Ottimizzazione delle filiere bioenergetiche per una sostenibilità economica e ambientale
       
26-07-2017 22:44:12

Obiettivi

  • Obbiettivi
  • WP1
  • WP2
  • WP3
  • WP4

Obiettivi generali e specifici (intermedi e finali)

Obiettivo generale è aumentare l’efficienza delle catene bioenergetiche esistenti rendendole competitive, mantenendo elevato il livello di sostenibilità ambientale dell’agro-ecosistema. Il Progetto ha l’ambizione di produrre nuovi genotipi a più elevata produttività e soluzioni tecniche migliorative e sostenibili per le diverse filiere esistenti. L’attività di ricerca è articolata in specifici ambiti (WP) internamente a ciascuna filiera (Fig. 4). In questo Progetto non vengono considerate alcune specie di grande interesse (panico, miscanto, cardo, mais) il cui studio viene approfondito in altre tematiche del presente Bando. Filiere bioenergetiche

Figura 4. Organizzazione generale del Progetto suddiviso in 4 azioni generali (WP). WP1-3 rappresentano, nell’ordine, Agrotecnica, Miglioramento Genetico e Qualità Tecnologica; WP4 (bilancio economico-ambientale e logistica) comprende attività più trasversali a carico di una o poche U.O. In grassetto, le U.O. interne al Progetto (vedi Tabella 2 per specifiche); fra parentesi le principali collaborazioni esterne di ciascuna U.O. Altre collaborazioni esterne riguardano Enti locali, Regione, Provincia, Associazioni Agricole, consulenti privati, laboratori analitici specializzati, costruttori di macchine agricole, contoterzisti e società sementiere.

Per ciascuna tematica, all’interno di ogni filiera, è stato condotto uno studio preliminare allo scopo di individuare le principali criticità (colli di bottiglia) sulle quali impostare specifiche attività di ricerca (Fig. 5). Di seguito verranno descritti gli obiettivi specifici suddivisi per WP. In termini generali, l’obiettivo del WP1 è aumentare l’efficienza del segmento agronomico delle catene bioenergetiche operando sui punti critici all’interno nelle singole colture. La potenzialità produttiva è stata individuata come uno degli aspetti chiave, comune a quasi tutte le colture, richiedendo verifiche in condizioni colturali differenziate, ovvero azioni di consolidamento per quelle colture che presentano aspetti di particolare interesse (es. qualità tecnologica, facilità di gestione agronomica/logistica), ma insufficiente produttività. Nel caso delle tre colture arboree (pioppo, salice ed eucalipto), l’obiettivo è verificare il livello di produzione ottenibile con cloni di recente costituzione impiegati come short rotation forestry (SRF), un contesto colturale abbastanza diverso da quello della tradizionale arboricoltura da legno per cellulosa. La tolleranza del pioppo all’impiego di reflui zootecnici rapprenda un’ulteriore obiettivo incluso nel progetto. Tre U.O. sono incaricate di perseguire i suddetti obiettivi sulle colture arboree a rapido accrescimento: CRAPLF, CRA-CIN e SSSA, quest’ultima anche in confronti con specie erbacee. Altro obiettivo del WP1 è valutare le potenzialità produttive di specie erbacee annuali e poliennali quali sorgo da zucchero e da fibra, arundo (canna comune), colza ecc. variando alcuni aspetti fondamentali di tecnica colturale, in particolare epoca di semina, densità e modalità d’impianto. Le U.O. che prenderanno parte a questa attività saranno: CRA-CIN, CRA-SCA, UNIBO, UNICT, SSSA. Altre specie meno note e di potenziale interesse per le filiere esistenti verranno ugualmente inserite in ricerche volte a valutarne l’adattabilità e la risposta produttiva a tecniche a basso input. Le U.O. di Bologna (UNIBO) e Pisa (UNIPI) potranno occuparsi di questo obiettivo. Nell’ambito del WP2 verranno perseguiti i seguenti obiettivi generali: i) ampliamento delle conoscenze sulla variabilità genetica di specie ancora poco indagate a causa dei limiti naturali nella riproduzione gamica; ii) ottenimento di genotipi a più elevata produttività o con habitus più favorevole all’ambiente di coltivazione. Scendendo più in dettaglio, il WP2 ha come obiettivi la costituzione di nuovi cloni di pioppo e salice più produttivi e potenzialmente più plastici adatti ad ambienti più siccitosi del centro-sud Italia, a partire da materiale già selezionato in precedenti programmi di ricerca e disponibile presso l’U.O. incaricata (CRA-PLF). La sperimentazione è finalizzata anche all’individuazione di cloni da proporre per l’iscrizione al RNCF e/o per la richiesta di privativa comunitaria al CPVO. Filiere bioenergetiche II

Figura 5. Principali livelli di criticità delle specie considerate in questo Progetto per le tre filiere bioenergetiche. WP rappresentano le 4 azioni di ricerca del Progetto.

Nell’ambito delle colture erbacee, sulla base delle esperienze acquisite dall’U.O. di Piacenza (UNICATT), verranno costituiti nuovi ibridi di sorgo da fibra e da zucchero ad elevata produttività di sostanza secca. La stessa U.O. dedicherà inoltre parte dell’attività di miglioramento genetico all’incremento della capacità germinativa del seme di sorgo da fibra in condizioni di stress abiotici di varia natura. Questo aspetto verrà studiato in modo specifico dall’U.O. di Catania CNR-ISAFOM. Nei riguardi delle specie erbacee poliennali, gli sforzi saranno dedicati in particolare allo studio della variabilità genetica di Arundo donax e specie affini con tecniche di genetica molecolare, indagine preliminare a futuri programmi di miglioramento genetico sulla specie. L’U.O. dedita a conseguire tale obiettivo è il CRA di Bologna (CRA-CIN). In un’ottica di filiera la definizione dei requisiti di qualità per la materia prima e il superamento di soglie minime assumono, logicamente, particolare importanza. Gli elementi di giudizio sono inevitabilmente diversi da filiera a filiera, con vincoli che appiano ad oggi molto limitanti nella filiera bio-termoelettrica, meno in quella biodiesel e ancor meno in quella bioetanolo. Il WP3 ha pertanto come obiettivo generale la valutazione della qualità tecnologica delle biomasse ottenute nell’ambito del WP1, sulla base di diverse tipologie di impianti esistenti. Per quanto detto, l’attività si focalizzerà su impianti per conversione termoelettrica a diversi livelli di scala. Obiettivi specifici del WP3 sono riassumibili nei seguenti punti: i) analisi dirette delle principali caratteristiche chimicofisiche delle biomasse per energia bio-termoelettrica prodotte con diverse modalità nell’ambito del WP1 (UNIBO, UNIPI, UNICT, CRA-CIN; CRA-RPS); ii) ampliamento del dataset con l’ausilio di metadatabase esistenti (UNIFI); iii) valutazione tecnologica dei pretrattamenti (pellets, chips, briquettes) in funzione della efficienza di conversione energetica degli impianti (UNIFI); iv) stima dell’idoneità chimico-fisica delle biomasse in funzione delle tipologie impiantistiche (UNIFI); v) analisi di impianti esistenti sul territorio italiano ed eventuale verifica dell’adattabilità delle diverse tipologie di biomassa a impianti combinati (combustione, gassificazione, pirolisi) (UNIFI); vi) caratterizzazione qualitativa degli oli per la produzione i biodiesel (UNIPD, UNIBO, CRA-SCA, UNIPI); vii) utilizzazione ceneri e valutazione degli effetti delle stesse sulla qualità dei suoli e delle colture (CRA-RPS) Obiettivo del WP4 è fornire elementi di giudizio e proposte tecniche migliorative su aspetti più trasversali alle tre filiere bioenergetiche (es. economicità). Alcune analisi di filiera hanno infatti un significato solo se comprendenti l’intera catena, dalla produzione primaria al prodotto finale. Ad esempio, l’analisi d’impatto ambientale (LCA) di un singolo processo (es. fase d’impianto di una coltura) può portare a risultati incompleti e fuorvianti rispetto all’impatto complessivo della filiera. Il WP4 ha quindi l’obiettivo di analizzare la filiera nei seguenti aspetti: I)
  • Analisi economica;

    L’analisi economica delle tre filiere verrà interpretata tenendo conto della dinamica del prezzo del petrolio, dei costi di produzione e della competizione con le produzioni agricole tradizionali. Verranno calcolati bilanci economici sia a livello di singolo processo produttivo che su scala aziendale simulando il comportamento imprenditoriale circa l’allocazione della terra. L’U.O. preposta a tale obiettivo è l’Istituto Nazionale di Economia Agraria (INEA). Obiettivo della prima fase è determinare, per diverse tipologie aziendali ed aree geografiche, i costi di produzione delle colture energetiche sulla base dei dati provenienti da altre U.O. In relazione alla materia prima agricola utilizzata, verrà inoltre individuato il prezzo di compensazione (o prezzo di parità) che rappresenta il valore a cui il costo unitario della bioenergia eguaglia quello di produzione di una stessa unità di combustibile fossile. Obiettivo finale è comparare le varie opzioni colturali su scala aziendale, regionale e nazionale, onde evidenziare la potenzialità di inserimento delle colture energetiche all’interno degli ordinamenti colturali, in funzione della convenienza economica determinata da scenari alternativi di prezzo del petrolio e dei biocarburanti.
  • Impatto ambientale (LCA);

    L’analisi del ciclo di vita (LCA – Life Cycle Assesment) è uno strumento standardizzato e riconosciuto a livello internazionale (ISO14040-43) che permette di individuare gli impatti ambientali associati ad un prodotto o ad un processo, attraverso l’identificazione e la quantificazione delle materie prime, dell’energia utilizzata e delle emissioni di sostanze o rifiuti nell’ambiente. Per una migliore e più immediata comprensione dei risultati, le emissioni di un processo o di una catena di processi vengono convenzionalmente raggruppate in “macro-categorie d’impatto” quali, ad esempio, “emissioni di gas serra” o “eutrofizzazione”. Obiettivo è in questa fase stimare i carichi ambientali, su unità territoriale o energetica, a partire dalla fase agricola fino alla produzione di energia, al fine di ottenere una valutazione comparativa delle colture da biomassa rispetto a colture tradizionali. A tale scopo, gli aggravi ambientali verranno raggruppati nelle seguenti categorie d’impatto: (I) Emissioni di gas climalteranti; (II) Eutrofizzazione; (III) Biodiversità; (IV) Tossicità per l’uomo. Obiettivo finale è individuare i processi di filiera maggiormente responsabili dei carichi ambientali in modo da procedere ad un analisi più dettagliata e mirata a meglio evidenziare il prodotto o l’attività responsabile, oggetto di opportune modifiche. I risultati potranno essere di aiuto in fase di progettazione o modifica dei processi produttivi al fine di massimizzare, compatibilmente con la convenienza economica, la sostenibilità ambientale dell’intera catena. Poiché la fase agricola è parte integrante di tutte le filiere in esame, altro delicato obiettivo sarà valutare l’effetto delle diverse colture sulla suscettibilità all’erosione dei suoli. Le U.O. di Bologna (UNIBO) e Catania (UNICT) sono incaricate di realizzare i suddetti obiettivi.
  • Analisi Territoriale (GIS)

    Le performance e la gestione agronomica delle colture sono strettamente dipendenti dalle caratteristiche ambientali. Gran parte della loro capacità produttiva dipende, da un lato, dalla possibilità dell’ambiente di assecondare le loro esigenze, ovvero dalla capacità di adattamento delle specie. L’individuazione di ambienti vocati dal punto di vista climatico, agronomico e socio-economico, diventa quindi un aspetto prioritario al fine di ottimizzare l’efficienza dell’intera filiera produttiva. A tale riguardo, l’obiettivo della presente attività è realizzare una carta di vocazionalità al fine di dare indicazioni sulle aree più idonee all’affermazione delle filiere. L’obiettivo primario è la scomposizione del territorio nei fattori più importanti connessi alle filiere bioenergetiche. Le scelte ed il peso dei vari fattori possono essere molteplici e vanno definiti per ogni specifico caso studio; possono essere di carattere ambientale e climatico (morfologia, altitudini, piovosità, temperature, fertilità, ecc.) e socio-economiche (presenza di centri abitati, strade, aree industriali, uso del suolo, tipicità produttiva, ecc.). La scomposizione del territorio nelle diverse componenti, il loro studio, la classificazione e l’elaborazione verranno effettuati tramite Sistemi Informativi Territoriali (SIT o GIS) che operano su dati informatizzati (foto satellitari, digitalizzazioni ecc.). Obiettivo finale è quindi la costituzione di un GIS per la divulgazione e l’utilizzo delle carte di vocazionalità a supporto delle decisioni sia di imprenditori agricoli che di enti che operano nel territorio, ad esempio utilizzando pacchetti Web-GIS interattivi e interrogabili direttamente dall’utente finale. L’attività sopradescritta verrà svolta dalla U.O. di Bari (CRASCA).
  • Meccanizzazione e logistica

    Meccanizzazione, conservazione e logistica rappresentano punti deboli per la maggior parte delle colture da biomassa (filiere bio-termoelettrica e bioetanolo). Molti progetti in corso o in valutazione sono focalizzati su specie poliennali e sorgo da fibra, mentre poca attenzione è stata posta su sorgo da zucchero che, per contro, presenta le maggiori difficoltà di gestione data l’elevata presenza di zuccheri fermentescibili nello stocco. Altro obiettivo del WP4 è pertanto progettare una macchina idonea alla raccolta di sorgo zuccherino dimensionata per le aziende italiane. Si dovrà inoltre individuare la ditta costruttrice interessata alla realizzazione della macchina. L’ottimizzazione degli aspetti logistici è altrettanto indispensabile nel ridurre le perdite di prodotto utile in fase di postraccolta e costituisce pertanto un altro obiettivo del presente WP. Nel migliorare tale aspetto si terrà conto delle superfici potenzialmente interessate, della meccanizzazione esistente, dei siti di stoccaggio, del raggio di approvvigionamento, il tutto in relazione alla tipologia e alle dimensioni dell’impianto. Tutte le attività riguardanti la meccanizzazione sono in carico all’Unità di Ricerca in Ingegneria Agraria di Monterotondo (CRA-ING).

PIANO DI ATTIVITÀ

Descrizione delle attività previste suddivise per linee di ricerca o attività

Le attività verranno descritte in ordine di WP e al loro interno di task e sub-task. Questi ultimi rappresentano in pratica le singole attività di ricerca.

WP1 – Agrotecnica

Nel WP1 vengono affrontate le problematiche relative all’efficienza dell’anello agronomico delle catene bioenergetiche bio-termoelettrica, biodiesel e bioetanolo (rispettivamente task 1.1., 1.2 e 1.3).

  • Task 1.1 - Filiera Bio-termoelettrica

    Sub-task 1.1.1 - Valutazione delle potenzialità produttive di cloni o ibridi di specie arboree a rapido accrescimento (SRF) (CRA-PLF; SSSA).
    Saranno realizzati impianti con sistema svedese e americano, a diversa fittezza, di Populus alba e P. deltoides x P. nigra e relativi ibridi, con valutazioni della resistenza ad avversità biotiche sia a pieno campo che in ambiente controllato. Cloni di pioppo e salice selezionati dall’U.O. saranno allevati in tre località (Nord, Centro e Sud) per la valutazione del livello di tolleranza a stress biotici (principalmente bronzatura, ruggini e afide lanigero) e abiotici (termico, idrico, salino, nutrizionale), con analisi di carattere fisiologico, biochimico e molecolare, includendo lo sviluppo degli apparati radicali, i flussi di crescita, la modifica della struttura di alcuni organi e l’aumento dell’efficienza d’uso dell’acqua (WUE). SSSA continuerà l’attività sperimentale su prove di lungo periodo per il confronto tra livelli di intensificazione in pioppo a diverso turno di ceduazione e livello di concimazione azotata.

    Sub-task 1.1.2 - Valutazione dell’impiego di reflui zootecnici nella fertilizzazione di arundo e pioppo (CRACIN).
    Verranno confrontati due dosi d’impiego di liquami zootecnici, una di concimazione minerale ed un testimone non concimato, in prove agronomiche volte al monitoraggio dei principali caratteri biometrici durante l’accrescimento e alla determinazione della resa quanti-qualitativa finale. E’ già stato riscontrato che arundo potrebbe tollerare abbondanti apporti di reflui zootecnici con incremento delle produzioni. La possibilità di utilizzare liquami rappresenterebbe la soluzione di un grande problema, particolarmente in areali con alta concentrazione di allevamenti.

    Sub-task 1.1.3 - Verifica delle potenzialità produttive di genotipi di sorgo da fibra (CRA-CIN) in semina tradizionale e anticipata (UNIBO; UNICT) e a diversi livelli di intensificazione colturale (SSSA).
    In prove parcellari a pieno campo saranno confrontati genotipi di sorgo da fibra di diversa provenienza (CRA-CIN). Presso UNIBO, UNICT il confronto fra genotipi sarà effettuato in combinazione con diverse epoche di semina, affiancato da prove per lo studio della risposta a stress abiotici (basse temperature, siccità). SSSA procederà ad una raccolta ed organizzazione dei dati relativi a prove sperimentali di confronto fra diversi livelli di intensificazione (convenzionale e basso input), relativamente a lavorazione del terreno, concimazione e modalità di raccolta. Verranno inoltre calcolati alcuni indici fisiologici quali, in particolare, efficienza d’uso dell’acqua (WUE) e della radiazione luminosa (RUE).

    Sub-task 1.1.4 - Valutazione della produttività di arundo in funzione dell’agrotecnica (CRA-SCA; SSSA).
    La produttività di arundo verrà valutata al variare della dose di concimazione azotata, tecnica di lavorazione del terreno e densità d’impianto (SSSA). La produttività verrà ugualmente valutata in due epoche d’impianto autunnali, in combinazione con la presenza o meno di irrigazione di soccorso (CRA-SCA).

    Sub-task 1.1.5 - Bilancio Energetico (UNICT; CRA-SCA; SSSA; UNIBO) e del Carbonio (CRA-SCA, UNICT).
    Il bilancio energetico sarà determinato su filiere complete di sorgo e arundo in base a criteri standard di misura dei flussi energetici in entrata e uscita. Ugualmente, il bilancio del carbonio verrà realizzato su colture annuali e poliennali utilizzando tecniche micrometereologiche e modelli specifici, nonché misure di scambi gassosi.

    Sub-task 1.1.6 - Ottimizzazione dell’uso delle ceneri in agricoltura (CRA-RPS).
    Verrà determinata la qualità delle ceneri residue della combustione di colture dedicate provenienti dalle altre U.O. mediante analisi termica. Sulla base dei risultati, saranno effettuate sperimentazioni agronomiche con ammendanti formulati a partire da tali ceneri, trattate con matrici organiche per l’abbattimento dei livelli di alcalinità e salinità. Gli ammendanti così ottenuti saranno caratterizzati in termini di contenuto di elementi nutritivi e di eventuali metalli pesanti, mentre i risultati ottenuti attraverso il loro impiego saranno valutati a livello di coltura e di terreno, con particolare approfondimento sugli indicatori chimici e biologici di qualità del suolo.

    Sub-task 1.1.7 – Prime valutazioni delle potenzialità produttive di specie da biomassa meno note da introdurre nelle filiere esistenti (UNIBO): Helianthus tuberosus; Panicum maximum; Pennisetum purpureum; Sorghum almum.
    L’effettuazione di queste prove è subordinata al reperimento del quantitativo necessario del materiale genetico dal quale ci si possa attendere un livello minimo di adattabilità alle condizioni degli ambienti delle U.O. indicate. Le prove comporteranno valutazioni iniziali di habitus vegetativo e produttività, a confronto con specie più note ad analogo destino produttivo. Solo per H. tuberosus sarà attuato un confronto più specifico fra impianto annuale e poliennale, finalizzato, oltre che a un’estensione temporale del periodo produttivo, ad una differenziazione nella destinazione potenziale dei prodotti tra filiera bio-termoelettrica e bioetanolo.
  • Task 1.2 - Filiera Biodiesel

    Sub-task 1.2.1 - Confronto fenologico-produttivo fra genotipi di colza e carinata (UNIPD, UNIPI) combinati con diverse epoche di semina.
    Al fine di mitigare le criticità legate all’anticipo di levata autunnale (carinata) e alle consistenti perdite di raccolta dovute a deiscenza (colza), verranno confrontati varietà e ibridi a diversa scalarità di fioritura e quindi fruttificazione, operando nel caso della carinata in diverse epoche di semina autunnale. Particolare interesse verrà dedicato sia alla ripartizione delle radici lungo il profilo della rizosfera, sia al turnover. Tali parametri avranno anche la finalità di quantificare la capacità di sequestro del carbonio da parte delle colture nel corso del ciclo vegetativo.

    Sub-task 1.2.2 - Valutazione dell’effetto della concimazione azotata e della tecnica di lavorazione del terreno su genotipi di colza (CRA-SCA).
    Secondo schema fattoriale verranno confrontate le produzioni di colza in due modalità di concimazione (due interventi vs. un intervento) e con diversa tecnica di lavorazione del terreno (lavorazioni tradizionali vs. minimum tillage o no tillage). La prova vuole rappresentare un tipico sistema colturale mediterraneo in asciutto con rotazione composta da frumento, colza e girasole, su ciascuno dei quali le ricerche vengono condotte con analoghe modalità e scopi.

    Sub-task 1.2.3 – Confronto fra colza, carinata e girasole a diversi itinerari tecnici (UNIPI).
    UNIPI valuterà a pieno campo l’efficienza di itinerari tecnici di lavorazione a diverso input al fine di ridurre l’impiego di energiasussidiaria sulle tre specie. I rilievi interesseranno tanto la pianta che l’operatività dei cantieri utilizzati.
  • Task 1.3 - Filiera Bioetanolo

    Sub-task 1.3.1 - Verifica delle potenzialità produttive di genotipi di sorgo da zucchero a diverse latitudini in funzione dell’epoca di semina (UNICT, UNIBO) e della disponibilità idrica (UNICT).
    In due ambienti caratterizzati da condizioni pedo-climatiche molto differenziate (Bologna e Catania) saranno valutate linee e varietà di vecchia e nuova costituzione. Alcune di queste deriveranno da lavori di selezione effettuati dall’Unità di ricerca di Piacenza. Verrà inoltre valutata l’adattabilità della coltura a semine più o meno anticipate allo scopo di migliorare l’emergenza senza ausilio di irrigazione, allungare la stagione di crescita e anticipare, per quanto possibile, l’epoca di raccolta, così da essiccare più facilmente la pianta in campo. Nell’ambiente siciliano verranno anche valutati gli effetti della disponibilità idrica su accrescimento e produttività della coltura.

    Sub-task 1.3.2 - Studio di tecniche colturali a livelli di input differenziati (CRA-SCA, UNICT).
    Verranno valutate le performance produttive di sorgo da zucchero con tecnica di coltivazione a input ridotti a confronto con la tecnica tradizionale. In aggiunta verranno quantificati gli effetti delle interazioni fra alcuni fattori agronomici (concimazione, irrigazione, semina su sodo, controllo delle infestanti).

WP2 – Miglioramento genetico

L’attività riguarda studi sulla variabilità genetica di specie ancora poco indagate e costituzione di nuovi genotipi a più elevata produttività o con habitus più favorevole all’ambiente di coltivazione.
  • Task 2.1 - Filiera Bio-Termoelettrica

    Sub-task 2.1.1 - Costituzione di nuovi cloni di specie arboree SRF a partire da materiale già selezionato dall’U.O. (CRA-PLF).
    Verranno confrontati almeno 40 cloni di pioppo in impianti sperimentali in diversi areali del Nord e Centro-Sud Italia. In diversi ambienti di coltivazione saranno valutate le migliori progenie (80 cloni) di salice ottenute sia nell’ambito di incroci intraspecifici controllati in Salix alba, sia da impollinazione libera con soggetti esotici (Salix matsudana e Salix jessoensis) per la produzione di biomassa in ambiente Mediterraneo. Verranno infine selezionati genotipi di pioppo e salice caratterizzati da migliore capacità di radicazione in condizioni pedologiche avverse.

    Sub-task 2.1.2 - Miglioramento della capacità germinativa di sorgo da fibra in condizioni di stress abiotici(UNICATT, CNR-ISAFOM) e costituzione di nuovi ibridi ad elevata produttività (UNICATT).
    La costituzione di nuovi ibridi sarà effettuata impiegando linee disponibili o in via di fissazione, ottenute a partire dal materiale genetico esistente presso l’U.O. UNICATT, opportunamente riprodotto al fine di confermare la presenza di caratteri interessanti già preliminarmente osservati. Il miglioramento della capacità germinativa del seme di sorgo da fibra in condizioni di stress idrico, termico e salino sarà perseguito tramite semine in epoca precoce e normale in parcelle a pieno campo. L’individuazione dei genotipi in grado di germinare in condizioni difficili sarà accompagnata dalla messa a punto di tecniche per il superamento dei limiti esistenti, con particolare attenzione a quelli dovuti a basse temperature (CNR-ISAFOM).

    Sub-task 2.1.3 - Valutazione della variabilità genetica di arundo e specie affini con tecniche di genetica molecolare (CRA-CIN).
    L’attività prevede tre fasi. Nella prima, si procederà al campionamento di materiale genetico di A. donax, A. plini, A. collina e A. mediterranea proveniente dall’areale mediterraneo e dall’estremo oriente (Cina), al fine di ampliare per quanto possibile la variabilità genetica e fenotipica. Successivamente, si realizzerà un campo catalogo con rilievo dei principali caratteri fenologici, morfologici e fisiologici in grado di caratterizzare l’habitus e l’adattabilità all’ambiente delle accessioni disponibili. Infine, parallelamente alle analisi fisiologiche, si effettueranno analisi molecolari tramite marcatori del DNA (tecniche AFLP e SSR) e tramite tecniche di amplificazione di geni, pseudo-geni e spaziatori nucleari e plastidiali, al fine di individuare l’effettivo livello di variabilità genetica delle accessioni disponibili nell’ambito di una ricostruzione filogenetica del genere Arundo.
  • Task 2.2 - Filiera bioetanolo

    Sub-task 2.2.1 - Miglioramento della capacità germinativa di sorgo da zucchero in condizioni di stress abiotici (UNICATT, CNR-ISAFOM) e costituzione di nuovi ibridi ad elevata produttività (UNICATT).
    Saranno estese al sorgo zuccherino le attività previste per il sorgo da fibra (sub-task 2.1.2), sia relativamente agli aspetti di accrescimento e produttività, sia alla capacità di emergenza in condizioni di stress abiotici. La concentrazione zuccherina del fusto sarà valutata con particolare attenzione e costituirà, al pari dell’accrescimento in biomassa, un criterio guida nel processo di selezione per l’ottenimento della maggior produzione di zuccheri fermentescibili per unità di superficie.

WP3 – Qualità tecnologica dei biocombustibili

In un’ottica di filiera la definizione dei requisiti di qualità per la materia prima e il superamento di soglie minime di riferimento assumono, logicamente, particolare importanza. Gli elementi di giudizio sono inevitabilmente diversi da filiera a filiera, con vincoli che appaiono ad oggi molto limitanti nella filiera bio-termoelettrica, meno in quella biodiesel e ancor meno in quella bioetanolo.
L’attività del WP3 è articolata nei seguenti task:
  • Task 3.1 - Analisi dirette delle principali caratteristiche chimico-fisiche delle biomasse per energia biotermoelettrica prodotte con diverse modalità nell’ambito del WP1 (UNIBO, UNIPI, UNICT, CRA-CIN; CRARPS).

    Verrà determinato il contenuto di ceneri totali delle colture destinate alla filiera bio-termoelettrica dopo combustione a 550 °C per circa 15 h in muffola. I dati verranno corretti per il contenuto residuo di umidità determinato mediante termobilancia di precisione. La qualità delle ceneri sarà valutata mediante analisi termica basata sull’uso di metodi di calorimetria a scansione differenziale (DSC) e termogravimetria (TG), eventualmente accoppiate all’analisi dei gas svolti (EGA). Le scansioni termiche verranno effettuate in diverse condizioni di atmosfera (ossidante e inerte) e a differente velocità di riscaldamento, ricavando dalle prove TG la percentuale di umidità, di sostanze volatili, di ceneri e carbonio fissato, mentre dalle prove DSC si otterranno le temperature di picco di inizio e fine reazione, oltre ai valori di calore specifico. I dati scaturenti verranno confrontati con quelli esistenti in letteratura e nei metadatabase presenti in rete (Phyllis, Biobib, EERE ecc.)
  • Task 3.2 - Valutazione dell’efficienza degli impianti esistenti utilizzando biomasse con differenti pre-trattamenti (UNIFI).

    Verrà valutata l’idoneità delle biomasse a diversi livelli di densificazione energetica e di essiccazione (pellets, chips, briquettes ecc.) in funzione dell’efficienza di conversione degli impianti esistenti. La possibilità di realizzare pre-trattamenti in impianti centralizzati o decentralizzati sarà valutata nell’ottica della sua applicazione alle diverse filiere.
  • Task 3.3 - Analisi di impianti esistenti sul territorio italiano ed eventuale verifica dell’adattabilità delle diverse tipologie di biomassa a impianti combinati (combustione, gassificazione, pirolisi) (UNIFI).

    I diversi impianti di generazione elettrica presenti sul territorio Nazionale verranno identificati, caratterizzati e commisurati ai potenziali bacini di approvvigionamento. Verranno inoltre approfonditi gli studi su impianti con tecnologie innovative, quali quelli combinati, per verificare le possibilità di intervento in co-combustione tramite processi termochimici avanzati, quali la gassificazione.
  • Task 3.4 - Caratterizzazione qualitativa degli oli per la produzione di biodiesel (UNIPD, CRA-SCA, UNIPI).

    Verranno determinati la resa in olio e la composizione acidica delle specie oleaginose studiate nell’ambito del WP1 (brassicacee e girasole), in relazione agli effetti dei trattamenti applicati. In base ai risultati analitici verranno stimate le caratteristiche tecnologiche del biocombustibile tenendo conto delle normative vigenti.

WP4 – Analisi economico-ambientale, meccanizzazione e logistica

Alcuni aspetti di filiera assumono significato solo se analizzati nell’ambito dell’intera catena. L’analisi di impatto ambientale di un singolo processo può portare, infatti, a risultati incompleti e fuorvianti rispetto all’impatto complessivo della filiera. Il WP4 ha quindi l’obiettivo di affrontare i principali aspetti trasversali alle filiere, suddivisi in quattro task.
  • Task 4.1 - Analisi Economica (INEA)

    L’analisi economica delle tre filiere verrà interpretata tenendo conto della dinamica del prezzo del petrolio, dei costi di produzione e della competizione con le produzioni agricole tradizionali. Verranno calcolati bilanci economici sia a livello di singolo processo produttivo che su scala aziendale simulando il comportamento imprenditoriale circa l’allocazione della terra. Obiettivo della prima fase progettuale è determinare, per diverse tipologie aziendali ed aree geografiche, i costi di produzione delle colture energetiche sulla base dei dati provenienti da altre U.O. In relazione alla materia prima agricola utilizzata, verrà inoltre individuato il prezzo di compensazione (o prezzo di parità) che rappresenta il valore a cui il costo unitario della bioenergia eguaglia quello di produzione di una stessa unità di combustibile fossile. Obiettivo finale è comparare le varie opzioni colturali su scala aziendale, regionale e nazionale, onde evidenziare la potenzialità di inserimento delle colture energetiche all’interno degli ordinamenti colturali, in funzione della convenienza economica determinata da scenari alternativi di prezzo del petrolio e dei biocarburanti.
  • Task 4.2 – Analisi di impatto ambientale (LCA) (UNIBO, UNICT, CRA-SCA)

    L’analisi del ciclo di vita (LCA – Life Cycle Assessment) è uno strumento standardizzato e riconosciuto a livello internazionale (ISO14040-43) che permette di individuare gli impatti ambientali associati ad un prodotto o ad un processo, attraverso l’identificazione e la quantificazione delle materie prime, dell’energia utilizzata e delle emissioni di sostanze o rifiuti nell’ambiente. Per una migliore e più immediata comprensione dei risultati, le emissioni di un processo o di una catena di processi vengono convenzionalmente raggruppate in “macro-categorie d’impatto” quali, ad esempio, “emissioni di gas serra” o “eutrofizzazione”. Obiettivo è in questa fase stimare i carichi ambientali, su unità territoriale o energetica, a partire dalla fase agricola fino alla produzione di energia, al fine di ottenere una valutazione comparativa delle colture da biomassa rispetto a colture tradizionali. Gli aggravi ambientali verranno raggruppati nelle seguenti categorie d’impatto: emissioni di gas climalteranti; eutrofizzazione; biodiversità; tossicità per l’uomo. L’analisi degli impatti sarà volta soprattutto all’individuazione dei processi critici della filiera produttiva su cui saranno eseguite analisi più approfondite al fine di evidenziare il prodotto o l’attività responsabile del maggior impatto e le possibili alternative. I risultati potranno essere di aiuto in fase di progettazione o modifica dei processi produttivi al fine di massimizzare, compatibilmente con la convenienza economica, la sostenibilità ambientale dell’intera catena. Per la messa a punto del dataset per lo studio LCA sarà predisposto un apposito questionario da sottoporre alle diverse U.O. I dati saranno poi gestiti ed analizzati mediante l’uso di software dedicati, in grado di standardizzare e analizzare contemporaneamente i diversi impatti. Eventuali dati non disponibili saranno reperiti in bibliografia.
  • Task 4.3 - Analisi Territoriale (GIS) (CRA-SCA)

    Le performance e la gestione agronomica delle colture variano in funzione delle caratteristiche degli ambienti in cui vengono dislocate. Gran parte della loro capacità produttiva dipende dalla possibilità dell’ambiente di assecondare le loro esigenze, ovvero dalla capacità di adattamento delle specie. L’individuazione di ambienti vocati dal punto di vista climatico, agronomico e socio-economico, diventa quindi un aspetto prioritario al fine di ottimizzare l’efficienza dell’intera filiera produttiva. La realizzazione di una carta di vocazionalità ha lo scopo di dare un’indicazione sulle aree in cui, da un lato le caratteristiche ambientali permettono lo sviluppo ottimale della coltura, dall’altro le condizioni socio-economiche stimolano l’affermazione dell’intera filiera. Lo strumento darà anche la possibilità, una volta classificato il territorio, di individuare le colture e le modalità di trasformazione più adatte. Il primo passo è la scomposizione del territorio nelle componenti più importanti connessi alle filiere bioenergetiche. Le scelte ed il peso dei vari fattori possono essere molteplici e vanno definiti per ogni specifico caso studio; possono essere di carattere ambientale e climatico (morfologia, altitudini, piovosità, temperature, fertilità, ecc.) e socioeconomiche (presenza di centri abitati, strade, aree industriali, uso del suolo, tipicità produttiva, ecc.). La scomposizione del territorio nelle diverse componenti, il loro studio, la classificazione e l’elaborazione possono essere effettuati tramite l’utilizzo dei Sistemi Informativi Territoriali (SIT o GIS in inglese) che operano su dati informatizzati (foto satellitari, digitalizzazioni, interrogazioni database esistenti, ecc.). I GIS consentono di gestire le caratteristiche di un territorio, sotto forma di mappe tematiche, create in maniera tale da restituire le risposte a specifici quesiti. La gestione di tutte le informazioni in un sistema GIS presenta diversi vantaggi fra cui la possibilità di aggiornamento dinamico e personalizzazione delle informazioni in base alle esigenze dell’utente. La costituzione di un sistema GIS può inoltre rappresentare un punto di partenza per aumentare la divulgazione e l’utilizzo delle carte di vocazionalità come strumento di supporto decisionale all’agricoltore e agli enti che operano nel territorio, ad esempio con l’utilizzo di pacchetti Web GIS interattivi e interrogabili direttamente dall’utente finale.
  • Task 4.4 - Meccanizzazione e logistica (CRA-ING)

    Meccanizzazione, conservazione e logistica rappresentano punti deboli per la maggior parte delle colture da biomassa (filiere bio-termoelettrica e bioetanolo). Molti progetti in corso o in valutazione sono focalizzati su specie poliennali e sorgo da fibra, mentre poca attenzione è stata posta su sorgo da zucchero che, per contro, presenta le maggiori difficoltà di gestione data l’elevata presenza di zuccheri fermentescibili nello stocco. Obiettivo del presente WP è pertanto progettare una macchina idonea alla raccolta di sorgo zuccherino dimensionata per le aziende italiane (CRAING). Nello sviluppo dell’idea progettuale del prototipo si terrà conto in una prima fase delle caratteristiche morfologiche della coltura e della forma e dimensione dello stocco tagliato. Verranno poi condotti test in campo con macchine commerciali costruite per altre colture sulla base dei cui risultati saranno individuati gli aspetti più suscettibili di miglioramento. Infine, si dovrà individuare la ditta costruttrice interessata alla realizzazione della macchina. L’ottimizzazione degli aspetti logistici è altrettanto indispensabile nel ridurre le perdite di prodotto utile in fase di post-raccolta. Nel migliorare tale aspetto si terrà conto delle superfici potenzialmente interessate, della meccanizzazione esistente, dei siti di stoccaggio, del raggio di approvvigionamento, il tutto in relazione alla tipologia e alle dimensioni dell’impianto (CRA-ING).