SIA - Società Italiana di Agronomia, XLIII Convegno Nazionale, 17 – 19 settembre 2014 - Scuola Superiore S. Anna di Pisa
La sostenibilità dell’intensificazione colturale e le politiche agricole: Il ruolo della ricerca agronomica
Produzione di
“bioetanolo di seconda generazione”
dal cardo
(Cynara cardunculus L. var. altilis DC.)
Laura D’Andrea1,
A. Domenico Palumbo1, Giuseppe De Mastro2
1
CRA - Unità di Ricerca per i Sistemi Colturali degli Ambienti caldo-aridi (SCA), via Celso Ulpiani 5, Bari –
email: [email protected]
2
Dipartimento di Scienze Agroambientali e Territoriali, Università degli Studi di Bari “Aldo Moro”, via
Amendola 165/A, Bari
Premessa
Università degli Studi di Bari, Aldo Moro
Dottorato di Ricerca in
Scuola di Dottorato:
“AGRONOMIA MEDITERRANEA”
PRODUZIONI VEGETALI, ALIMENTI E AMBIENTE
XXIV Ciclo [2009-2011]
Direttore della Scuola: Prof. Antonio Blanco
Coordinatore: Prof. Pietro Rubino
Relazione finale del PhD
Bari, 8 giugno 2012
Potenzialità energetiche del cardo
(Cynara cardunculus L. var. altilis DC.)
in ambiente mediterraneo
Facoltà di Agraria
Dipartimento di Scienze Agroambientali e Territoriali
Settore Scientifico Disciplinare: AGR/02
Supervisori:
Prof. Giuseppe De Mastro
Dott. A. Domenico Palumbo
Dottoranda:
Dott.ssa Laura D’Andrea
La tesi di dottorato è stata svolta nell’ambito del
Progetto Nazionale:
Titolo Progetto:
“Ottimizzazione delle Filiere Bioenergetiche esistenti per
una Sostenibilità Economica ed Ambientale” [BIOSEA]
Coordinatore:
Prof. Gianpietro Venturi (Alma Mater Studiorum –
Università di Bologna – Dipartimento di Scienze e
Tecnologie Agroambientali)
La tesi di dottorato è stata svolta presso una
Unità Operativa (UO) del Progetto:
Unità operativa (UO):
CRA - SCA (Unità di Ricerca per i Sistemi Colturali
degli Ambienti Caldo-Aridi) – BARI
Titolo della Ricerca:
“Potenzialità
agronomiche
degli
ambienti
meridionali per sistemi colturali agroenergetici ”
Responsabile Scientifico: Dott. A. Domenico Palumbo
Con i collaboratori di entrambi gli enti di ricerca
Potenzialità energetiche
Il cardo
Introduzione
Produzione di biocarburanti nel MONDO
Biodiesel
19%
USA (12,7 Mt)
Bioetanolo
81%
Brasile (12,6 Mt)
Fonte: dati Eurobserver (2008) e Renawable Energy Policy Network for the 21th Century (REN 21), 2008
Produzione di biocarburanti in EUROPA
Olanda
Bioetanolo
Lettonia
19%
Lituania
Regno Unito
Paesi della UE
Slovacchia
Biodiesel
81%
Ungheria
Repubblica Ceca
Italia
Svezia
Polonia
Spagna
Germania
Fonte: dati Eurobserver (2008) e
Renawable Energy Policy Network
for the 21th Century (REN 21), 2008
Francia
0
100
200
300
M L/anno
400
500
600
Produzione di bioetanolo in Europa
2500
Mt/anno
2000
1500
1000
500
0
1992
1994
1996
1998
2000
anno
2002
2004
2006
2008
Produzione e consumo di bioetanolo in Europa
produzione
consumo
3000
Il tasso di crescita
medio annuo
di consumo
è del 47%
2500
secondo EBIO (European
Bioethanol Fuel Associations)
Migliaia di t
2000
l’UE-27 ha importato nel
2008 circa
1500
1,5 milioni di tonnellate di
bioetanolo,
1000
500
dal Brasile (circa
il 76%)
dagli USA
(circa il 34%)
0
2005
2006
anno
2007
2008
Materiali e metodi
Cardo (Cynara cardunculus L. var. altilis DC.)
Classificazione botanica
Famiglia:
Compositae o Asteraceae
Sottofamiglia
Tubuliflorae
Tribù
Cynareae
Genere:
Cynara
Specie:
cardunculus
Subspecie
scolymus
(Carciofo)
2 varietà botaniche:
var. altilis
var. sylvestris
Cardo domestico
o cardo da coste
Cardo selvatico
Cardo (Cynara cardunculus L. var. altilis DC.)
Origine e diffusione del genere Cynara
Materiale e Metodi
Il genotipo di cardo
utilizzato nella prova sperimentale
è di provenienza spagnola,
fornito dal Politecnico di Madrid
(Proff. Jesus Fernandez e Maria Dolores Curt)
seme
Coltivazione del genotipo di cardo in Spagna - Foto di Mastrorilli
Sito di sperimentazione
La prova sperimentale è stata svolta
presso l’azienda sperimentale
“M.E. Venezian Scarascia”
del CRA-SCA di Bari
(ex Istituto Sperimentale Agronomico)
sita a Rutigliano (BA)
Campo
sperimentale
Area:
circa 1 ha
Largo:
144 m
Lungo:
70 m
Caratteristiche pedologiche
Caratteristiche fisiche
Caratteristiche chimiche
Caratteristiche
0-20 cm
(%)
20-40 cm
media
Dev.St.
media
Dev.St.
scheletro
4.0
1.8
3.3
2.3
terra fina
96.0
1.8
96.7
2.3
sabbia grossa
2.5
0.3
2.6
0.3
sabbia fine
10.2
1.9
10.0
1.2
limo grosso
9.3
0.6
9.2
0.4
limo
29.4
4.7
28.1
3.3
argilla
48.5
5.0
50.1
4.0
Parametri
0-20 cm
media
Dev.St.
media
Dev.St.
7.0
0.2
7.0
0.2
(dS/m)
0.8
0.2
0.6
0.3
pH
CE
Cloruri
20-40 cm
(g/l)
0.1
0.0
0.1
0.0
N totale
(g/kg)
1.2
0.1
1.2
0.2
TOC
(g/kg)
12.6
1.9
12.0
1.3
TEC
(g/kg)
7.7
1.3
7.3
1.0
HA+HF
P2O5
(g/kg)
6.3
1.2
6.0
1.3
(mg/kg)
55.8
9.8
49.7
9.7
K2O
(mg/kg)
705.2
133.1
618.4
64.8
Na2O
(mg/kg)
54.7
6.7
53.7
8.8
CaO
(mg/kg)
4357.4
353.7
4364.6
263.5
MgO
(mg/kg)
257.9
63.4
241.0
52.2
Andamento climatico
T max (°C)
Pi oggi a (mm)
T mi n (°C)
T max (°C)
T mi n (°C)
50
140
50
120
40
120
40
100
30
100
30
80
20
80
20
60
10
60
10
40
0
40
0
20
-10
20
-10
-20
0
0
Pioggia (mm)
140
Temperatura (°C)
Pioggia (mm)
Pioggi a (mm)
2° ciclo di coltivazione (2010/2011)
-20
1a 2a 3a 1a 2a 3a 1a 2a 3a 1a 2a 3a 1a 2a 3a 1a 2a 3a 1a 2a 3a 1a 2a 3a 1a 2a 3a 1a 2a 3a 1a 2a 3a 1a 2a 3a
1a 2a 3a 1a 2a 3a 1a 2a 3a 1a 2a 3a 1a 2a 3a 1a 2a 3a 1a 2a 3a 1a 2a 3a 1a 2a 3a 1a 2a 3a 1a 2a 3a 1a 2a 3a
Settembre Ottobre Nov embre Dicembre Gennai o
Settembre Ottobre Nov embre Di cembre Gennai o
Febbrai o
Marzo
Apri le
Maggi o
CLIMA MEDITERRANEO
DI TIPO SEMI-ARIDO
- inverni piovosi e miti
- estati aride e molto calde
Giugno
Lugli o
Mese
Agosto
Tem peratura (° C)
1° ciclo di coltivazione (2009/2010)
Febbrai o
Marzo
Apri le
Maggi o
Gi ugno
Lugli o
Agosto
Scarti pioggia (mm)
Scarti T max (°C)
Scarti T min (°C)
2009/10 2010/11 poliennio
2009/10 2010/11 poliennio
2009/10 2010/11 poliennio
Settembre
-11.6
-5.0
56.4
0.3
-0.8
25.9
0.4
-1.1
15.8
Ottobre
101.4
174.4
48.4
-2.3
-1.9
21.9
-2.4
-1.7
12.9
Novembre
-37.3
-3.7
71.9
0.9
2.1
16.5
-0.8
1.0
8.6
Dicembre
2.6
-27.7
69.2
1.3
0.2
12.9
0.6
-0.5
5.7
Gennaio
-27.2
-25.7
59.5
-0.4
-0.3
12.0
0.0
-0.7
4.5
Febbraio
-19.3
-22.5
57.7
1.3
0.8
12.1
0.7
-1.0
4.3
Marzo
-0.5
46.3
56.3
0.2
-0.4
15.1
-0.5
0.4
6.1
Aprile
6.3
-21.1
40.7
0.9
1.1
18.0
-0.1
-0.4
8.3
Maggio
37.3
0.6
36.0
0.2
-0.2
23.0
0.4
-0.8
12.4
Giugno
-3.5
1.5
29.1
-0.2
4.2
27.3
0.0
2.0
16.0
Luglio
-3.3
12.7
21.3
0.6
5.5
29.8
1.4
2.3
18.3
Agosto
-11.8
-25.0
25.0
2.8
6.6
29.8
3.8
2.3
18.5
Sett-Ago
33.1
104.8
571.5
0.5
1.4
20.3
0.3
0.1
11.0
Tecnica colturale
Preparazione del
terreno
Semina:
30 ottobre 2009
seme
1°
° Ciclo colturale 2009-2010
prime foglie
veri
Emergenza
11 novembre 2009
“stadio di
rosetta”
Dicembre 2009
Gennaio 2010
2°
° Ciclo colturale 2010-2011
Ripresa
vegetativa
30 Settembre 2010
120 cm
Stadio
vegetativo
1°
° Ciclo colturale 2009-2010
120 cm
Febbraio 2010
Marzo 2010
Aprile 2010
2°
° Ciclo colturale 2010-2011
Ottobre 2010
Gennaio 2011
Marzo 2011
1°
° (2009-2010) e 2°
° (2010-2011) Ciclo colturale
Stadio
riproduttivo
Allegagione
Aprile 2011
Maturazione
del seme
Luglio 2010
Giugno 2011
Giugno 2010
Agosto 2011
1°
° (2009-2010) e 2°
° (2010-2011) Ciclo colturale
Raccolte:
18 agosto 2010
9 agosto 2011
Risultati
Produzione di biomassa totale (t ha-1 s.s.)
2010
8.7 b
2011
± 0.81
15.6 a
nel 2010
capolini
30.4%
± 2.02
nel 2011
capolini
17.5%
foglie
39.8%
foglie
48.1%
fusti
34.4%
fusti
29.8%
Produzione di biomassa totale (t ha-1 s.s.)
2010
2011
Produzione di biomassa totale (t ha-1 s.s.)
2010
2011
Filiera del bioetanolo di seconda generazione
Produzione di bioetanolo
ESTRAZIONE
“bioetanolo di seconda generazione”
fase di pretrattamento
lignina
cellulosa
emicellulosa
PRETRATTAMENTO
(Fonte: modificato da Mosier et al., 2005)
Composizione chimica della biomassa totale
Parametro (%)
Acronimo
Media
Dev.St.
Umidità
9.0
0.2
Estrattivi inazotati
0.7
0.3
Fibra grezza
FG
48.8
1.6
Fibra neutro detersa
NDF
72.3
1.3
Fibra acido detersa
ADF
48.8
1.5
Lignina
ADL
7.3
0.9
Cellulosa
ADF-ADL
41.4
1.5
Emicellulosa
NDF-ADF
23.6
0.7
metodo Weende
metodo Van Soest
Composizione chimica della biomassa totale
Rapporto
cellulosa/
lignina
biodegradabilità
della cellulosa
5.64
Rapporto
cellulosa/
emicellulosa
1.76
produzione di
bioetanolo
Specie
Bibliografia
Cardo di prova
Lignina
Cellulosa
Emicellulosa
Somma
Somma
Rapporto
Rapporto
Polisaccaridi
costituenti
cellulosa/
cellulosa/
totali
della fibra
lignina
emicellulosa
7.3
41.4
23.6
65.0
72.3
5.64
1.76
Cardo
(a)
7.6
43.8
22.3
66.0
73.6
5.76
1.96
Panico
(b)
8.4
38.3
31.2
69.5
77.9
4.56
1.23
(c)
7.2
40.1
30.3
70.4
77.6
5.57
1.32
(d)
17.6
31.0
20.4
51.4
69.0
1.76
1.52
(e)
12.5
40.0
25.0
65.0
77.5
3.20
1.60
(b)
20.4
44.0
25.4
69.4
89.8
2.16
1.73
(c)
8.8
48.4
26.1
74.5
83.3
5.50
1.85
(f)
22.4
41.0
22.4
63.4
85.8
1.83
1.83
(b)
6.5
33.3
30.4
63.7
70.2
5.12
1.10
(c)
4.3
34.0
25.2
59.2
63.5
7.91
1.35
(b)
8.0
(c)
3.2
(d)
8.4
14.3
16.8
(b)
7.3
38.0
27.4
(c)
3.4
26.3
23.8
Kenaf
(b)
2.89
Faggio
(b)
53.2
18.4
71.6
79.5
6.73
ad
altre
colture
lignocellulosiche:
23.1
45.4
27.9
73.3
96.4
1.97
Pioppo
(b)
24.8
42.0
1.69
1.91
(d)
18.1
49.9
2.76
2.87
Salice
(b)
20.0
46.5
18.5
65.0
85.0
2.33
2.51
Topinambur
(c)
10.1
36.5
21.0
57.5
67.6
3.61
1.74
Arundo
(f)
20.4
34.6
23.1
57.7
78.1
1.69
1.50
Specie erbacee
(d)
28.5
37.5
27.5
65.0
93.5
1.32
1.36
Specie legnose
(d)
22.5
47.5
22.5
70.0
92.5
2.11
2.11
Miscanto
Festuca
Sorgo da fibra
Mais
42.3
26.2
68.5
76.5
5.29
I valori
qualitativi
del
cardo
29.7
25.1
54.8
58.0
9.28
31.1
sono 65.4
simili
50.1
64.0
1.18
39.5
1.70
0.85
72.7
5.21
1.39
53.5
7.74
1.11
7.9
22.0
1.61
88.8
panico
e 67.3
miscanto
17.4
85.4
1.63
Resa e produzione di bioetanolo
Resa di bioetanolo
Produzione di bioetanolo
(Kg etanolo t-1)
(Kg etanolo ha-1)
300
4000
250
emicellulosa
200
150
cellulosa
100
(Kg etanolo ha-1 )
(Kg etanolo t-1 )
4685 a
5000
350
3000
2566 b
2000
1000
50
0
0
2010
2011
2010
2011
Conclusioni
Conclusioni
attraverso la valutazione
potenziale produttivo
della coltura
potenziale energetico
della coltura
Si è rilevato nel biennio di prova un consistente
incremento nella produzione in biomassa passando dal primo al secondo anno
a conferma della buona adattabilità della coltura nell’ambiente di prova
e facendo prevedere potenzialità a crescere nelle annate a seguire.
Conclusioni
attraverso la valutazione
potenziale produttivo
della coltura
potenziale energetico
della coltura
La biomassa può essere utilizzata nei processi di fermentazione,
per estrarre bioetanolo
di seconda generazione,
in quanto è costituita da:
a)
un ottimo rapporto cellulosa/lignina (5.64) che è indice di una maggiore
biodegradabilità della cellulosa;
b)
un elevato rapporto cellulosa/emicellulosa (1.76) favorevole ad una maggiore
resa in bioetanolo;
Conclusioni
attraverso la valutazione
potenziale produttivo
della coltura
potenziale energetico
della coltura
si potrebbe ottenere
al secondo anno d’impianto
una resa di 3700 litri ha-1
in bioetanolo
di seconda generazione
SIA - Società Italiana di Agronomia, XLIII Convegno Nazionale, 17 – 19 settembre 2014 - Scuola Superiore S. Anna di Pisa
La sostenibilità dell’intensificazione colturale e le politiche agricole: Il ruolo della ricerca agronomica
Grazie per
l’attenzione
Laura D’Andrea1,
A. Domenico Palumbo1, Giuseppe De Mastro2

L`Assemblea conferma - Comunità Pastorale "Visitazione di Maria

La libreria dei materiali ed un piccolo glossario

CATALOGO INDUSTRIA 2014/2015

Catalogo - Eco Natural Lucart

Progetto BIOSEA Ottimizzazione delle Filiere Bioenergetiche per