Responsabile


Francaviglia Rosa
rosa.francaviglia@entecra.it

Staff

Raccuia Salvatore Antonino
salvatore.raccuia@cnr.it

Relazioni agricoltura e ambiente

Biocarburanti e colture da biomassa

Filiere innovative per la produzione di biocarburanti di seconda generazione da residui agricoli ed agroindustriali e colture da biomassa - BIOSEGEN

Coordinatore: ENEA, Centro Ricerca Casaccia. vito.pignatelli@enea.it

Finanziatore: MiPAAF. http://www.politicheagricole.it

Date: 29/07/2010

Il progetto affronta le diverse problematiche legate al tema dei biocarburanti di seconda generazione partendo da un approccio di filiera e articolandosi in una serie di Linee di Ricerca finalizzate alla:

  • Valutazione delle potenzialità e ipotesi di realizzazione di alcune filiere produttive locali basate sulla raccolta, condizionamento e stoccaggio di biomasse residuali provenienti dal comparto agricolo ed agroindustriale (colture orticole, sottoprodotti dell’industria vinicola, residui dell’allevamento dei bachi da seta);
  • Valutazione della produttività, caratteristiche tecnico-qualitative e potenzialità di impiego di SRF e colture legnose dedicate (salici, pioppi, robinia, viti, gelsi ecc.);
  • Valutazione delle potenzialità produttive ed individuazione dei contesti delle pratiche colturali ottimali per la produzione di colture erbacee da destinare alla produzione di biocarburanti di seconda generazione, prendendo in considerazione sia colture annuali (genotipi di mais da biomasse opportunamente selezionati), sia colture poliennali ad alta produttività e ridotte esigenze colturali (canna comune, miscanto, panico, cardo ecc.);
  • Produzione di biocarburanti mediante processi biotecnologici di conversione di biomasse lignocellulosiche;
  • Valorizzazione energetica dei co-prodotti e residui dei processi di idrolisi e fermentazione finalizzati alla produzione di biocarburanti;
  • Definizione di massima delle dimensioni e dell’articolazione logistica di filiere produttive locali in specifici contesti territoriali (distretti agroenergetici), con la possibile integrazione di materie prime e tecnologie convenzionali e innovative;
  • Analisi e calcolo dei flussi di materia e dei bilanci energetici delle filiere oggetto della ricerca;
  • Dimostrazione della sostenibilità economica e ambientale delle filiere oggetto della ricerca.

Organizzazione del Progetto

Valutazione della sostenibilità tecnica, energetica ed ambientale della filiera per la produzione del bioetanolo di seconda generazione. Centro di Ecologia Teorica ed Applicata (C.E.T.A.), Gorizia
I residui colturali da ortive da pieno campo per il recupero di biomassa lignocellulosica da destinare a fini energetici. Istituto per i Sistemi Agricoli e Forestali del Mediterraneo (CNR-ISAFoM), Catania
Il gelso multifunzionale come risorsa per la produzione di biocarburante. Unità di ricerca di apicoltura e bachicoltura (CRA-API), sede di Padova
Individuazione di agenti fungini depolimerizzanti materiali lignocellulosici. Centro di Ricerca per le Colture Industriali (CRA-CIN), Bologna
Sviluppo di indicatori energetici, processi enzimatici e fermentativi, ceppi microbici e varietà innovative di mais utilizzabili per produzioni di bioetanolo di seconda generazione. Unità di Ricerca per la Maiscoltura (CRA-MAC), Bergamo
Valutazione delle potenzialità produttive e delle caratteristiche tecnologiche di biomasse ottenute da colture lignocellulosiche. Unità di ricerca per le produzioni legnose fuori foresta (CRA-PLF), Casale Monferrato (AL)
Il cardo per la produzione di biomassa lignocellulosica a fini energetici. Centro di ricerca per lo studio delle Relazioni tra Pianta e Suolo (CRA-RPS), Roma
Potenziale contributo della viticoltura alla produzione di bioetanolo di seconda generazione: colture dedicate ed utilizzo dei sottoprodotti. Centro di Ricerca per la Viticoltura (CRA-VIT), Conegliano (TV)
Messa a punto del processo di produzione di etanolo, dimensionamento e layout dell’impianto industriale di produzione, sviluppo di filiera etanolo in Abruzzo con analisi fattibilità energetica. Consorzio di Ricerche Applicate alla Biotecnologia (CRAB), Avezzano (AQ)
Produzione di biocarburanti da biomasse lignocellulosiche. ENEA CR Casaccia, Roma
Sostenibilità economica ed ambientale della produzione dei biocarburanti da ligneocellulosa. Istituto Nazionale di Economia Agraria (INEA), Roma
Analisi della produttività e potenziale accumulo di carbonio in specie pluriennali per la produzione biocarburanti di seconda generazione. Dipartimento di Scienze e Tecnologie Agroambientali (DiSTA), Bologna
Innovazioni di prodotto e di processo per colture lignocellulosiche per biocarburanti di II generazione in ambiente caldo-arido mediterranei. Dipartimento di Scienze Agronomiche, Agrochimiche e delle Produzioni Animali (DACPA), Catania
Valorizzazione energetica dei co-prodotti del processo di bioetanolo da lignocellulosico. Centro interdipartimentale di Ricerca sulle Energie Alternative e Rinnovabili (CREAR), Firenze

Competenze UO in relazione al progetto

Relativamente alle tematiche affrontate dal Progetto, il CRA-RPS si avvale di numerose competenze di ecofisiologia vegetale, agronomia e chimica, nonché della disponibilità di terreni per le prove presso la propria Azienda Sperimentale di Tor Mancina (RM). Il Centro RPS è dotato di attrezzature e laboratori ben attrezzati, gestiti da personale di provata competenza professionale, per le necessarie determinazioni analitiche su campioni di suolo e di vegetali. Tematiche simili sono state affrontate in passato nell’ambito del Progetto Finalizzato P.Ri.s.C.A. (Progetto di Ricerca sulle Colture Alternative) finanziato dal MIPAF. Altre competenze dell’U.O. sono quelle del Progetto PANDA (sottoprogetti Sensibilità delle aree ed Irrigazione sostenibile) e del Progetto SUOLO, entrambi finanziati dal MIPAAF; il Progetto FISR “Cambiamenti climatici e sistemi produttivi agricoli e forestali: impatto sulle riserve di carbonio e sulla diversità microbica del suolo” co-finanziato da MUR, MIPAAF, MATTM e MEF.

Presso la sede di Catania del CNR-ISAFoM, da alcuni anni si sono attivate specifiche linee di ricerca volte a studiare le caratteristiche di qualità delle biomasse residuali e/o dedicate in grado di influenzare le rese energetiche in relazione ai genotipi di cardo studiati, alle tecniche agronomiche (concimazioni, irrigazioni, epoca di impianto) ed alle condizioni ambientali diversificate. L’Istituto è dotato di propri campi sperimentali e di laboratori attrezzati per la caratterizzazione chimica della biomassa epigeica e dell’apparato radicale.

Inquadramento e Stato dell’arte della ricerca della UO

Il genere Cynara comprende poche specie, tra cui l’unica di interesse economico è Cynara cardunculus L. che include: 2 varietà presenti anche allo stato spontaneo (cardo: Cynara cardunculus var. sylvestris Lam e Cynara cardunculus var. altilis DC) ed una sub specie di cui non si conoscono forme spontanee (carciofo: Cynara cardunculus subsp scolymus Hegi).
La coltura ha una stagione di crescita vegetativa autunno-primaverile, durante la quale, in clima mediterraneo, si hanno i maggiori apporti idrici naturali, con maturazione degli acheni in estate, che permette di avere cospicue produzioni senza irrigazioni; l’apparato radicale, inoltre, funge da organo di accumulo di sostanze di riserva, in grado di sostenere la ripresa vegetativa dopo la quiescenza estiva.
Numerosi autori hanno studiato la produzione di biomassa lignocellulosica dal cardo, per utilizzo come combustibile solido, come polpa per la produzione di cellulosa, come matrice per la produzione di pellet.
Le rese sono molto variabili a seconda delle condizioni pedoclimatiche, delle tecniche agronomiche e delle varietà poste a confronto. Le produzioni ottenute nella piana di Catania sono di 30.5 t ss ha–1 come media triennale per il cardo coltivato e di 18.8 nel cardo selvatico, con un modesto apporto idrico (100 mm in totale).
Il genere Cynara fornisce anche un’interessante produzione di acheni che possono essere utilizzati per la produzione di olio, usato sia puro, come additivo ai combustibili tradizionali, sia esterificato per la produzione di biodiesel. I residui della lavorazione trovano collocazione nel campo della mangimistica ed in quello della fertilizzazione.

Obiettivi specifici

L’obiettivo specifico della ricerca è quello di studiare il potenziale produttivo del cardo coltivato e selvatico in termini di produzione di biomassa e di produzione di acheni, in un sistema a bassa intensità colturale, con ciclo poliennale in aree marginali della collina laziale ed in Sicilia, sfruttando la capacità di questa specie di consentire buoni livelli produttivi anche in aree siccitose.
A tal proposito, in considerazione dell’ampia variabilità presente in termini di resa in biomassa, saranno raffrontati 4 genotipi: 2 cardi domestici (altilis) e 2 cardi selvatici (sylvestris).


Il progetto intende mettere a punto tecniche agronomiche che massimizzino le rese con un limitato ricorso ad input tecnici, elementi che costituiscono alcune delle criticità attuali della filiera di questa coltura. Un altro aspetto che sarà affrontato durante la ricerca sarà la valutazione della qualità della biomassa ottenuta verificando il contenuto in ceneri e delle varie componenti ligno-cellulosiche delle tesi messe a confronto.
Le colture da biomassa, in quanto costituiscono una fonte di energia rinnovabile, comportano una minore emissione netta di CO2, la riduzione dell’impiego di combustibili fossili per la produzione di energia e, nel caso di una coltura poliennale come il cardo, un maggiore immagazzinamento di carbonio organico nel suolo.

Articolazione temporale attività

Lista risultati attesi da ora alla fine del progetto

La sperimentazione intende aumentare le conoscenze relative alla coltivazione del Cynara cardunculus L. in ambienti dell’Italia Centrale e Meridionale. In particolare sarà valutato l’inserimento della coltura in aziende caratterizzate da un ambiente pedoclimatico tipico di aree collinari marginali, utilizzando un parco macchine tradizionale e minimizzando gli apporti tecnici.
Al termine della sperimentazione si avranno le prime indicazioni sulla resa, sulla potenzialità di conversione energetica della biomassa lignocellulosica prodotta. Inoltre sarà determinata la resa in acheni e le loro caratteristiche per la produzione di olio che potrà essere destinato anch’esso a usi energetici. Sarà inoltre stimato il rendimento energetico potenziale per ettaro della coltura.