5 Biomasse residuali
5.1 I sottoprodotti agricoli
umidità: se non si può provvedere alla loro essiccazione sul posto, non solo si trasporta il residuo, ma anche l’acqua in esso contenuta (Klass, 1998).
Le biomasse provenienti dal settore agricolo considerate sono quelle derivanti dalle colture estensive maggiormente diffuse sul territorio: il frumento tenero e il frumento duro, il granoturco, la soia, l’orzo e la vite. I residui di queste colture sono costituiti da:
paglia, da frumento e orzo; stocchi e tutoli, dal granoturco; steli e foglie della soia;
prodotti derivanti dalla potatura della vite e i sarmenti. In Tabella 5.1 sono riportati alcuni dei parametri utilizzati in letteratura per la stima della quantità di residui rispetto alla produzione principale.
La quantità di residui dipende fortemente dalle pratiche agricole, dai macchinari utilizzati e dalle rese di un dato luogo. Chiaramente, il rapporto tra residuo a grano (o l’inverso, l’indice di raccolta) varia negli anni a seconda delle colture, del periodo di raccolta, della varietà e della densità di semina. L’indice di raccolta in genere aumenta all’aumentare della resa totale e al diminuire dei fattori di stress (Prihar e Stewart, 1990). In alcune prove sperimentali, l’indice di raccolta è leggermente diminuito per le rese maggiori, anche se in campi con densità di semina elevate (Doberman et al., 2003;
Perlack et al., 2005).
Tabella 5.1: Parametri per la stima della quantità di residuo rispetto alla quantità di prodotto principale delle colture agricole.
Residuo
ton residuo/ton prodotto principale
Mais 1 a, b, c, d
Cereali 1,3 a, b
Frumento invernale 1,7 c, d
Frumento estivo 1,3 c, d
Orzo 0,7 d - 1 c
Avena 1,4 c - 2,1 d
Soia 1,5 d
a Ericsson et al., 2006; b Hall et al., 1993; c Larson, 2006; d Perlack et al., 2005
I residui agricoli svolgono un ruolo di protezione del suolo dall’erosione, aumento e mantenimento della sostanza organica nel suolo, aumento di nutrienti, aumento dell’attività biologica e miglioramento della struttura del suolo, aumento delle rese agricole. La quantità di residui che si può rimuovere sostenibilmente varia con le caratteristiche del suolo, le condizioni climatiche, la topografia, le pratiche agricole e l’uso passato del suolo. In genere le politiche mirate alla conservazione dei suoli considerano la percentuale di suolo che dovrebbe rimanere coperto, dando quindi una indicazione circa la quantità di residui che si può rimuovere. Una rimozione dei residui del 30% non corrisponde, però, ad una copertura del suolo del 70%: i due valori sono legati secondo una relazione come quella di Figura 5.1, che dipende dalla qualità dei residui agricoli, dal clima, dal suolo, dalle pratiche agricole (ad es., l’applicazione di fertilizzanti) (Andrews, 2006). La curva mostrata è particolare della coltura, un campo non irrigato coltivato a grano e legumi annuali negli USA, ma l’andamento esponenziale può essere generalizzato. In Tabella 5.2 sono riportati alcune indicazioni tratte dalla letteratura scientifica sulla percentuale di residui che può essere rimossa dal suolo. Numerosi studi indicano che circa il 25% di tutti i residui agricoli possa essere raccolta e utilizzata a fini energetici (Swisher e Wilson, 1993; Williams, 1995;
Yamamoto et al., 1999).
Figura 5.1: Relazione tra la percentuale di copertura del suolo e la quantità di residui agricoli raccolti nel caso di un campo non irrigato coltivato a grano e legumi annuali negli USA (Andrews, 2006).
Tabella 5.2: Categorie di residui delle colture tradizionali e loro attuale utilizzo (Itabia, 2003).
% Rimozione Autore Note
Mais 20-60% Glassner et al., 1999
58% Wyman e Hinman, 1990
35-40% Kadam e McMillan, 2003 Till 68-75% Kadam e McMillan, 2003 No-till 76-82% Glassner et al., 1998 No-till Cereali 25% Yamamoto et al., 1999;
Ericsson e Nilsson, 2006
1,3 t/t-cereali 1 t/t-mais Residui 25% Swisher e Wilson, 1993;
Williams, 1995;
Per stimare i residui agricoli disponibili per utilizzi energetici, verrà considerata solo quella percentuale attualmente non utilizzata, escludendo quindi la parte già utilizzata negli allevamenti zootecnici o interrata. Si stima che la frazione di sottoprodotti attualmente destinata a vari utilizzi (lettiera, alimentazione animale o combustione) sia pari a circa il 36% delle colture erbacee e al 32% di quelle arboree; in generale, la quota restante è incorporata al terreno (Anpa e Onr, 2001). La paglia di cereali, di cui vi è ampia disponibilità sul territorio nazionale, è destinata per circa il 40-45%, ad usi zootecnici e costituisce la lettiera per i bovini con formazione di letame da utilizzare maturo come ammendante nei terreni agricoli (Tabella 5.3; Itabia, 2003).Una quota marginale di paglia è reinterrata, in quanto fonte di sostanza organica per il suolo agrario; va però ricordato che l’elevato rapporto C/N della paglia altera l’equilibrio del terreno e rende necessario l’apporto di concimi azotati che, viceversa, sono di origine chimica. In sostanza si tratta di una pratica valida, ma non in senso assoluto, e va valutata con attenzione in funzione delle specifiche esigenze dei suoli (Itabia, 2003;
CRPV, comunic. personale, 2007). La parte di residui agricoli rimanente è spesso distrutta in campo a mezzo fuoco (pratica in alcune regioni vietata) con l’effetto di sterilizzare la parte superficiale del terreno e lasciare comunque sul terreno la cenere che, però, viene in buona parte dispersa dagli agenti meteorici. Anche i residui delle potature devono essere smaltite e comportano problematiche analoghe a quelle delle paglie. In Ericsson e Nilsson (2006) è ipotizzato che il 25% dei residui agricoli possa essere raccolto e che, della parte raccolta, un terzo sia utilizzato per le lettiere negli allevamenti zootecnici.
Tabella 5.3: Categorie di residui delle colture tradizionali e loro attuale utilizzo (Itabia, 2003).
Coltura Residuo Utilizzo % di utilizzo
Frumento tenero E duro
Paglia • Lettiera per il ricovero degli animali
• Alimentazione animale
• Industria cartaria e varie
• Bruciata in campo
40-50%
5-10%
5-10%
30-40%
Orzo Paglia • Lettiera per il ricovero degli animali
• Bruciata in campo 40-50%
50-60%
Avena Paglia • Lettiera per il ricovero degli animali
• Alimentazione animale 40-60%
40-60%
Riso Paglia • Lettiera per il ricovero degli animali
• Bruciata in campo
20-30%
70-80%
Mais da granella Stocchi (steli) Tutoli (assi delle spighe)
• Lettiera per il ricovero degli animali (stocchi)
• Alimentazione animale (stocchi)
• Interramento (tutoli)
40-50%
10-20%
70-80%
Vite (da uva
E da tavola) Sarmenti (rami) • Interramento
• Bruciati a bordo campo
• Fascine da ardere
30-40%
30-40%
20-40%
Olivo Legna, rami,
frasche • Energia (legna)
• Bruciati a bordo campo (legna) 90-100%
90-100%
Fruttiferi (melo,
pero,…) Rami • Interrati (solo in pianura)
• Bruciati 90-100%
Agrumi,
fruttiferi a guscio Rami • Bruciati 90-100%
Per i motivi esposti, si è deciso di considerare per la stima dei residui dei parametri in qualche modo tarati sul territorio ambito di studio. In particolare, in Italia è disponibile uno studio di settore realizzato congiuntamente da Anpa e Onr (2001) sui rifiuti del comparto agroalimentare, che riporta proprio delle statistiche sulle quantità di residui agricoli; i parametri sono riportati in Tabella 5.4. La relazione utilizzata per calcolare la biomassa annua di ogni coltura disponibile in ogni comune è la seguente:
−
⋅
−
⋅
⋅
⋅
= 1 100
1 100
. 100SP1 UTS1 US1
Resa Coltivata Sup
Biomassai
Dove, per ogni coltura:
Biomassa (ton ss) rappresenta le tonnellate di sostanza secca utilizzabili dell’i-esima coltura
(con i = frumento tenero, frumento duro, granoturco, soia e orzo ), Sup.Coltivata (ha) sono gli ettari coltivabili,
Resa (ton tq/ha) è la produttività della coltura,
SP1 (%) è la percentuale di sottoprodotto principale rispetto al totale raccolto, UTS1 (%) è la frazione di scarto che viene attualmente utilizzata,
US1 (%) è l’umidità media al recupero dello scarto principale.
Per la vite, a causa delle particolari modalità di coltivazione (intensità e periodicità della potatura), la relazione che lega la quantità di sarmenti (sottoprodotto principale) in ton tq alla resa è di tipo lineare:
Coltivata Sup
Uva Resa Sarmenti
Quantità =(0,113⋅ +2,000)⋅ .
Per calcolare quindi la biomassa (ton ss) della vite si utilizza la relazione:
−
⋅
−
⋅
= 1 100
1 UTS1100 US1 Sarmenti
Quantità Biomassavite
.
A questa quantità, si deve poi sommare la quantità di scarti secondari derivanti dalla massa dendrometrica disponibile al termine del ciclo produttivo:
−
⋅
−
⋅
⋅
= 1 100
1 100 2
. 2 UTS2 US2
FS Coltivata SP Sup
c BiomassaSe vite dove:
SP2 (ton tq/ha) è lo scarto secondario disponibile alla fine del ciclo produttivo, FS2 (anni) rappresenta la durata media dell’impianto arboreo,
UTS2 (%) è la frazione di scarto secondario che viene attualmente utilizzata, US2 (%) è l’umidità media al recupero dello scarto secondario.
In Tabella 5.4 sono riportati, per ogni coltura, i parametri utilizzati: la percentuale di sottoprodotti primari sul totale del prodotto, l’umidità e la percentuale di sostanza secca già in utilizzo (Anpa e Onr, 2001).
Tabella 5.4: Parametri utilizzati per la stima della biomassa proveniente dai residui agro-alimentari (Anpa e Onr, 2001).
Coltura SP1a
[%] Ub
[%] SSUc
[%]
Frumento tenero 61 15 90
Frumento duro 70 15 90
Granoturco 130 55 50
Orzo 80 15 90
Barbabietola da zucchero 40 80 15
Soia 150 52 5
Vite (0,113·resa+2) 50 5
a Percentuale di Sottoprodotto Primario; b Umidità; c Percentuale di Sostanza Secca già utilizzata per scopi non energetici