Uso e Riciclo delle Biomasse

Uso e riciclo delle biomasse

Introduzione alla bioeconomia

Prof: Fabrizio Adani

La bioeconomia è l'economia del futuro: è un'economia ecologicamente e socialmente sostenibile. Le forze in gioco che spingono la società verso un'economia di questo tipo sono il crescente fenomeno del cambiamento climatico, lo sviluppo di un'agricoltura e di una selvicoltura sostenibili e il consumo di combustibili fossili, risorse limitate.

Cambiamento climatico

L'effetto serra è un'azione termoregolatrice dell'atmosfera. La radiazione infrarossa del sole riscalda la superficie terrestre, in seguito viene riflessa dalle superfici e riemessa con una lunghezza d'onda maggiore. Questa luce riemessa interagisce con alcuni gas presenti in atmosfera (tra cui vapore acqueo, CO₂) che la trattengono. L'aumento di questi gas può aumentare la temperatura dell'atmosfera.

I gas serra sono aumentati in atmosfera? Sì. I principali gas serra sono: CO₂ (il più presente, ora a 400 mg/kg), CH₄ (capacità serra 25 volte superiore dell'anidride) e N₂O (380 volte più dannoso dell'anidride).

I gas serra stanno mutando il clima? Non si sa. È certo però che si sono registrati degli aumenti della temperatura media. Attraverso carotaggi si è potuto analizzare il ghiaccio, in alcuni ghiacciai e ai poli, per avere misure più sensibili e attendibili per quanto riguarda la composizione passata della nostra atmosfera. Si è notato da questi studi un forte incremento di anidride carbonica, in particolare a partire dall'avvento della Rivoluzione Industriale. Questo incremento è spiegato dall'uso di combustibili fossili (enormi quantità di carbonio stoccato nel sottosuolo è stato quindi portato in atmosfera), dell'aumento del benessere e quindi della popolazione, della maggiore disponibilità di cibo, della deforestazione e quindi della perdita di anidride dal suolo. Inoltre, si è verificato un aumento della produzione di metano atmosferico, derivante da allevamenti e da discariche.

In passato si sono sempre verificate delle oscillazioni della concentrazione di CO₂ nell'atmosfera: ad esempio si è notato che le glaciazioni portavano a una riduzione dell'anidride nell'atmosfera soprattutto perché l'abbassamento delle temperature comporta una diminuzione della solubilità dei gas. Ma in generale non si era mai oltrepassato il limite di 300 mg/kg. Ora, con l'attività antropica, la concentrazione è arrivata a 400 mg/kg. La sua presenza in atmosfera tenderà ad aumentare ancora soprattutto in base allo sviluppo dei paesi e del loro PIL.

Protocollo di Kyoto e misure di mitigazione

Protocollo di Kyoto; COP 21 (mantenere entro due gradi il riscaldamento globale, per farlo bisogna ridurre le emissioni di anidride, quindi abbassare i consumi di combustibili fossili e usare biocombustibili). Il primo stato produttore di anidride carbonica sono gli USA.

Ridurre le emissioni di anidride carbonica è possibile impiegando altre fonti di energia come le fonti rinnovabili o l'energia nucleare. Le politiche economiche di molti stati sviluppati si stanno impegnando per far fronte a questa problematica e per cercare di rallentare l'aumento delle temperature. Sono stati stanziati fondi per la riduzione delle emissioni di anidride carbonica: il 2020 è un accordo che stabilisce che i paesi firmatari dovranno ridurre del 20% le emissioni di CO₂ entro il 2020. Inoltre, sono stati fatti molti investimenti per la produzione di bioplastiche. La Cina sta investendo molto nell'industria bioeconomica.

Conseguenze di temperature più elevate

• Effetti sugli ecosistemi
• Eventi climatici che hanno conseguenze economiche non indifferenti
• Variazioni della superficie coltivabile
• Stress idrici
• Perdita della capacità produttiva (PIL): si potrebbe avere una riduzione della ricchezza media del mondo

Consumi energetici e combustibili fossili

I combustibili fossili sono causa di guerre e diatribe politiche. Con l'aumento dei consumi si è verificato l'aumento del PIL. I giacimenti si stanno esaurendo per cui si stanno cercando nuove fonti (in Antartide o rinnovabili). I paesi arabi stanno investendo molto sull'energia solare. Prima del 2008 il prezzo del barile era alto ma con l'arrivo della crisi si è abbassato (a causa dei minori consumi). Il prezzo basso del petrolio fa sì che non vengano più fatti grandi investimenti sullo sviluppo energie rinnovabili in quanto il petrolio risulta più conveniente. Ultimamente però il prezzo del petrolio sta crescendo nuovamente soprattutto perché le quantità stanno scemando. Con il progressivo esaurimento del petrolio, l'America si sta impegnando nell'estrazione dello shale gas: questo è un gas aderente alle argille, difficile da estrarre e di conseguenza molto costoso. In America è presente in grande quantità. Gli USA avevano iniziato ad estrarlo quando il prezzo del petrolio era molto alto, ma poi con l'abbassarsi del prezzo del barile l'estrazione è stata bloccata. Un vantaggio dei pozzi per l'estrazione dello shale gas è che una volta chiusi possono essere riaperti, a differenza di quelli petroliferi.

Green economy

Come è possibile contrastare l'effetto serra? E il riscaldamento globale? Come è possibile ridurre il consumo di combustibili fossili? L'economia verde prevede di avere dei sistemi produttivi che riducano o eliminino il consumo di combustibile fossile. In questo modo sarebbe possibile creare tutto ciò che si produce abitualmente ma senza utilizzare risorse non rinnovabili. La fotosintesi è il modo più efficiente di immagazzinare energia solare. Un processo industriale necessita di 100 volte l'energia che necessita un sistema biochimico. La biomassa che ne deriva può essere usata come risorsa rinnovabile in quanto è disponibile in quantità praticamente illimitate, è biodegradabile e quindi non altera il ciclo del carbonio e può essere impiegata anche come materia prima o come intermedio per altre produzioni. La combustione di una biomassa non contribuisce all'effetto serra, si dice essere neutra. Anche gli input per l'agricoltura come i fertilizzanti, il biometano per le macchine agricole possono impiegare fonti rinnovabili derivanti dalla fotosintesi.

Fonti rinnovabili e ciclo del carbonio

Una fonte rinnovabile può ritornare nel ciclo in un tempo compatibile con la vita umana. L'anidride che deriva dalla combustione di biomasse ha un ciclo molto corto, quindi è rinnovabile. Ad esempio, una molecola di anidride che ritorna ad essere quella che era una volta (es.: petrolio) ma in tempi molto più lunghi (milioni e milioni di anni) non può essere considerata una fonte rinnovabile.

Se tutto venisse prodotto con la biomassa si avrebbe un ciclo corto: non aumenterebbe l'anidride perché il carbonio stoccato milioni di anni fa non verrebbe riportato in atmosfera; la CO₂ messa in circolo deriverebbe sostanzialmente da attività fotosintetica che quindi può velocemente tornare ad essere fissata. La biobased economy è quindi un'economia di sviluppo basata sull'uso di fonti rinnovabili (biomassa, energia fotoelettrica, eolica, geotermica o idroelettrica).

L'uso della biomassa

La biomassa può essere impiegata per produrre qualsiasi cosa. È così che si trasforma il concetto di sistema agroindustriale, il quale diviene non solo il sistema deputato alla produzione di alimenti ma un sistema produttore anche di servizi e prodotti estranei all'alimentazione denominato agribusiness, questo processo si riflette anche sull'agricoltore che ha la possibilità di diversificare la sua produzione e di essere parte integrante di una filiera alla quale precedentemente non aveva accesso. Da produttore di materie prime egli diventa protagonista del mercato: l'azienda agricola può diventare una vera e propria bioraffineria in cui si producono biocombustibili (biometano, bioetanolo), intermediari energetici (biogas, calore, elettricità, H₂), prodotti chimici (acidi organici, proteine, fenoli…) e altri beni come fertilizzanti, adesivi, coloranti e fibre. Una bioraffineria unisce la produzione di prodotti (cibo, alimenti per animali) e di energia. Ad esempio, anche sottoprodotti come il siero di latte può dare origine a nuovi prodotti: attraverso la sua fermentazione si ricava una bioplastica. I redditi delle bioraffinerie rappresentano un aspetto economico importante: la bioeconomia muove milioni di euro.

Motivazioni per l'uso di fonti rinnovabili

Ma perché le fonti rinnovabili? Il petrolio è una fonte che si sta esaurendo, ha dei prezzi molto variabili ed è distribuito in modo irregolare. I paesi poveri impiegano le loro riserve monetarie per comprarlo. L'uso di fonti rinnovabili può diminuire l'effetto dei gas serra. Inoltre, con le rinnovabili è possibile un nuovo sviluppo di aree rurali e dell'agricoltura.

Produzione di biocarburanti

Tra i biocarburanti (biometano, bioetanolo, biodiesel) cosa è meglio produrre? Il biometano è più pulito del bioetanolo: per produrre un litro di bioetanolo viene impiegata una quantità di energia maggiore rispetto a quella che in realtà il biocombustibile contiene. In questo modo il bioetanolo non è una fonte rinnovabile perché l'energia prodotta deve superare quella utilizzata. Per rendere la produzione di bioetanolo sostenibile è necessario impiegare i residui agricoli e agroindustriali, come ad esempio le parti non edibili delle colture che altrimenti sarebbero scartate (è il cosiddetto combustibile di seconda generazione) e non solo la granella (prima generazione). La canna comune (Arundo donax) ha un'elevata resa per ettaro (70t/ha di sostanza secca) che si traducono in 14t di zucchero. L'anidride carbonica che deriva dalla combustione di benzina e biometano è la stessa, ma il fattore che differenzia i due composti è l'origine di questo carbonio.

Il mais impiegato per la produzione di bioetanolo ha una resa energetica molto più bassa rispetto alla stessa coltura utilizzata per la produzione di biogas: le rese energetiche di biogas sono superiori di tre volte quelle di bioetanolo. L'Europa ha una SAU ridotta che solo in minima parte potrà essere usata per colture energetiche: essa sarà invece nel prossimo futuro il primo importatore di biomassa. In ogni caso nel nostro piccolo possiamo fare qualcosa. 35.000 ha in Lombardia sono attualmente destinati alla produzione di bioenergia: sono solo il 4% della SAU. L'impiego di terre per la produzione di colture energetiche viene spesso associato a una riduzione di terre coltivate con colture destinate all'alimentazione umana. Si pensa quindi che destinare più ettari alla coltivazione di colture energetiche possa interferire con la food security. Ma il reale problema non sono le quantità di cibo prodotte, bensì la mal organizzata distribuzione dello stesso. Dagli anni '80 ad oggi il numero delle persone obese è aumentato circa del 5% in entrambi i sessi.

Distribuzione delle terre coltivate

Il 62% delle terre coltivate è destinato alla produzione di cibo e ben il 35% è coltivato per l'alimentazione animale. Solo il 3% di terre arabili è destinato alle colture energetiche. La trasformazione di un alimento vegetale in un alimento animale è estremamente onerosa in termini energetici. Se le terre usate per l'alimentazione animale fossero destinate direttamente a quella umana produrrebbero il 50% di cibo in più. Produrre carne, soprattutto da bovini, ha un costo elevato, impiega spazio, produce metano e ha una bassa efficienza di conversione della proteina vegetale in proteina animale (bassa efficienza energetica di trasformazione). Pollo, pesce e maiale sono più sostenibili (si emette meno CO₂ rispetto alla produzione di carne bovina). Le proteine animali non sono sostenibili: il 15% delle emissioni globali di gas serra è dovuto all'allevamento intensivo di animali da carne, l'8% dell'acqua è destinata all'allevamento (inclusa quella per l'irrigazione dei campi) e il 26% della superficie terrestre è impiegata per il pascolo. 54cal di combustibile fossile sono utilizzate per la produzione di 1cal di carne, mentre vengono impiegate 3cal per produrre 1cal di frumento e mais e 2 per 1cal di soia. Produrre proteine da insetti è molto più sostenibile che produrre proteine da animali: 10kg di alimento danno 9 kg di insetti.