IV Sezione
Facoltà di Agraria
ATTUALITÀ DELLA RICERCA NEL
SETTORE DELLE ENERGIE
RINNOVABILI DA BIOMASSA
ATTI DEL CONVEGNO
Ancona - Facoltà di Agraria
16 - 17 dicembre 2010
ISBN 978-88-906186-1-1
© 2011 CTI, Milano
finito di stampare nel mese di febbraio duemiladodici
presso Tipolitografia Trabella,
Peschiera Borromeo (MI)
Comitato scientifico ed editoriale
Gualtiero Baraldi
Remigio Berruto
Luigi Bodria
Stefano Bona
Enrico Cini
Andrea Del Gatto
Mario Di Candilo
Ester Foppa Pedretti
Andrea Galli
Ilaria Mannazzu
Antonio Pazzona
Pietro Piccarolo
Pier Riccardo Porceddu
Giorgio Provolo
Paolo Ranalli
Giovanni Riva
Oriana Silvestroni
Franco Sotte
Paolo Tarolli
Marco Toderi
Gianpietro Venturi
Atti a cura di:
Ester Foppa Pedretti
Chiara Mengarelli
I contributi contenuti negli Atti sono stati oggetto di peer-review da parte del comitato scientifico sulla base
dell’intero testo e rappresentano una selezione delle relazioni presentate al convegno.
ATTUALITÀ DELLA RICERCA NEL SETTORE DELLE ENERGIE RINNOVABILI DA BIOMASSA
Indice
Prefazione .................................................................................................................................... 1
Premesse ...................................................................................................................................... 3
Produzione di biomassa dedicata ................................................................................................ 5
Valutazione di ibridi di girasole (Helianthus annuus L.) alto oleico per uso
energetico in Italia centro-orientale ..................................................................................... 7
Riduzione della lavorazione su girasole (Helianthus annuus L.) alto oleico per
uso energetico..................................................................................................................... 17
Il sorgo coltivato a fini energetici e l’efficienza di utilizzazione dell’acqua in
ambiente mediterraneo ....................................................................................................... 25
Tecniche di propagazione della canna comune (Arundo donax L.) a confronto ............... 32
Potenzialità produttiva di sorgo e girasole a destinazione energetica in un
ambiente a sussidio idrico limitato ..................................................................................... 40
Un biennio di prove di valutazione agronomica di varietà commerciali di B.
napus e B. carinata ............................................................................................................. 50
Valutazione delle caratteristiche produttive di varietà di sorgo da biomassa in
Centro Italia........................................................................................................................ 59
Concimazione azotata e densità di semina in colza (B. Napus L.) .................................... 68
Individuazione di varietà di vite ibride (Vitis Sp.) idonee alla produzione di
bioetanolo e cellulosa da impiegare come fonti di bioenergie ........................................... 75
Utilizzo di biomassa residuale ................................................................................................... 81
Caratterizzazione energetica del materiale ritratto da diradamenti in impianti di
Pinus spp. in Italia centrale ................................................................................................ 83
Prove di combustione di pollina in un impianto termico sperimentale .............................. 91
Caratteristiche energetiche di sottoprodotti ottenuti dalla coltivazione di lino da
fibra .................................................................................................................................... 99
Valorizzazione dei cascami della filiera vinicola............................................................. 108
Gestione e controllo dei residui delle filiere............................................................................ 119
L’impiego della frazione separata solida del liquame digerito e non per
l’alimentazione dei digestori anaerobici .......................................................................... 121
Livelli di IPA nelle emissioni prodotte da stufe domestiche alimentate a pellet
di legno ............................................................................................................................. 129
Prove di strippaggio dell’azoto da reflui ottenuti da impianti di D.A. ............................. 138
ATTUALITÀ DELLA RICERCA NEL SETTORE DELLE ENERGIE RINNOVABILI DA BIOMASSA
Produzione di panello e di olio a partire da girasole decorticato con una
spremitrice a pressione graduale ...................................................................................... 146
Impiego di farine di disoleazione provenienti dalla filiera biodiesel e di
compost da f.o.r.s.u. nell’ammendamento di melanzana e scarola .................................. 154
Caratterizzazione e qualità delle biomasse ............................................................................. 161
Produzione di bio-etanolo da biomasse di patata dolce ................................................... 163
Produzione e caratterizzazione energetica di biomasse erbacee irrigate con
acque reflue ...................................................................................................................... 171
La barbabietola da zucchero come coltura dedicta per il biogas...................................... 181
Il controllo della qualità della biomassa nelle centrali di trasformazione
energetica: caso applicativo ............................................................................................. 191
Tracciabilità del cippato in una logica di filiera corta...................................................... 197
Valutazione della capacità di idrolisi e saccarificazione di biomasse
lignocellulosiche da parte di isolati di Trichoderma spp. per la filiera del
bioetanolo ......................................................................................................................... 205
La determinazione del contenuto di carbonio biogenico in combustibili ibridi ............... 210
Il campionamento delle biomasse solide.......................................................................... 216
Impiego di additivi inorganici per il miglioramento del comportamento termico
delle ceneri nella combustione delle biomasse ................................................................ 224
Meccanizzazione della raccolta della biomassa ...................................................................... 231
Valutazione di un prototipo per la raccolta di colture da biomassa a
destinazione energetica .................................................................................................... 233
Sviluppo ed analisi operativa di un’attrezzatura per la raccolta di impianti di
pioppo da biomassa lignocellulosica a breve turno di ceduazione................................... 241
Raccolta dei sarmenti di vite in cippato: disponibilità potenziale e tecnica in
provincia di Treviso ......................................................................................................... 249
Valutazioni tecniche, economiche e territoriali ....................................................................... 259
Diritti di proprietà ed organizzazione dell’afferta di biomassa: inquadramento
teorico ed indagine empirica ............................................................................................ 261
Produzione di biomassa a fini energetici da un primo diradamento in impianto
di pino nero (Pinus nigra Arnold), tempi di lavoro, produttività e costi .......................... 271
Analisi del processo decisionale della filiera energetica dell’olio vegetale ..................... 279
Filiere agro-energetiche: modello per il calcolo dei costi economici, energetici
e ambientali a bocca impianto .......................................................................................... 286
Opportunità e riflessi economico-fiscali della produzione di energie rinnovabili
nell’impresa agricola ........................................................................................................ 296
Utilizzazione di un ceduo di eucalipto per produzione di biomassa con impiego
di meccanizzazione spinta: aspetti tecnici ed economici ................................................. 304
4
PRODUZIONE DI BIOMASSA DEDICATA
ATTUALITÀ DELLA RICERCA NEL SETTORE DELLE ENERGIE RINNOVABILI DA BIOMASSA
Esperienze in atto sulla conversione agricola verso le colture energetiche ..................... 311
Localizzazzione e dimensionamento di un impianto di digestione anaerobica
per la produzione di biogas nella Sicilia sud-orientale .................................................... 318
Metodologia e applicazione territoriale per la valutazione di filiere bioenergetiche ....................................................................................................................... 326
Modelli previsionali della biomassa a fini energetici ritraibile da eucalitteti
della .................................................................................................................................. 336
Calabria ............................................................................................................................ 331
Sostenibilità ............................................................................................................................. 347
Applicazione di liquami bovini alle colture dedicate da energia: implicazioni
energetiche e sul bilancio del carbonio ........................................................................... 349
Coltivazione di sorgo per bioenergia e ciclo del C del suolo ........................................... 355
Effetto della conversione da colture agricole a colture legnose per energia
sull’emissione di gas climalteranti: primi due anni di sperimentazione .......................... 361
Sostenibilità delle filiere bioenergetiche in Italia............................................................. 371
Un modello di impiego sostenibile delle biomasse forestali in provincia di
Nuoro ............................................................................................................................... 381
Un software per la valutazione di sostenibilità delle filiere agro-energetiche ................. 391
ATTUALITÀ DELLA RICERCA NEL SETTORE DELLE ENERGIE RINNOVABILI DA BIOMASSA
Prefazione
La necessità di trovare alternative alle risorse energetiche fossili per fare fronte a problemi di
approvvigionamento e ai dissestati equilibri ambientali, ha portato anche allo studio ed allo
sfruttamento delle fonti rinnovabili, con l’intento di valorizzare nei differenti ambiti ed
ambienti le risorse di maggiore interesse.
Analisi delle potenzialità e affinamento delle tecniche per il loro sfruttamento sono attività che
coinvolgono direttamente la ricerca, di base e applicata: da un approfondimento condotto nel
2008 (Kajikawa et Al., 2008), che ha analizzato la bibliografia citata dall’Institute for
Scientific Information (ISI) dal 1970 al 2005, si rileva che i lavori pubblicati in ambito
scientifico e relativi ad argomenti energetici sono stati oltre 150 mila, distribuiti in 68 riviste.
Da questa selezione si evidenzia che la grande maggioranza di lavori relativi alla produzione
energetica riguarda ancora i combustibili di natura fossile, petrolio e carbone, e le tecniche di
combustione.
Un inizio di interesse per le energie rinnovabili, interesse crescente negli anni seguenti, è
segnalato solo a partire dall’ultimo decennio del secolo scorso. Ad oggi, l’attenzione anche a
livello scientifico internazionale è ancora “tiepida”, essendo la numerosità delle pubblicazioni
sulle energie rinnovabili circa il 3% delle complessive e, comunque, rivolta soprattutto allo
sfruttamento diretto dell’energia solare (2/3 delle pubblicazioni sulle rinnovabili sono
riconducibili a questo soggetto).
Nell’ambito descritto, le risorse rinnovabili da biomasse rappresentano un’ulteriore nicchia,
trattata in circa il 10% degli scritti. Da queste riflessioni emerge che, pur essendoci una certa
vivacità nella comunità scientifica internazionale, ci sia la necessità di potenziare le ricerche
nel settore, sperimentando vie nuove per trarre energia, diretta o indiretta, dalle risorse
energetiche rinnovabili e, nello specifico, dalla biomassa.
In questo spaccato internazionale si inserisce, un po’ ambiziosamente, il contenuto di questo
volume di Atti, in cui si raccolgono i lavori di ricercatori di istituzioni ed enti italiani, operanti
soprattutto in ambito agricolo, e centrati sulla produzione di biomassa, coltivata o residuale,
ad utilizzo energetico e sulla sua trasformazione. Le 46 memorie raccolte, sottoposte a peer
review, rappresentano le principali attività di ricerca nel settore attualmente in atto nel Paese.
L’augurio, per il futuro, è che questo contributo possa essere da stimolo per intraprendere
altri studi e ricerche di approfondimento.
Prof. Gualtiero Baraldi
Presidente IV Sezione AIIA
Ancona, dicembre 2011
1
ATTUALITÀ DELLA RICERCA NEL SETTORE DELLE ENERGIE RINNOVABILI DA BIOMASSA
Valorizzazione dei cascami della filiera vinicola
Rossini Giorgio (1), Toscano Giuseppe (1), Olivi Lucia (1)
(1)
Dipartimento SAIFET dell’Università Politecnica delle Marche, e-mail: [email protected]
Parole chiave: filiera, sottoprodotti, caratterizzazione, valorizzazione.
Abstract
In the last few years, the interest for the precise indexing of waste byproducts in agro-industrial
processes is increased. In this article, we concentrate upon the residues of large scale wine
productions. Particularly, the physical-chemical characteristics of the single component (stalks,
grape skins and seeds) are examined to obtain an overall potential “usefulness” index for
different recycling processes of every residual fraction. Mechanical pressing of grape seeds
yields a cooking oil that opens up interesting economic perspectives, also for small wine
industries. On the other hand, stalks, skins and other similar by products may have a better
usage in boilers for thermal energy production.
1. Introduzione
Negli ultimi anni è cresciuto l’interesse verso la possibilità di valorizzare i sottoprodotti
derivanti dal settore agro-industriale e agro-alimentare. In particolare, la valorizzazione
energetica di tali sottoprodotti è capace di dare un contributo notevole nella risoluzione di tre
importanti problemi: quello ambientale, legato allo smaltimento dei rifiuti, quello energetico,
legato alla necessità di diversificare le fonti di approvvigionamento di combustibili così da
ridurre progressivamente la dipendenza dalle fonti fossili, e quello economico, legato alla
necessità di ottimizzare i processi produttivi per massimizzare il valore aggiunto ottenibile.
Inoltre, per quanto riguarda la produzione di biocombustibili, l’utilizzo di biomasse residuali
risolve, anche se parzialmente, il problema etico della destinazione di superfici agricole per
utilizzi “no food”.
In questo contributo l’attenzione è stata incentrata prevalentemente sulla possibilità di
valorizzare i cascami della filiera vinicola. Tale settore è stato scelto in ragione della sua
importanza economica in tutta l’area Mediterranea, con particolare attenzione al contesto
nazionale che presenta una superficie destinata alla coltivazione di uva da vino di 800 mila
ettari e una produzione vinicola di circa 45 milioni di ettolitri 0.
Si è utilizzato il termine “filiera vinicola” e non “filiera viti-vinicola” in quanto l’interesse di
questo studio è rivolto alla sola fase di trasformazione della filiera (processo di produzione di
vino dall’uva), non considerando la fase di campo. Il sottoprodotto principale di questa fase è
rappresentato dalla “vinaccia”, materiale organico eterogeneo composto da bucce (72%),
vinaccioli (17%) ed eventualmente raspi (11%) 0.
La vinaccia, in funzione del processo da cui deriva, può essere classificata in:
- vinaccia vergine, quando non subisce la fermentazione e presenta, quindi, una
concentrazione zuccherina relativamente elevata (es. vinaccia residuata dalla vinificazione
in bianco);
- vinaccia fermentata, quando durante il processo di vinificazione viene sottoposta ad una
fase di fermentazione e presenta, di conseguenza, una concentrazione alcolica variabile (es.
sottoprodotto principale della vinificazione in rosso);
- vinaccia esausta, quando in seguito a fermentazione subisce un processo di distillazione per
il recupero della componente alcolica (es. vinaccia residuata da distilleria).
La vinaccia esausta viene già utilizzata, soprattutto nelle grandi centrali termiche, come
biomassa per la produzione di energia. Le vinacce vergini e fermentate, fino a poco tempo fa,
dovevano essere destinate alla distillazione obbligatoria in distilleria. Attualmente, con la
recente approvazione del Decreto Ministeriale n.7407, del 4 agosto 2010 che modifica la
normativa sull’utilizzo dei sottoprodotti della vinificazione, viene contemplata la possibilità di
108
UTILIZZO DI BIOMASSA RESIDUALE
ATTUALITÀ DELLA RICERCA NEL SETTORE DELLE ENERGIE RINNOVABILI DA BIOMASSA
un utilizzo alternativo dei prodotti di scarto della vinificazione. Uno dei destini consentiti, oltre
a quello agronomico e farmaceutico/cosmetico, è proprio quello energetico. Il decreto assume
notevole valenza in quanto consente, per la prima volta, l’utilizzo dei sottoprodotti della
vinificazione, aprendo nuove ed interessanti opportunità economiche, ambientali ed
agronomiche.
Esistono già dei lavori in cui sono state condotte indagini sulle caratteristiche chimico-fisiche
della vinaccia nel suo insieme, allo scopo di verificarne limiti e potenzialità all’utilizzo
energetico 0000. Altri lavori evidenziano anche la possibilità di destinare la vinaccia ad un
utilizzo agronomico 000, all’alimentazione zootecnica 0, a trattamenti per l’estrazione di
componenti di interesse farmacologico e cosmetico 000 o all’impiego alimentare. Alcuni studi,
infatti, pongono l’attenzione sulle interessanti proprietà nutrizionali dell’olio estratto dai
vinaccioli, caratterizzato da una particolare composizione in acidi grassi, da un’elevata
concentrazione polifenolica e da un alto punto di fumo (circa 190-230° C) che lo rende
particolarmente indicato per la cottura di cibi 0.
Quanto si intende proporre in questa prima fase di studio riguarda la caratterizzazione delle
singole componenti che costituiscono le vinacce (bucce, raspi e vinaccioli) aprendo alla
possibilità, nella pratica realizzabile, di separarle lungo le fasi della lavorazione.
A tale scopo sono state condotte, su queste frazioni, una serie di analisi fisico-chimiche per
poter esprimere un giudizio sul più conveniente utilizzo delle stesse.
2. Metodologia
Il materiale è stato prelevato in 4 cantine della provincia di Ancona, considerate
rappresentative del territorio per dimensione e tipologia di uve lavorate. Sono stati raccolti
campioni di vinaccia di tre differenti varietà: Verdicchio (varietà a bacca bianca),
Montepulciano e Lacrima (varietà a bacca nera).
I processi di vinificazione sono numerosi e differiscono in funzione del prodotto che si intende
ottenere. Le cantine, inoltre, tendono a personalizzare e ad adattare alle proprie esigenze
l’intero processo di trasformazione dell’uva in vino. Per semplificare si riportano gli schemi
basilari relativi alle due principali tecniche di vinificazione: la “vinificazione in bianco” e la
“vinificazione in rosso”.
Nella vinificazione in bianco l’uva viene pigiata e lasciata poi sgrondare per ottenere mosto
fiore, successivamente può essere sottoposta a degli ulteriori cicli di torchiatura per
l’estrazione di mosto di torchiatura (eventualmente destinato alla produzione di vini da tavola).
Il sottoprodotto in uscita è, quindi, rappresentato da una vinaccia costituita da raspi, bucce e
vinaccioli (figura 1a).
Nella vinificazione in rosso è fondamentale conferire al vino la colorazione rossa ottenuta dagli
antociani presenti nella buccia. Per questo motivo si rivela necessario lasciare le bucce a
macerare nel mosto per tempi più o meno lunghi. Durante la fase di pigiatura occorre quindi
intervenire con una diraspatura, mediante pigiadiraspatrici, allo scopo di eliminare i raspi,
responsabili della cessione al mosto di composti indesiderati ed astringenti.
La vinaccia diraspata, terminata la prima fase di fermentazione, viene separata dal mosto/vino
mediante l’operazione di svinatura e, generalmente, sottoposta ad ulteriore pressatura. A questo
punto esce come sottoprodotto dal ciclo di vinificazione (figura 1b).
UTILIZZO DI BIOMASSA RESIDUALE
109
ATTUALITÀ DELLA RICERCA NEL SETTORE DELLE ENERGIE RINNOVABILI DA BIOMASSA
a) VINIFICAZIONE IN BIANCO
b) VINIFICAZIONE IN ROSSO
CONFERIMENTO
UVA
CONFERIMENTO
UVA
PIGIATURA
MOSTO
PIGIATURA
VINACCIA
VERGINE
SGRONDATURA
FERMENTAZIONE
PRESSATURA
MOSTO +
VINACCIA
VERGINE
DIRASPATURA
VINO +
VINACCIA
FERMENTATA
FERMENTAZIONE
RASPI
SVINATURA
VINO
PRESSATURA
VINO
STABILIZZAZIONE
VINACCIA
FERMENTATA
STABILIZZAZIONE
IMBOTTIGLIAMENTO
IMBOTTIGLIAMENTO
RASPI
BUCCE
VINACCIOLI
BUCCE
VINACCIOLI
Figura 1 - Rappresentazione schematica dei processi di vinificazione in bianco (a) e in rosso (b)
Il materiale che è stato possibile recuperare nelle 4 cantine precedentemente citate è stato:
- vinaccia vergine di Verdicchio (costituita da raspi, bucce e vinaccioli);
- vinaccia diraspata e fermentata di Montepulciano (solo bucce e vinaccioli);
- vinaccia diraspata e fermentata di Lacrima (solo bucce e vinaccioli).
Per quanto riguarda la frazione dei raspi non è stato possibile reperire del materiale in quanto
esaurito dalle aziende nel periodo di sviluppo di questo lavoro. Il materiale raccolto è stato
sottoposto ad una serie di operazioni ed analisi, seguendo la logica riportata nella figura 2.
Si è proceduto alla separazione delle componenti, trattando i campioni tal quali mediante
setacci con differenti cut off (diametri: 8,00 mm, 4,76 mm e 3,15 mm) - (Figura 3), e alla
determinazione per ciascuna, dell’umidità, del potere calorifico netto (PCN) e superiore (PCS),
del contenuto di ceneri e all’analisi dei principali elementi, osservando le corrispondenti
normative CEN in materia di analisi delle biomasse solide ad uso energetico (Tabella 1).
VINACCIA
• Caratterizzazione
fisico-chimica
RASPI
BUCCE
• Analisi contenuto in olio
VINACCIOLI
Spremitura
meccanica
PANELLO
OLIO
• Caratterizzazione
fisico-chimica
• Caratterizzazione
fisico-chimica
Figura 2 - Trattamento delle vinacce
110
UTILIZZO DI BIOMASSA RESIDUALE
ATTUALITÀ DELLA RICERCA NEL SETTORE DELLE ENERGIE RINNOVABILI DA BIOMASSA
Tabella 1 - Analisi standard per la caratterizzazione energetica e
chimico-fisica delle biomasse solide
Caratterizzazione fisico-chimica delle biomasse solide
(vinaccia, raspi, bucce, vinaccioli, panello)
Parametro
Metodo analitico
Umidità
UNI CEN/TS 14774
Ceneri
UNI CEN/TS 14775
PCN, PCS
UNI CEN/TS 14918
C, H, N, S, O
UNI CEN/TS 15104
Cl, S
UNI CEN/TS 15289
Cr, Cu, Mn, Ni, As, Cd, Hg, Pb
UNI CEN/TS 15297
Na, K
UNI CEN/TS 15290
Analisi contenuto in olio*
Estrazione Soxhlet Metodo Interno
* Analisi condotta solo su vinaccioli
Inoltre, per esprimere un giudizio comparativo del materiale analizzato, viene proposto un
confronto con i valori tipici del pioppo coltivato a ciclo breve riportati nell’allegato C.4 della
normativa CEN/TS 14961:2005 0.
A proposito dei vinaccioli si è voluto valutare anche il contenuto lipidico, sviluppando un
metodo di analisi ad hoc, allo scopo di individuare la possibilità di estrarre, attraverso
spremitura meccanica, olio da destinare al mercato alimentare.
Nello specifico, per determinare il contenuto di olio nei semi si è proceduto mediante:
- essiccazione dei vinaccioli a 45° C per 48 ore;
- macinazione di 25 g di seme con mulino analitico IKA A 11 Basic fino a riduzione del
campione in frammenti di dimensione inferiore ad 1 mm;
- utilizzo di sistema di estrazione Soxhlet (solvente: esano al 95% di purezza) e manto
riscaldante multiplo FALC (figura 4);
- tempo di estrazione di 24 ore;
- velocità di estrazione compresa tra 4 e 6 cicli orari;
- recupero del solvente tramite distillazione con evaporatore rotante e quantificazione
dell’olio estratto;
- calcolo del contenuto d’olio del campione (in % su peso secco).
L’analisi è stata condotta anche su semi di girasole convenzionale, di lino da fibra, di Jatropha
e di pomodoro allo scopo di poter effettuare un confronto.
Figura 3 - Separazione tramite setacci delle componenti della vinaccia residuata dalla vinificazione in rosso
UTILIZZO DI BIOMASSA RESIDUALE
111
ATTUALITÀ DELLA RICERCA NEL SETTORE DELLE ENERGIE RINNOVABILI DA BIOMASSA
Successivamente, per verificare la
possibilità di estrarre meccanicamente
l’olio dai vinaccioli, sono state condotte
delle prove di spremitura con pressa
meccanica su campioni da 5 kg di
vinacciolo di varietà miste, prelevati da
una distilleria del Centro Italia.
I test sono stati condotti presso il
Laboratorio Pesante del Dipartimento
SAIFET utilizzando una pressa continua
della ditta Bracco s.r.l. (2,27 kW), visibile
in figura 5.
Le prove sono state effettuate variando i
parametri di temperatura di esercizio (95 ÷
175° C) e modificando il diametro degli Figura 4 - Sistema multiplo di estrazione Soxhlet
anelli spingi pasta, o bussole, (14, 15 e 16
mm) con l’obiettivo di individuare le condizioni operative che ottimizzano la resa di
spremitura.
Dal processo si è ottenuto olio di vinaccioli grezzo e panello di estrazione. Entrambe le matrici
sono state sottoposte ad indagine analitica per identificare la migliore via di valorizzazione
possibile.
All’olio è stata fatta un’analisi della composizione in acidi grassi per verificare se,
effettivamente, il profilo acidico lo rende particolarmente interessante da un punto di vista
alimentare. La stessa analisi è stata condotta anche su un campione di olio di semi di girasole
convenzionale, così da poter avere un confronto.
Per questa analisi si è proceduto con la preparazione del campione, rispettando la metodica
UNI EN ISO 5509:2001. Più in particolare è stato seguito il metodo che utilizza il tricloruro di
boro (BF3). Per l’analisi vera e propria si è osservato quanto stabilito dalla normativa UNI EN
ISO 5508:1998 e si è utilizzato un gascromatografo SHIMADZU GC 2010 con
colonna polare Stabilwax (60,0 m x 0,25 mm x
0,25 µm), fase stazionaria rappresentata da
glicole polietilenico e fase mobile da elio,
sistema di iniezione “on column”, rivelatore a
ionizzazione di fiamma (FID). Le condizioni di
analisi impostate sono state le seguenti:
pressione in colonna pari a 213,0 kPa, flusso in
colonna costante a 1,76 ml/min, regime
crescente di temperatura (60° C, 20° C/min,
180° C; 1,5° C/min, 235° C), rivelatore a 250°
C. Tempo complessivo di analisi pari a 70 min.
È stato utilizzato uno standard esterno
(SupelcoTM 37 Component FAME Mix).
Per l’elaborazione dei risultati è stato sviluppato
un foglio di calcolo elettronico dedicato, in
grado di semplificare le operazioni di
conversione dei dati al fine di poter esprimere i
risultati rispettando quanto stabilito dalla
normativa specifica.
Infine, facendo riferimento al disciplinare del
Figura 5 - Pressa meccanica da 2,27 kW della ditta
vino “Rosso Conero Riserva DOCG” e ai
Bracco s.r.l. utilizzata per le prove di spremitura
risultati
ottenuti
dalle
analisi
di
112
UTILIZZO DI BIOMASSA RESIDUALE
ATTUALITÀ DELLA RICERCA NEL SETTORE DELLE ENERGIE RINNOVABILI DA BIOMASSA
caratterizzazione della vinaccia e delle sue componenti, è stato elaborato un bilancio di massa
riferito alla superficie produttiva unitaria.
3. Risultati
Nella tabella 2 sono riportati gli intervalli di variazione entro cui ricadono i risultati delle
analisi di caratterizzazione della vinaccia, delle sue componenti e del panello di estrazione
ottenuto dalla spremitura meccanica dei vinaccioli. Si riportano, come riferimento per un
confronto, anche i valori relativi al cippato di pioppo da coltivazione a ciclo breve (reperiti
nell’allegato C4 della normativa CEN/TS 14961:2005).
Tabella 2 – Risultati delle analisi di caratterizzazione della vinaccia, delle singole componenti che la
costituiscono e del panello di spremitura dei vinaccioli, a confronto con il cippato di pioppo da SRF
Parametro
Vinaccia
Raspi
Bucce
Vinaccioli
Panello
Pioppo*
Umidità
% peso t.q.
50-61
55-70
54-70
37-47
1,9
///
Ceneri
% peso t.q.
7-12,5
4,8-9,1
8,0-14,5
3,8-4,6
2,8
1,5-2,5
PCS
MJ/kg t.q.
19,5-21
18-19
18-20
23-24
22
20,0-20,4
PCN
MJ/kg t.q.
6-8
3,5-4,5
4-7
11-13
20
18,6-19,1
C
% s.s.
50-52
46,6-49,6
47,2-51,6
55,4-59,8
55,5
47-51
H
% s.s.
6-7
5,8
5,9-6,3
7,0-8,1
6,4
5,8-6,7
O
% s.s.
28-33,5
37-38
28,5-32,3
24,5-30,6
33,4
40-46
N
% s.s.
1,5-3
1,4-1,7
1,7-2,6
1,7-3,3
1,9
0,2-0,6
Cl
% s.s.
0,01-0,02
0,03
0,02-0,03
0,02
0,02
< 0,01-0,05
S
% s.s.
0,08-0,12
0,09-0,1
0,1
0,1
0,08
0,02-0,10
Cr
ppm
0,4-0,7
0,3-0,4
0,0-0,5
0,4-0,6
0,6
0,3-2
Cu
ppm
33-258
27-101,8
28,0-270
16,9-33,1
22,3
2-4
Mn
ppm
8-23
35,6-8,7
7,2-23,7
15,9-50,2
14,8
///
Ni
ppm
0,6-1,8
0,8-1,4
0,6-2,1
1,5-1,9
2,9
0,2-1
As
ppm
0,1-1,3
0,0-1,1
0,1-1,9
0,0
0,0
< 0,1-0,2
Cd
ppm
0,4-0,6
0,2-0,6
0,0-0,1
0,5-0,7
0,0
0,2-1
Hg
ppm
0,1-0,3
0,2-0,3
0,1-0,3
0,2-0,3
0,1
< 0,03
Pb
ppm
3-5
0,7-4,4
0,0-2,1
3,1-4
1,2
0,1-0,3
Na
ppm
11-34
33-142
13-34
5-15
33
///
K
ppm
2150043000
2200027500
2200080000
75008500
1300
2000-4000
* Valori riferiti al cippato di pioppo da coltivazione a ciclo breve riportati nell’allegato C4 della normativa
CEN/TS 14961:2005 relativa alla caratterizzazione dei biocombustibili solidi 0
Dai risultati si constatano effettive differenze tra la vinaccia e le sue componenti: i vinaccioli
differiscono dalle altre biomasse per il ridotto contenuto di umidità e quantitativo di ceneri e
presentano un potere calorifico maggiore rispetto a vinaccia, bucce e raspi. Le concentrazioni
UTILIZZO DI BIOMASSA RESIDUALE
113
ATTUALITÀ DELLA RICERCA NEL SETTORE DELLE ENERGIE RINNOVABILI DA BIOMASSA
di cloro (Cl) e zolfo (S) si eguagliano nelle varie matrici, mantenendosi basse per il cloro e
relativamente elevate per lo zolfo.
Anche le concentrazioni di azoto (N) e piombo (Pb) non differiscono in modo significativo tra
la vinaccia e le singole componenti, tuttavia il valore risulta ben più elevato rispetto a quello
della biomassa di confronto (Cippato di pioppo da coltivazione a ciclo breve – Short Rotation
Forestry).
Il rame (Cu) presenta un range di oscillazione molto elevato in tutte le matrici analizzate,
causato senza meno dai trattamenti fitosanitari effettuati in campo.
Il panello di estrazione differisce in tutto il profilo analitico, presentando in particolare ridotti
livelli di ceneri, ed elevati valori di PCN e PCS.
A proposito delle analisi del contenuto in olio nei vinaccioli, si sono ottenuti risultati differenti
per le diverse varietà di vite. I valori oscillano mediamente fra il 10% ed il 17% in peso sul tal
quale e sono riportati in maniera più dettagliata nella tabella 3, dove viene proposto anche un
confronto con semi di altre specie vegetali.
Dalle prove di spremitura effettuate sui campioni di vinacciolo prelevati in distilleria (mix di
varietà ignote), aventi un contenuto in olio mediamente compreso tra 10% e 12%, si sono
ottenute rese di spremitura variabili in funzione degli anelli spingipasta utilizzati e delle
temperature di esercizio adottate. Tali risultati oscillano mediamente tra il 9% ed il 10%.
Le prove condotte con bussola da 14 mm di diametro si sono dimostrate piuttosto critiche in
quanto si sono verificati problemi di inceppamento della pressa stessa, in particolare adottando
temperature comprese tra 140 e 145° C. Miglioramenti sono stati osservati con temperature di
esercizio intorno a 148-149° C. Le rese di spremitura per l’anello da 14 mm, in definitiva,
hanno raggiunto circa il 9%.
Le prove effettuate con anello da 15 mm hanno determinato le rese migliori in assoluto, 9,510%. La temperatura ottimale per questa prova si è dimostrata essere 150° C.
Con la bussola da 16 mm di diametro si sono ottenute rese di spremitura leggermente inferiori
rispetto all’anello da 15 mm. Mediamente intorno al 9,5% con temperature di circa 150-152°
C.
Tabella 3 – Contenuto di olio in vinaccioli di differenti varietà
a confronto con alcune tipologie di semi oleaginosi. Analisi
condotte nel Laboratorio Biomasse dell’Università Politcnica
delle Marche
Tipologia di seme
114
% olio su s.s.
Vinacciolo Montepulciano
13,5 – 15
Vinacciolo Lacrima
15,5 – 17
Vinacciolo Verdicchio
13 – 15,5
Vinacciolo (mix da distilleria)
10 – 12
Semi di girasole convenzionale
40 – 47
Semi di lino da fibra
28 – 31
Semi di jatropha
29 – 30
Semi di pomodoro
19 – 25
UTILIZZO DI BIOMASSA RESIDUALE
ATTUALITÀ DELLA RICERCA NEL SETTORE DELLE ENERGIE RINNOVABILI DA BIOMASSA
Tabella 4 – Risultati dell’analisi della composizione in acidi grassi dell’olio di vinaccioli ottenuto
dalla spremitura meccanica a confronto con il profilo acidico dell’olio di semi di girasole
convenzionale
Composizione acidica
Olio di vinaccioli
Olio di semi di girasole
% (m/m)
% (m/m)
Acido Linoleico C18:2
71,2 %
54,2 %
Acido Oleico C18:1
17,0 %
35,6 %
Acido Palmitico C16:0
6,6 %
6,2 %
Acido Stearico C18:0
4,1 %
3,4 %
Altro
1,1 %
0,6 %
Il profilo acidico, risultato dall’analisi gascromatografica dell’olio grezzo ottenuto dalle prove
di spremitura, viene riportato in tabella 4 (si riporta, come riferimento, anche la composizione
in acidi grassi dell’olio di semi di girasole convenzionale).
Dall’analisi risulta una percentuale preponderante di acidi grassi insaturi ma con un contenuto
maggiore di acido linoleico e minore di acido oleico rispetto all’olio di semi di girasole
convenzionale.
Considerando una superficie vitata unitaria (1 ha) e ipotizzando di rispettare quanto stabilito
nel disciplinare di produzione del vino “Rosso Conero Riserva DOCG”, secondo il quale è
consentita una produzione massima di uva di 9 t/ha, si ottiene una resa complessiva di vinaccia
fresca pari a 2,4 t da cui si ricavano mediamente 1,76 t di bucce tal quali (≈ 660 kg di bucce
essiccate), 270 kg di raspi tal quali (≈ 110 kg di raspi essiccati) e circa 410 t di vinaccioli tal
quali (≈ 250 kg di vinaccioli essiccati) da cui è possibile ottenere almeno 25 kg di olio di
vinaccioli grezzo (figura 6).
Figura 6 - Bilancio produttivo relativo ad 1 ha di superficie vitata destinata alla produzione di vino “Rosso
Conero Riserva DOCG” nel rispetto del disciplinare di produzione
UTILIZZO DI BIOMASSA RESIDUALE
115
ATTUALITÀ DELLA RICERCA NEL SETTORE DELLE ENERGIE RINNOVABILI DA BIOMASSA
4. Conclusioni
In questo lavoro emerge come il settore enologico produca un’importante quantità di
sottoprodotti di vinificazione. In generale, dalla quantità di uva prodotta da un ettaro di
superficie, gestita rispettando il disciplinare del vino “Rosso Conero Riserva DOCG”, si
ottengono circa 1-1,1 t di sostanza secca di biomassa residuale eterogenea, le cui componenti
sono caratterizzate da proprietà fisiche e chimiche differenti. Ragionando su tali differenze è
emersa la possibilità di conseguire una maggiore valorizzazione separando le frazioni residuali
e destinandole ad utilizzi differenziati. Con la spremitura meccanica dei vinaccioli, infatti, è
possibile ottenere ottime rese in olio, circa un 10% estratto su un 12% di contenuto totale del
seme. Le interessanti caratteristiche alimentari dell’olio di vinaccioli, come ci dimostrano
l’analisi della composizione in acidi grassi e le potenzialità nutrizionali messe in luce da altri
lavori, aprono ad interessanti prospettive di mercato anche per realtà vitivinicole relativamente
piccole (consorzi, cooperative, cantine sociali).
Raspi, bucce e panello di estrazione, invece, si adattano meglio ad una valorizzazione
energetica attraverso l’utilizzo in caldaie per la produzione di energia termica. Il contenuto
relativamente elevato di zolfo e di azoto ne fanno prevedere, allo stato attuale delle
conoscenze, l’uso solo in grandi impianti dotati di sistemi di abbattimento idonei. In tali
impianti occorre inoltre implementare tecnologie in grado di gestire le problematiche derivanti
dagli elevati contenuti in ceneri, cloro e potassio o prospettarne la produzione di miscele con
biomasse più tradizionali. Studi precedenti hanno tuttavia dimostrato che le ceneri presenti nei
residui della vinificazione, nonostante siano molto elevate, non determinano problematiche
legate alla fusibilità 0 0.
Estendendo come esempio gli indici del bilancio di massa di questo contributo ad un
comprensorio limitato della Regione Marche, come quello di produzione del vino “Rosso
Conero Riserva DOCG”, con una produzione di uva complessiva pari a circa 920t 0, si
possono ricavare pressappoco 250 t di vinaccia fresca da cui ottenere 30 t di raspi tal quali, 180
t di bucce fresche, 2,5 t di olio di vinaccioli e 23 t di panello. Se si amplia l’analisi ad un’area
più vasta, come quella che comprende le cantine dislocate entro una “distanza stradale” di 40
km dal Comune di Jesi, è possibile stimare una produzione di vinaccia di circa 6600 t 00 da cui
ricavare 730 t di raspi tal quali, 4770 t di bucce fresche, 70 t di olio di vinaccioli e 615 t di
panello. Da un punto di vista economico la convenienza a separare le componenti della
vinaccia al fine di destinarle ad una valorizzazione differenziata è strettamente legata ai costi di
gestione di questa realtà – che tuttavia vede come vantaggio il fatto di aver già concentrata la
biomassa residuale del processo di vinificazione – e al valore di mercato dell’olio di vinaccioli.
Infine, visto il crescente interesse degli ultimi anni, appare anche interessante aprirsi ai
pretrattamenti della biomassa, in particolare alla torrefazione, trattamento termochimico che
tende a migliorare alcune caratteristiche delle biomasse come ad esempio l’idrofobicità, la
macinabilità e la densità energetica 00.
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