L'allevamento di suini è un'importante attività economica in Emilia-Romagna, dove si concentra il 12% dei capi presenti sul territorio nazionale, che nel complesso sono poco meno di 11 milioni. L'attuale gestione dei liquami di suino ha due importanti impatti ambientali: l'emissione di ammoniaca, un inquinante dell'aria, e l'emissione di gas climalteranti, oltre ad un importante impatto olfattivo. Il progetto CHAR RIMEDIO nasce con l'intento di contribuire alla mitigazione delle suddette emissioni derivanti dallo stoccaggio degli effluenti. Infatti, negli allevamenti suinicoli sono ancora molto diffusi i lagoni, vasche in terra di liquame, per i quali le tecniche di copertura per ridurre le emissioni risultano nella maggior parte dei casi tecnicamente non fattibili ed economicamente non sostenibili. In questi casi si rende necessaria l'individuazione di alternative che consentano una riduzione delle emissioni ammoniacali e di gas serra.
Il Gruppo Operativo (GO) CHAR Rimedio, finanziato dal Psr 2014-2020 dell'Emilia-Romagna, è coordinato dall'Organizzazione Interprofessionale Gran Suino Italiano che, in quanto organizzazione di produttori suinicoli, ha come mandato la ricerca ed il trasferimento al mondo produttivo di innovazioni che incrementino la sostenibilità degli allevamenti suinicoli. Le attività di ricerca e di monitoraggio sul campo sono state organizzate e condotte da UNIMORE (Dipartimento di Ingegneria "Enzo Ferrari" dell'Università degli studi di Modena e Reggio Emilia) e CRPA (Centro Ricerche Produzioni Animali) con sperimentazioni presso il partner Società Agricola Neve di Reggio Emilia, un allevamento suinicolo a ciclo aperto dalla potenzialità di 1000 capi destinati alla filiera DOP del Prosciutto di Parma. Le attività formative collegate al GO e rivolte agli operatori del settore sono state condotte dall'ente formatore DINAMICA.
L'innovazione del GO CHAR RIMEDIO è l'impiego di un materiale adsorbente chiamato biochar per ridurre le emissioni climalteranti (GHG) ed ammoniacali rilasciate dagli stoccaggi di liquame presenti negli allevamenti suinicoli. Il biochar, di cui si avvale CHAR RIMEDIO e prodotto da un'azienda attiva sul mercato toscano, è un carbone recalcitrante ottenuto come sottoprodotto dal processo di gassificazione di biomasse legnose e residuali, processo che ha come prodotto principale il syngas per fini energetici.
La gassificazione è un processo di degradazione termochimica, simile alla combustione, ma che avviene con meno aria (e quindi meno ossigeno) di quella che servirebbe per bruciare tutto il legno a disposizione. Esponendo la biomassa ad alte temperature e a basse concentrazioni di ossigeno, buona parte di essa viene convertita in gas combustibile (syngas), mentre una piccola parte (5%) rimane alla fine del processo nella forma di carbone vegetale (biochar), molto simile alla carbonella da barbecue ma di dimensioni inferiori, pezzatura non omogenea e molto polveroso.
Mentre il syngas viene usato per far funzionare un motore a pistoni e produrre energia elettrica e calore, il biochar non è usato nel processo e potrebbe trovare applicazioni in agricoltura, al di fuori della filiera energetica.
Il biochar utilizzato è stato selezionato tra quelli autorizzati dal MASAF sulla base della normativa vigente (G. U. n° 186 del 12 agosto 2015 che modifica l'allegato 2 "Ammendanti" del Decreto legislativo 29 aprile 2010 n. 75 Disciplina fertilizzanti e n° 188 del 2016) e che sono riportati nel registro nazionale degli ammendanti disponibile sul Servizio Informativo Agricolo Nazionale (SIAN, https://www.sian.it/vismiko/jsp/indexConsultazione.do).
Fra i biochar disponibili, è stato selezionato quello con presenza di IPA (Idrocarburi Policiclici Aromatici) trascurabile e minori concentrazioni di altri inquinanti (diossine, furani, policlorobifenili e metalli pesanti).
Le attività di monitoraggio previste dal progetto hanno permesso di valutare quale modalità di applicazione del biochar sia la più efficiente nel ridurre le emissioni in atmosfera dalle vasche di stoccaggio dei liquami suinicoli, tenendo in considerazione anche le indicazioni di fattibilità per lo scaling up a scala reale.
Inizialmente, le attività del Gruppo hanno comportato la progettazione e la realizzazione di dispositivi che impiegano il biochar in 3 modalità differenti per ridurre le emissioni dallo stoccaggio del liquame:
Le tre tecniche di utilizzo del biochar applicate ai liquami sono state messe a confronto con uno stoccaggio di liquame tal quale non trattato, al fine di determinare l'efficacia delle innovazioni nel ridurre le emissioni e gli odori dal liquame rispetto ad una situazione di controllo. Le attività sperimentali di CHAR RIMEDIO hanno riguardato il monitoraggio delle emissioni durante tre periodi di stoccaggio del liquame rappresentativi delle differenti condizioni meteoclimatiche (invernale, primaverile ed estiva) dalla durata di circa 60 giorni cadauno.
Per monitorare le emissioni dal liquame è stata adottata una metodologia sperimentale validata a livello internazionale, definita "Static Chamber Method" (Brewer et al., 1999; Hornig et al, 1999; Pedersen et al., 2001). L'andamento della concentrazione dei gas all'interno della camera di misura è stata misurata nel tempo con un analizzatore fotoacustico IR per gas (INNOVA mod. Lumasense 1412). Per motivi di confronto, controllo e registrazione di ogni parametro e variabile gestionale inerenti alla sperimentazione, sono stati predisposti ed impiegati degli stoccaggi pilota, della capienza di 1 m3, "dinamici", ossia il liquame fresco è stato aggiunto nello stoccaggio pilota seguendo ritmi e proporzioni della realtà aziendale per simulare i riempimenti e svuotamenti dello stoccaggio reale.
La gestione matChar è quella che ha permesso di ridurre maggiormente le emissioni di ammoniaca. Grazie all'effetto di copertura del liquame, le emissioni ammoniacali sono state ridotte del 32% rispetto allo stoccaggio non coperto (efficienza minima pari all'11%, nel periodo invernale e massima pari al 56%, nel periodo estivo). D'altro canto, l'applicazione matChar incrementa le emissioni di protossido d'azoto (N2O) del 66% rispetto al controllo. Questo aspetto trova spiegazione nel fatto che il biochar può assorbire acqua sino a 5 volte il suo peso e, quando si impregna di liquame, simula la formazione di una crosta al di sopra della superficie del liquame. All'interno di queste croste si possono instaurare processi incompleti di nitri-denitrificazione fonte di emissione di N2O. È importante sottolineare, comunque, che le emissioni azotate sotto forma di protossido d'azoto rappresentano solo l'1-2% delle emissioni azotate sotto forma di ammoniaca.
Il trattamento aeroChar è risultato efficace nel ridurre le emissioni di metano e protossido di azoto (rispettivamente -17% e -10%) rispetto al controllo, grazie all'azione di ossigenazione del liquame che si ottiene durante l'alternanza di fasi aerobiche ed anossiche all'interno del reattore di nitri-denitrificazione.
La filtrazione dei liquami attraverso un filtro contenente biochar (filtChar) è risultata l'applicazione meno promettente nel mitigare le emissioni, sia perché probabilmente l'efficacia del biochar nel catturare l'ammoniaca si esaurisce in tempi rapidi, sia per il pompaggio del liquame. In figura si illustrano le percentuali medie di riduzione delle emissioni ammoniacali e di GHG (metano e protossido d'azoto) rilevate durante la fase di stoccaggio del liquame suinicolo, applicando il biochar nelle 3 differenti modalità.
Le applicazioni aeroChar e matChar sono risultate in grado di mitigare anche l'impatto olfattivo dei liquami durante le fasi di stoccaggio. Analisi olfattometriche su campioni di aria prelevati dalle diverse tesi, adottando la medesima tecnica di misura "Static Chamber" già impiegata per il monitoraggio delle emissioni, hanno evidenziato che la concentrazione di odore espressa in odour unit per metro cubo di aria (ouE/m3) si riduce rispetto al controllo rispettivamente del 63% e del 40% utilizzando il biochar nelle modalità aeroChar e matChar.
Obiettivo non secondario del Gruppo Operativo è stato quello di valorizzare l'impiego agronomico del biochar, andando a stimare i vantaggi ambientali del suo utilizzo in campo attraverso l'applicazione dell'analisi Life Cycle Assessment (LCA). Il biochar, che dal punto di vista legislativo viene già classificato come ammendante, grazie alla sua elevata porosità e capacità adsorbente è in grado di incorporare micro e macro-nutrienti tramite il contatto con i liquami e di rilasciarli nel terreno, migliorandone così le caratteristiche.
Le caratteristiche del biochar finale, riportate nella tabella sottostante, testimoniano il processo di arricchimento in seguito al contatto con i liquami nelle diverse tesi; in particolare il biochar Filt e biochar Aero hanno registrato il maggior incremento in contenuto di azoto (NTK) e fosforo (Ptot) rispetto al biochar vergine, con un rapporto di C:N in media nelle due tesi di circa 30 rispetto a quello iniziale pari a 93 e del tutto sbilanciato nel contenuto in carbonio. Si ricorda che il rapporto ideale C:N di un fertilizzante è attorno a 10, equivalente al rapporto registrato nella sostanza organica già umificata. Il biochar Mat che seppur ha garantito una più efficiente riduzione delle emissioni di ammoniaca, si è arricchito in minor misura di nutrienti rispetto alle altre due tesi a causa di un minor interazione tra liquame e biochar, che in questa applicazione è rimasto in superficie come materiale galleggiante. Il rapporto C:N del biochar Mat è stato di 46. Da sottolineare, inoltre, la diminuzione di pH del biochar, tipicamente basico, e l'assorbimento di acqua dimostrato dalla significativa riduzione del tenore di sostanza secca (ST) in seguito al trattamento.
Infine, un altro aspetto preso in considerazione dal progetto sono i benefici del biochar come "pozzo di carbonio", in quanto il carbonio contenuto nel biochar è considerato un materiale altamente recalcitrante. La letteratura scientifica identifica una frazione di carbonio più labile che viene degradata negli anni e una frazione di carbonio stabile che permane nel terreno sul lungo periodo. La "European Biochar Certificate (EBC)" riporta che il 74% del carbonio totale contenuto originariamente nel biochar permane nel suolo anche dopo cento anni, considerando un rate di decadenza annuale cautelativo del 0,3%. Per questo motivo il biochar è considerato un materiale in grado di stoccare carbonio ed è il principale protagonista delle cosiddette "Bioenergie con cattura e stoccaggio del carbonio- BECCS".
Il biochar sta assumendo un ruolo sempre più centrale nella lotta ai cambiamenti climatici tanto che l'IPCC nel rapporto "Climate Change 2022: Mitigation of Climate Change" sostiene che il biochar potrebbe avere un potenziale di rimozione dall'atmosfera di 2,6 miliardi di tonnellate di CO2 equivalente ogni anno. Il progetto attualmente si sta occupando di quantificare lo stoccaggio di carbonio in seguito all'applicazione in campo del biochar utilizzando la metodologia descritta nell'IPCC 2019 Refinement to 2006.
In conclusione l'introduzione del biochar da gassificazione nella filiera della gestione degli effluenti d'allevamento potrebbe in futuro determinare sia benefici ambientali diretti, derivanti dalla riduzione delle emissioni dagli stoccaggi, che indiretti, dovuti all'incremento di carbonio stabile e di elementi macro (azoto) e micro nutritivi nel terreno, grazie all'impiego del biochar su terreno agricolo dopo essere stato utilizzato per ridurre le emissioni.
Iniziativa realizzata nell'ambito del Programma regionale di sviluppo rurale 2014-2020 — Tipo di operazione 16.1.01 — Gruppi operativi del partenariato europeo per la produttività e la sostenibilità dell'agricoltura — Focus Area 5D - Ridurre le emissioni di gas a effetto serra e di ammoniaca prodotte dall'agricoltura - Progetto "CHAR RIMEDIO - Utilizzo del bioCHAR per la RIduzione delle eMissioni climaltEranti eD ammonIacali in suinicOltura".
Irene Criscuoli, Maria Valentina Lasorella
CREA-PB
Lorenzo Bercelli, Giuseppe Moscatelli, Arianna Pignagnoli, Andrea Zanaroli
CRPA
Nicolò Morselli, Filippo Ottani, Simone Pedrazzi
UNIMORE
PianetaPSR numero 124 maggio 2023
Vai al sito del progetto charrimedio.crpa.it