LA BARBABIETOLA DA ZUCCHERO

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1 LA BARBABIETOLA DA ZUCCHERO COME COLTURA DEDICATA PER IL BIOGAS M. Caliceti G. Ciuffreda L. Rossi G. Bellettato Attualità della ricerca nel settore delle energie rinnovabili Ancona 17 dicembre 2010

2 Chi è BETA E una società di ricerca in Agricoltura ( nasce dalla fusione dei servizi di ricerca del mondo agricolo e industriale della filiera bieticolosaccarifera italiana. Capitale sociale: 50% parte industriale, 50% parte agricola La sede è a Ferrara presso la Fondazione Navarra, dove sorgeranno i laboratori Ambiente ed Agricoltura del Polo Scientifico Tecnologico

3 Chi è BETA e quali attività svolge?? RICERCA E SPERIMENTAZIONE - colture food - colture energetiche / nofood - centro di saggio per prove efficacia di principi attivi - centro di taratura barre irroratrici Beta si avvale di un comitato scientifico composto da ricercatori universitari da tutta l Italia

4 ATTIVITÀ BETA SU COLTURE ENERGETICHE Sorgo Pioppo filiera biomassa - energia Robinia Arundo Girasole Colza filiera olio - energia Tabacco Soia Triticale Mais filiera biogas - energia Bietola Sorgo

5 OBIETTIVO DELLA RICERCA Valutare potenzialità e criticità della digestione anaerobica della barbabietola da zucchero come coltura dedicata per la produzione di biogas

6 FASI DELLA RICERCA Prova agronomica Conservazione della matrice Valutazione del potenziale metanigeno

7 PROVA AGRONOMICA Obiettivo: quantificare la potenzialità produttiva in campo, fornire biomassa fresca per più mesi Materiali e metodi: 2 percorsi agronomici (irrigazione e concimazione) Semina autunnale e primaverile 4 tipologie di varietà (semiforaggera, foraggera, titolo e peso) 2 località (Forli-Cesena e Modena) Modello sperimentale fattoriale con 4 repliche Dimensione parcella 5 x 1,35 = 6,75 m 2 (3 file distanziate tra loro di 45 cm. 3 epoche di raccolta primaverile e 1 autunnale

8 t/ha sostanza secca t/ha sostanza secca RISULTATI PROVA AGRONOMICA Sostanza secca totale FOGLIE E COLLETTI" RADICI FOGLIE E COLLETTI" RADICI ,607 6,709 8, ,385 19,824 22,315 a b c Foraggera Titolo Peso ,497 5,236 12,678 a 12,726 5,847 13,839 a a b semif. Titolo Peso (Concordia MO - LSD 5%) (Casemurate FC - LSD 5%)

9 % sostanza secca % sostanza secca RISULTATI PROVA AGRONOMICA % Sostanza secca sul tq 25 RADICI FOGLIE E COLLETTI" 25 RADICI FOGLIE E COLLETTI" ,810 14,376 19,268 20,75016,437 16, ,730 18,810 21,085 20,750 19,198 19,268 a 5 0 a b c a b b Foraggera Titolo Peso 5 0 ab a b b a b semif. Titolo Peso (Concordia MO - LSD 5%) (Casemurate FC - LSD 5%)

10 % Solidi volatili % Solidi volatili RISULTATI PROVA AGRONOMICA % Solidi volatili radici sulla SS ,224 95,977 97,012 94,590 96, ,929 95,063 94,750 95, ,945 a b b a b c Foraggera Titolo Peso ,402 92,333 a a a a a a semif. Titolo Peso (Concordia MO - LSD 5%) (Casemurate FC - LSD 5%)

11 t/ha solidi volatili t/ha solidi volatili RISULTATI PROVA AGRONOMICA Solidi volatili prodotti da radici e foglie FOGLIE E COLLETTI" RADICI FOGLIE E COLLETTI" RADICI ,786 5,734 7, ,324 17,277 19,126 a b c Foraggera Titolo Peso ,823 4,450 a 4,970 11,844 12,929 11,996 a a b semif. Titolo Peso (Concordia MO - LSD 5%) (Casemurate FC - LSD 5%)

12 t/ha Ssostanza secca t/ha Ssostanza secca RISULTATI PROVA AGRONOMICA S. Secca radici ed epoca di raccolta 30 Foraggera 30 Semiforaggera 25 Titolo Peso 26, Titolo Peso ,303 20,761 18,696 20,032 22, ,698 16,136 18,176 a a b a b c a b c ,231 14,345 12,341 12,974 14,200 12,927 12,605 12,216 12,890 a a a a a a a a a 0 PRIMA SECONDA TERZA 0 PRIMA SECONDA TERZA (Concordia MO - LSD 5%) (Casemurate FC - LSD 5%)

13 Conclusioni RISULTATI PROVA AGRONOMICA La percentuale di Solidi Volatili sulla Sostanza Secca ha superato in tutte le tipologie di varietà il 90%. La tipologia a titolo ha registrato le migliori caratteristiche qualitative: % SV > 96% e % di SS 21% La varietà a peso ha raggiunto le produzioni più alte in entrambe le località ( 20 e 30 t/ha di SS) la varietà foraggera ha dimostrato una elevata capacità produttiva in biomassa tal quale (> di 160 t/ha) ma con contenuto in SS e SV significativamente più bassa rispetto alle tipologia a peso e a titolo. La produzione totale di biomassa è incrementa significativamente passando dalla prima alla terza epoca di raccolta solo nella località di Concordia. La tipologia a peso ha registrato gli incrementi più interessanti ( + 27% passando dalla prima alla terza epoca di raccolta)

14 FASI DELLA RICERCA Prova agronomica Conservazione della matrice prodotta Valutazione del potenziale metanigeno

15 CONSERVAZIONE DELLA MATRICE Obiettivo: valutazione di una tecnica di conservazione della biomassa prodotta Materiali e metodi: Tecnica dell insilamento in silobag 2 tesi: solo radici intere; pianta intera trinciata Durata della prova 210 giorni con 3 momenti di osservazione: T 0 = alla creazione del silobag, T 60 = dopo 60 gg e T 210 dopo 210 gg 3 repliche

16 CONSERVAZIONE DELLA MATRICE Momento della realizzazione del silobag

17 CONSERVAZIONE DELLA MATRICE Sezione longitudinale di un fittone di bietola dopo 150 giorni di insilamento Apertura del silobag con evidente accumulo di percolato

18 % sul tal quale % sul tal quale Caratteristiche qualitative della biomassa durante la conservazione Sostanza secca Solidi Volatili 19 18, , ,5-6,5% Radici Bietola intera Pianta intera trinciata -7% -5% -4% 18 17, , ,5 Radici Bietola intera Pianta intera trinciata -7,6% -5,6% -8% -6,4% T0 T60 T210 T0 T60 T210

19 % sul tal quale % su tal quale Caratteristiche qualitative della biomassa durante la conservazione Ceneri Azoto organico 1,4 1,2 1 0,8 +9% +18% +18% +28% 2,1 1,8 1,5 1,2 Radici Bietola intera Pianta intera trinciata -89% 0,6 0,4 0,2 Radici Bietola intera Pianta intera trinciata 0,9 0,6 0,3-86% 0 T0 T60 T210 0 T0 T60 T210

20 perdita peso CONSERVAZIONE DELLA MATRICE Perdita di peso della biomassa durante la conservazione 30% 25% 20% 15% 10% 5% 0% T60 T210 giorni di conservazione

21 Conclusioni RISULTATI PROVA CONSERVAZIONE La biomassa si è conservata bene per 210 giorni Le perdite di peso sono state di circa il 15% dopo 60 giorni e del 23% dopo 210. Tali perdite sono essenzialmente dovute alla formazione di percolato La perdita di S. secca è stata di 6,5 7% dopo 60 giorni e ha subito un modesto effetto di concentrazione nella seconda fase (incrementa del 3% circa). La stessa dinamica si risconta per i solidi volatili. Le ceneri incrementano da +9% dopo 60 giorni e +18% dopo 210 nella tesi pianta intera trinciata. Nella tesi bietola intera si osserva la stessa dinamica L azoto organico dopo 60 giorni di conservazione si abbassa quasi del 90% in entrambe le tesi Sono in programma altre prove su tecniche di insilamento per migliorare l efficienza e diminuire i costi

22 FASI DELLA RICERCA Prova agronomica Conservazione della matrice prodotta Valutazione del potenziale metanigeno

23 VALUTAZIONE POTENZIALE METANONIGENO Obiettivo: valutare il potenziale produttivo della biomassa Materiali e metodi: digestione in Batch e in Continuo Metodo in Batch (eseguito presso i laboratori Bioalter, Università di Udine): Durata della prova: 60 giorni a 39 C 2 tesi : solo radice intera e pianta intera trinciata 2 ripetizioni Test eseguiti su campioni prelevati al tempo T 0 (matrice fresca), T 60 (dopo 60 giorni di insilamento) e T 210 (dopo 210 giorni) Inoculo con digestato in uscita da un impianto di scala industriale che funziona a 37 C con 3-4% di sostanza secca e ph 7.8 +/ Determinazione contenuto di metano nel biogas con gascromatografica contro una miscela standard certificata 60% di CH 4 e 40% di CO 2

24 Risultati della prova In batch Biogas Nm 3 / t S.V T0 T60 T radice intera pianta intera trincita Metano nel biogas 64,3-65,0%

25 Materiali e metodi: VALUTAZIONE POTENZIALE METANONIGENO Prova di digestione in continuo eseguita in collaborazione con CRPA: Due reattori da 23 dm 3 per due cicli di prova Campioni prelevati al tempo T 120 (dopo 120 giorni dì insilamento) Tempo di ritenzione idraulica 35 giorni, temperatura di conduzione 39 C Carico organico volumetrico variabile da 2,3 a 4,2 Kg Solidi volatili/giorno Inoculo con digestato in uscita da una precedente prova di laboratorio in cui sono state digeriti foglie e colletti di bietola e insilato di mais Analisi del biogas eseguita con analizzatore ad infrarosso Geotech GA2000 Plus: % metano, % H 2 S e %NH 3

26 Materiali e metodi: VALUTAZIONE POTENZIALE METANONIGENO Tesi a confronto e loro composizione Tesi Liquame bovino Radici di bietola Silomais Radice di bietola intera 20% 80% 0 Radice di bietola intera + insilato di mais 20% 50% 30% * Uno studio simile condotto in Germania su bietola insilata evidenziò problemi di abbassamento del ph richiedendo l utilizzo di sostanze tampone. In questo caso si è optato per l aggiunta di liquame bovino al 20%

27 VALUTAZIONE POTENZIALE METANIGENO Caratteristiche chimico-fisiche delle matrici utilizzate nella prova di digestione anaerobica in continuo Caratteristiche Radice di bietola Liquame Silomais ph 3,97 7,3 3,9 Solidi totali (% /tq) 17,20 6,66 30,2 Solidi volatili (%/ST) 90,39 83,96 94,93 Azoto totale (% ST) 2,15 4,17 1,26 Azoto ammoniacale (%NTK) 7,35 46,6 3,06 Carbonio organico totale 39,19 45,33 44,38 C/N 18,23 10,88 35,22 Fibra neutro detersa (% ST) 26,53 55,33 33,89 Fibra acido detersa (% ST) 13,71 32,58 27,28 Lignina acido detersa (% ST) 4,28 8,5 3,56

28 RISULTATI PROVA IN CONTINUO Tesi Biogas Nm 3 /t SV CH 4 (%) H 2 S (ppm) NH 3 (ppm) Liquame bovino + radici bietola 718,4 ± 87,5 63,6 ±1,9 211,2±198,5 32,7 ± 21,8 Liquame bovino + radici bietola + silomais 649,1 ± 58,9 63 ± 2,0 169,4 ± 93,0 11,9 ±10,3 a Resa in CH 4 solo liquame 173 Nm 3 /t SV Resa in CH 4 solo silomais 399 Nm 3 /t SV

29 Potenzialità produttiva di metano: solo radici Radici bietola 790 ± ± 15 Potenzialità produttiva di metano: solo foglie e colletti a Tesi Biogas Nm 3 /t SV CH 4 Nm 3 /t SV Foglie e colletti 434 ± ± 18 Risultati di prove condotte da Beta nel 2008/2009

30 Nm 3 metano per ha Nm 3 metano per ha VALUTAZIONE POTENZIALE METANIGENO FOGLIE E COLLETTI RADICI Foraggera Titolo Peso FOGLIE E COLLETTI RADICI a b c a a b semif. Titolo Peso (Concordia MO - LSD 5%) (Casemurate FC - LSD 5%)

31 CONFRONTO POTENZIALE METANIGENO mais vs bietola Ipotesi produttiva mais: 60 t/ha di biomassa 32% SS 95% SV su SS 716 Nm 3 /t SV di biogas 55,7% CH Nm 3 /t SV di CH Nm 3 /ha Ipotesi produttiva bietola: 511 Nm 3 /t SV di CH 4 radici 243 Nm 3 /t SV di CH 4 foglie 4,4-5,9 t/ha di SV foglie e colletti 12,3-19,2 t/ha di SV radici 63% CH Nm 3 /ha Nm 3 /ha

32 Conclusioni digestione in continuo Le analisi qualitative del biogas prodotto dalle due miscele ha evidenziato un valore medio del 63% di metano ed un contenuto in idrogeno solforato (H 2 S) ed ammoniaca (NH 3 ) basso La matrice di bietola è risultata facilmente digeribile dalla flora microbica e a permesso d impostare un tempo di ritenzione idraulica di soli 35 giorni L aggiunta di silomais ha ridotto la produzione di biogas del 9,6% (minore digeribilità rispetto alla bietola e tempo di ritenzione idraulica non ottimale)

33 Considerazioni conclusive La barbabietola ha mostrato ottime rese energetiche in termini sia di biogas sia di metano raggiungendo nelle due località in cui si è svolta la prova produzioni di e Nm 3 di metano per ettaro Tali prestazioni energetiche, confortate da un buon andamento del processo conservativo e di digestione, consentono di ipotizzare che la bietola può essere usata negli impianti di biogas in sostituzione parziale o totale del silomais Tale ipotesi necessità comunque di una valutazione economica sui costi e benefici delle due matrici In particolare va risolta in maniera più efficiente la problematica legata alla pulizia delle radici dalla terra

34 GRAZIE PER L ATTENZIONE E BUON 2011!!!!!!!!! GLI AUTORI DELLA RICERCA: Marco Caliceti 1 - Giuseppe Ciuffeda 1, Lorella Rossi 2 Giovanni Bellettato 3 1 Beta scarl, società di ricerca in agricoltura 2 CRPA Centro ricerche produzione animale 3 ANB Associazione nazionale Bieticoltori

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