per ettaro coltivato, di costi unitari di produzione del biogas e dell energia elettrica da colture, e dell incidenza sul totale dei costi di produzione dell impianto e quindi sull accettabilità delle varie soluzioni, in termini economici e di utilizzo del suolo agrario. FIGURA A - Località dell areale padano in cui sono state allestite le parcelle sperimentali per la produzione delle colture energetiche e la raccolta dati (*) (*) Nell ambito del Progetto Bio.Bi. Regione Lombardia con la collaborazione di Giorgio Colombo, Monsanto Agricoltura Italia stanza secca inferiore alle colture amidacee di un 25-3%, essendo una biomassa principalmente ligno-cellulosica. Questo implica che le rese di energia elettrica o di metano per ettaro coltivato non siano di molto superiori (come lo sono invece le produttività di sostanza secca), nel caso migliore, all avvicendamento colturale triticale + mais. Superficie agricola necessaria Maggior produzione energetica per ettaro coltivato significa ovviamente minor incidenza sulla superficie agricola coltivata a parità di energia richiesta da un impianto. Nel grafico 1b sono riportate le superfici necessarie ad approvvigionare 1 MW elettrico, nell ipotesi che esso sia prodotto esclusivamente con coltura dedicata. Per i casi migliori 1 MW corrisponde a poco più di 2 ha coltivati, come evidente nel grafico 1b. È doveroso ricordare che questa ipotesi non si verifica quasi mai, in quanto gli impianti di biogas esistenti raramente si basano esclusivamente su colture dedicate: è molto più conveniente per le aziende, infatti, per quanto possibile produrre biogas da scarti, sottoprodotti, liquami, ecc. e immettere sul mercato la produzione agricola. Il costo dell energia elettrica prodotto dal triticale ammonta a,59 euro/kwh Costi colturali e di produzione di energia e metano La terza valutazione che deve esser fatta per ottenere un confronto completo tra le diverse soluzioni colturali è di sicuro di tipo economico. Il costo colturale, che riflette le spese di tutte le attività di input agronomici (aratura, erpicatura, sarchiatura, rincalzatura, fertilizzazione e diserbo), è una variabile fondamentale nel confronto tra diverse soluzioni colturali dedicate alla produzione di biogas. Il costo annuale per ettaro coltivato è sicuramente di molto superiore nel caso degli avvicendamenti colturali (tabella 3 e grafico 1c), rispetto alle colture singole; ovviamente a fronte delle maggiori produzioni. Tuttavia, il parametro realmente utile al confronto tra le soluzioni colturali è il costo dell energia elettrica o del metano prodotti, ovvero il rapporto tra il costo colturale (euro/ha) e la resa energetica (kwh/ha o Sm3 CH 4 /ha). Come mostrato in tabella 3 la combinazione colturale triticale + mais risulta anche da questo parametro una delle migliori soluzioni. La singola coltura di mais in 1º raccolto è caratterizzata da un costo dell energia elettrica prodotta inferiore alla doppia coltura e dunque sarebbe, anche se di poco, conveniente. Tuttavia, è ovvio che per ottenere lo stesso quantitativo di energia si avrebbe bisogno di una superficie agricola superiore come mostrato nel grafico 1b. La coltura di A. donax gioca su questo punto la sua carta vincente. Essendo una coltura poliennale (durata dell impianto in produzione per 1-15 anni), i costi colturali annuali si riducono drasticamente (tabella 3 e grafico 1c), in quanto 24 supplemento a L Informatore Agrario 25/212

6 GRAFICO 2 - Influenza dei costi di approvvigionamento, esercizio d impianto e ammortamento sul costo complessivo di produzione dell energia elettrica da biogas in due impianti,25 Impianto da 1 MW,3 Impianto da 5 kw Euro/kWh elettrici,2,15,1,5 Euro/kWh elettrici,25,2,15,1,5 Mais 1 raccolto Mais 2 raccolto Mais 3 raccolto Segale Miscugli erba-silo Triticale Sorgo Segale + mais 3 raccolto Erba-silo + mais 2 raccolto Triticale + sorgo Triticale + mais 3 raccolto A. donax (min.) A. donax (max) Mais 1 raccolto Mais 2 raccolto Mais 3 raccolto Segale Miscugli erba-silo Triticale Sorgo Segale + mais 3 raccolto Erba-silo + mais 2 raccolto Triticale + sorgo Triticale + mais 3 raccolto A. donax (min.) A. donax (max) Ammortamento Costi di gest./manut. impianto Costi di approvvigionamento biomasse Si considera il caso in cui l approvvigionamento di biomassa è fatto al 1% con coltura energetica; l ammortamento è sul 75% dell investimento con tasso di interesse al 15%, di durata pari a 15 anni. l intervento agronomico si limita al primo anno e alla raccolta annuale. Questa pianta, inoltre, richiede bassissimi o nulli input agronomici tipo fertilizzanti, irrigazioni e diserbi. L impatto ambientale di questa coltura è dunque anch esso molto ridotto, rispetto alle colture tradizionali. Il costo dell energia elettrica e del metano prodotti da A. donax, nei due casi di massima e minima resa, non sono comparabili con quelli delle altre colture: sono molto inferiori (tabella 3). La valutazione del rapporto tra il costo dell energia elettrica prodotta e il costo del metano producibile, in particolare, è fondamentale per poter giudicare idonea una biomassa all utilizzo in impianti di biogas. Al rapporto tra il costo dell energia elettrica prodotta e il costo del metano producibile, infatti, vanno aggiunti i costi unitari dovuti ai costi di trasformazione in impianto (gestione dell impianto, manutenzioni, autoconsumi, spese per l utilizzo del digestato, ecc.) e alla quota di ammortamento dell investimento (qui calcolata con prestito del 75% dell investimento totale, in 15 anni con tasso d interesse al 5%). Nel grafico 2 sono riportati i valori dei costi unitari di produzione, suddivisi nelle tre voci sopradescritte (approvvigionamento biomassa, costi d impianto, ammortamenti), per impianti di taglia pari a 1 MW e 5 kw. Si nota come, a seconda della tariffa di vendita dell energia elettrica (fino a dicembre 212,,28 euro/kwh), la convenienza della produzione, per alcune soluzioni colturali sia molto in discussione, soprattutto per impianti di scala inferiore (taglia 5 kw). In ogni caso, il costo di approvvigionamento, per molti casi, è di gran lunga superiore alle altre due voci di costo. Questo è sicuramente un fattore fortemente limitante all uso di molte delle colture prese in considerazione, soprattutto immaginando scenari prossimi futuri di riduzione della tariffa incentivante. Conclusioni Per questo già oggi, ma ancor più nel prossimo futuro, è da ricercarsi la sostituzione progressiva, per impianti già in esercizio, della coltura dedicata con sottoprodotti, residui colturali, ecc., che contribuiscano a rendere più economica e sostenibile la produzione di energia da biogas. Sicuramente l introduzione di nuove soluzioni colturali più performanti, a più basso impatto e costo come l A. donax, avrà un effetto positivo, soprattutto considerando l auspicato sviluppo del settore in aree agricole del Paese non irrigue, collinari, marginali o a clima secco (aree mediterranee). Andrea Schievano Giuliana D Imporzano Luca Corno, Fabrizio Adani Gruppo Ricicla, Laboratorio biomasse e bioenergie, Disaa - Università di Milano Francesco Cerino Badone Salvatore Roberto Pilu Laboratorio genetica applicata, Disaa Università di Milano Il Progetto di ricerca Biomasse per Biogas (Bio.Bi.) è stato finanziato dalla Direzione generale agricoltura della Regione Lombardia nell ambito del Programma regionale di ricerca in campo agricolo Per commenti all articolo, chiarimenti o suggerimenti scrivi a: redazione@informatoreagrario.it Per consultare gli approfondimenti e/o la bibliografi a: 12ia25_6434_web ALTRI ARTICOLI SULL ARGOMENTO Strategie per l avvicendamento di colture da energia. Pubblicato su L Informatore Agrario n. 21/212 a pag /212 supplemento a L Informatore Agrario 25

7 ARTICOLO PUBBLICATO SUL SUPPLEMENTO A L INFORMATORE AGRARIO N. 25/212 A PAG. 21 Più biogas a costi inferiori con arundo o doppia coltura BIBLIOGRAFIA Adani F., Guarneri T., Boccasile G. (212) - La digestione anaerobica fa bene all ambiente. Terra e Vita, 8: Schievano A., Scaglia B., D Imporzano G., Malagutti L., Gozzi A., Adani F. (29) - Prediction of biogas potentials using quick laboratory analyses: Upgrading previous models for application to heterogeneous organic matrices. Bioresource Technology, 1: