166 t/ha di biomassa fresca (radici + fo- glie). La tipologia a peso, in entrambe le località, è quella che ha prodotto la mag- giore quantità di sostanza secca per et- taro (30,7 e 19,7 t/ha rispettivamente a Concordia e Casemurate) diff erenzian- dosi statisticamente dalle altre varietà in prova.
Dati qualitativi. Dal punto di vista qualitativo (contenuto in solidi volatili, potassio e sodio, polarizzazione) i dati
riportati in tabella 3 evidenziano come le varietà a titolo presentino un contenu- to in percentuale più elevato di sostan- za secca (20,8% a Casemurate e 21,2% a Concordia). Questo è dovuto principal- mente al maggior contenuto di saccaro- sio presente nel fi ttone che in queste va- rietà è tendenzialmente più elevato (14,4 e 15,5%). L’esatto contrario si è osservato invece, nella varietà foraggera a Concor- dia: 9,81% di saccarosio.
Foglie e colletti. Nelle foglie e colletti il contenuto in sostan- za secca ha registrato dinami- che diff erenti nelle due locali- tà e nei due anni: a Casemu- rate nel 2009 i valori elevati (23-25%) sono dovuti a un for- te attacco di cercosporiosi che ha causato un elevato dissecca- mento degli apparati fogliari e la successiva rivegetazione ha
Bietola, alternativa al mais per la produzione di biogas
di Giuseppe Ciuffeda, Lorella Rossi, Giovanni Bellettato
A
dicembre 2010 si è concluso il progetto «Bietola da biogas»avviato nel 2009 grazie alla volontà dell’Associazione na- zionale bieticoltori e al cofi nanziamento della Regione Emilia-Romagna.
Lo scopo di questo articolo è fare il punto sui risultati ottenuti dal progetto e trarre alcune considerazioni sull’uso della bietola da biogas. La ricerca si è fo- calizzata su tre distinte fasi: valutazione produttiva in campo, conservazione del- le radici, valutazione delle potenzialità produttive di metano.
Scelta varietale e produttività
Le prove, eseguite in due località, a Fos- sa di Concordia (Modena) e a Casemu- rate (Forlì Cesena), sono state realizzate per individuare la tipologia di varietà di bietola più adatta alla produzione di bio- gas. Sono state utilizzate una varietà fo- raggera e due classiche varietà impiegate per la produzione di zucchero: una carat- terizzata da un’elevata concentrazione di zucchero nel fi ttone (titolo) e una carat- terizzata da un alta produzione di radi- ci (peso). La tabella 1 riporta l’epoca di semina e di raccolta mentre la tabella 2 i dati produttivi conseguiti nei due anni.
Dati produttivi. A Concordia, nella media dei due anni, la varietà foragge- ra e la tipologia a peso hanno prodotto
RISULTATI OTTENUTI DALLA COLLABORAZIONE TRA BETA, ANB E CRPA
●
Le prove svolte hanno fornito dati sulla produttività di biomassa a ettaro della bietola che, a seconda della località
e della varietà, varia da 17 a 30 t/ha di sostanza secca, nonché sulle rese in biogas e metano dopo la digestione anaerobica, rispettivamente di 817 e 528 Nm
3/t s.v. per il prodotto non insilato.
La bietola, dunque, può essere un valido sostituto del mais, laddove questo sia poco produttivo
TABELLA 1 - Data di semina e epoca di raccolta
Anno Località Data di semina
Epoca di raccolta prima seconda terza 2009 Concordia (MO) 25-3 28-8 30-9 29-10 Casemurate (FC) 24-3 27-8 29-9 28-10 2010 Concordia (MO) 27-3 20-8 10-9 30-9 Casemurate (FC) 23-4 21-8 9-9 29-9
TABELLA 2 - Dati produttivi di biomassa in radici e foglie-colletti (t/ha) Dati medi del biennio 2009-2010 nelle due località
Varietà
Casemurate (FC) Concordia (MO)
radici foglie-
colletti totale radici foglie-
colletti totale t.q. s.s. t.q. s.s. t.q. s.s. t.q. s.s. t.q. s.s. t.q. s.s.
Peso 72,0 a 13,8 a 28,9 a 5,8 a 100,9 a 19,7 a 114,1 b 22,3 a 52,3 a 8,4 a 166,4 a 30,7 a Foraggio 68,2 a 12,7 b 20,4 c 4,5 b 88,6 b 17,2 b 126,5 a 18,4 c 40,2 b 5,6 c 166,7 a 24,0 b Titolo 61,4 b 12,7 b 24,9 b 5,2 a 86,4 b 17,2 b 93,0 c 19,8 b 41,3 b 6,7 b 135,3 b 26,5 c Valori contrassegnati dalla stessa lettera non sono statisticamente differenti tra loro per P > 0,05.
t.q. = tal quale; s.s. = sostanza secca.
La tipologia a peso, in entrambe le località, è quella che ha prodotto la maggiore quantità di sostanza secca per ettaro: 30,7 a Concordia e 19,7 t/ha a Casemurate.
Foto 1 Macchina per sterrare e lavare le bietole
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La conservabilità di una matrice da usare nella produzione del biogas è estremamente importante perché è necessario assicurare al digestore un’alimentazione costante durante tutto l’anno, indipendentemente dalla stagio- nalità delle materie prime. La conservabilità della bietola è stata valutata mediante la tecnica dell’insilamento in silobag. La prova è iniziata a novembre 2009 e si è conclusa a fi ne maggio 2010 (210 giorni di conservazione).
Le radici prima di essere insilate sono state la- vate e per valutare l’evoluzione del processo du- rante la conservazione sono stati prelevati dei campioni al momento della realizzazione del si- lobag (bietole fresche), dopo 60 e dopo 210 giorni di insilamento. Questi campioni sono stati uti- lizzati per alcune prove di digestione anaerobica svolte in laboratorio con metodo discontinuo (le motrici sono inserite in un contenitore stagno con l’inoculo di batteri capaci di digerire il sub- strato in assenza di ossigeno) al fi ne di valutare la produzione di metano.
Durante l’insilamento si è registrata una per- dita in peso pari al 15% dopo 60 giorni e al 23%
dopo 210 giorni. Tali perdite sono dovute alla formazione di percolato della matrice.
•
APPROFONDIMENTO
Prove di conservazione delle bietole
TABELLA 3 - Qualità della biomassa ottenuta dalle radici: polarizzazione, sostanza secca (s.s.) e sostanze volatili (s.v.) registrate nelle due località e nei due anni di prova
Varietà
Casemurate (FC) Concordia (MO) polariz-
zazione (%)
s.s.
(% su t.q.)
s.v.
(% su s.s.)
polariz- zazione
(%) s.s.
(% su t.q.)
s.v.
(% su s.s.) Peso 13,1 b 19,3 b 93,6 a 2,6 b 19,5 b 95,6 b Foraggera 12,8 b 18,8 b 93,7 a 3,8 c 14,7 c 94,1 c Titolo 14,4 a 20,8 a 94,5 a 1,1 a 21,2 a 96,5 a
Valori contrassegnati dalla stessa lettera non sono statisticamente differenti tra loro per P > 0,05.
Le varietà a titolo presentano un contenuto di sostanza secca (20,8% a Casemurate e 21,2%
a Concordia) più elevato rispetto alle varietà a peso e foraggera.
40 35 30 25 20 15 10 5 Sostanza secca (t/ha) 0
1a 2a 3a 1a 2a 3a 1a 2a 3a 1a 2a 3a 1a 2a 3a 1a 2a 3a
Foglie-colletti Radici
foraggera titolo peso foraggera titolo peso Casemurate (FC) Concordia (MO)
a a a a a a a a a a b c a b c a b c a b c a b c a b b a a a
a a a
a a a
GRAFICO 1 - Produzioni di sostanza secca ripartita per contributo radici e foglie-colletti nelle tre epoche di raccolta, nelle due località. Media due anni (2009-2010)
(1) 1a, 2a,3a sono le epoche di raccolta. (2) Valori contrassegnati dalla stessa lettera non sono statisticamente differenti. Elaborazione statistica eseguita per ciascuna località.
Le produzioni di sostanza secca nelle tre epoche di raccolta evidenziano a Concordia un considerevole incremento di sostanze secche
nelle radici, mentre la produzione di foglie e colletti resta invariata passando dalla prima alla terza epoca. A Casemurate invece
non si osserva nessuna differenza statistica tra le rese di radici, mentre si ha una variabilità nella produzione di foglie e colletti dovuta
alla cercosporiosi che ha colpito le foglie.
contribuito ad aumentare la dimensio- ne dei colletti; condizione che non si è verifi cata nel 2010.
A Concordia invece i dati osservati nel- le due annate non divergono molto, fat- ta eccezione per la varietà foraggera. La sostanza secca prodotta dalle foglie-col- letti è compresa tra 4,5 e 8,4 t/ha e rap- presenta il 23-30% della sostanza secca totale prodotta.
Le produzioni di sostanza secca ottenu- te nelle tre epoche di raccolta (grafi co 1)
evidenziano a Concordia un considere- vole incremento di sostanza secca nelle radici (diff erenze statisticamente signi- fi cative), mentre la produzione di foglie e colletti resta invariata passando dalla prima alla terza epoca.
A Casemurate invece non si osserva nessuna diff erenza statistica tra le re- se di radici, mentre si ha una variabili- tà nella produzione di foglie e colletti dovuta alla cercosporiosi che ha colpi- to le foglie.
Produttività di biogas in digestori in scala
Questa prova, eseguita in collaborazio- ne con il Crpa, è stata realizzata per va- lutare il comportamento della bietola in associazione ad altre matrici nella dige- stione anaerobica. Per tale ragione sono stati utilizzati piccoli digestori da labora- torio che simulano il processo di produ- zione del biogas come concepito in scala reale, con carichi e scarichi giornalieri di Foto 2 Benna che permette di caricare e trinciare le bietole
al momento dell’alimentazione del digestore
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biomassa dai reattori. Il test è stato con- dotto con bietole insilate (120 giorni) e la composizione delle tesi messe a confronto è riportata nella tabella 4.
La prova è durata 60 giorni ed è stata condotta a una temperatura di 39 °C, con un tempo di ritenzione di 35 giorni.
L’andamento del processo di digestione è stato monitorato prelevando periodica- mente all’interno dei due digestori campio- ni su cui sono state eff ettuate misure di pH e del rapporto FOS/TAC. Durante la prova i valori si sono mantenuti sempre ampia- mente al di sotto delle soglie critiche di ri- schio dei fenomeni di acidosi e alcalosi (in media 0,237 per entrambe le tesi, grafi co 2).
Mentre i valori di pH si sono mantenuti nel range di 7,66-7,85. La produzione di biogas nel digestore non dipende solo dalla quali- tà del substrato caricato, ma anche da altri fattori come dal carico organico volume- trico eseguito giornalmente (COV). Uno studio simile condotto in Germania ripor- ta che il massimo COV per alimentare un digestore con sole radici di bietole è di 2 kg di solidi volatili/m3 di digestore.
Il superamento di questo valore non con- sente di avere un processo digestivo sta- bile, il che compromette le rese produt- tive dell’impianto. Nella prova eff ettua- ta da Beta il carico organico volumetrico è stato di 2,3 kg s.v./m3/giorno nella tesi bietola+liquame (0,46 il contributo del li- quame e 1,8 il contributo della bietola) e di 2,9 kg s.v./m3/giorno nella tesi bietola + liquame + silomais (0,58 il contributo del liquame, 0,87 il contributo del silo mais e 1,45 il contributo della bietola).
Un altro indicatore che consente di va- lutare la performance produttiva di un di- gestore è la velocità di produzione volume-
trica, ovvero il volume di biogas prodotto per unità di volume di digestore per giorno (Nm3/m3d/giorno).
Nel nostro caso la tesi radici di bietola + liquame ha prodotto 2,47 Nm3/m3/giorno, mentre la tesi bietola + liquame + silo mais ha prodotto 2,54 Nm3/m3/giorno.
Il grafi co 3 riporta i risultati ottenuti nel- la prova con digestori in scala. La tesi con sole radici di bietola insilata + liquame ha prodotto circa il 10% in più rispetto alla tesi con l’aggiunta di silomais. Questo ri- sultato è molto probabilmente dovuto al fatto che il tempo di ritenzione idraulica impostato nella prova (35 giorni) è suffi - ciente per digerire la bietola, mentre risul- ta basso per il silomais, in quanto questa matrice molto più ricca di fi bra richiede tempi di digestione molto più alti.
L’elevata digeribilità della bietola può es- sere compresa in maniera più evidente os-
TABELLA 4 - Composizione della biomassa usata
nella prova in digestori in scala da laboratorio
Tesi
Liquame bovino (%) Radici insilate (%) Silomais (%) COV (kg s.v./ m3/giorno) (*) Liquame bovino
+ radici di bietola 20 80 0 2,3 Liquame bovino
+ radici di bietola
+ silomais 20 50 30 2,9
(*) COV (carico organico volumetrico) è espresso in kg di solidi volatili (s.v.) per m3 di digestore al giorno.
Rapporto FOS/TAC
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Radice di bietola + liquame bovino Radice di bietola + liquame bovino + silomais Settimane (n.)
0,50 0,45 0,40 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0
Zona in cui la reazione è stabile Zona alcalosi
Zona acidosi GRAFICO 2 - Evoluzione del rapporto FOS/TAC durante lo svolgimento della prova in digestori in scala da laboratorio
Durante la prova i valori di FOS/TAC si sono mantenuti nei limiti entro cui
la reazione è stabile (0,15-0,45), con un valore medio di 0,237 per entrambe le tesi.
Biogas Metano
Radice bietola + liquame
Radice bietola + liquame + silomais 900
800 700 600 500 400 300 200 100 0
Nm³/t solidi volatili
718
453 649
403 GRAFICO 3 - Produzione
di biogas e metano nella prova con digestori in scala
La tesi con sole radici di bietola insilata + liquame ha prodotto circa il 10%
in più rispetto alla tesi con l’aggiunta di silomais.
Questo parametro indica il rappor- to tra gli acidi organici volatili e l’al- calinità totale nella soluzione all’in- terno dei digestori e ha lo scopo di valutare la stabilità del processo. In generale la digestione è stabile quan- do i valori del rapporto FOS/TAC so- no compresi tra 0,15 e 0,45.
•
APPROFONDIMENTO
FOS/TAC
servando i grafi ci ottenuti da una prova di digestione in batch (metodo discontinuo) visibile nel grafi co 4. Dopo 10-15 giorni si registra il picco di produzione e successi- vamente si osserva un decremento produt- tivo che tende a esaurirsi dopo 60 giorni dall’inizio del test. In particolare si nota che con bietole fresche dopo 15 giorni si è prodotto il 54% del biogas totale. Utiliz- zando bietole insilate per 60 e 210 giorni, nello stesso tempo è stato prodotto rispet- tivamente il 62 e il 70% del biogas totale.
Potenzialità produttive di metano
La tabella 5 riporta le produzioni di bio- gas e metano rilevate durante le prove di digestione in batch.
La produzione di metano più alta si è re- gistrata con bietole fresche (528 Nm3/t s.v.)
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TABELLA 5 - Produzioni di biogas e metano nelle prove di
digestione con metodo discontinuo
Bietole
fresche Insilate
60 giorni Insilate 210 giorni Biogas
(Nm3/t s.v.) 817 ± 7,1 642 ± 24,0 617 ± 6,4 Metano (%) 64,6 ± 0,57 64,9 ± 0,14 64,4 ± 0,14 Metano
(Nm3/t s.v.) 528 ± 9,2 417 ± 16,5 397 ± 5,0 (*) Media ± deviazione standard. Prove condotte a 39 °C.
La produzione di metano più alta si è registrata con bietole fresche (528 Nm3/t s.v.).
mentre dopo 60 e 210 giorni d’insilamen- to la potenzialità metanigena è scesa del 21 e del 25% rispettivamente. In prati- ca, durante l’insilamento si assiste a un doppio fenomeno: perdita di peso e di potenzialità metanigena.
L’eff etto cumulato dei due fenomeni por- ta ad avere, dopo 60 giorni, una perdita di circa il 38% del metano producibile con bietola fresca e circa il 45% dopo 210 gior- ni. Il recupero del percolato porterebbe a ridurre le perdite dopo 60 giorni al 25%.
Sulla base delle produzioni registrate nella prova agronomica e dei risultati con- seguiti nel test di digestione in batch si è calcolata la quantità di metano produci- bile per ettaro (grafi co 5). Il trend produt-
tivo delle tre varietà è simile in entrambe le località e conferma che la migliore tipo- logia è quella a peso. In particolare a Con- cordia questa tipologia di varietà ha una potenzialità produttiva di 13.200 Nm3/ha di metano, mentre le altre due (foragge- ra e titolo) raggiungono rispettivamente 10.300 e 11.600 Nm3/ha. Il contributo del- le foglie e dei colletti alla produzione tota- le di biogas varia tra il 15 e il 18%.
A Casemurate invece, la varietà a peso ha una potenzialità di 8.200 Nm3/ha di metano, mentre la varietà foraggera e la tiplogia a titolo hanno raggiunto rispetti- vamente 7.200 e 7.600 Nm3/ha. Il contri- buto delle foglie e dei colletti e pari al 17- 20% del metano totale producibile.
Bietola, interessante per fare biogas
Le barbabietola ha mostrato delle inte- ressanti rese produttive in termini di so- stanza secca per ettaro.
L’alto contenuto in zuccheri semplici e il basso contenuto di fi bre conferiscono alla bietola un’elevata digeribilità.
Le potenzialità metanigene sono mol- to buone soprattutto se si considera la sua utilizzazione fresca. Durante l’insilamen- to si registra una discreta produzione di percolato che provoca una perdita di peso e di potenzialità metanigena.
Altro aspetto importante da tenere in considerazione è la necessità di allonta- nare i residui di terra presenti sulle radi- ci. A tal fi ne è importante eseguire la rac- colta quando i terreni sono in tempera e comunque, prima di stoccare le radici, è consigliabile lavarle (foto 1). Infi ne si raccomanda di trinciare le radici prima
0 10 20 30 40 50 60
Bietole fresche
Dopo 60 giorni d’insilamento Dopo 210 giorni d’insilamento 900
800 700 600 500 400 300 200 100 Biaogas cumulata (Nm³/t SV) 0
Giorni GRAFICO 4 - Produzione di biogas nella prova di digestione con metodo discontinuo
Con bietole fresche dopo 15 giorni si è prodotto il 54% del biogas totale;
con bietole insilate per 60 e 210 giorni, nello stesso tempo, è stato prodotto rispettivamente il 62 e il 70%
del biogas totale.
di avviarle alla digestione (foto 2). Beta e Anb hanno avviato nel 2011 alcune prove sperimentali nelle quali si stanno alimen- tando digestori della potenza elettrica di 999 kW, che utilizzano silomais e radici di bietola. Nel corso di tali prove si stan- no valutando metodi alternativi di stoc- caggio in grado di contenere le perdite e migliorare l’aspetto gestionale.
Nelle realtà in cui il mais risulta poco produttivo sicuramente la bietola può es- sere una buona alternativa per alimentare un digestore. In tutte le altre realtà può essere inserita nel piano colturale al fi ne di migliorare la sostenibilità agronomica dell’azienda deputata alla produzione di matrici per il biogas.
Giuseppe Ciuffeda Beta società di ricerca in agricoltura Lorella Rossi Crpa, Centro ricerche produzione animale
Giovanni Bellettato Anb, Associazione nazionale bieticoltori 14.000
12.000 10.000 8.000 6.000 4.000 2.000 0 Metano (Nm3/ha)
Foglie-colletti Radici
foraggera titolo peso foraggiera titolo peso Casemurate (FC) Concordia (MO) 1.239 1.467 1.645
1.565 1.891
2.343
6.052
a 6.130
a 6.607
b 8.828
a 9.773
b 10.896 c
GRAFICO 5 - Stima della produzione di metano per ettaro utilizzando bietole fresche (media di due anni di prova nelle due località)
A Concordia la tipologia di varietà a peso ha una potenzialità produttiva di 13.200 Nm3/ha di metano.
Il contributo delle foglie e dei colletti e stato calcolato considerando un produzione di metano pari a 326 Nm3/t SV. Valori contrassegnati dalla stessa lettera non sono statisticamente differenti (P > 0,05).
Per commenti all’articolo, chiarimenti o suggerimenti scrivi a:
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Pubblicato sul Supplemento Energia rinnovabile allegato a L’Informatore Agrario n. 40/2010 a pag. 11.
Foglie di bietola per produrre biogas, il recupero può dare reddito.
Pubblicato su L’Informatore Agrario n. 46/2010 a pag. 67.
www.informatoreagrario.it/bdo
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