Uso e Riciclo delle Biomasse

L’accentramento dell’allevamento zootecnico e la monocoltura hanno portato progressivamente ad un

eccessivo accumulo di N, P e K nei terreni agricoli delle zone con un’agricoltura più intensiva e sviluppata.

Ad oggi si assiste ad un più contenuto impiego dei fertilizzanti nei paesi sviluppati migliorando le efficienze,

per quanto riguarda i paesi in via di sviluppo si assiste ancora a consumi “di lusso” di questi beni.

La Lombardia è una regione estremamente industrializzata e popolata con un’elevata attività agricola che

determina una forte pressione ambientale.

Alla composizione del particolato atmosferico (PM e PM ) concorre anche l’emissione di NH proveniente

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in gran parte dall’agricoltura (45%). L’ammoniaca si combina con nitrati e solfati a formare i particolati.

La cattiva gestione della risorsa N, per natura difficile causa lisciviazione, denitrificazione, volatilizzazione,

determina una bassa efficienza nella sua utilizzazione comportando costi più elevati e problemi ambientali.

I fertilizzanti sono sempre disponibili?

L’azoto sì, siccome deriva da un ciclo naturale che ha come riserva l’atmosfera (processo Haber-Bosch); P e

K, invece, sono ricavati da riserve fossili.

Il P è una risorsa non rinnovabile e deriva da miniere, di cui circa l’80% è localizzato in Marocco (rocce

dell’Atlante) e questo determina una futura problematica per il suo approvvigionamento, di costo e di

strategia geopolitica (l’82% del P estratto è impiegato in agricoltura). Le ammatiti sono le rocce con P

tricalcico insolubile da cui si estrae, tramite trattamento con acidi forti, il fertilizzante (questo comporta delle

perdite). Si rende quindi necessario instaurare un’economia circolare che consenta il riciclo del fosforo

impiegato.

Il K è una fonte non rinnovabile ma presente in grandi quantità su tutta la crosta terrestre.

Il 3-5% dell’energia mondiale è impiegata nella produzione di fertilizzanti e solo lo 0,01% del guadagno

derivante da questa industria è speso in ricerca e sviluppo.

L’economia circolare fa in modo che le risorse impiegate per la produzione primaria, siano nel limite della

possibilità riciclate all’interno del processo produttivo. Fertilizzanti rinnovabili: il recupero di nutrienti

contenuti nelle biomasse diviene un processo di produzione di fertilizzanti, la biomassa preleva i nutrienti dal

suolo rendendoli disponibili per successivi cicli.

Il compost non è adatto alla produzione di biofertilizzanti (il compost mineralizza la SO in tempi che spesso

non sono compatibili con quelli della coltura in atto), la sfida è quindi ottenere a partire dalla sostanza

organica i principi minerali prontamente utilizzabili in maniera rinnovabile e ciclica.

Il compostaggio

Dovremo utilizzare più fertilizzanti, perché saremo 10 miliardi di abitanti nel 2050. Il problema non è l’N,

anche se per produrre una tonnellata di urea sono utilizzate 4 tonnellate di petrolio (emissioni nocive per

l’effetto serra), perché di N in atmosfera è il 78%. Sarebbe meglio favorire un riciclo dei nutrienti, per ridurre

l’importazione in Europa.

Il P, a differenza dell’azoto, è un elemento finito, deriva dalle miniere (apatiti) che sono concentrate per il

70% in Marocco e ciò potrebbe portare a tensioni e una corsa all’approvvigionamento in quanto le miniere

sono in esaurimento. Anche il K è una risorsa finita.

In Cina e India l’uso di fertilizzanti è sconsiderato e con bassa efficienza, questo determina uno spreco e una

modifica degli ecosistemi (la capacità di modificazione della Terra è già stata oltrepassata), con ovviamente

sempre maggiori ripercussioni.

L’economia circolare non è un semplice riciclo. Devo andare a produrre qualcosa che possa sostituire quello

che ho utilizzato. Il rifiuto diventa quindi la materia prima per un secondo processo.

Il compostaggio ha avuto inizio in Italia quando non è stato più possibile portare la FORSU in discarica; per

motivi ambientali, la discarica infatti veniva istituita nelle ex cave di sabbia, che giacciono però sopra la falda,

che veniva dunque inquinata. Da qui ha inizio la raccolta differenziata nel 1988: essa si è rivelata più

efficiente rispetto alla separazione dei rifiuti dopo la raccolta. L’organico rappresenta il 30% del rifiuto totale.

L’organico va trasformato in qualcosa che non dia fastidio: una possibilità è il compostaggio. Il rifiuto è

trasformato in compost, un ammendante, stabile biologicamente, parzialmente igienizzato e quindi non

sterile. L’ammendante non apporta elementi nutritivi, ma sostanza organica, migliorando le caratteristiche

del suolo (trattiene acqua, favorisce l’attività biologica, la flocculazione e aumenta la CSC).

Il compostaggio è un processo aerobico biologico in cui si sfruttano i batteri eterotrofi per produrre compost,

consiste nella biossidazione della sostanza organica allo stato semisolido. Si tratta di reazioni di ossidazione e

trasformazioni biologiche della sostanza organica che avvengono in condizioni aerobiche (l’accettore finale

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degli e è l’O ). Tali processi determinano la degradazione delle frazioni organiche più degradabili, la

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conservazione delle più resistenti e la trasformazione in sostanze umiche delle frazioni più recalcitranti (non

tutto è ovviamente trasformato in CO ). Una matrice molto degradabile non è gestibile, attirerebbe animali,

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produrrebbe gas e odori sgradevoli. Una matrice meno degradabile, invece, andando incontro a una

trasformazione molto più lenta, non puzza e non si degrada nel tempo in cui si trova nel sacchetto. Il

compost è il residuo non digerito dai batteri, una matrice organica, stabile, matura e umificata (quest’ultimo

punto per legge, ma non è vero siccome l’humus non esiste).

Come avviene il compostaggio?

Il rifiuto è composto da 3 fasi: solida, liquida e gassosa. Il compostaggio avviene in 3 fasi, come il rifiuto:

l’acqua è necessaria perché è il solvente principale delle reazioni, la fase solida è la materia che viene

degradata dal biofilm batterico, mentre la matrice gassosa è necessaria in quanto fonte di ossigeno (in

condizioni asfittiche si ha la digestione anaerobica che produce metano).

Una particella solida è formata da un core anaerobico, ricoperto da un biofilm con batteri a contatto con

l’aria. Un’attività di esoenzimi degrada le grandi molecole, i monomeri sono solubili nel biofilm e sono

assorbiti nei batteri.

Il substrato, composto di polimeri, ad opera di esoenzimi, tende a diventare solubile. I monomeri nel biofilm

vanno incontro a degradazione aerobica, la CO formata si trasferisce verso la fase gassosa mentre l’O migra

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verso il biofilm. Se si dovesse percepire un forte odore sgradevole, non sta avvenendo la degradazione

aerobica, ma quella anaerobica che porta anche a situazioni di tossicità. Si ha inoltre la produzione di calore.

FORSU + O - CO + H O + CALORE (∆H) + COMPOST

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Il calore è maggiore nella prima fase (fino a 55°-65°C) ed è importante perché igienizza il compost risultante,

comporta l’eliminazione dei patogeni intestinali che sono i più sensibili e inoltre inattiva i semi di infestanti

eventualmente presenti. La temperatura però non deve essere troppo alta poichè una sterilizzazione

porterebbe ad un blocco della reazione. Inoltre una T alta potrebbe portare all’essiccazione del biofilm e

bloccare il processo, quindi è necessario un impianto di irrigazione.

Si può compostare la FORSU, il fango, gli scarti di potatura e il digestato.

Il consumo di ossigeno indica l’andamento del processo. Il consumo di ossigeno rispetto al tempo è valutato

secondo una funzione modello:

All’inizio il consumo di O è basso poiché non sono ancora presenti i batteri sul substrato, la crescita è poi di

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tipo esponenziale (analogamente alla crescita microbica: i batteri inizialmente si moltiplicano molto perchè il

substrato è abbondante), dopodiché si ha una diminuzione del numero di batteri e conseguentemente del

consumo di O siccome sta diminuendo la fonte nutrizionale, ma comunque non si raggiunge lo zero: la

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reazione continua ad avvenire, ma in modo lento e costante senza emettere odori sgradevoli. Si impiegano

dai 3 ai 4 giorni per giungere a consumi elevati.

Si può testare un compost in laboratorio: se questo è stato processato correttamente il consumo di O è

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basso, in caso contrario il consumo è elevato anche dopo il processo.

Si effettua inoltre un rivoltamento per ridurre i processi anaerobici e favorire l’aerazione.

Il processo di compostaggio in laboratorio può durare 10 giorni, in scala reale si arriva a 20-30 giorni, anche

se per legge non può durare meno di

90 (questo non ha fondamento

scientifico ma serve a regolamentare

i produttori).

Si prevede una fase attiva di 20-30

giorni in cui il consumo di ossigeno è

elevato, dove si verifica la

degradazione della componente più

facilmente degradabile e quindi un

innalzamento della temperatura; questa è seguita da una fase di maturazione (di trasformazione) in cui la

degradazione continua lentamente (ma non è umificazione) perché ormai quasi stabile.

Il consumo di O è l’indice del processo (monitoraggio dell’attività di batteri eterotrofi), ma è monitorata

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anche la temperatura: entrambi i parametri variano in funzione dell’intensità dell’attività biologica di

degradazione attuata dai batteri.

La portata d’aria necessaria è maggiore all’inizio del processo. La risultante, ovvero il compost, è una matrice

biologicamente stabile che non genera odori, percolati, risultando quindi facilmente gestibile e non

inquinante.

Il compost contiene sostanza organica stabilizzata, è un ammendante molto valido, riconosciuto tale per

legge (D.Lgs 75/2010). Il suo valore è di circa 5-10€ a tonnellata, il business è incentrato sul ritiro del rifiuto

stesso.

L’humus che contiene il compost non è altro che l’insieme delle molecole più difficilmente degradabili che

non sono degradate durante il processo e permangono nel prodotto finito più o meno perfettamente

conservate (lignina, cutina, suberina).

Nel suolo, il compost è una matrice organica lentamente degradabile che permane nel terreno, avendo così

tempo di espletare la sua funzione positiva, analogamente al letame maturo di cui è il sostituto. La nuova

zootecnia ha portato a un minore approvvigionamento di sostanza or