Baronti S1, Camilli1 F, Ugolini1 F, Maienza1 A, Galli G2
Affiliazione autori
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IBIMET-CNR, Istituto di Biometeorologia del Consiglio Nazionale delle Ricerche
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Università degli studi di Firenze Scuola di agrariaFacoltà di Scienze agrarieAnno accademico 2016/2017
Corresponding author: f.camilli@ibimet.cnr.it
Le economie circolari facilitano la sostenibilità dei sistemi di produzione e di consumo attraverso il riutilizzo e la rigenerazione dei materiali limitando, al tempo stesso, l’uso delle risorse naturali. In questa prospettiva deve essere incoraggiato l’uso dei materiali di scarto.
In questo lavoro, i residui lanieri derivati dalle prime fasi del processo di lavaggio della lana, sono stati analizzati come possibili ammendanti e fertilizzanti (a lento rilascio) del suolo. E’ noto, infatti, che la lana e i i residui di lavorazione trattengono l’umidità migliorando la capacità di ritenzione idrica del suolo, sono fonte di azoto e zolfo senza effetti negativi sulla qualità del prodotto finale.
I residui di lana, prodotti da un’azienda di lavaggio in Toscana, sono ottenuti in due diversi passaggi della prima trasformazione: 1) la battitura meccanica della lana lavata per rimuovere i residui vegetali grossolani che produce il residuo “lana bianca – LB”; 2) il carbonizzo (e ulteriore battitura) della lana lavata per rimuovere i residui vegetali più piccoli che produce il residuo “lana nera – LN”. Insieme alla descrizione del processo di lavaggio, sarà riportata la caratterizzazione dei micro e macroelementi di questi residui e i test di fitotossicità. La possibile applicazione dei residui dei materiali lanieri in agricoltura potrà offrire nuove opportunità per l’utilizzo delle lane locali attualmente non abbastanza utilizzate e/o neglette.
Recovery of wool residues from the first phases of wool processing cycle
Circular green economies support more sustainable productive systems that promote re-using, repairing and giving birth again to materials while limiting the use of naturale resources. In this perspective, the use of waste materials must be encouraged.
In this work, wool residues derived by the first steps of the wool scouring process, were studied as possible soil amendments and slow-fertilizers. It is known, in fact, that wool and wool wastes retain moisture, improving the water holding capacity of the soil, are a slow-release fertilizer especially for nitrogen and solphur and produce a safe, useful and marketable product.
The wool residues, produced by a wool scouring company located in Tuscany (Italy) are obtained in two different steps of the wool processing chain: 1) the mechanic beating of scoured wool for removing the gross vegetal residues that produces white wool residues - LB; 2) the “carbonization” of scoured wool to remove smaller vegetal residues tha produce black wool residues - LN.
Together with the description of the wool scouring process, the chemical characterization (micro and macro elements) of LB and BW will be shown and the wool materials phytoxicity will be also reported.
The possible application of wool materials in agriculture will open new opportunities for the exploitation of currently under-used and/or neglected local wools.
Introduzione
L'agricoltura è un settore cruciale dell'economia europea, che fornisce cibo, mangimi e biorisorse che aiutano a sostenere la società. Questo settore in particolare è al centro delle sfide associate alla crescita della popolazione, alla sicurezza alimentare, ai cambiamenti climatici e scarsità di risorse. Negli ultimi 50 anni, l'agricoltura è diventata una risorsa intensiva, basandosi pesantemente sulla disponibilità di fertilizzanti a base di azoto e fosforo, prodotti agrochimici derivati dal petrolio e combustibili fossili.
I principi dell '"economia circolare" possono offrire molte opportunità per l'agricoltura in generale, per aumentare l'efficienza delle risorse ela conservazione della biodiversità.
Il riciclo dei sottoprodotti organici (compresi rifiuti industriali e i residui da trattamento di rifiuti biodegradabili municipali ) consente il recupero di nutrienti essenziali per mantenere la produttività agronomica e della materia organica. Come fonti di nutrienti, questi materiali forniscono efficaci alternative ai fertilizzanti chimici e il loro utilizzo agricolo contribuisce allo sviluppo di un'economia circolare per i nutrienti.
In questo settore bene si inseriscono i residui industriali della lavorazione della lana di pecora che, al momento, rappresentano un peso per chi li produce, ma che possono rivelarsi, invece, una risorsa interessante per il settore agricolo. Tale visione rientra nel concetto di “economia circolare”, un’economia che possa rigenerarsi da sola (Ellen Macarthur Foundation, 2012). Mentre in un’economia “lineare” si configura un sistema economico in cui le risorse naturali sono utilizzate come input nei processi di produzione e di consumo, per poi essere reimmesse, in parte, nell’ambiente come rifiuti, in un’economia circolare i processi di produzione e di consumo devono essere in grado di riutilizzare, riparare, riciclare e rimettere a nuovo i materiali e i prodotti esistenti, al fine di limitare al minimo l’utilizzo di nuove risorse naturali (La Monica et al. 2014). La transizione verso un modello di economia circolare è una questione che si pone, in maniera rilevante, anche per il settore agricolo. Infatti, anche se la cosiddetta “agricoltura tradizionale” prevede già, almeno in parte, il riutilizzo ciclico dei suoi sottoprodotti, l’agricoltura industriale è molto più lineare, consumando materiali e producendo maggiori quantità di rifiuti da smaltire (Chertow, 2000).
La filiera di produzione delle lane locali in Toscana risulta frammentata e destrutturata, soprattutto a causa del fatto che negli ultimi anni le lane italiane hanno perso il loro valore commerciale. Al fine di creare le condizioni locali per valorizzare queste lane, è necessario individuare le possibili applicazioni attraverso lo sviluppo di produzioni laniere con maggior valore aggiunto e in quantità tali da giustificare i quantitativi di lane locali prodotte e disponibili. Ciò potrà accadere, da un lato, attraverso l’aumento di attività di ricerca e sviluppo sui materiali lanieri e dall’altro, tramite la risoluzione delle criticità di filiera a partire dalle fasi di produzione e di prima trasformazione. A quest’ultimo riguardo, è da precisare che la lana può essere impiegata in agricoltura solo se sottoposta a lavaggio industriale secondo quanto previsto dalla normativa vigente nel nostro Paese (si veda il DLgs 29 aprile 2010 n. 75). Nel caso in cui, invece, la lana venga avviata alla discarica, tutte le fasi (dall’immagazzinamento, al trasporto, allo smaltimento) devono essere eseguite nel rispetto del Regolamento comunitario UE 124/2011.
Appare chiaro da questa breve illustrazione come le peculiarità tecniche, economiche e normative legate alla produzione agricola delle lane locali e alla loro gestione evidenzino, se non la necessità, almeno l’utilità di trovare molteplici destinazioni d’uso alternative per un prodotto considerato “di scarto”.
L’obiettivo di questo lavoro è stato quello di analizzare il possibile contributo allo sviluppo di un'economia circolare attraverso l’applicazione dei residui di lavorazione della lana in campo agricolo.
Materiali e Metodi
La ricerca è stata condotta presso l’Ibimet-CNR Istituto di Biometerologia del Consiglio Nazionale delle Ricerche a Firenze.
Materiali utilizzati
Due tipologie di scarto della lana sono stati analizzati per le loro proprietà ammendanti.
I residui sono stati forniti dalla società di lavaggio della lana Carbofin S.r.l situata a Vernio (Prato), Toscana (Italia). Il residuo "lana bianca" (LB) è ottenuto attraverso il battito meccanico della lana lavata da cui vengono asportati i residui vegetali grossolani; il residuo "lana nera" (LN) viene prodotto dopo la "carbonizzazione", cioè la rimozione delle impurità cellulosiche dalla lana mediante trattamento con acido solforico (H2SO4) e ulteriore battitura della lana.
Analisi degli elementi
I contenuti di Carbonio (C) e azoto (N) nei due residui di lana (LB e LN) sono stati determinati utilizzando un analizzatore elementare CHN (Carlo Erba Instruments, mod 1500 series 2) secondo il metodo EPA 3052 (USEPA 1995). Macro e microelementi sono stati determinati mediante digestione. I campioni sono stati quindi analizzati con uno spettrofotometro ICP-OES (IRIS Intrepid II XSP Radial, Thermo Fisher Scientific). Il pH secondo la diluizione 1:2.5. (Tabella 1)
Test per la valutazione della fitotossicità
Per valutare la fitotossicità di LB e LN sono stati utilizzati i metodi ufficile UNI 11780 (APAT Manuali e Linee Guida 20/2003) ove, i prodotti da testare sono utilizzati direttamente come matrici di crescita.
Test di Geminazione
Nel test di germinazione è stato valutato dell’effetto di un estratto acquoso dei residui LN e LB in esame sulla germinazione della pianta test. (Lolium perenne L.). I semi, imbibiti costantemente con le soluzioni, sono stati mantenuti al buio e mantenuti alla temperatura media di 23°C ±1 come da protocollo.
Alla fine della prova, dopo 3 giorni, sono stati contati i semi germinati e sono state misurate le lunghezze radicali per determinare l’indice di germinazione alle diverse concentrazioni.
L’indice di germinazione Ig è stato calcolato, per entrambe le concentrazioni considerate A e B, mediante la seguente formula:
Ig = [(Gc x Lc) / (Gt x Lt)] x 100 dove:
- Gc: numero medio dei semi germinati nel campione - Gt: numero medio dei semi germinati nel controllo - Lc: lunghezza radicale media dei semi nel campione - Lt: lunghezza radicale media dei semi nel controllo
Prove di accrescimento
In questo test si effettua una valutazione dell’accrescimento della pianta test su una miscela del campione in esame con un substrato composto da sabbia e/o torba.
Le due tipologie di residuo LB e LN sono state mescolate in 3 proporzioni (0,125 kg/25 kg, ovvero 0,5%; 0,25 kg/25 kg, ovvero 1%; 0,5 kg/25 kg, ovvero 2%) da un topsoil suolo sabbioso proveniente da un frutteto sperimentale del CNR nel sud della Toscana (42 ° 55'49.81 " N, Long. 10 ° 46'00.11 "E; 15 m s.l.m.). Il suolo utilizzato è scarsamente ghiaioso, da debole a moderatamente strutturato, con tessitura che va dal terriccio argilloso al terriccio sabbioso non calcareo con un pH 6,68 con un contenuto il C organico pari al 0,44%, N totale 0,08% e un rapporto C/N di 5,73.
Per ogni mix sono state prepate 9 repliche in vasi di 125 ml.
La sperimentazione si è svolta in abiente controllato ad una temperatura costante di 20°C e irrigate
regolarmente.I parametri analizzati sono stati: numero di semi germinati a tesi per vasetto, altezze medie dei germogli a tesi per alveolo, biomassa epigea e ipogea, lunghezze di parte aerea e radicale di 6 repliche per
tesi. L’Indice di Accrescimento Gm (alle diverse dosi di impiego) viene calcolato sulla base della formula seguente:
Gm % = Gc/Gt x 100 dove:
Gc = Produzione media delle tre repliche di ognuna delle dosi della matrice da saggiare . Gt = Produzione media delle tre repliche del testimone.
Risultati/Discussione Analisi Chimiche
L'analisi chimico-fisica dei due scarti di lana utilizzati in questo studio è presentata nella Tabella 1: i contenuti in carbonio sono 44.7 e 41.3% rispettivamente per LB e LN, e con un rapporto C / N leggermente più alto per i residui di lana non carbonizzati. Il trattamento di carbonizzazione influisce molto sul contenuto di P (-86% rispetto ai residui non carbonizzati), K (-75% rispetto ai residui non carbonizzati), Mg (-64% rispetto al non- residui carbonizzati), Ca (-57% rispetto ai residui non carbonizzati), Na (-53% rispetto ai residui non carbonizzati) e S (+ 203% rispetto ai residui non carbonizzati). Il parametro che maggiormente differisce tra le due matrici è il pH. I risultati evidenziano un pH di 7 per la lana bianca ed un pH di 2 per la lana nera.
Tabella 1. Caratteristiche dei due materiali utilizzati
Elementi analizzati Lana Bianca (LB) Lana nera (LN)
C% 44.7 41.3 H% 6.5 6.1 N% 8.2 8.3 C/N 5.5 5.0 Ca mg kg-1 5856 2519 K mg kg-1 4416 1113 Mg mg kg-1 1761 641.9 Na mg kg-1 2684 1263 P mg kg-1 1015 141.3 S mg kg-1 11130 33740 pH 7 2 Test di Fitotossicità
Il test di fitotossicità (Minoprio Analisi e Certificazi srl, 2009) indica come soglia di fitotossicità un indice di germinazione inferiore al 30%.
Dalle prove condotto si evidenzia che i valori di germinabilità (Ig) per le diverse matrici sono: IgLB = 84,075%, IgLN = 3,61%, per lo scarto di battitura di lana nera.
Prove di accrescimento
La tesi di controllo ha mostrato velocità di germinazione minore: nei primi giorni di osservazione, infatti il numero di semi germinati nelle tesi di controllo era sempre inferiore a quello delle altre tesi (dati non esplicitati in tabella). Le tesi con LN e LB, non hanno evidenziato differenze notevoli fra di loro, né rispetto al controllo a tutte le concentrazioni. Inoltre, si è riscontrata una differenza evidente solo nei primi giorni di crescita, ma successivamente i risultati si sono stabilizzati intorno a 8-9 semi germinati per vaso. Per quanto riguarda l’altezza, non si sono notate differenze significative fra le tesi (Tabella 2). Nell’ultima data di osservazione (Tabella 2) le tesi che hanno presentato le altezze medie maggiori sono state LB 250, quindi LB 125, LN 125. Le altezze più basse rispetto al controllo cono state nella tesi LN 500.
Tabella 2. Altezze delle piante alla fine dell’esperimento. tesi Altezza (cm) CTRL 8,33±1,1 LN 125 9,64±0,8 LN 250 8,5±0,9 LN 500 6,86±1 LB 125 9,96±0,5 LB 250 10,67±1 LB 500 8,83±1
CTRL: Controllo, LN125 e LB125 (suolo con lana in concentrazione 0,125 kg/25 kg, ovvero 0,5%); LN250 e LB 250 (suolo con lana in concentrazione 0,25 kg/25 kg, ovvero 1%); LN500 e LB500 (suolo con lana in
concentrazione 0,5 kg/25 kg, ovvero 2%)
A queste concentrazioni, il pH 2 del materiale LN è stato efficacemente tamponato dal suolo e la germinazione e lo sviluppo della pianta non sono stati inibiti; anzi, la crescita dei germogli delle tesi LN, LB e è stata superiore o uguale a quella del controllo. Probabilmente l’elevato contenuto di nutrienti (N) in LN (6%) ha influenzato la crescita dei germogli . Il risultato negativo del test di germinazione su LN può essere attrbuito unicamente all’acidità del materiale che risulta essere un buon ammendante organico nel test di accrescimento con il suolo. I due residui LN e LB ben si candidano ad essere riutilizzati in agricoltura contribuendo allo sviluppo di un'economia circolare per i nutrienti.
Si ritiene, inoltre, che, parallelamente sia necessario valutare anche la capacità di ritenzione idrica dei substrati alle nuove concentrazioni sottoponendoli a regimi di stress idrico.
Bibliografia
Chertow M.R. (2000), “Industrial symbiosis: literature and taxonomy”, Annual review of energy and the environment, vol. 25, n. 1, pp. 313-337.
Ellen Macarthur Foundation. Towards a Circular Economy: Business rationale for an accelerated transition. Report First published December 02, 2015
La Monica M La Monica, L Cutaia, S Franco 2014. La simbiosi industriale come modello per lo sviluppo sostenibile dei sistemi economici territoriali- Atti del XXVI Convegno annuale di Sinergie, 2014