La Determinazione delle Biomassa ritraibile dalle potature di nocciolo e loro caratterizzazione chimico-fisica

Predisposizione di un campione di aziende su cui quantificare le biomasse ritraibili e per effettuare le prove di raccolta (anche detta L.R.1);

Nel 2011 le biomasse hanno coperto il 10% circa del fabbisogno di energia nel mondo [1]. Il termine biomassa riunisce una gran quantità di materiali di natura estremamente eterogenea. Con alcune eccezioni, si può dire che è biomassa tutto ciò che ha matrice organica. Sono da escludere le plastiche di origine petrolchimica e i combustibili fossili che, pur rientrando nella chimica del carbonio, non hanno nulla a che vedere con la caratterizzazione che qui interessa i materiali organici [2]. La vegetazione che copre il nostro pianeta è un magazzino naturale di energia solare. La materia organica di cui è composta si chiama biomassa. Le biomasse si producono attraverso il processo di fotosintesi clorofilliana, durante il quale, grazie all'energia solare, l'anidride carbonica atmosferica e l'acqua del suolo si combinano per produrre gli zuccheri necessari per vivere (materia organica).

Le cultivar indagate

La specie vegetale indagata è il nocciolo, Corylus avellana L. Le cultivar considerate sono la Tonda Gentile Romana, la Tonda di Giffoni e il Nocchione. La Tonda Gentile Romana è la cultivar più rappresentata negli impianti della provincia di Viterbo, con una quota di circa il 90%, e presenta una buona adattabilità a diverse condizioni ambientali e pedoclimatiche. Le altre due cultivar, presenti sempre nella provincia, rappresentano il restante 10% degli impianti, insieme alla Tonda Gentile Trilobata (ex Tonda Gentile delle Langhe), e assolvono anche alla funzione di impollinatori.

Indagini in campo

Le attività presentate in questo lavoro si riferiscono agli anni 2012 e 2013. Le aziende oggetto dello studio ricadono all’interno del comprensorio dei Monti Cimini, in provincia di Viterbo e sono rappresentative della realtà corilicola del territorio. Oggetto di questo studio sono noccioleti disetanei e con differente sesto d’impianto (figura 2). Nell’anno 2012 sono state individuate 26 aziende ad indirizzo corilicolo per una superficie pari a circa 205 ha; nell’anno 2013-14 altre 26 aziende sono state selezionate per lo studio, per una superficie di circa 115 ha. In totale, in quest’anno sono stati campionati 320 ha

Figura 2. Differenze morfologiche tra impianti corilicoli disetanei, 8 anni a sinistra e 50 a destra

Le indagini in campo hanno riguardato la raccolta e la pesatura di biomassa ottenuta dalla potatura, attraverso un sistema cosiddetto “a griglia” che sarà descritto dettagliatamente nel paragrafo successivo. Le uscite in campo, finalizzate alla stima della biomassa residua, sono avvenute nel periodo di tempo compreso tra i mesi di novembre e aprile, per i rispettivi anni di indagine; la reperibilità di questo materiale, per un periodo ti tempo così elevato, è legata a diversi fattori quali le condizioni meteorologiche, la disponibilità o le abitudini dell’agricoltore a eseguire la potatura, permanenza della biomassa in campo prima della sua eliminazione. Per le operazioni di pesatura è stata realizzata una scheda di acquisizione dati, per la quale si è fatto riferimento alla normativa UNI EN 14778/2011, che disciplina i metodi per la preparazione dei piani e dei certificati di campionamento e per il prelievo di campioni di biocombustibili solidi da, per esempio, aree di coltivazione della materia prima, impianti di produzione, camion o stoccaggi [2] (Figure 3 e 4). La scheda è stata adattata alle esigenze specifiche dello studio.

Piano di campionamentoecertificatodicampionamento(UNI EN 14778)
campionatore	RiferimentoN. ………….	Data eora ……………
	Nomeecognome ……………	Cellulare …………..
	E-mail …………….	Telefono …………..
	Indirizzo …………..	Fax ………….

cliente	Nomeecognome …………..	Cellulare …………….
	Nomeazienda ………….	Telefono/ fax …………….
	Indirizzo ………….	E-mail ……………

lotto	Coordinate GPS dellotto ………….	Superficiecampionata (ha) …………….
	Superficietotale(ha) …………	Tipodicampione raccolto …………..
	Condizionimeteorologiche …………….	varietà …………..

impianto	Tipologia di potatura ……………..	Età (anni) ……………..
	Attualeutilizzo della ………….. biomassa	Irriguo ……………
	Produzione/anno/ha ……………	Resa sgusciato(%) ………….
	Distanzamedia sulla fila ………….. (m)	Sestod'impianto (m) ……………..
	Distanza trale file (m) …………….	N°piante\ha ……………

Figura3.Schedadiacquisizionedati–partegenerale

Dati delcampionamento
sub-lotto1	distanza sulla fila (m)	distanza tra le file(m)	n.piante	superficie (m2)	ramaglie(kg)	polloni(kg)
sub-lotto1
sub-lotto2
sub-lotto3
sub-lotto4
sub-lotto5
sub-lotto6
TOTALE

	biomassa\pianta (kg)		biomassa\ha(kg)		pollonisullabiomassacampionata (%)
	……………………..		……………………		……………………

Figura 4.Schedadiacquisizionedati–partespecifica

Al termine della pesatura, sono stati prelevati dal campo campioni di biomassa da analizzare in laboratorio. I campioni sono stati suddivisi in: ramaglie, polloni, foglie e brattee; per ciascuna di queste tipologie è stata eseguita una caratterizzazione sperimentale di laboratorio.

Strumentazione

La strumentazione predisposta per le indagini in campo è la seguente:

macchina fotografica georeferenziata. (Coolpix av110);
corda per legare in fascine le potature raccolte;
guanti da lavoro;
dinamometro per la pesa delle fascine;
scheda acquisizione dati per l’intervista e la raccolta dei dati del noccioleto;
asta per l’attacco del dinamometro durante la pesa;
rotella metrica per la misurazione del sesto d’impianto;
barattoli in vetro per la raccolta dei campioni;
etichette adesive da applicare sul barattolo;
forbici da potatura per campionamento biomassa.

Classi di età e densità d’impianto

Come detto all’inizio, gli impianti indagati si presentavano diversi tra loro sia per età che per densità d’impianto. Per ottenere un risultato più accurato possibile, nei limiti della aleatorietà, sono state individuate 6 classi di età e si è tenuto conto del numero di piante ad ettaro (Tabelle 1 e 2).

Tabella 1.Divisionedeinoccioletiinclassed’età

Tabella2.Metodoper ilcalcolo delladensitàd’impianto mediante lamisura delle distanze trale piante.

NUMERODI PIANTEPER ETTARO
	Distanza tra lefile
Distanza tra lepiantesulla fila	metri	4	4,5	5	5,5	6	6,5	7	7,5	8	8,5	9
	2,5	1000	889	800	727	667	615	571	533	500	471	444
	3	833	741	667	606	556	513	476	444	417	392	370
	3,5	714	635	571	519	476	440	408	381	357	336	317
	4	625	556	500	455	417	385	357	333	313	294	278
	4,5	556	494	444	404	370	342	317	296	278	261	247
	5	500	444	400	364	333	308	286	267	250	235	222
	5,5	455	404	364	331	303	280	260	242	227	214	202
	6	417	370	333	303	278	256	238	222	208	196	185
	6,5	385	342	308	280	256	237	220	205	192	181	171
	7	357	317	286	260	238	220	204	190	179	168	159
	7,5	333	296	267	242	222	205	190	178	167	157	148
	8	313	278	250	227	208	192	179	167	156	147	139
	8,5	294	261	235	214	196	181	168	157	147	138	131
	9	278	247	222	202	185	171	159	148	139	131	123

Descrizione del metodo di campionamento

Le aziende corilicole esaminate, divise tra 2012 e 2013, sono riportate in Figura 5. Come detto in precedenza, i noccioleti esaminati presentavano differenze per quanto concerne l’età delle piante, il numero di piante per ettaro e cultivar allevata.

Figura 5. Aziende campionate nel primo anno

Generalmente, negli impianti regolari, gli agricoltori, al termine delle operazioni di potatura, dispongono le ramaglie in andane per facilitarne la rimozione o la trinciatura mediante mezzi meccanici (figura 6). In altri casi, laddove non esista una regolarità del sesto d’impianto o sussistano condizioni orografiche svantaggiose, la potatura viene lasciata a terra, in prossimità della pianta, per poi essere rimossa manualmente in un secondo momento.

Figura 6. Disposizionedelle ramaglie in andane (sinistra) per consentirnelar imozionec on mezzi meccanici(destra)

Caratterizzazione della biomassa

A conclusione delle operazioni di pesatura, sono stati prelevati dal campo i campioni di biomassa da analizzare. Per le modalità di conservazione si è fatto riferimento alla UNI EN 15442/2011; la norma specifica i metodi per raccogliere campioni di combustibili solidi secondari, per esempio da impianti di produzione, da materiali in ingresso o da materiale immagazzinato. Essa include i metodi manuale e meccanico [3]. Come riportato nella scheda di acquisizione dati (figura 11), ciascun lotto (superficie di terreno cui appartiene la medesima popolazione di individui) è stato suddiviso in sub-lotti, ovvero in aree di saggio più piccole su cui eseguire le pesate delle potature e da cui estrarre successivamente gli incrementi, ovvero le porzioni di materiale formanti il campione. La biomassa, opportunamente divisa in polloni, ramaglie, foglie e bratee è stata conservata in barattoli di vetro a bocca larga, con chiusura ermetica onde evitare perdite di umidità prima dell’arrivo in laboratorio. Le prove per la determinazione dell’umidità della biomassa, del potere calorifico e del contenuto in ceneri sono state eseguite presso il laboratorio di certificazione energetica delle biomasse del Centro Interdipartimentale di Ricerca e Diffusione delle Energie Rinnovabili (CIRDER) di Orte. Una porzione del campione viene utilizzate per la determinazione del potere calorifico mentre la rimanente viene impiegata per determinare l’umidità e le ceneri.

Determinazione dell’umidità

Per la determinazione dell’umidità del campione pervenuto in laboratorio si è fatto riferimento alla UNI EN 14774-1/2009. La norma descrive il metodo per determinare l’umidità totale di un campione biocombustibile solido mediante essiccazione in stufa [49]. Per l’esecuzione della prova il campione viene posizionato in stufa a 105°C; si effettuano poi pesate ogni 1 – 6 ore fino ad arrivare ad un valore di peso costante. Il campione viene dapprima pesato con bilancia di precisione (approssimazione di 0,1 g) e poi posizionato in apposite vaschette, resistenti al calore e alla corrosione, di dimensioni tali che possano contenere la porzione di campione nella proporzione approssimativamente di 1 g/cm². La massa della porzione di campione deve essere almeno di 300 g. Per le fasi dettagliate di preparazione dei campioni si rimanda alla normativa di riferimento citata.

Determinazione del potere calorifico

Per la determinazione del potere calorifico si è fatto riferimento alla normativa UNI EN 14919/2010; questa definisce il metodo per la determinazione del potere calorifico superiore di un biocombustibile solido a volume costante e ad una temperatura di riferimento di 25°C in bomba calorimetrica calibrata tramite la combustione di acido benzoico certificato. Il risultato ottenuto è il valore del potere calorifico superiore del campione a volume costante con tutta l’acqua dei prodotti di combustione come acqua liquida [4]. Lo strumento utilizzato per la determinazione del potere calorifico superiore della biomassa legnosa è il calorimetro Parr, modello 6200, a bomba di combustione di ossigeno. Per l’esecuzione della prova si è proceduto anzitutto triturando il campione (mulino a coltelli) e poi setacciando il materiale. La segatura ottenuta è stata inserita in una pressa per formare un pellet di diametro e massa definiti dalla normativa di cui sopra; il pellet, è stato messo nel crogiolo e poi inserito nella bomba calorimetrica; una volta chiusa, questa viene riempita con ossigeno a pressione. La bomba calorimetrica, così preparata, è stata inserita all’interno del cestello di cui è dotato il calorimetro insieme ad un certo quantitativo di acqua. Infine, la bomba calorimetrica è stata collegata agli elettrodi. Il calorimetro ha fornito il valore del potere calorifico superiore in cal/g.

Determinazione del contenuto di ceneri

Per determinare il contenuto di ceneri è stata applicata la normativa di riferimento UNI EN 14775/2010 che specifica un metodo per la determinazione del contenuto di ceneri di tutti i biocombustibili solidi (UNI CEN/TS 14588) [5]. Per la determinazione del contenuto di ceneri sono stati utilizzati crogioli di materiale inerte, come porcellana, silicio o platino, di dimensioni tali che il campione potesse essere posizionato sulla superficie di fondo in modo da non superare la massa di 0,1 g/cm2; il forno a muffola, capace di creare una temperatura uniforme, pari ai livelli e nei tempi richiesti dalla normativa. La prova è stata eseguita sui campioni, già sottoposti alla prova dell’umidità, previo sminuzzamento con mulino a coltelli e passaggio al setaccio.

Determinazione del contenuto di C, H, N

Le normativa di riferimento che descrive un metodo per la determinazione del carbonio totale, dell’idrogeno e dell’azoto nei combustibili solidi è la UNI EN 15104/2011 [6]. La determinazione attendibile di carbonio, idrogeno e azoto è importante per il controllo qualitativo e i risultati possono essere usati come parametri di input per i calcoli applicati alla combustione di biocarburanti solidi. L’importanza ambientale del contenuto di azoto è connessa alle emissioni di NOx. Il contenuto di idrogeno è importante per il calcolo del potere calorifico inferiore, mentre il contenuto di carbonio è indispensabile per conoscere le emissioni di CO₂. Si ritiene che il metodo Kjeldahl sia il più affidabile per determinare il contenuto di azoto con una concentrazione inferiore allo 0,1%. Una massa nota di campione è stata bruciata in ossigeno o in una miscela di gas che veicola l’ossigeno, in condizioni tali da produrre ceneri e gas di combustione. Questi sono rappresentati principalmente da CO₂, vapore acqueo, N₂ e/o ossido di azoto, ossidi e ossiacidi degli alogenuri di zolfo e idrogeno. I prodotti della combustione sono trattati per garantire che l’idrogeno associato a zolfo o alogenuri, prodotti dalla combustione, sia liberato sotto forma di vapore acqueo. Ossidi di azoto sono ridotti ad azoto, e quei prodotti della combustione che potrebbero interferire con le successive procedure di analisi del gas vengono rimossi. CO₂, vapore acqueo e frazioni di massa di azoto del flusso di gas vengono poi determinati quantitativamente mediante adeguate procedure strumentali di gas-analisi.

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