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Bioenergie

Sviluppo sostenibile, per l'agricoltura italiana le bioenergie sempre più rilevanti: le esperienze CaVin e Digestato 100%

Le aziende agricole puntano alla diversificazione dei mercati tradizionali producendo "Food/Feed" e "Fuel". Il settore del biogas e biometano cresce.

Insieme al settore forestale e agroalimentare l'agricoltura è responsabile complessivamente di oltre il 25% delle emissioni di gas serra a livello globale. Sulla base di questo assunto, anche i legislatori europei hanno posto all'attenzione dei produttori agricoli la necessità di puntare a pratiche agricole più sostenibili, magari col sostegno di contributi "agroambientali", ricercando sistemi agricoli capaci di produrre di più inquinando meno. Al fine di attuare uno sviluppo del settore agricolo più competitivo e sostenibile, alcune aziende agricole hanno puntato sulla diversificazione dei mercati tradizionali producendo sia Food/Feed (coltivazioni convenzionali) che Fuel (bioenergie). Ed è proprio da questa idea che negli ultimi anni, come mostrano le ultime statistiche presentate dal GSE, a ragione di un incentivo chiaro e della crisi di molti comparti dell'agricoltura italiana, si è avuto il boom delle bioenergie ed in particolare del biogas, per opera di imprenditori desiderosi di dare una prospettiva alle proprie aziende; la filiera del biogas italiano è oggi una realtà divenuta la seconda in Europa dopo quella tedesca. 

Bioenergie in Italia

Infatti, l'ultimo rapporto presentato dal GSE evidenzia come in Italia tra il 2003 e il 2017 l'elettricità generata con le bioenergie sia cresciuta mediamente del 12% l'anno, passando da 3.587 GWh a 19.378 GWh. La produzione realizzata nel 2017 proviene per il 42,8% dal biogas, per il 34,1% dalle biomasse solide (12,5% dalla frazione biodegradabile dei rifiuti e 21,6% dalle altre biomasse solide) e per il 23,0% dai bioliquidi. Particolarmente rilevante, negli ultimi anni, è la crescita della produzione da biogas, passata dai 1.665 GWh del 2009 ai 8.299 GWh nel 2017. Gli ultimi dati pubblicati dal GSE evidenziano come le regioni che ad oggi presentano il maggior numero di impianti e potenza istallata sul territorio italiano sono Lombardia, Veneto ed Emilia-Romagna. 

Riguardo quest'ultima, diversi sono i progetti e gli studi che hanno portato allo sviluppo di nuove tecnologie ed all'implementazione ed applicazione di quelle già esistenti al fine di ottimizzare la produzione del biogas e del biometano in particolare nel settore agricolo. Il crescente interesse nel settore ha portato alla necessità da parte degli agricoltori di avere delle informazioni aggiornate su quali biomasse utilizzare nei digestori e come gestire gli scarti e sottoprodotti, soprattutto nelle aziende zootecniche, dove maggiore è il problema della gestione degli effluenti e dove esiste un delicato equilibrio per lo spandimento dei liquami soprattutto in zone vulnerabili. Inoltre, gli studi sulle tipologie di matrice da utilizzare e sui pretrattamenti da attuare per avere una produzione maggiore di biogas hanno dato vita a diversi progetti sul territorio italiano ed in particolare su quello dell'Emilia-Romagna. 

A riguardo, due progetti che hanno permesso di sviluppare e applicare nuove tecnologie in contesti specifici sono rappresentati da due Gruppi Operativi coordinati dal CRPA di Reggio Emilia (Centro Ricerche Produzioni Animali), CaVin e Digestato 100% che si inseriscono in maniera sinergica in due momenti del ciclo del biogas a livello di azienda agricola, rappresentando validi sistemi integrati ed innovativi nel contesto aziendale in grado di valorizzare da un lato gli scarti agroalimentari, effluenti animali, sottoprodotti agricoli e coltivazioni dedicate e dall'altro il sottoprodotto del processo di digestione anaerobica che è rappresentata dal digestato, che diventa una risorsa per la concimazione del suolo ed incremento della fertilità. Nel seguito vedremo come le tecnologie indagate si possono inserire nei contesti aziendali aumentandone la sostenibilità agricola, ambientale, economica e sociale. 

Figura 1. Schema del ciclo del biogas a livello di azienda agricola e inserimento dei due progetti CaVin e Digestato 100%
Note: Il progetto CaVin si inserisce a monte del ciclo, nella fase di pretrattamento della biomassa, mentre il progetto Digestato 100 si inserisce a valle del ciclo con la gestione sostenibile del digestato.

Il progetto CaVin

Il progetto CaVin, ''Cavitazione delle vinacce per valorizzazione ai fini energetici'' - finanziato dal PSR 2014-2020 dell'Emilia-Romagna, Misura 16.1.01 Gruppi operativi del partenariato europeo per la produttività e la sostenibilità dell'agricoltura - vuole sfruttare al meglio il potenziale energetico di scarti agroindustriali ricchi in fibre che vengono valorizzati grazie al processo di cavitazione. Molti substrati fibrosi possono essere maggiormente attaccabili dalla flora batterica grazie a pretrattamenti che possono essere fisici, chimici, biologici o processi combinati. I pretrattamenti fisici vengono effettuati tramite taglio con coltelli, macinazione, triturazione, estrusione, cavitazione e altri sistemi combinati in grado di ridurre le dimensioni dei substrati. La cavitazione è sostanzialmente definita come la formazione, crescita e collasso di microbolle, che inducono, in fase liquida, alla generazione di zone ad altissima densità energetica caratterizzate da elevate temperature, pressioni e spostamenti di fluido. Questi fenomeni portano ad avere condizioni chimico-fisiche estreme, inducendo la parziale destrutturazione della materia. La cavitazione risulta adatta al trattamento e rottura della struttura molecolare rigida che costituisce la lignina, con l'evidente intento di rendere disponibile la sostanza organica al suo interno. Tale trattamento già utilizzato in altri settori, risulta innovativo applicato alle biomasse per favorire la digestione anaerobica.

 

Tra gli scopi dello studio vi è quello di valutare l'invio delle vinacce vergini a impianti di biogas vicini alle cantine vitivinicole. Nonostante la vinaccia vergine abbia già una sua valorizzazione legata al recupero dell'alcool spesso tale sottoprodotto deve fare percorsi molto lunghi per raggiungere le distillerie; il progetto CaVin è rivolto a quelle piccole cantine vicino ad impianti di biogas e distanti dalle distillerie che potrebbero valorizzare il sottoprodotto all'interno degli stessi impianti senza avere un impatto ambientale alto dovuto al trasporto su larghe distanze. La vinaccia è un substrato/sottoprodotto abbondante in Emilia-Romagna, regione che produce una media di oltre 7 milioni di ettolitri di vino all'anno. Una delle maggiori sfide degli attuali sistemi produttivi è legata alla gestione delle risorse naturali e alla riduzione dell'impatto ambientale che possono avere gli scarti generati dal processo.

Figura 3: Processo di pretrattamento delle vinacce con l'utilizzo del cavitatore, Un cavitatore idrodinamico presso un impianto di biogas e, a destra, il cavitatore mobile utilizzato per le prove del progetto CaVin.

Lo sfruttamento di energie di tipo rinnovabile, un ridotto consumo idrico e una limitata produzione di rifiuti sono obiettivi da perseguire in un processo produttivo sostenibile, non solo dal punto di vista tecnico ed economico, ma anche ambientale. La valorizzazione dei sottoprodotti ha quindi un ruolo cruciale verso il passaggio a un modello produttivo di tipo circolare, in cui lo scarto di produzione diviene risorsa per l'ottenimento di altro materiale o energia come nel caso del progetto presentato.

Il progetto Digestato 100%

Al progetto CaVin si lega il progetto "Digestato_100%", anch'esso finanziato dal PSR della Regione Emilia-Romagna con Misura 16, che utilizza il digestato come elemento chiave dell'azienda agricola moderna in un'ottica di sequestro del carbonio nel suolo che rappresenta uno degli elementi cardine del modello Biogas Fatto Bene sviluppato dal Cib (Consorzio italiano biogas). Il GO ha messo a punto e validato un sistema integrato innovativo di impiego del digestato in fertirrigazione, applicabile al digestato ottenuto da colture vegetali ed effluenti zootecnici, che rappresenta la tipologia più importante in termini di quantità disponibili sul territorio. Il sistema prevede la separazione solido-liquido seguita dalla microfiltrazione e dall'impiego del digestato microfiltrato in fertirrigazione, per mezzo di ali gocciolanti. La tecnologia sviluppata in questo sistema si è dimostrata essere una soluzione tecnicamente praticabile che valorizza la frazione chiarificata del digestato e permette di ottenere elevata efficienza dell'azoto distribuito, riducendo le emissioni in aria di ammoniaca, odori e gas serra. Attraverso questa tecnologia è possibile ampliare il periodo di utilizzo agronomico del digestato e ridurre, o addirittura azzerare l'impiego dei concimi di sintesi. I risultati del progetto evidenziano la sostenibilità della tecnologia sia dal punto di vista economico che ambientale. Infatti, la fertirrigazione con digestato in ali gocciolanti ha consentito di raggiungere produttività elevate riducendo gli input esterni; inoltre tale tecnica, oltre ad un ridotto consumo energetico rispetto all'irrigazione più tradizionale per aspersione, ha dei benefici anche per il suolo, in quanto evita il compattamento e si sposa bene con le tecniche di agricoltura conservativa. Il progetto vuole rappresentare una valida soluzione per la gestione sostenibile del digestato valorizzandolo nella maniera corretta, e chiudendo il ciclo produttivo con indubbi vantaggi in tema di sostenibilità e competitività, in un sistema agricolo integrato che sostiene la vocazione e la qualità delle produzioni. L'utilizzo efficiente del digestato, in particolare, consente di ottimizzare i bilanci di fertilizzazione, grazie al riciclo dei nutrienti contenuti, e l'apporto di sostanza organica è elemento fondamentale per la conservazione e l'incremento della fertilità, quindi, della capacità produttiva dell'azienda stessa. L'efficienza di utilizzo del digestato, tuttavia, non può prescindere da un continuo sviluppo tecnologico che consenta di sfruttarne le proprietà fertilizzanti con pratiche semplici, che migliorino la gestione dell'azienda e che permettano di fertilizzare nei momenti di maggiore ricettività della coltura.

Progetto Digestato_100% - Impianto a biogas seguito da sistema di microfiltrazione e fertirrigazione, attraverso il quale è possibile utilizzare il digestato valorizzando al massimo la sua capacità concimante

Il ruolo di un sistema di produzione ciclico

I due progetti mettono in luce una realtà che sta prendendo piede nei nostri territori, quella delle aziende agroenergetiche che sfruttano un sistema di produzione ciclico, nel quale l'azienda agricola diventa sia produttrice di colture che di scarti da poter quindi utilizzare, in caso previo pretrattamento, per produrre energia. Al fine di ottenere una maggiore sostenibilità agricola, ambientale, economica ed energetica le aziende agricole hanno dovuto migliorare le proprie competenze in ambito biotecnologico, nella gestione sostenibile delle rotazioni colturali, degli scarti da queste prodotte, con un aumento nella possibilità di utilizzo di effluenti zootecnici e sottoprodotti agricoli e agroalimentari. In questo scenario, il digestore ha assunto il ruolo di un rumine aggiuntivo perfettamente integrabile nell'azienda agricola, un reattore in grado di produrre energia rinnovabile programmabile, utilizzabile in molte forme e un riciclatore di nutrienti e carbonio organico in azienda, rendendo disponibile un fertilizzante organico anche in aziende senza allevamento. Questo sistema circolare ha portato all'aumento delle rese colturali con un incremento del contenuto di sostanza organica dei terreni che, prima dell'utilizzo del digestato risultava spesso in costante diminuzione. Quest'approccio alle bioenergie ed in particolare al biogas agricolo ha modificato il modo di produrre cereali, ortaggi e foraggi zootecnici nonché il modo di gestire la propria azienda agricola nel suo insieme con un approccio agro-ecologico.

Ad oggi, la ricerca e innovazione a livello regionale nel settore del biogas e biometano continuano ad avere una rilevanza strategica soprattutto se consideriamo gli studi condotti sull'upgrading del biogas a biometano liquido, che hanno un alto potenziale di ricadute sul sistema regionale. L'economia circolare punta ad ottenere tecnologie all'avanguardia che presentino risultati che possano essere replicabili e possano servire da esempio non solo per il sistema regionale, ma anche per tutti gli attori della filiera agroindustriale nazionale ed europea. Considerando anche i nuovi obiettivi europei al 2030 ed al 2050 è indispensabile ridare valore alle biomasse nella strategia energetica e climatica. Non solo attraverso l'utilizzo di residui e sottoprodotti, ma anche tramite la valorizzazione delle colture da destinare alla produzione di bioenergie. Questo traguardo potrà assegnare al comparto un ruolo sempre più importante e questo rappresenta non solo una grande opportunità per il nostro Paese per produrre gas rinnovabile da utilizzare nei trasporti e per altri usi, ma anche una importante occasione per l'agricoltura per proseguire il percorso iniziato da alcuni anni di efficientamento dei processi produttivi e di riduzione dei costi di produzione, al fine di rendere l'attività sempre più multifunzionale e sostenibile dal punto di vista ambientale, economico-energetico e sociale.

 
 

Maria Valentina Lasorella (CREA-PB),
Nicola Labartino,  
Paolo Mantovi,   
Sergio Piccinini(CRPA)

 
 

PianetaPSR numero 86 dicembre 2019