La fertilizzazione con effluenti
organici da fermentazione
anaerobica: proposta metodologica
a scala comprensoriale
Luca Bechini, Pietro Marino,
Fabrizio Mazzetto* e Tommaso Maggiore
[email protected]
Dipartimento di Produzione Vegetale e
* Istituto di Ingegneria Agraria
Università degli Studi di Milano
Base di partenza e obiettivi di
questa presentazione
La digestione anaerobica è una realtà, anche
grazie a incentivi economici
Tuttavia la conoscenza del sistema è ancora
scarsa
Obiettivi:
definire una possibile ipotesi gestionale per
impianti di grandi dimensioni
individuare le conoscenze su cui basarla
individuare le esigenze di ricerca
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I fatti
Impianti di grandi dimensioni
Elevata produzione areica di nutrienti
Difficile l'utilizzo nella sola azienda dove è collocato il
digestore
Necessaria quindi una gestione comprensoriale
Vantaggi ambientali e agronomici (si evitano eccessi)
Vantaggi economici
Elevata variabilità dei digestati tra aziende e nel
tempo per una medesima azienda
Necessaria l'analisi del digestato prima dell'impiego
I fatti
Impianti di grandi dimensioni
Elevata produzione areica di nutrienti
Esempio: in un digestore da 1,2 MW elettrici immetto
70 t d–1 mais da trinciato (= 273 kg N)
40 t d–1 liquame suino (= 100 kg N)
Assumendo che non vi siano perdite nel digestore, posso
attendermi
– un'uscita giornaliera di 373 kg N e
– un'uscita annuale di 124 000 kg N (333 giorni di attività)
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I fatti
Impianti di grandi dimensioni
Elevata produzione areica di nutrienti
Difficile l'utilizzo nella sola azienda dove è
collocato il digestore
La produzione giornaliera appena citata, se distribuita a dosi di
250 kg N ha–1, richiede 500 ha
I fatti
Impianti di grandi dimensioni
Elevata produzione areica di nutrienti
Difficile l'utilizzo nella sola azienda dove è collocato il
digestore
Necessaria quindi una gestione comprensoriale
Vantaggi ambientali e agronomici (si evitano eccessi)
Vantaggi economici
Il valore economico di NPK contenuti nel digestato distribuito in
ragione di 250 kg N ha–1 (con 132 kg P2O5 e 247 kg K2O) è di
circa 450 € ha–1
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I fatti
Impianti di grandi dimensioni
Elevata produzione areica di nutrienti
Difficile l'utilizzo nella sola azienda dove è collocato il
digestore
Necessaria quindi una gestione comprensoriale
Vantaggi ambientali e agronomici (si evitano eccessi)
Vantaggi economici
Elevata variabilità dei digestati tra aziende
e nel tempo per una medesima azienda
Necessaria l'analisi del digestato prima dell'impiego
Indagine su due aziende
nel tempo (n = 10, 20, 20)
Digestato Separato solido Separato liquido
N totale, kg t–1
P2O5, kg t–1
K2O, kg
t–1
Ca, kg t–1 ss
Mg, kg
t–1
ss
Na, kg t–1 ss
4–6
2 – 16
4–6
0,3 – 1,5
3,0 – 6,0
0,2 – 2,5
0,6 – 5,0
1,0 – 3,4
1,5 – 3,2
12 – 43
2 – 23
9 – 57
5 – 12
2 – 19
7 – 25
2 – 31
0,1 – 6
1 – 13
Variabilità dovuta a: problemi di campionamento,
diversità di alimentazione nel tempo, efficienza di
separazione variabile
Dati non pubblicati, T. Maggiore e M. Negri, Di.Pro.Ve., Università di Milano, 2007
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Criteri nella gestione
comprensoriale dei digestati
Massima efficienza agronomica e
minime perdite di nutrienti (adeguata
scelta dei periodi, delle dosi e delle
colture)
Minimi costi di gestione dei digestati per
stoccaggi temporanei
distribuzione in campo
Documentazione delle operazioni svolte
(quaderno di campagna)
Proposta di organizzazione
della gestione comprensoriale
Impianto di digestione centralizzato
Figura giuridica responsabile della gestione, degli
investimenti e dei controlli
Vasche di accumulo del digestato prodotto giornalmente
Eventuale separazione solido-liquido e/o strippaggio NH3
Banca dati dei sistemi aziendali circostanti
Piano di concimazione
Cantiere di lavoro centralizzato per la distribuzione
agronomica
Monitoraggio delle agrotecniche fino alla raccolta
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Proposta di organizzazione
della gestione comprensoriale
Impianto di digestione centralizzato
Figura giuridica responsabile della gestione, degli
investimenti e dei controlli
E' indispensabile che la gestione sia assegnata ad una
figura di riferimento che
curi la gestione dell'impianto, delle macchine per la
distribuzione, del sistema informativo
investa nelle macchine e nelle strutture
verifichi il rispetto dei vincoli
Potrebbe essere il contoterzista, il gestore dell'impianto o
altri ...
Proposta di organizzazione
della gestione comprensoriale
Impianto di digestione centralizzato
Figura giuridica responsabile della gestione, degli
investimenti e dei controlli
Vasche di accumulo del digestato prodotto
giornalmente
Dimensionamento delle
vasche adeguato al
sistema colturale
Necessario studiare la
variazione compositiva
che si verifica durante lo
stoccaggio
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Proposta di organizzazione
della gestione comprensoriale
Impianto di digestione centralizzato
Figura giuridica responsabile della gestione, degli
investimenti e dei controlli
Vasche di accumulo del digestato prodotto giornalmente
Eventuale separazione solido-liquido e/o strippaggio
NH3
Separazione solido-liquido: consente di allontanare parte
dell'azoto in forma palabile
Strippaggio: consente di allontanare l'ammoniaca e di
produrre un concime minerale azotato
Attenzione! Eliminando N, si concentrano P e K, quindi si
rischiano eccessi di questi elementi
Proposta di organizzazione
della gestione comprensoriale
Impianto di digestione centralizzato
Figura giuridica responsabile della gestione, degli
investimenti e dei controlli
Vasche di accumulo del digestato prodotto giornalmente
Eventuale separazione solido-liquido e/o strippaggio NH3
Banca dati dei sistemi aziendali circostanti
Caratteristiche chimico-fisiche dei terreni
Avvicendamenti colturali
Per ogni coltura: date di esecuzione di tutte le operazioni
colturali, resa finale, destino dei residui
Sistemi zootecnici
7
8
Proposta di organizzazione
della gestione comprensoriale
Impianto di digestione centralizzato
Figura giuridica responsabile della gestione, degli
investimenti e dei controlli
Vasche di accumulo del digestato prodotto giornalmente
Eventuale separazione solido-liquido e/o strippaggio NH3
Banca dati dei sistemi aziendali circostanti
Piano di concimazione
Piano di concimazione
Definisce tipo, dosi, epoca e modalità di applicazione
dei fertilizzanti
Tiene conto del terreno, del clima, delle colture
praticate e dei fertilizzanti impiegati
Rappresenta un metodo di riferimento per
determinare le corrette modalità di gestione della
fertilità
Redatto in forma (semi-)automatica basandosi sulla
banca dati
Necessario conoscere le efficienze dell'azoto dei
digestati
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Vincoli del piano di
concimazione comprensoriale
Economici: ridurre al minimo i costi di
stoccaggio e distribuzione del digestato
Agronomici: assicurare la massima
produttività colturale, rispettare la fertilità dei
suoli
Ambientali: ridurre le perdite (gassose e
verso le acque)
... considerando tutti i terreni circostanti
Soluzione ottimizzata non banale!
Proposta di organizzazione
della gestione comprensoriale
Impianto di digestione centralizzato
Figura giuridica responsabile della gestione, degli
investimenti e dei controlli
Vasche di accumulo del digestato prodotto giornalmente
Eventuale separazione solido-liquido e/o strippaggio NH3
Banca dati dei sistemi aziendali circostanti
Piano di concimazione
Cantiere di lavoro centralizzato per la distribuzione
agronomica
Analisi rapida in continuo del digestato prelevato dalla vasca
Determinazione delle dosi da distribuire
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Analisi rapida dei digestati al
momento della distribuzione
Tecnologie NIR (spettroscopia nel vicino
infrarosso) e conduttimetriche sono disponibili
per i liquami zootecnici
Necessario studiare l'applicabilità di questi
sistemi ai digestati
determinare le curve di taratura degli strumenti
utilizzando un adeguato numero di
campioni
predisporre una attrezzatura semplice,
quindi a basso costo, da fissare
all'uscita della vasca di accumulo
Errore di previsione (RMSEP) del
NIR su liquami zootecnici
n
Sost.
N
NH4-N
secca totale
C
P
K
————————— g kg–1 —————————
Cabassi et al., 2007
(liq. bovini)
Sørensen et al., 2007
(liq. bovini e suini)
24–55
9,5
0,32
0,18
3,7
0,13 0,67
87
6,1
0,43
0,37
3,1
0,16 0,64
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Proposta di organizzazione
della gestione comprensoriale
Impianto di digestione centralizzato
Figura giuridica responsabile della gestione, degli
investimenti e dei controlli
Vasche di accumulo del digestato prodotto giornalmente
Eventuale separazione solido-liquido e/o strippaggio NH3
Banca dati dei sistemi aziendali circostanti
Piano di concimazione
Cantiere di lavoro centralizzato per la distribuzione
agronomica
Analisi rapida in continuo del digestato prelevato dalla vasca
Determinazione delle dosi da distribuire
Distribuzione di quella dose (eventualmente con approccio
precision-farming) e registrazione operazione in banca dati
Precisione nella concimazione organica
Carro spandiletame
Botte spandiliquami
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Proposta di organizzazione
della gestione comprensoriale
Impianto di digestione centralizzato
Figura giuridica responsabile della gestione, degli
investimenti e dei controlli
Vasche di accumulo del digestato prodotto giornalmente
Eventuale separazione solido-liquido e/o strippaggio NH3
Banca dati dei sistemi aziendali circostanti
Piano di concimazione
Cantiere di lavoro centralizzato per la distribuzione
agronomica
Monitoraggio delle agrotecniche fino alla raccolta
Monitoraggio delle
agrotecniche
E' effettuabile con sistemi di
identificazione collocati sul trattore o
sulle macchine operatrici
Questi sistemi registrano la posizione di
macchina e trattore nel tempo
Tutti i dati confluiscono in un computer
Dai movimenti di macchina e trattore è
possibile ricostruire l'agrotecnica
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Architetture per monitoraggio
Problema:
Problema identificare l’operazione
A-GPS
A-RF
UA
TRACTOR - ORIENTED
Celle
A-GPS
Fotovoltaiche
Sistema di acquisizione
installato a bordo
dell’operatrice; utile per la
ricognizione di specifiche
operazioni
UA + Batteria
IMPLEMENT - ORIENTED
LE ARCHITETTURE DI BASE
T-MO
Sistema di acquisizione
installato a bordo del
trattore; non richiede
necessariamente un sistema
di identificazione
Problema:
Problema alimentazione del sistema
Entità in gioco
DATA
S
MO
Istanza
Istanzadi
dispandimento:
spandimento:
1.Data
1.Data
2.
2.Sorgente
SorgenteSS
3.
Appezzamento
3. AppezzamentoAA
4.
4.Macchina
Macchinaoper.
oper.MO
MO
A
Software gestionale con
DB attività aziendali e
possibilità di generare
mappe di spandimento
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OPERAZIONE
Particella catastale
Superficie lavorata (ha):
Periodo esecuzione effettiva:
Operatrice:
Tempo totale (min):
di cui Lavoro Effettivo (min;%):
di cui Tempi Accessori (min;%):
Capacità operativa di lavoro (ha/h):
Prodotto distribuito:
Quantità totale (kg di liquame):
Quantità totale effettiva (kg di azoto/ha):
SAVBOT090904
Comune F257, Foglio 134, Part. 93
1,02
09/09/2004
Botte spandiliquame
342
20 ; 5,8
322 ; 94,2
0,179
Liquame bovino
60000
176,5
≈ 45 kgN/carico
kgN/carico
N old = 96 kg/ha
57%
A
SRC:
SRC:
IRD:
IRD:
A
4 distribuzioni
N new = 139 kg/ha
S
24%
24%
52%
52%
82%
Costi di distribuzione
Distribuzione
Interamente in
azienda
Metà in azienda
Metà fuori
Metà in azienda
Metà fuori
Interamente fuori
Interamente fuori
Distanza
media
(km)
1,1
0,8
2,0
0,8
5,0
2,0
5,0
Ore
Costo
annue annuo
(h)
(€/ha)
1250
129
1163
122
1375
141
1190
1613
124
162
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Vantaggi per gli
agricoltori che aderiscono
Semplificazione amministrativa
Piano di concimazione tecnicamente corretto
Riduzione dei costi per la fertilizzazione
Riduzione dei relativi costi di distribuzione
Applicazione fertilizzanti con macchine adeguate
Restituzione di una mappa di distribuzione
Supervisione tecnica in caso di errori di distribuzione
I terreni liberi per la distribuzione sono reperibili
tramite il sistema informativo
Esigenze di ricerca nell'ambito
agronomico / 1
Efficienza agronomica dei digestati e delle frazioni
ottenute a seguito di trattamenti di separazione e/o
riduzione dell'azoto
Parametrizzazione di modelli di simulazione per la
definizione di scenari a scala territoriale
Curve di taratura per misura rapida ed economica
del contenuto di nutrienti dei digestati (NIRS)
Algoritmi di ottimizzazione territoriale
dimensionamento vasche di accumulo del digestato
decisione dosi / epoche / appezzamenti per la distribuzione
agronomica
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Esigenze di ricerca nell'ambito
agronomico / 2
Stima dei costi economici
trasporto ingestati
stoccaggio
distribuzione agronomica
Stima dei bilanci energetici
biomasse dedicate (es. mais)
biomasse di scarto (es. scarti industriali, ma in che quantità)
Evoluzione della fertilità del suolo (sostanza
organica) in caso di asportazione dei residui colturali
dal terreno
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