Università degli Studi di Torino Facoltà di Agraria Corso di Laurea Specialistica in Agroecologia Curriculum Agroingegneria Gestionale e del Territorio Riassunto della tesi di Laurea IL MAIS COME FONTE ENERGETICA: APPLICAZIONE PER L ESSICCAZIONE DEL RISONE. Relatore: Prof. Remigio BERRUTO Correlatore: Dr. Stefano BECHIS Candidato: Silvio MAROCCHINO Matr. 250362 Anno Accademico 2004 2005 Sessione Autunnale
L aumento dei costi dei combustibili fossili da un lato, e la riduzione dei prezzi dei prodotti agricoli alla vendita, accompagnata dalla riduzione dei contributi PAC, ha aumentato l interesse per le aziende agricole alla produzione di biomassa da destinarsi alla produzione di energia. La produzione di energia per l agricoltura è sia un'opportunità, sia una necessità. È un'opportunità in quanto consente di valorizzare un prodotto agricolo come combustibile, un mezzo tecnico di produzione ormai molto costoso. E una necessità in quanto il basso prezzo di mercato del cereale richiede una riduzione dei costi di gestione, ivi inclusi quelli per l energia. In Italia la coltivazione del riso copre una superficie di oltre 220 000 ha, il 90% dei quali concentrati in tre province: Vercelli, Novara e Pavia. Nella moderna risicoltura il grado di meccanizzazione è tra i più elevati tra quelli del comparto agricolo. L operazione di essiccazione oltre ad essere onerosa rappresenta da sola quasi la metà della richiesta energetica complessiva. L ipotesi di utilizzare il mais come combustibile nell essiccazione del risone è stata avanzata perché questo cereale è molto diffuso in Italia (oltre 1 000 000 di ha coltivati), ha un prezzo di vendita in continuo calo, è fortemente meccanizzato e presenta limitati problemi logistici e di stoccaggio rispetto ad altre biomasse ad uso energetico. Esso non subisce alcuna elaborazione chimica e quindi non è gravato da accise, ciò comporta che il prezzo dell uso come combustibile è legato al solo costo di produzione. L indipendenza energetica dell'azienda agricola si verifica con l autoproduzione. L impiego delle produzioni cerealicoli pur presentando minori produzioni di biomassa rispetto alle coltivazioni legnose a ciclo breve, è compensata ampiamente, in termini economici dall assenza di investimenti specifici in macchine ed attrezzature. Ad esempio, le macchine che si utilizzano per la coltivazione e la raccolta del mais sono le stesse indipendentemente dalla destinazione finale della granella. Un fabbisogno energetico importante dell'azienda cerealicola è rappresentato dall'essiccazione del prodotto, che, oltre ad essere onerosa in termini economici, rappresenta da sola quasi la metà della richiesta energetica complessiva. Lo scopo della tesi è stato quello di verificare la fattibilità tecnica di utilizzare il mais come combustibile degli essiccatoi in sostituzione del gasolio. Per verificare questa ipotesi sono state fatte delle prove comparative fra impianti di essiccazione del riso, tutti funzionanti a gasolio, con un impianto innovativo messo a punto dal DEIAFA, sez. Meccanica, il quale utilizza granella di mais come combustibile. Nelle campagne di raccolta 2004 e 2005, sono stati provati sei impianti di diverse tipologie costruttive: statico, a ricircolo tradizionale, a ricircolo tipo Superfast (due prove) e con combustore a granella di mais (due prove). Per tutti gli impianti oggetto delle prove sono state valutate le capacità di lavoro, le temperature di esercizio, i consumi energetici sia termici che elettrici. La comparazione tra i diversi impianti ha consentito di verificare l'applicabilità del combustore a mais per l essiccazione e l'eventuale convenienza economica all'impiego del mais come combustibile. Il primo dato interessante che evince da questa ricerca è il potere calorifico del mais. Per un prodotto intorno al 13% di umidità, è stato identificato un potere calorifico medio di 3 800 kcal kg -1 di cereale. Ciò sta a indicare un equivalenza energetica di 1 litro di gasolio con 2,22 kg di mais. Questo dato è assolutamente indispensabile per procedere con tutte le valutazioni economiche e tecniche riferite all'utilizzo del mais come combustibile. Dal punto di vista delle emissioni nessun valore rilevato supera i limiti prescritti dalla legge, non solo, la tecnologia messa a punto presenta emissioni veramente ridotte rispetto a quelli che sono i limiti di legge. Ciò sta ad indicare la completa sostenibilità ambientale del utilizzo del mais come combustibile, che oltre ad essere energia rinnovabile a tutti gli effetti, quindi neutra rispetto alla produzione di CO 2, presenta emissioni a livelli veramente contenuti. Le capacità orarie degli essiccatoi (vedi tabella allegata) sono notevolmente diverse tra impianti vecchi e impianti nuovi come tecnologia, quali ad esempio gli essiccatoi a riciclo Superfast rispetto a quello statico e a quello tradizionale a riciclo. Queste soluzioni tecnologiche innovative (elevato
numero di losanghe e maggiori portate d aria in essiccazione) consentono di velocizzare il processo di essiccazione del risone senza per questo danneggiare la resa alla lavorazione. Per quanto riguarda i consumi energetici, essi sono influenzati da diversi fattori: le condizioni meteorologiche, il tipo di impianto, il livello di umidità al quale si vuole essiccare il risone e i punti che devono essere persi con l essiccazione. Più si vuole spingere l essiccazione, più il tempo necessario a completare il processo sarà elevato e, conseguentemente saranno più elevati i consumi energetici corrispondenti. È emerso che gli essiccatoi che utilizzano il mais come combustibile hanno delle prestazioni, in termini di capacità di lavoro e consumi energetici assolutamente equivalenti a quelli che utilizzano il gasolio. Ciò sta ad indicare sostanzialmente la bontà del mais come combustibile, e la bontà della tecnologia messa a punto per utilizzarlo a tale scopo. La superficie da destinare a mais ai fini dell utilizzo aziendale come biocombustibile per una data superficie investita a riso, considerando produzioni medie (di riso e mais), è del 3-4% rispetto alla superficie destinata a riso. Tale percentuale si eleva al 6-7% se utilizziamo il mais per essiccare il mais, in quanto si ha molta più produzione da essiccare. Per quanto riguarda gli aspetti economici, l'uso del mais come combustibile consente risparmi economici del 60-65% se l azienda utilizza mais autoprodotto. Questa è l innovazione più significativa degli ultimi anni, in materia di utilizzo della biomassa per la produzione di energia termica per l azienda, in quanto, a fronte di risparmi elevati, gli investimenti richiesti (acquisto del combustore) sono ridotti e ciò fa si che il tempo di ritorno dell investimento sia breve. L utilizzo di tale tecnologia porterà considerevoli benefici: - all azienda agricola e all agricoltura, che si trova a poter valorizzare in modo remunerativo un proprio prodotto, e a non dover acquistare il gasolio per l essiccazione, con risparmi considerevoli per l essiccazione e con la riduzione di esborso finanziario per l azienda stessa; - all ambiente e alla collettività in quanto si potrebbero sostituire le circa 14000 tonnellate di gasolio utilizzate ogni anno per l essiccazione del risone, con mais (40000 t) autoprodotto in azienda, con benefici considerevoli per le emissioni e per la neutralità rispetto alla produzione di CO 2. Un discorso analogo, ancora più importante, potrebbe essere fatto per il mais, che è coltivato su superfici più ampie su scala nazionale.
PRINCIPALI RISULTATI DELLE PROVE DI ESSICCAZIONE Statico Ricircolo Superfast 14/10/2004 Superfast 27/10/2005 Energymais 15/10/2005 Energymais 27/10/2005 Caratteristica del prodotto Quantità essiccata (kg) 25 890 33 480 31 960 32 000 32 000 32 000 Umidità iniziale (%) 18,1 23,5 24,4 28,4 21,6 28,4 Umidità finale (%) 13,2 13,3 12,4 14,1 13,8 14,1 Temperatura di essiccazione ( C) 36,2 46,4 48,9 46,3 46,3 42,7 Tempi e capacità di lavoro Tempo di essiccazione (h) 8,00 17,00 12,00 10,24 6,48 10,24 Capacità dell essiccatoio (kg h -1 ) 3 236 1 969 2 663 3 125 4 938 3 125 Acqua evaporata (kg) 1 462 4 464 5 073 5 327 2 896 5 327 Acqua evaporata (kg h -1 ) 183 263 423 520 447 520 Acqua evaporata (% h -1 ) 0,61 0,60 1,00 1,40 1,20 1,40 Energia termica Consumo gasolio (l) 296 720 770 660 29 60 Consumo mais (kg) - - - - 789 1 338 Consumo unitario gasolio (l t -1 risone essiccato) 11,43 21,51 24,09 20,63 0,91 1,88 Consumo unitario mais (kg t -1 risone essiccato) - - - - 24,66 41,81 Consumo unitario gasolio (kg kg -1 H 2 O evap.) 0,1681 0,1339 0,1260 0,1028 0,0083 0,0093 Consumo unitario mais (kg kg -1 H 2 O evap.) - - - - 0,2725 0,2512 Energia termica unitaria (kcal kg -1 H 2 O evap.) 1715 1365 1285 1049 1120 1050 Energia elettrica Potenza elettrica media (kw) 13,50 16,40 22,10 23,50 29,50 29,50 Consumo energia elettrica (kwh) 108,00 278,80 265,20 240,64 191,16 302,08 Consumo unitario energia elettrica (kwh t -1 risone essiccato) 4,171 8,327 8,298 7,520 5,974 9,440 Consumo unitario energia elettrica(kwh/kg -1 H 2 O evap.) 0,074 0,062 0,052 0,045 0,066 0,057 Energia totale termica ed elettrica Consumo totale unitario (kwh t -1 di risone essiccato) 112,710 211,952 237,432 203,271 118,054 203,506 Consumo totale unitario (kwh kg -1 H 2 O evap.) 1,994 1,588 1,494 1,220 1,303 1,221 Efficienza 0,34 0,42 0,44 0,55 0,51 0,55