Risparmio di costi e terreno grazie alla canna comune

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1 BIOGAS-BIOMASSE Da una sperimentazione in pieno campo promossa una nuova coltura energetica di Luca Corno1, Samuele Lonati1, Carlo Riva1, Daniel Puglisi, Roberto Pilu, Fabrizio Adani1 Risparmio di costi e terreno grazie alla canna comune Caratterizzata da rusticità, resistenza e alta produttività L a digestione anaerobica è oggi un processo diffuso in tutta Europa che vede Germania, Gran Bretagna e Italia come i principali attori. L Italia è il terzo produttore di biogas con una quantità di energia generata pari a GW. Il sistema di incentivazione, che ha determinato un forte sviluppo del settore negli ultimi 8 anni, vede ora un forte rallentamento dovuto alla riduzione dei contributi statali e all incertezza legislativa con particolare riferimento al biometano. In aggiunta, il basso costo delle fonti energetiche fossili rischia di rendere il settore della digestione anaerobica ulteriormente meno competitivo. In un tale contesto, la sopravvivenza del settore biogas, come più volte riportato anche dalle pagine di questo giornale (TV n ), non deve basarsi esclusivamente sulla logica dell incentivazione ma deve necessariamente considerare la riduzione dei costi di produzione del biogas/biometano, per rendere il biogas competitivo a prescin- dere dalle politiche energetiche e di incentivazione. Circa il 3-35 del costo di produzione del biogas è imputabile alla produzione e all impiego di colture energetiche (es. mais), necessarie queste per impianti grandi (1 MW) perché contribuiscono per almeno il 7 alla produzione di metano di un impianto agricolo. La riduzione del costo della coltura energetica diviene un fattore determinante per poter proporre impianti di grande dimensione, sostenibili dal punto di vista economico. In questo scenario si colloca l Arundo donax L. o canna comune, una pianta erbacea che negli ultimi anni sta suscitando un grande interesse nella comunità scientifica e non solo, per il suo sfruttamento a livello energetico e industriale. Arundo donax è una pianta perenne erbacea rizomatosa ampiamente diffusa in tutti i continenti e su tutto il territorio italiano. Data la sua rusticità e resistenza, essa è in grado di svilupparsi e crescere in condizioni pedoclimatiche molto differenti. L attenzione per questa coltura trova giustificazione nella notevole quantità di biomassa prodotta (tab. 1), nella sua resistenza ai diversi stress abiotici e biotici, nella multifunzionalità del suo impiego per scopi energetici, nel ridotto numero di interventi agronomici Tab. 1 - Rese di canneti artificiali di A. donax * Paese Spagna Spagna Centro Italia Centro Italia Sud Italia Descrizione 3 anno 3 anno anno anno 4 anno 3 anno (terreno marginale) 1 anni 4 anno Resa (t s.s./ha) 45,9 6,3-18,6,3 33 4,4 37,7 34,9 *in Spagna e Italia (modificata da Corno et al. 14). 6 terra vita n Referenze Hidalgo and Fernandez, Christou et al., 5 Nassi o Di Nasso et al., 13 Angelini et al., 9 Mantineo et al., 9 (fertilizzanti, anticrittogamici e apporti idrici) e conseguentemente nei costi molto competitivi (7-1 /ha) rispetto alle più tradizionali colture energetiche come il mais ( /ha). Lo sfruttamento della pianta per scopi energetici e industriali può essere potenzialmente molto vario, a seconda delle caratteristiche del materiale raccolto. La canna comune può essere impiegata nella produzione di biogas, di bioetanolo o di cippato per la combustione diretta. Dalla biomassa è inoltre possibile estrarre e isolare un pool di diversi composti chimici che possono essere materia prima per svariate filiere: è possibile fornire composti molecolari e materie prime per le industrie produttrici di carta, prodotti alimentari, cosmetici, farmaceutici ed edilizi. Recentemente, la possibilità di impiegare la canna comune per produrre biogas è stata investigata in laboratorio (Corno et al., 15),. I risultati mettono in evidenza come questa biomassa produca circa il 7 del biometano potenziale ottenibile con mais. In particolare valori di produzione di bio-metano per A. donax di 51 Nm3 CH4/tss, sono in linea con quelle le produzioni delle colture energetiche tradizionali utilizzate per produrre biogas. Nonostante ciò, ad oggi, non esistono dati relativi all utilizzo di A. donax in un impianto di biogas di scala reale. Una pianta energetica Il Gruppo Ricicla DiSaa di Milano propone in questo articolo i risultati di una sperimentazione di pieno campo su un impianto di biogas di scala reale di 38 kw di potenza (volume.66 m3; temperatura di esercizio 38-4 C) sito nel nord Italia, in cui il mais è stato parzialmente sostituito con insilato di canna comune. L impianto considerato viene abitualmente alimentato con insilato di mais, miscelato ad

2 altre biomasse, come riassunto in tab.. La parziale sostituzione del mais con A. donax è stata effettuata considerando la produzione potenziale di biogas, i.e. una eguale produzione di biometano da mais è stata sostituita con una quantità di A. donax in grado di produrre la medesima quantità di metano. Tale scelta deriva dal fatto che le colture energetiche possono avere una grossa variabilità produttiva in funzione delle loro caratteristiche, epoca di raccolta etc. L impianto, il suo funzionamento, le caratteristiche chimico-fisiche del digestato, le produzioni di gas ed energia elettrica sono state costantemente monitorate in tre fasi successive per un periodo di monitoraggio complessivo di quasi 1 giorni durante l anno 15: - fase 1: monitoraggio della fase metanigena stabile con alimentazione a solo mais (Mix 1) come coltura energetica (Mix 1); - fase : sostituzione della miscela con solo mais con una nuova miscela che contiene A. donax e mais (Mix ) (66 giorni- fase di wash-out); - fase 3: monitoraggio della fase metanigena stabile con Mix (A. donax + mais). L insilato di mais (14) è stato coltivato e insilato mediante le tradizionali tecniche agronomiche; in particolare è stato impiegato insilato di mais di primo raccolto nella fase 1 (Mix 1) e di secondo raccolto nelle fasi e 3 (Mix ) con rese di circa 19 t s.s./ha e 19.8 t s.s./ha, rispettivamente. La biomassa di A. donax deriva da un Arundeto costituito presso un azienda agricola del nel 16 partendo da piantine micropropagate fornite dalla società Arundo Italia (Pe). Il suolo è stato arato ed erpicato prima di accogliere le piantine, interrate con una densità di circa 1. piante/ha; durante il primo anno, sono state effettuate delle irrigazioni per facilitare l attecchimento. La resa al secondo anno di impianto (14) (biomassa utilizzata per la sperimentazione) è stata di 33 t s.s./ha. Tab. Miscele di alimentazione e biogas e biometano prodotto Richieste minori superfici chimica delle miscele usate nelle diverse fasi non ha mostrato significative differenze, ad eccezione del maggiore contenuto di solidi totali a causa del maggior impiego di biomassa energetica nel Mix (tab. 3). Come è possibile notare dalla fig.1, la produzione di biogas, corrente elettrica e metano sono rimasti costanti per tutto il periodo di monitoraggio con nessuna variazione statisticamente significativa data dalla modifica della miscela di alimentazione. Durante le due fasi di monitoraggio 1 e 3, sono state registrate delle produzioni di metano non statisticamente differenti, pari a Nm3/giorno e Considerando i biogas potenziali () delle singole biomasse impiegate nelle miscele di alimentazione, è possibile identificare il contributo delle colture energetiche, mais e A. donax alla produzione totale di bio-metano (tab. ). In particolare, il contributo è stato pari (come della totalità di metano prodotto) all 85.4 nel Mix 1 (miscela al 73 di mais) e 8. nel Mix (miscela al 6 di mais e 13 di A. donax), praticamente identico. Il contributo dato dal mais alla produzione di metano è stato perciò diminuito di circa il nel Mix, sostituito da A. donax. La caratterizzazione 16 Input Input (ss) t/g t/g Mix 1 Insilato di A. donax Mix 15 18,5,9 37, ,5,9 38,6 Nm3/t. s.s ,74,5,58,55,8 6,45 4,51,91,59,58,54,8 7, CH ,3 65,3 59,8 51, ,8 6 61, Nm3/t s.s , , Nm3/g Nm3/g ,1 46, , 46, ,6 3,97 5,37 1,6 1, ,3 15,7 5,44 6,13 1,83 1, ,4 19 9,9 4, ,6 4, ,4 5,11 6,33 1,73 1,4 1 66,6 15,6 7, 6,76 1,99 1,5 1 : biogas potenziale. : biometano potenziale. Tab. 3 Caratterizzazione chimica di biomasse, miscele e digestati ph Mix 1 Insilato di A. donax Mix Digestato Fase 1 Digestato Fase Digestato Fase 3 3,36 7,54 7,19 8,99 4,87 3,74 4,66 7,39 8,1 8,6 5,81 7,96 8,7 7,76 Sost. secca 31,6,8 8,9 88, ,7 3,4 3,3 9,1 88,9 1,5,7 8,94 8,3 9,5 Solidi AGV Alcalinità Ammoniaca Azoto volatili totale g CH3COOH/kg g CaCO3/kg g/kg s.s. g/kg s.s. 95, 1,8 1,7 3,35 1,5 76,7 6,55 1,4 38,7 68,1 69,3 15,1 16,6 16,7 5,5 98,5 1,44 87,7,1 7,96 1, 7 9,9 8,41 8,45 5,98 18,8 96,9 18,5 9,3 1,5 11, 93,3 11,8 11 8,87 83,6 6,9 11,4 6 54,4 67,8 46,8 48,5 1 45,9 98,7 1,51 86,8, 9,76 1,1 7,1 89,4 11,5 11,1 8,33 1,3 77,,47 14,7 3,7 55,8 78,9,16 13,5 34,3 6,4 77,85 15,5 3 56, Nm3/giorno, rispettivamente, mentre la produzione di corrente elettrica ottenute erano pari a kw/giorno e 9.55 kw/giorno. Il funzionamento dell impianto è stato anche valutato attraverso la caratterizzazione del fermentato prelevato durante la digestione anaerobica (tab. 3). I dati mostrano, per le due miscele, condizioni ottimali per lo svolgimento della digestione anaerobica, a riprova che l introduzione di A. donax non sortiva effetti negativi. La sostituzione dell insilato di mais con la canna comune è stata valutata anche in ter»»» mini economici (tab. 4). n terra vita 63

3 BIOGAS-BIOMASSE Fig. 1 - Biogas, biometano e energia elettrica* *e di metano nel gas registrati nelle fasi di monitoraggio dell impianto Biogas Biometano Energia elettrica CH Nm3 /g; Nm3 CH4/g; kw/g Fase 1 1 Fase Fase Giorni Fig. - Valutazioni economiche riferite all impianto * in base alla di corrente elettrica prodotta da A. donax (a) costi totali di approvvigionamento della biomassa da colture energetiche; (b) fabbisogno di superficie annuale per la coltivazione delle colture energetiche; costo di produzione dovuto al costo delle biomasse del biogas (c) e dell energia elettrica (d). B ha/anno /anno A kw da A. donax C D,14,6,1,5,4,8 /kw /m3,1,3,6,,4,1, kw da A. donax kw da A. donax 64 terra vita n. 6-16, kw da A. donax Il primo effetto della sostituzione del mais con A. donax è stata la riduzione delle superfici necessarie per la produzione di biomassa grazie alle maggiori rese ottenibili: a parità di biogas prodotto è necessaria una minore superficie agricola coltivata e il ridotto costo di produzione della biomassa, dovuta ai minori interventi agronomici, hanno comportato una riduzione dei costi di approvvigionamento della biomassa del 9. Confrontando i costi per l ottenimento di biogas e di corrente elettrica attribuibili al solo costo delle colture energetiche (tab. 4) si può notare come, con l inserimento della canna comune nella miscela di alimentazione, era possibile ridurre il costo rispettivamente di 16,6 e per la produzione di biogas e corrente elettrica. Ipotizzando la crescente sostituzione del mais con A. donax sino alla sua completa surrogazione si ottiene quando riportato in fig.. In particolare, le proiezioni riportate in figura indicano che all aumentare della percentuale di corrente elettrica ottenuta da A. donax (grado di sostituzione del mais con A. donax), si riducono fortemente i costi di produzione della biomassa (riduzione del 75,5) (figura a), risparmiando, inoltre, circa il 36 di superficie coltivata (figura b): da 91 ettari (1 mais) si scende a 58 ha (1 A. donax). La forte riduzione del costo di approvvigionamento della biomassa si riflette sul costo di produzione del biogas e dell elettricità, portando in questo caso ad importanti risparmi pari al 75 e 8 (fig. c, d). Va inoltre sottolineato che le valutazioni riferite al caso studio sono state effettuate considerando una resa della coltura di A. donax al secondo anno di impianto e pari a 33 t s.s./ha; tenuto in considerazione che nell areale della Pianura padana le produzioni potrebbero essere superiori negli anni successivi, e pari a circa 4 t s.s./ha, la riduzione dei costi potrebbe subire degli ulteriori incrementi. Uno sguardo al futuro Arundo donax è ormai una realtà del nostro territorio e molti imprenditori agricoli hanno già fatto questa scelta. Nonostante ciò, l impegno nella ricerca di nuove performance produttive non si ferma. Presso l azienda agraria didattico-sperimentale A. Menozzi, Cascina Marianna, Landriano (PV) (N 45 18, E 9 15 ) dove è ubicata la collezione di A. donax (1 cloni provenienti dal territorio Italiano e non solo), negli ultimi sei anni sono continuate le ricerche riguardanti la selezione clonale, le tecniche di propagazione e la conduzione agronomica dell arundeto. I risultati più importanti ottenuti hanno messo in evidenza: - differenze produttive, anche notevoli, tra

4 Fig. 3 - Raccolta della biomassa a fine stagione vegetativa (a) e comparazione tra cloni diversi effettuata in parcelle presso il campo sperimentale di Landriano (Pv) (Di.S.a.a., Università di Milano) (b). a b Fig. 4 - Confronto produttivo del clone selezionato Super Energy con altri cloni 6 Resa (t/ha s.s.) Ad1 Ad11 Ad1 Ad14 i diversi cloni presenti sul territorio italiano; - l importanza del primo anno d impianto per la successiva produttività dell arundeto. Ad19 Super Energy Ad34 Ad36 - l importanza di un solo sfalcio a fine stagione vegetativa (fig. 3a) per il mantenimento della vigoria dell arundeto negli anni. Tab. 4 Biogas e corrente elettrica ottenibili dalle miscele di alimentazione Ettari/anno Costo della biomassa ( /ha) Costo totale approvvigionamento biomassa ( /anno) Costo unitario biogas (colture energetiche)a ( /Nm3) Costo unitario biogas (altre biomasse)b ( /Nm3 ) COSTO TOTALE BIOGASc ( /Nm3) Costo unitario e. el. (colture energetiche)a,d ( /kwh ) Costo unitario e. el. (altre biomasse)b,d ( /kwh ) COSTO TOTALE ENERGIA ELETTRICA c ( /kwh ) Mix 1 (mais) ,1,36,5,18 Mix (mais +canna) ,1,34,4,17 Costi riferiti solo all approvvigionamento delle biomasse da coltura energetica. b Costi dovuti solo al costo della farina di mais (19 /t). c Costi totali del biogas ed energia elettrica calcolati con i costi di manutenzione, gestione e ammortamento riferiti a un impianto di 55 kwh (Riva et al., 14). d Energia elettrica calcolata considerando il potere calorifico inferiore del metano pari a 8,79 kw/m3 CH4. a 16 Prove comparative effettuate in parcelle replicate (fig. 3b) hanno portato alla selezione del clone più produttivo: il Super Energy, ceduto all Università di Milano e in fase di registrazione al Cpvo (Community plant variety office). Questo clone si è dimostrato facile da micropropagare a partire da frammenti di canna, facendo registrare anche le migliori performance produttive che superano le 4 t s.s./ha, nettamente superiori ai cloni utilizzati nello studio comparativo (fig. 4). n Ringraziamenti Gli Autori ringraziano la società Arundo Italia e la società agr. Lanzoni per il supporto dato. Gruppo Ricicla, Laboratorio Biomasse e Bioenergia, Di.S.A.A., Università di Milano, via Celoria - Milano. Lab. Genetica e Gruppo Ricicla, Di.S.A.A, Università di Milano, via Celoria - Milano. 1 n terra vita 65

5 w w w. t e r r a e v i t a. i t Edagricole - Edizioni Agricole di New Business Media s.r.l. Tutti i diritti riservati, a norma della Legge sul Diritto d Autore e le sue successive modificazioni. Ogni utilizzo di quest opera per usi diversi da quello personale e privato è tassativamente vietato. Edagricole - Edizioni Agricole di New Business Media s.r.l. non potrà comunque essere ritenuta responsabile per eventuali malfunzionamenti e/o danni di qualsiasi natura connessi all uso dell opera.