PROSPETTIVE DI SVILUPPO DELLE COLTURE DA BIOMASSA NEGLI AMBIENTI DELL’ITALIA MERIDIONALE

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ENEA - Dipartimento Biotecnologie, Agroindustria e Protezione della Salute

Sommario

Diverse colture da biomassa sono state oggetto di studio presso l’ENEA nell’ambito di pro-getti nazionali ed internazionali di ricerca negli anni dal 1993 al 2006 (Progetto PRisCA del MiPAF e i Progetti CE Miscanthus Network, Cynara Network e Switchgrass Network), con l’obiettivo di mettere a punto la tecnica di coltivazione e valutare, oltre alla produttività, anche l’adattabilità ai fattori ambientali e climatici, con particolare riferimento all’Italia Meridionale.

Diverse combinazioni di fattori di produzione, quali volume irriguo e apporto di fertilizzanti, sono state oggetto di valutazione. Le specie vegetali utilizzate sono state tutte di tipo erba-ceo, sia annuali che poliennali. Sono state studiate alcune colture già conosciute come piante tradizionali, ma con lo scopo di mettere in evidenza aspetti innovativi per la destina-zione “no-food”, nonché altre di nuova introdudestina-zione o sporadicamente coltivate nell’am-biente italiano. Le prove sono state condotte presso il Centro Ricerche ENEA della Trisaia (Rotondella, MT) adottando schemi a parcelle randomizzate, comuni a tutti i siti di speri-mentazione compresi nei diversi Networks di Ricerca Europei. Oltre alla biomassa secca totale, sono stati determinati diversi altri parametri.

Tra le specie poliennali, quella che ha evidenziato la maggiore produttività rispetto a tutte l’Arundo donax, con punte massime di 79,6 t/ha, seguita da Panicum virgatum, Miscanthus x giganteus e Cynara cardunculus. Per alcune di queste colture, sono tuttora in corso sperimentazioni per valutarne la produttività nel lungo periodo e mettere a punto metodologie per il passaggio alla coltivazione in pieno campo.

Introduzione

Il problema della sicurezza e diversificazione delle fonti di approvvigionamento energetico, insieme alla consapevolezza degli effetti ambientali dell’uso delle fonti fossili di energia, spinge oggi le istituzioni e le industrie ad affrontare con rinnovato impegno la “questione energetica”, e in questa prospettiva le biomasse, prodotti e residui delle attività agricole, fo-restali e agroindustriali, possono costituire una risposta promettente, anche se parziale, alla richiesta di alternative ecologicamente sostenibili ai combustibili fossili.

Le biomasse comunemente utilizzate in Italia per la produzione di energia termica e/o elet-trica sono attualmente costituite quasi totalmente da scarti e prodotti di risulta di attività pro-duttive eterogenee (agricole, forestali ed agroindustriali), per i quali manca una quantifica-zione precisa della reale disponibilità e, di conseguenza, delle potenzialità produttive per ali-mentare il crescente mercato della bioenergia (Tabella 1).

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I SESSIONE

Una frazione significativa di queste biomasse, sotto diverse forme (legna, cippato, pellets), viene comunque importata da altri Paesi europei ed extra-europei, soprattutto allo scopo di garantire una continuità di rifornimento oltre che, ovviamente, per il prezzo competitivo -per le centrali elettriche a biomassa di taglia medio-grande (dai 10 Mwe di potenza instal-lata in su). Tali importazioni sono in costante crescita, come mostra il grafico di Figura 1, che si riferisce alla sola categoria merceologica “legna da ardere”, ma indica chiaramente quale è la tendenza generale degli ultimi anni.

E’ quindi evidente che, per garantire in futuro una disponibilità di materia prima adeguata alle crescenti dimensioni del mercato della bioenergia, senza dover ricorrere in modo mas-siccio a fonti di importazione, sarà necessario passare dalla “raccolta” alla “produzione” delle biomasse, destinando una frazione significativa della superficie agricola nazionale a colture finalizzate alla produzione di energia.

In questa prospettiva, numerosi progetti di ricerca su diverse specie vegetali erbacee, uti-lizzabili come possibili colture da biomasse, sono stati avviati e sviluppati fin dai primi an-ni novanta sia in ambito nazionale (Progetto PRisCA del MiPAF), sia nel contesto più gene-rale di networks europei di ricerca, finanziati dalla Commissione Europea.

Tipologia di residuo _{(milioni di t/anno)}^{Quantità stimata}

Residui lavorazione del legno 6

Residui agroindustriali 1,5

Residui forestali 6

Residui colturali 7,5

Totale 21

Tabella 1 - Disponibilità stimata di biomasse in Italia

Fonte: ITABIA, Rapporto 2003: Le Biomasse per l’Energia e l’Ambiente

268.000 635.963 803.069 605.139 510.000 490.000 233.000 238.000 220.000 0 200.000 400.000 600.000 800.000 1.000.000 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 Metri cubi

Figura 1 - Importazione di legna da ardere (wood fuel) in Italia

Per quel che riguarda in particolare l’ENEA, l’obiettivo principale di tali attività è stato quello di sviluppare la conoscenza sull’adattabilità e la produttività di tali colture negli am-bienti dell’Italia Meridionale per un possibile utilizzo come materia prima alternativa alle fon-ti energefon-tiche tradizionali o per altri scopi, come ad esempio la produzione di pasta di cel-lulosa per l’industria cartaria. Per la realizzazione delle prove sperimentali è stato reperito e utilizzato germoplasma di diversa provenienza.

Materiali e metodi

La sperimentazione, partendo da ricerche specifiche mirate all’acquisizione di nuovo germo-plasma (anche da paesi tropicali e sub-tropicali), si è sviluppata su diverse prove agronomi-che agronomi-che hanno riguardato vari aspetti delle colture quali:

• Indagini biometriche, fisiologiche e di adattamento al clima del luogo; • Caratterizzazione qualitativa;

• Valutazione produttiva;

• Sperimentazione di tecnologie innovative per la trasformazione industriale, con par-ticolare riferimento alla produzione di pasta di cellulosa;

• Analisi e valutazioni delle rese in biomassa utilizzabile a fini energetici.

Nell’ambito del Progetto PRisCA del MiPAF, sono state messe a confronto varie specie an-nuali e poliennali (kenaf, sorgo, canna comune, cardo, panìco ecc.), mentre nel corso delle attività relative al Progetto Europeo “Cynara Network” sono stati confrontati 9 diversi ge-notipi adottando tre differenti date di semina. Le accessioni sono state impiantate in parcel-le di 40 m2 ciascuna, con una densità di una per metro quadro. Per ogni anno di coltura so-no stati effettuati due concimazioni, senza nessun intervento irriguo.

Le prove agronomiche relative al miscanto (Miscanthus x giganteus) sono state invece realizzate utilizzando esclusivamente piantine fornite dalla società Piccoplant A. G. (Germania), trapiantate nel giugno 1993, utilizzando materiale e procedure identiche per tutte le Unità Operative costituenti il relativo Network Europeo di ricerca.

L’esperimento è stato condotto con tre differenti dosi di concimazione azotata, apportando circa 4.000 m3/ha di acqua di irrigazione per anno. Sono state realizzate parcelle di cento metri quadri ciascuna, con una densità di quattro piante per metro quadrato (Figura 2).

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Infine, per quel che riguarda le attività previste dal Progetto “Switchgrass (Panicum virga-tum L.) as an alternative energy crop in Europe”, quindici genotipi di Panicum sono stati se-minati nel 1998.

Per tutte le colture in oggetto il problema delle infestanti si è manifestato soltanto duran-te il primo anno ed è stato risolto senza fare uso di diserbanti chimici. Infatti negli anni successivi il vigoroso sviluppo delle colture ha soffocato tutte le erbacce. Alla fine di ogni ciclo, le differenti colture sono state raccolte nella stagione invernale (fine gennaio - inizi marzo) completamente secche e defoliate (Figura 3).

Risultati e discussione

I principali risultati produttivi relativi ad alcune colture esaminate in diversi progetti di ricer-ca presso il C.R. ENEA Trisaia sono riportati sotto forma di grafico nella Figura 4. Al fine di poter confrontare il comportamento delle diverse specie, sono stati presi in considerazione soltanto i dati relativi al terzo anno di sperimentazione.

Dall’analisi dei risultati ottenuti in questo anno di sperimentazione, per quel che riguarda le prove effettuate nell’ambito del Progetto PRisCA (1992-1996), l’Arundo donax si è conferma-ta la specie più produttiva, con il risulconferma-tato di 54,5 t/ha di sosconferma-tanza secca, seguiconferma-ta dal Panicum maximum con 50,8 t/ha di sostanza secca.

Un progetto specifico ha riguardato, come si è detto, il cardo, nel quale sono stati confron-tati nove differenti genotipi senza alcun apporto irriguo. Tra questi, il migliore risultato è stato ottenuto con le 15,6 t/ha di s. s. del genotipo Cy10.

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I SESSIONE

Figura 3 - Coltivazione sperimentale di Panicum virgatum (Switchgrass) prima della raccolta presso il Centro Ricerche ENEA della Trisaia

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Nel Progetto Miscanthus Network è stata esaminata la risposta produttiva della coltura al variare di diversi fattori di produzione, a partire dall’apporto di fertilizzante. La produzione media ricavata dalla migliore combinazione di fattori di produzione è stata di 19,7 t/ha di s.s., in coltura irrigua.

In un ulteriore specifico progetto sono stati infine messi a confronto 15 genotipi di swit-chgrass. In questo caso diversi genotipi hanno dato risultati eccellenti, tra i quali il SL 93-3 ha prodotto 26,1 t/ha di s.s.

Conclusioni

La ricerca è stata mirata allo studio delle potenzialità produttive di diverse colture da bio-massa. Tra tutte le specie messe a confronto la più promettente è stata l’Arundo donax, il cui rendimento in sostanza secca nei diversi anni di sperimentazione ha toccato valori an-che di oltre 79 t/ha. I dati produttivi tra i vari genotipi di Cynara cardunculus evidenziano che il genotipo Cy10 si distingue con un aumento costante di produzione durante i primi tre anni di coltura. La prova sperimentale di miscanto, inizialmente impostata sulla valutazio-ne del rendimento in biomassa al variare di alcuni fattori di produziovalutazio-ne, ha avuto come risul-tati produttivi medi valori molto interessanti, intorno alle 20 t/ha in s.s.. E’ importante no-tare come, dai risultati sperimentali, la coltura del miscanto sembra non trarre vantaggio da apporti eccessivi di fertilizzanti azotati per esprimere il proprio potenziale produttivo, come dimostra il fatto che si raggiunge un rendimento di 20t/ha durante il quarto anno nelle par-celle con un livello medio (60 kg N/ha) di fertilizzazione. Inoltre, il confronto dei dati pro-duttivi dopo l’estirpazione delle piante in alcune parcelle ha indicato che i rizomi rimasti nel terreno hanno una buona capacità di ripresa, con risultati simili a quelli delle parcelle non estirpate, già al secondo anno. Quindi, si può concludere che, in caso di necessità, si pos-sono estirpare i rizomi per essere utilizzati per l’impianto di nuove colture senza pregiudica-re la capacità produttiva dei campi utilizzati allo scopo.

0 10 20 30 40 50 60

Arundo donax (locale) Miscanthus x giganteus Cynara cardunculus (Cy10) Panicum maximum

(Riversdale) Panicum maximum (Weight) Panicum virgatum (SL 93-3)

Sostanza secca (t ha/anno)

Figura 4 - Produttività stimata (t ha/anno di biomassa secca) per alcune colture erbacee poliennali presso il C.R. ENEA Trisaia

Fra le varietà di switchgrass oggetto di sperimentazione la più produttiva, al terzo anno di coltivazione, è stata “SL 93-3” con 26,08 t/ha, varietà che si è peraltro dimostrata anche una tra le più stabili, come capacità produttiva, nel corso degli anni.

Per quanto riguarda in particolare le colture di miscanto e switchgrass, le prove sono pro-seguite ben oltre la conclusione dei Progetti Europei nel cui ambito erano state avviate (Tabella 2), e sono tuttora in corso al fine di valutarne la durata nel tempo e i conseguenti costi colturali, nella prospettiva di introdurre queste colture energetiche fra le possibili op-zioni produttive del sistema agricolo del nostro Paese.

Bibliografia

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I SESSIONE

Specie ^{Produttività (t ha/anno s.s.)}

1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004

Miscanthus x giganteus 6,0 18,2 19,7 19,8 18,0 18,0 16,2 17,7 22,4 17,1 16,8

Miscanthus x giganteus (*) 9,6 14,1 15,1 14,4 14,5

Panicum virgatum (**) 2,3 8,4 10,8 12,2 7,2 4,8 6,1

Panicum virgatum var. Alamo 4,8 15,5 18,0 16,7 10,5 7,9 9,4

Tabella 2 - Produttività negli anni di alcune colture erbacee da biomassa presso il C.R. ENEA Trisaia

LE COLTURE DA BIOMASSA LIGNOCELLULOSICHE: