Quali terreni destinare alle colture energetiche

In document Biomasse per l’energia: aspetti ecologici, energetici ed economici (Page 90-93)

4 Potenzialità delle colture energetiche

4.4 Quali terreni destinare alle colture energetiche

Tabella 4.3: Consumi di energia in MJ/ha per le operazioni colturali e per il trasporto. I fattori di emissione per il diesel sono: 74·103 kg CO2/MJ, 0.04·103 kgN2O/MJ, 0.028·103 kgCH4/MJ. Si assume che l’energia necessaria per la produzione di fertilizzanti e prodotti fitosanitari sia fornita da energia elettrica;

le emissioni prodotte da 1 kWh sono 0.58 kg CO2.

Farming operations1 Diesel consumption

(MJdiesel/ha)

Ploughing 1,908

Harrowing 1,080

Planteing as cuttings 540

Sowing 504

Applying chemical weed control 720

Applying mechanical weed control 540

Applying plant protection products 540

Fertilizing (N, P, K) 540

Irrigation 6,912

Harvesting 4,320

Crop removal 1,800

Hauling2 Diesel consumption

(MJdiesel/ha)

Low yields (< 11 dry t/y) 2,050

High yields (≥ 11 dry t/y) 2,562

Fertilizers1 Energy requirement for production

(MJ/kg)

N 73.7

P 13.4

K 9.2

Pests and weeds control1 Energy requirement for production (MJ/kg)

Weed control products 91

Plant protection products 53

1 Bigon, 2002; Riva, 2004; Zenone, 2005.

2 Dubuisson e Sintzoff, 1998.

- variabili fisico-chimiche: presenza di elementi come il carbonio organico (C), azoto (N), rapporto C/N, fosforo (P) e calcio (Ca).

Tutte queste variabili possono essere rappresentate sulla cartografia digitale dell’area di studio per mostrare dove le condizioni ambientali sono adatte a ciascuna specie.

Sottraendo aree inutilizzabili per motivi normativi (ad esempio, parchi naturali, zone di protezione, ecc), si ottiene una stima della superficie che può essere utilizzata per le colture energetiche (e, ovviamente, anche della superficie dove la coltivazione è irrealizzabile). Può ovviamente accadere che più di una coltura sia adatta in una parcella; sarà quindi necessario, al quarto e ultimo passo della procedura, definire un modo per scegliere la coltura più adatta.

Parcelle che risultano essere minori di una superficie minima possono essere escluse da ulteriori elaborazioni (le SRF richiedono investimenti iniziali di macchinari e di personale, che non possono essere giustificate per superfici molto piccole). Infine, spesso è utile, per esempio per garantire la compatibilità con le statistiche amministrative, imporre che ogni parcella si trovi completamente entro il confine di un’unità amministrativa. Questo richiede semplicemente l’ulteriore intersezione, tramite GIS, con lo strato dei confini amministrativi e divide i settori di eguali caratteristiche di terreno che si trovano lungo i confini in diverse parcelle ciascuna inclusa soltanto in un’unica unità amministrativa.

4.4.2 Terreni disponibili: terreni agricoli abbandonati e set-aside

Un altro punto cruciale è capire che tipo di terreno può essere coltivato o sostituito con colture energetiche senza influenzare negativamente il mercato dei prodotti alimentari al fine di evitare i cosiddetti “tortilla riots,” come il Messico e gli Stati Uniti d’America di recente hanno sperimentato. In effetti, l’America ha assistito ad un sostanziale aumento dei prezzi del granturco spinto dalla crescita della domanda di cereali per la produzione di biocarburanti (The Economist, 2007). Come già sottolineato, comprendere i trade-off tra il terreno destinato alla produzione di cibo o di biomasse per l’energia richiederebbe la formulazione di un complesso problema di assegnazione del terreno per l’intero settore agricolo. Oltre ad essere molto al di là delle finalità di questo studio, questo approccio può facilmente condurre a soluzioni che richiedono eccessivi cambiamenti nella prassi attuale, e quindi, in pratica, inaccettabili.

Un vincolo deve essere imposto considerando le condizioni socio-economiche delle zone studiate. Per esempio, può essere deciso di convertire una determinata porzione di terreno attualmente dedicata alle colture alimentari tradizionali. In Italia (come in altri paesi UE) l’agricoltura alimentare ha una lunghissima tradizione, anche se attualmente il reddito degli agricoltori si basa in gran parte sulle sovvenzioni statali, a causa dei prezzi bassi per le importazioni di beni più convenienti e per la sovrapproduzione di colture alimentari tradizionali. Inoltre, gli agricoltori sono tipicamente pagati (con la nuova Politica Agricola Europea tale sovvenzione è stata annullata) per non coltivare colture alimentari su una determinata percentuale del loro terreno da seminare (il cosiddetto set-aside).

In questo studio, per esempio, si suppone di non modificare l’attuale uso del terreno e quindi di dedicare a colture energetiche solo terreno agricolo marginale e terreno a riposo (set-aside land). Chiaramente, qualsiasi altra percentuale di terreni attualmente coltivati può essere destinata a colture energetiche, ma un’analisi economica di una tale alternativa dovrebbe, come già accennato, tener conto dei benefici persi dalle preesistenti colture alimentari.

4.4.3 Assegnazione di ciascuna coltura ai terreni a maggiore vocazionalità disponibili

Infine, una volta che il terreno adatto è stato individuato e che all’interno di esso il terreno disponibile per le colture energetiche è stato selezionato, vale a dire il RHS dei vincoli (2) è stato fissato, è necessario sia risolto il problema dell’ottimizzazione (1) - (3) per decidere quale tipo di coltura energetica coltivare in ogni parcella e dove costruire gli impianti di trasformazione.

Come già anticipato, il problema è stato diviso in due parti, utilizzando la seguente procedura. In primo luogo, limitare le variabili di decisione a solo quelle che rappresentano le parcelle i e le colture j entro una distanza massima di 30 o 40 km.

Questo limita i coefficienti dei secondi termini della funzione obiettivo (1) in modo che la funzione stessa diventi certamente crescente con xijk (una coltura che ha un rendimento energetico netto più elevato per una distanza dij, è preferibile anche per tutte le distanze più corte dal momento che l’energia per il trasporto diminuirebbe certamente). In questa condizione, solo i vincoli (2) sulla disponibilità del terreno restano attivi, dal momento che non vi è alcun limite al numero di impianti di trasformazione definiti dai vincoli (3). Quindi, siamo in grado di risolvere separatamente il problema dell’assegnazione della coltura in ogni parcella assegnando semplicemente la coltura che massimizza la differenza tra l’energia prodotta e quella spesa (con il valore massimo di dij assunto). Si noti che, nella situazione comune in cui le colture possibili hanno simili valori di riscaldamento e di energia di coltivazione (ad es., Tabella 4.1), questo significa assegnare a ciascuna parcella la coltura con la maggiore produzione di biomassa. In secondo luogo, il problema di localizzazione dell’impianto viene risolto con la quantità di biomassa fissata, determinata sopra. In questa fase, i corretti bilanci di energia sono calcolati, considerando le effettive distanze sulle quali le colture sono trasportate. Infine, si verifica che le distanze ottimali derivate dalla soluzione dell’ubicazione dell’impianto siano effettivamente entro il limite di distanza imposto inizialmente.

Il problema dell’assegnazione del terreno viene dunque risolto tramite un approccio greedy. Parcelle adatte solamente per una coltura, saranno coltivate con quella coltura;

mentre nelle parcelle in cui più colture sono adatte, sarà coltivata solo la coltura più produttiva. In queste condizioni, per ciascuna parcella i, solo un valore di k è possibile:

vale a dire ogni parcella è una monocoltura (anche se la sua produzione può andare a più di un impianto j).

Nel seguente caso di studio, è stato inoltre ipotizzato che le colture arboree possano essere coltivate solo su terreni agricoli marginali (attualmente inutilizzati), e che le colture erbacee possano essere coltivate solo su terreni messi a riposo (set-aside). In realtà, i terreni messi a riposo sono definiti come una percentuale di terreni seminativi e, in pratica, sono una parte del settore agricolo che, pur non essendo coltivata ogni anno, tuttavia può partecipare alla rotazione annuale dei terreni agricoli. È quindi del tutto ragionevole presumere che gli agricoltori non dedicherebbero così facilmente un terreno a una coltura arborea perenne, che può impedire di continuarne con il normale uso agricolo.

4.4.4 Localizzazione degli impianti

La localizzazione ottimale degli impianti è un problema standard che può essere, almeno approssimativamente, risolto come descritto in letteratura (ad esempio, Drezner e Hamacher, 2001). Esso deve contenere le caratteristiche specifiche sia del territorio sia degli impianti di trasformazione. Per esempio, parcelle candidate ad ospitare un

impianto dovrebbero avere abbastanza terreno a disposizione per la sua installazione.

Inoltre, se è stato previsto teleriscaldamento, la parcella dovrebbe contenere una città sufficientemente grande e densamente popolata da poter sfruttare in modo efficiente il calore fornito dall’impianto.

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