Tutolo, sottoprodotto del mais per uso energetico

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1 CARATTERISTICHE QUALI-QUANTITATIVE DAL CAMPO ALLA TRINCEA Tutolo, sottoprodotto del mais per uso energetico di M. Blandino, M. Calcagno, C. Ferrero, C. Fabbri, C. Vanzetti, A. Reyneri Il mais è la coltura di maggiore interesse come fonte di biomassa per impieghi energetici nel Nord Italia. Per questo con l aumento degli impianti a biogas nel settore agrozootecnico è fortemente cresciuta l attenzione alla raccolta e alla valorizzazione dei sottoprodotti, nell ottica di aumentare il reddito ottenibile dalla maiscoltura a beneficio delle aziende agricole. In particolare, il recupero del solo tutolo, senza brattee o parti di stocco, fornisce un materiale suscettibile di diversi utilizzi che, a differenza degli altri sottoprodotti, non compromette in modo significativo né il reintegro della sostanza organica nel terreno né il sistema produttivo del mais da granella. Finora l impiego del tutolo era vincolato all uso delle ormai obsolete spannocchiatrici. Viceversa, Capac (Consorzio agricolo piemontese per agroforniture e cereali), in collaborazione con un azienda esperta nella progettazione e costruzione di macchine agri- Nella filiera produttiva del mais da granella il tutolo è un sottoprodotto che ha mostrato caratteristiche molto interessanti per il suo reimpiego nella digestione anaerobica: alti livelli di emicellulose e cellulosa, bassi tenori in ceneri e lignina, potenziale energetico di 250 Nm 3 CH 4 /t s.v. cole e con il contributo della Regione Piemonte (progetto Enercob), ha realizzato e messo a punto un attrezzatura idonea alla raccolta e allo sminuzzamento dei tutoli simultaneamente alla mietitrebbiatura della granella di mais (vedi approfondimento a pag. 14). Grazie ai positivi risultati ottenuti, nel 2013 la raccolta dei tutoli ha raggiunto dimensioni importanti, dell ordine di qualche migliaio di ettari, favorendo così lo sviluppo di una filiera locale volta alla loro valorizzazione in impianti di digestione anaerobica, consentendo al contempo anche un miglioramento della sostenibilità ambientale del settore. Il recupero del tutolo rappresenta, quindi, una strategia alternativa che permette di sfruttare e valorizzare la coltura del mais senza penalizzarne gli impieghi tradizionali. In questo articolo sono riassunte le principali informazioni agronomiche e produttive del tutolo in relazione alla produzione di granella, nonché considerazioni sulle modalità di conservazione. Produzione di tutoli in campo Ai fini di un impiego ottimale dei tutoli e per una corretta valutazione del valore economico occorre poter effettuare previsioni attendibili sul livello di produzione di sostanza secca a scala aziendale e territoriale. Per questo sono stati parametrizzati la produzione e l umidità dei tutoli (incognita) a quelli della granella (conosciuta e ordinariamente misurata). In tabella 1 sono riportati il valore medio, minimo e massimo dei para- 11

2 BIOGAS TABELLA 1 - Parametri produttivi medi di tutolo e granella da campioni sperimentali di mais (campagna 2012) Parametro Media Minimo Massimo Peso medio spiga tal quale ( Peso medio tutolo tal quale ( Produzione granella (14% umidità) (t/ha) 15,1 7,8 19,1 Produzione tutoli tal quale (t/ha) 3,0 1,8 4,1 Produzione tutoli s.s. (t/ha) 1,9 1,3 2,4 Lunghezza tutolo (cm) Rapporto tutolo tal quale/granella ( 1 ) (%) 18,7 12,2 35,2 Rapporto tutolo secco/granella ( 2 ) (%) 11,6 6,7 25,6 Umidità granella (%) 24,6 17,6 42,5 Umidità tutolo (%) 41,8 21,1 63,9 TABELLA 2 - Parametri produttivi medi di tutolo e granella da raccolta in pieno campo (campagna 2012) Parametro Media Produzione granella (13% umidità) (t/ha) 11,6 Produzione tutoli tal quale (t/ha) 1,64 Rapporto tutolo tal quale/granella ( 1 ) (%) 14,1 Umidità granella (%) 24,3 Dati riferiti alla trebbiatura utilizzando il prototipo munito di kit per la raccolta e la trinciatura dei tutoli di campi aziendali raccolti nel 2012 nei principali areali maidicoli piemontesi. ( 1 ) Rapporto percentuale tra la produzione in tutolo tal quale e la produzione di granella espressa al 13% di umidità. La produzione di tutolo trinciato è risultata mediamente pari a 1,6 t/ha tal quale, a fronte di una produzione di granella media di 11,6 t/ha. Dati riferiti a campioni prelevati a mano in campi aziendali e sperimentali realizzati in Piemonte. I dati misurati si riferiscono a prelievi manuali di spighe in campo e successiva sgranatura in laboratorio e non a trebbiature meccaniche. ( 1 ) Rapporto percentuale tra la produzione in tutolo tal quale e la produzione di granella espressa al 14% di umidità. ( 2 ) Rapporto percentuale tra la produzione in tutolo secco e la produzione di granella espressa al 14% di umidità. In media il tutolo rappresenta il 15% del peso di una spiga di mais alla raccolta; pertanto, a fronte di una produzione media di circa 15 t/ha di granella, è attesa una raccolta potenziale di 3 t/ha di tutolo (42% di umidità). La conservazione del tutolo può essere effettuata mediante insilamento nelle trincee aziendali, in miscela a strati sovrapposti con trinciato di mais o sorgo metri produttivi di granella e tutoli valutati su campioni prelevati manualmente in parcelle sperimentali, rappresentativi di differenti condizioni ambientali e agronomiche, monitorate nel corso di tutta la campagna di raccolta In media il tutolo rappresenta il 15% del peso di una spiga di mais alla raccolta. Pertanto, a fronte di una produzione media di circa 15 t/ha di granella, è attesa una raccolta potenziale di 3 t/ha di tutolo (al 42% di umidità, rispetto a un umidità media della granella alla raccolta del 24,6%). Dalle prove condotte nel 2012 in pieno campo utilizzando la mietitrebbiatrice dotata di kit (tabella 2), la produzione di tutolo trinciato è risultata mediamente pari a circa 1,6 t/ha tal quale, a fronte di una produzione di granella media di 11,6 t/ha. La relazione tra umidità della granella e umidità del tutolo, se si escludono i pochi casi di raccolte effettuate con umidità della granella superiori al 34% o inferiori al 19%, assume un andamento lineare (grafico 1) ed è pertanto possibile risalire all umidità del tutolo misurando quella della granella alla raccolta con un accettabile accuratezza. Composizione e potere metanigeno I tutoli raccolti nelle diverse condizioni sono stati sottoposti ad analisi chimiche al fine di valutare la loro composizione e, in definitiva, il loro potere metanigeno (tabella 3). Le frazioni fibrose rappresentano complessivamente oltre l 85% della sostanza secca del tutolo: più in dettaglio le emicellulose, frazione fibrosa facilmente utilizzabile dai microrganismi, sono circa il 40%; le cellulose, utilizzabili in digestione anaerobica ma con tempi più lunghi, sono il 29% circa; infine, la lignina, rappresenta circa il 16%. Il contenuto proteico è di poco superiore al 3% e i lipidi sono praticamente assenti. Il contenuto in ceneri è ridotto così come quello in potassio se confrontato con prodotti di tessuto vegetale attivo e fotosintetizzante. Il potenziale metanigeno (BMP, acronimo inglese di Biochemical methane potential) è stato misurato nei laboratori del Crpa di Reggio Emilia: mediamente la resa in biogas dei tutoli freschi è risultata pari a 481 ± 39 Nm 3 /t s.v. (solidi volatili) con una percentuale di metano del 52 ± 0,7%, che si traduce in una resa di 250 ± 20 Nm 3 /t s.v. Rapportando la produzione in metano al contenuto di solidi volatili si deduce che la resa in metano è pari a 146 ± 8 Nm 3 /t t.q., equivalente a un rapporto con silomais standard (SMeq) pari a 1,32 ± 0,08 t/t. Rispetto alla produzione di granella, la produzione areica e la composizione dei tutoli di mais è meno influenzata dalle tecniche agronomiche adottate (epoca di semina e raccolta, concimazioni, trattamenti di difesa). Tra le condizioni agronomiche che possono condizionare maggiormente la produzione in tutoli ci sono l investimento colturale o il manifestarsi di condizioni di stress nutrizionali. Confrontando ambienti di coltivazione, ibridi e percorsi agronomici, si è evidenziato che la composizione del tutolo è assai più stabile di quella degli insilati di mais integrale e in genere di 12 supplemento a L Informatore Agrario 43/2013

3 GRAFICO 1 - Relazione tra umidità della granella alla raccolta e umidità del tutolo Umidità tutolo (%) Umidità granella (%) La relazione tra umidità della granella e umidità del tutolo assume un andamento lineare ed è pertanto possibile risalire all umidità del tutolo misurando quella della granella alla raccolta con un accettabile accuratezza. TABELLA 3 - Composizione media e potenziale metanigeno del tutolo di mais confrontato con silomais Parametro Tutolo Fresco Silomais Sostanza secca (%) 60,87 ± 5,48 31,89 ± 0,41 NDF g s.s.) 85,93 ± 3,86 40,24 ± 10,8 ADF g s.s.) 45,48 ± 2,05 25,08 ± 0,64 ADL g s.s.) 16,59 ± 5,36 4,97 ± 1,83 Azoto totale g s.s.) 0,56 ± 0,11 1,24 ± 0,01 Proteine totali g s.s.) 3,37 ± 0,68 7,44 ± 0,058 Ceneri g s.s.) 2,44 ± 0,94 5,13 ± 0,60 Lipidi g s.s.) 0,68 ± 0,25 3,86 ± 1,11 Carbonio organico (mg/kg s.s.) ± ± P (mg/kg s.s.) 7.273,64 ± 1.620, ,50 ± 414,83 K (mg/kg s.s.) 735,51 ± 245, ,52 ± 256,15 Mg (mg/kg s.s.) 496,11 ± 134,99 Fe (mg/kg s.s.) 119,37 ± 29,80 Si g s.s.) 0,58 ± 0,6 ph 5,31 ± 0,77 3,74 ± 0,02 BMP (Nm 3 CH 4 /t s.v.) 250 ± ± 18 I valori riportati si riferiscono alla media di 27 campioni ± la deviazione standard. I dati di silomais si riferiscono a campioni insilati relativi alla campagna 2012 prelevati presso la Cooperativa Speranza e analizzati dallo stesso laboratorio. Le emicellulose, frazione fibrosa facilmente utilizzabile dai microrganismi, sono circa il 40% della sostanza secca del tutolo. altri prodotti impiegati per alimentare i digestori anaerobici, costituiti da importanti frazioni di parti vegetative (foglie, stocchi) soggette a processi rapidi di senescenza, e questo facilita il suo inserimento nella razione. Conservazione L impiego dei tutoli di mais per uso energetico nei biodigestori non può prescindere dagli aspetti di conservazione, essendo la raccolta concentrata nel periodo autunnale in un arco di tempo di circa giorni, mentre l utilizzo potenziale è distribuito nel corso dell anno. Per la conservazione del tutolo trinciato, che proviene dal campo con un umidità compresa tra 25 e 60%, l insilamento è la migliore soluzione. Le analisi effettuate su campioni di tutoli soggetti a diversi sistemi di conservazione in trincea, in silobag e in rotoballe fasciate con materiale plastico hanno verificato che i tutoli mantengono le loro caratteristiche nutritive pressoché inalterate. In media, le diverse modalità di conservazione hanno determinato un abbassamento del ph di circa un punto (da 5,3 a 4,2) in seguito all attacco dei carboidrati fermentescibili a opera dei batteri lattici. Le variazioni a carico delle componenti fibrose sono risultate minime, così come quelle relative a proteine e lipidi. L insilamento del tutolo nelle trincee aziendali può essere effettuato miscelando a strati sovrapposti il trinciato di mais di secondo raccolto. Presso la Cooperativa Speranza (Candiolo, Torino) è stata realizzata una trincea co-insilando tutoli e trinciato di mais (300 t di prodotto complessivo). Tutte le operazioni di compattamento e copertura sono state effettuate con la tradizionale organizzazione del cantiere di insilamento. Con il desilamento della trincea è stato possibile campionare, in funzione dello spessore dello strato, il tutolo trinciato in purezza o in miscela con il silomais a circa il 50%. In miscela con il silomais i tutoli presentano, come atteso, un minor ph e maggiori contenuti di acido lattico e acetico rispetto al campione prelevato nello strato di tutoli in purezza (tabella 4). Conclusioni Il campionamento e l analisi di tutoli prelevati in diversi contesti ambientali e colturali mettono in evidenza come questo sottoprodotto della coltivazione del mais da granella risulti poco influenzato in termini produttivi e di composizione dalle condizioni di coltivazione. Il tutolo, costituito essenzialmente da emicellulose e cellulosa, con basse percentuali di lignina e ceneri, si conferma quindi un materiale dotato di un ottimo potenziale energetico (circa 250 ± 20 Nm 3 CH 4 /t s.v.), con vantaggi nel caso di impiego in impianti di digestione anaerobica connessi al modesto tenore in azoto e alla riduzione dei volumi del digestato dovuto all elevato tenore in sostanza secca. Il prodotto conferito all azienda utilizzatrice può essere impiegato con diverse modalità: fresco durante il periodo della raccolta, insilato con trinciati di cereali disponibili nel periodo della raccolta o insilato in purezza. continua a pag

4 BIOGAS RACCOLTA E SMINUZZAMENTO DEI TUTOLI Lo sviluppo progettuale e l applicazione del sistema di raccolta dei tutoli sono avvenuti su una mietitrebbiatrice di serie dotata di battitore a rotore assiale e senza scuotipaglia. Questi gli elementi implementati: modifiche interne alla mietitrebbiatrice per separare i tutoli dagli altri residui di raccolta e trebbiatura; un kit di nuova concezione applicato alla parte posteriore della mietitrebbiatrice e formato essenzialmente da: un frantumatore regolabile per lo sminuzzamento dei tutoli; un cassone di stivaggio dei tutoli durante la raccolta, dotato di capacità tale da non richiedere svuotamenti più frequenti di quelli necessari per la granella; un sistema di scarico dei tutoli nei mezzi di trasporto. La potenza e il movimento degli organi del kit (dispositivo di sminuzzamento, coclee, sistemi pneumatici) derivano dal motore di serie della mietitrebbiatrice attraverso trasmissioni a cinghie e un impianto idraulico indipendente. La mietitrebbiatrice equipaggiata con il kit è conforme alle norme italiane di circolazione su strada e di sicurezza europee. La sagoma e i pesi della macchina non ne compromettono la maneggevolezza rispetto al modello di serie. Grazie al cassone di stivaggio dei tutoli durante la raccolta non necessita della presenza di rimorchi trainati o affiancati alla mietitrebbiatrice. Le prove hanno dimostrato che l operatività della mietitrebbiatrice non è stata penalizzata in modo significativo dalla raccolta simultanea di tutoli e granella. Lo svuotamento del cassone contenente i tutoli richiede tempi superiori del 25-30% rispetto a quelli di scarico della granella, tuttavia la possibilità di svuotamento contemporaneo dei due prodotti consente di ottimizzare i tempi di fermata connessi a queste operazioni. Misure effettuate durante la raccolta e il trasporto hanno per- messo di verificare una densità media dei tutoli freschi sminuzzati pari a 200 kg/m 3. Il trasporto dei tutoli dopo la raccolta è avvenuto normalmente in due fasi: su carri agricoli dal campo a un deposito temporaneo prossimo alla zona di raccolta; da quest ultimo al luogo di utilizzo su autoarticolati di grande volume (95 m 3 ) dotati di pavimento mobile per agevolarne lo scarico. La ridotta pezzatura dei tutoli sminuzzati durante la raccolta ne ha consentito l utilizzo diretto, senza necessità di ulteriori trattamenti di macinazione. Le misurazioni effettuate hanno evidenziato che circa il 21% del materiale raccolto ha una pezzatura inferiore a 5,5 mm, il 28% tra 5,5 e 10 mm, il 46% tra 10 e 20 mm; la frazione più grossolana, comunque inferiore ai 30 mm, rappresenta il 4%. La presenza di brattee sfilacciate con lunghezza superiore a 30 mm sono risultate mediamente intorno all 1% in peso. Le produzioni di tutoli riscontrate in campo con l utilizzo del kit sono state mediamente pari a 1,6 t/ha e variabili da poco più di 1 t/ha a quasi 2 t/ha, a seconda delle situazioni colturali e dell efficienza del sistema di raccolta (perdite di campo medie del 20%). La messa a punto dell attrezzatura è il risultato di un compromesso tra la quantità di tutoli raccolti e la presenza di «impurità» costituite soprattutto da brattee. Il sistema di raccolta e sminuzzamento dei tutoli è stato realizzato da Agricinque di Racca (Marene in provicnia di Cuneo) con la collaborazione di Capac. Foto A Mietitrebbiatrice in campo. Nella parte posteriore della macchina è visibile il kit per la raccolta dei tutoli Foto B Scarico simultaneo di tutoli (a destra) e di granella (a sinistra) Foto C La possibilità di scarico contemporaneo della granella e dei tutoli consente di ridurre i tempi morti della mietitrebbiatura B A C 14 supplemento a L Informatore Agrario 43/2013

5 segue da pag. 13 A seconda delle quantità di prodotto che l azienda ritiene opportuno ritirare e della dimensione impiantistica che ne permette l utilizzo, le tre modalità di gestione possono essere applicate con diversa intensità singolarmente o in contemporanea. L elevato contenuto in fibre e il basso contenuto in proteine e lipidi, inoltre, permette una buona capacità di conservazione sia in miscela con silomais sia in purezza. Infine, da un punto di vista della fertilità dei terreni agrari nel medio-lungo periodo, è importante sottolineare che l asporto del solo tutolo, a differenza di quanto avviene imballando gli stocchi, permette un ritorno importante di residui, tale da sostenere nel medio e lungo periodo il mantenimento della quota fondamentale di sostanza organica nel suolo. Inoltre, l apporto della sostanza organica recalcitrante derivante dal digestato prodotto con il tutolo può migliorare significativamente l arricchimento dei terreni. TABELLA 4 - Conservazione dei tutoli a strati alternati al trinciato di mais in trincea Tutoli in trincea ( 1 )ph lattico acetico propionico In definitiva, la filiera di recupero del tutolo di mais per l uso in impianti di digestione anaerobica, analizzata nel progetto di ricerca, ha messo in evidenza ottime performance produttive sotto l aspetto del recupero di sostanza organica e della riduzione dell utilizzazione di terreni agricoli, garantendo al contempo un integrazione di reddito per i cerealicoltori. D altra parte, le possibili alternative di utilizzazione del butirrico Strato in purezza 4,6 0,11 0,36 <0,01 <0,01 Strato in miscela 4,1 1,23 1,35 0,27 0,04 Significatività *** *** *** *** *** Parametri contrassegnati dall asterisco indicano differenze statisticamente significative (* < 0,05; ** < 0,01; *** < 0,001; n.s. non significativo). ( 1 ) I dati riportati si riferiscono all insilamento di tutoli in trincea di silomais. Il confronto è operato tra un campione prelevato dal fronte della trincea su uno strato di tutoli in purezza (10-15 cm di altezza), rispetto a campioni prelevati da strati di tutoli di ridotto spessore e miscelati al silomais. In miscela con il silomais i tutoli presentano un minor ph e maggiore contenuto in acido lattico e acetico rispetto al campione prelevato nello strato di tutoli in purezza. BIOGAS tutolo hanno impatti ambientali e costi energetico-economici che possono differire notevolmente e pertanto la messa a punto del modello organizzativo è fondamentale per garantire il successo della filiera. Massimo Blandino Matteo Calcagno, Amedeo Reyneri Dipartimento di scienze agrarie, forestali e alimentari Università di Torino Carlo Ferrero Capac, Consorzio agricolo piemontese per agroforniture e cereali soc. coop. agr. Claudio Fabbri Crpa, Reggio Emilia Carlo Vanzetti Cooperativa agricola Speranza Progetto di ricerca Enercob - Iniziativa svolta e finanziata nell ambito del Programma di sviluppo rurale FEASR Sfide «Health Check» della Regione Piemonte. Per commenti all articolo, chiarimenti o suggerimenti scrivi a: redazione@informatoreagrario.it 15