Bioenergia da agricoltura e acquicoltura nei PVS tropicali e subtropicali - Autore: Giuseppe Nania - tesi di laurea del corso triennale in agraria tropicale. Bioenergy from agriculture and microalgae in tropical and subtropical Countries. Author: Giuseppe Nania - thesis of degree in Tropical Agriculture.

1. UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI FIRENZE
FACOLTÀ DI AGRARIA
CORSO DI LAUREA DI 1 LIVELLO IN SCIENZE AGRARIE TROPICALI E
SUBTROPICALI
ENERGIE RINNOVABILI DA
AGRICOLTURA E ACQUICOLTURA NEI
PVS TROPICALI
Tesi di Laurea di Giuseppe Nania
A.A. 2006/2007

2. Effetto Serra e Protocollo di Kyoto
• La temperatura media del pianeta è in continuo
rialzo. Ciò rappresenta una minaccia per tutta la
biosfera.
• Questo fenomeno è stato correlato all’enorme
accumulo di CO2 nell’atmosfera negli ultimi due
secoli a causa dell’uso dei combustibili fossili.
• Il petrolio basterà fino al 2040 ma la terra subirà
enormi e devastanti cambiamenti climatici entro il
2030 (Robert, 2006).
• Per diminuire l’effetto serra i paesi firmatari del
Protocollo si sono impegnati a diminuire le
emissioni di CO2 del 5,2% entro il 2010.

3. Risorse Combustibili fossili
Il petrolio potrà pure essere sufficiente per i prossimi 40 anni ma la terra subirà enormi e
devastanti cambiamenti climatici entro i prossimi 30 anni (Robert, 2006).
Uranio
Carbone
Durata scorte
anni
Gas
0
50
100
150
200
Petrolio

4. Emissioni di gas serra
6000
5000
Trasporto
4000
C.E e Ind.
3000
Commerciale
2000
Residenziale
1000
0
Totale
G/t/a di
carbone
G/t/a di CO2

5. L’ENERGIA RINNOVABILE

6. Le energie alternative e i
biocarburanti
• Per rientrare nei parametri di Kyoto fondamentale
•
•
sarà agire su settore dei trasporti e sulla produzione
d’energia elettrica che rappresentano la stragrande
maggioranza delle emissioni di gas serra.
L’U.E ha imposto entro il 2010 ai paesi membri
d’incrementare al 5,75% l’uso dei biocarburanti.
Cio’ apre grandiose prospettive alla produzione
d’energia da fonti rinnovabili come la biomassa e ai
biocarburanti.

7. L’energia rinnovabile e l’efficienza
energetica.
• Le F.E.R (fonti energetiche rinnovabili) vanno
giudicate con criteri di efficienza energetica
come l’analisi Lca (Life Cycle
Assessment), l’EROEI (Energy Return On
Energy Investment).
1. Lca è l’analisi del ciclo della vita del prodotto.
Usato per valutare le emissioni di gas serra nel
processo e compararle con i fossili.
2. EROEI è il rapporto tra input e ouput
energetico del processo.
Usato per comparare le energie rinnovabili.
.

8. EROEI fonti energetiche
EROEI
30
25
Petrolio
Carbone
Metano
Nucleare
Idroelettrico
Eolico
Solare
Biomassa
20
15
10
5
0
Fonti energetiche

9. Lo scopo delle Energy Crops è
assorbire CO2 dando un output
energetico sfruttabile.
• Il bilancio netto della CO2 biogena è uguale a zero
• E’ importante che il tempo di stoccaggio dei prodotti sia il
•
maggiore possibile
Le pratiche agrocolturali interferiscono notevolmente col
normale ciclo del carbonio.
• L'ENERGIA IMMAGAZZINATA NELLA FITOMASSA
ATTUALE (30X 1021 J) è UGUALE A QUELLA
CONTENUTA NELLE RISERVE DI CARBONE GAS E
PETROLIO (25 X 1021 J).

10. Biocarburanti
• Bioenergie intervengono
Trasporti
Biocarburanti
Prod.Energia
Centr. a Biomassa
• I Biocarburanti
Bioetanolo
C.amilaceo-zuccherine
Biodiesel
Colture oleaginose.
.
. ..
.
..

11. Produzione attuale di
Biocarburanti
(1000 t /a)
9000
8000
7000
6000
5000
4000
3000
2000
1000
0
Biodiesel
Bioetanolo

12. IL BIODIESEL DA OLEAGINOSE
• Basso H.I. (Harvest Index) delle oleaginose
30% (semi).
• La combustione del biodiesel determina meno emissioni rispetto alla
combustione del gasolio.
• Estere ottenuto dalla trans-esterificazione dell’olio vegetale o animale
con un alcool dando come prodotto di scarto il glicerolo.
. Questa reazione migliora le proprietà chimico fisiche
dell’olio, diminuendone la viscosità e stabilizzandolo.
• Dalle famiglie delle Brassicacee e Asteraceae, Areaceae e
Euforbiaceae provengono nei paesi temperati e ai tropici le specie
utilizzate come colture oleaginose ad alta produzione.

13. Rese olio T.E.C e microalghe (kg / ha /a)
16000
14000
Microalghe
Palma da olio
Palma da cocco
Pongamia
Tung
Jatropha
Ricino
Girasole
Cartamo
12000
10000
8000
6000
4000
2000
0
ENERGY CROPS

14. NEGLECTED CROPS AMAZZONICHE
6
5
Copaifera
langsdorfii
Attalea speciosa
4
Platonia insignis
3
Acrocomia totai
2
Astrocaryum
vulgare
Oenocarpus
bataua
1
0
t / ha

15. Unione Europea e Biodiesel
• La Politica Agricola Europea (PAC) è in crisi da anni per
sovrapproduzioni da Food Crops tanto che la compra e la
distruzione delle derrate è stata pratica comune, ora si
sovvenziona affinchè i terreni siano incolti (set-aside).
• Il biodiesel è prima di tutto un ottimo affare
sia per dare nuova linfa al settore agricolo che per evitare
la dipendenza petrolifera basti ricordare che ogni euro
investito nel settore primario apporta 1,8 eu tot. al
sistema economico.
• Che il biodiesel diminuisca la quantità di gas serra
nell'aria rispetto al gasolio considerando i limiti
ambientali noti dell'agricoltura estensiva meccanizzata è
una realtà molto contraddittoria.

16. Le colture e il Bioetanolo
• H.I
45-50%
• L’ alcool da bioetanolo è ottenuto dalla fermentazione
•
•
•
•
di amidi e zuccheri e anche dalla cellulosa previa
idrolisi enzimatica.
Le colture più usate sono le amilacee: mais e manioca.
Le saccarine: canna da zucchero, il sorgo zuccherino.
Ad alto tasso d’inulina: Topinambur e Cicoria.
Le cellulosiche: Switchgrass e Miscanto.

17. Resa Alcool Tropical Energy Crops (l / ha / a)
9000
8000
7000
6000
Sago
Switchgrass
Canna da zucchero
Sorgo dolce
Topinambur
Manioca
Patata dolce
5000
4000
3000
2000
1000
0
ENERGY CROPS

18. Il bioetanolo e gli Stati Uniti
L'enfasi negli S.U sul bioetanolo da cereali nasce
dall’azione di lobby tra l'agricoltura americana
ipersovvenzionata in cerca d'uno sbocco alle
eccedenze ceraicole, Detroit affascinata dalle
enormi potenzialità d'un carburante
ossigenato e quindi maggiormente prestante
della benzina, la politica estera alla ricerca di
consensi nell'opinione pubblica straniera e
nazionale dopo il no alla firma di Kyoto.
I benefici ambientali anche qui sono molto
contradditori per molti analisti 'indipendenti'.

19. Energia da Biomassa
• La biomassa coltivata nei pressi dell’impianto è
•
•
•
1.
2.
3.
4.
processata (esp.pellettizzazione) e bruciata in
centrali t.elettriche.
Ha bilanci energetici migliori rispetto alla filiera dei
biocarburanti (0,31 unità d’e.fossile per 1 prodotta)
Indice di raccolta
85%.
Le colture più indicate sono quelle con:
buon potere calorifico
alta efficienza fotosintetica e d’utilizzo d’acqua
(w.u.e)
alta resa in biomassa
rusticità e bassa richiesta input agrocolturali.

20. Trasformazione della
Biomassa
Biomassa ligno cellulosica
Polverizzazione.
Compattazione.
Liquificazione
Gassificazione
Idrolisi
Piante polver.
Pellets, Cippato
Bio oil metanolo
Syn gas, Idrogeno
Etanolo

21. Resa annuale in s.s. Fuel Crops tropicali t/ha
70
Fabb. Crescente
in legna da
ardere al Trop.,
nel Sahel è
concausa nella
desertificazione
60
Eucalipto
50
4624
cal/g
Bamboo
40
3900
cal/g
Fuel crops
•
H.I
70%
• Contrastano la
deforestazione
• Generano
reddito
• Hanno ottimo
P.C crescita
veloce
30
3850
cal/g
3800
cal/g
Leucaena
20
10
0
0,5
t/ha
Azoto
aportato
al suolo
Colture
Mesquite
(Prospis spp.)
0,2 t/ha
Azoto a.suolo

22. Microalghe
• Le colture algali possono trovare
applicazione sia nella produzione
d’energia elettrica che nella produzione di
Biofuels.
• Le migliori aspettative si nutrono verso la
produzione di biodiesel da alcune specie
di microalghe.
• 1 t di microalghe assorbe 1,8 t di CO2 .

23. Microalghe
Hanno efficienza fotosintetica con luce naturale vicina al
5% teorico contro 1,8% delle piante superiori.
• Contenuto in olio max del 60% sulla massa tot.
• Sotto stress d'azoto aumenta la sintesi lipidica.
• Utilizzo i gas esausti delle centrali a carbone con max
aumento produttivo e vantaggi ambientale.
• Una Centrale T.E a Carbone da 50 Mw genera
414.000 t / a di CO2 che con un impianto di
coaptazione gas esausti a microalghe (1000 ha)
vengono ridotte del 50%.

24. I Limiti delle microalghe
come energy crops
I costi d’impianto e produzione sono ancora
alti, con l’operazione di raccolta e
essiccazione come fattore limitante dato che
richiedono i ¾ dell’energia ottenuta.

25. Soluzioni possibili
Migliorare il rendimento energetico dei processi
di raccolta e essicazione.
• Utilizzo di flocculanti organici o di sintesi
.
Moringa oleifera
Ingegneria Genetica
• Sbalzi di Ph
soda
• Microalghe filamentose per facilitare la
raccolta.
.

26. APPLICABILITA’ AI
TROPICI
• Fabb.Energetico
Ist. e Fattorie in zone rurali
COLLETTORI
E PANELLI SOLARI
BLISTER A
JATROPHA
BIOGAS DA REFLUI

27. Sistemi complessi d’autosufficenza energetica al
tropico
Indisp. alto livello tecnologico e risorse idriche.
Unisce colture, allevamenti, acquicoltura
integrata, colture microbiche, biogas.
Concimi
FATTORIA
N, P, K
PALMA DA SAGO
Scarti
PERSONALE ( Lavoro )
Amido
Colture Batteriche
•
•
•
•
Max riciclo dell’azoto e dei nutrienti
Max produzione di cibo per Input
Min dipendenza aziendale da fossili
Accumulo metalli pesanti nella catena trofica
SUINI, POLLI
Deiezioni
BIOGAS
CIBO
Percolato
Mat. Edile e Agricolo
Microalghe
Pescicoltura
9
Bioetanolo
Biodiesel
Deiezioni
Molluschi

28. APPLICABILITA’ AI TROPICI:
LA FILIERA BIODIESEL.
Raccolta
Trasformazione
Estrazione
Distribuzione

29. ALGAE VS PLANTAE
L’efficienza fotosintetica delle alghe è del 5% contro 2%
delle piante superiori quindi abbiamo una maggiore
capacità produttiva.
Inoltre non sono competitive con le colture alimentari
visto che si possono utilizzare acque di scarico e terreni
non fertili per la loro coltura.

31. Conclusioni
• Dall’uso dell’ analisi Lca e EROEI emerge come una
•
conclamata convenienza energetica delle bioenergie
sia una realtà spesso contradditoria al momento.
• Le bioenergie specie i biocarburanti e le biomasse
danno nuova linfa al settore agrario in crisi.
Applicare nei PVS tropicali le Bioenergie può essere un
occasione per l’emancipazione dalla povertà delle aree
rurali più povere ma anche causare un incremento
della deforestazione per lasciar posto alle Energy
Crops sotto la spinta della domanda europea
crescente di biocombustibili.