Trattamento reflui zootecnici, riduzione del contenuto di Azoto e generazione di ammendanti naturali per suoli agricoli e substrati

Introduzione problematica nel contesto scientifico internazionale

Questo progetto è vincolato a temi la cui centralità è nota: valorizzare e recuperare un rifiuto, ovvero i liquami, e contestualmente affrontare la perdita di fertilità dei suoli, aspetto che va ad inficiare sulle rese produttive e rende le nostre società dipendenti dai fertilizzanti chimici. Esiste una cospicua letteratura relativamente al riciclo di azoto dai liquami animali mediante l’utilizzo di geomateriali¹, questa metodologia ha un doppio beneficio: converte i liquami in fluidi impoveriti in azoto utilizzabili successivamente per scopi irrigui, e questo implica un significativo risparmio idrico², e contestualmente produce ammendanti a lento rilascio utili nel settore agricolo in sostituzione ai fertilizzanti convenzionali³. Riuscire ad implementare su larga scala queste pratiche tecnologiche e sviscerare la cascata di vantaggi che si hanno in campo agricolo significherebbe orientarsi verso la sostenibilità ambientale ed economica, la cui necessità è discussa nella Strategia Nazionale di Specializzazione Intelligente (SNSI) e nel Programma Nazionale per la Ricerca (PNR).

Rilevanza del problema

Il focus di questo progetto di dottorato è il territorio settentrionale italiano, in cui sia le realtà agricole sia il settore dell’allevamento giocano un ruolo fondamentale. A seguito della Direttiva Nitrati (91/676/CEE), lo spandimento di liquami e digestati su suoli agricoli è limitato. Molte aziende non hanno abbastanza superficie utile per lo spandimento e si vedono obbligate a ridurre il carico azotato dei reflui per poterne disporre. L’oneroso trattamento di cui necessitano i liquami per essere smaltiti e la perdita di produttività dei terreni costituiscono quindi un interessante opportunità di sviluppo tecnologico finalizzato all’implementazione di metodologie innovative a scala industriale che coinvolgono molteplici sfide trasversali a molti settori^4,5. La perdita della fertilità dei suoli è anch’essa una problematica di primaria importanza. La cosiddetta “soil degradation” deve essere combattuta al fine di garantire un adeguata produzione di cibo nel prossimo futuro e per evitare un’eccessiva svalutazione dei terreni agricoli^2,6.

Metodo attraverso il quale il problema verrà affrontato

Il percorso dottorale si propone di indagare, attraverso un ampio spettro di analisi di laboratorio, il chimismo dei liquami suini e bovini provenienti dal settore zootecnico, quindi, in funzione delle differenze composizionali, sviluppare un metodo di trattamento specifico ed efficiente a scala industriale per la diversa tipologia di liquami e di digestati. Il recupero del carico azotato prevede l’utilizzo di geomateriali che saranno scelti sulla base delle loro capacità di adsorbimento di Azoto (cinetica, termodinamica), chimismo e composizione mineralogica⁷. Il progetto di dottorato valuterà, mediante sperimentazioni in campo aperto con set up che abbia valenza statistica e su repliche pluriennali, gli effetti indotti nei terreni agricoli dagli ammendanti, nello specifico si indagherà l’aumento del contenuto di sostanza organica nel suolo, la respirazione del suolo (CO2) ed altri opportuni indici biotici ed abiotici che, coerentemente con la più aggiornata letteratura scientifica, forniscano dati sulla salubrità del suolo e sul suo potenziale incremento in termini di fertilità e valore economico^8,9,10. La sperimentazione avrà luogo su suoli di basso valore agronomico per evidenziare le potenzialità del metodo sviluppato nella loro riqualificazione e rivalorizzazione.

Obiettivi e risultati attesi

Gli obiettivi che il progetto si pone ed i relativi risultati attesi sono i seguenti: 1) Implementare a scala industriale una metodologia che consenta di ottenere le performance migliori, in un’ottica di costi/benefici, per la riduzione del carico azotato in digestati e liquami animali. Risultati attesi: a) implementazione e scale-up di una tecnologia che preveda l’utilizzo di geomateriali per il riciclo dell’azoto da reflui animali, b) ottenere geomateriali arricchiti ed utilizzabili come ammendanti per il miglioramento della qualità agronomica e quindi del valore dei suoli; 2) Indagare le ricadute che l’utilizzo di questi ammendanti generano nel settore agricolo secondo una visione il più possibile olistica. Identificare diversi indici biotici ed abiotici che possano testimoniare il miglioramento della qualità del suolo. Risultati attesi e ricadute in tutte le sfere ambientali: idrosfera (risparmio idrico), pedosfera (miglioramento delle proprietà del suolo), biosfera (miglioramento dell’attività microbica) ed atmosfera (riduzione di GHG). 3) Valutare il bilancio energetico della metodologia sviluppata. La produzione di fertilizzanti chimici come l’urea è un processo energivoro, costoso e i cui impatti ambientali sono ormai riconosciuti, poiché l’utilizzo di ammendanti consente di limitare significativamente le esternalità negative, ci si propone di valutare, attraverso la metodologia Life Cycle Assessment (LCA), l’effettiva riduzione in termini di emissione di GHG e il beneficio energetico indotto dal trattamento di liquami con geomateriali. Ci si attende risultati fruttuosi che andranno ad aggiungersi a quelli già presenti in letteratura e che contribuiranno a indicare il percorso di sviluppo sostenibile che le nostre società e il nostro sistema produttivo sono chiamati a percorrere. Tematiche che sembrano avere una rilevanza squisitamente accademica hanno, e avranno, incidenza sempre più rilevante anche nel settore privato, i mercati, sia nazionali sia globali, sono permeati dal concetto di mitigazione e adattamento al cambiamento climatico, abbattimento dei GHG, efficientamento energetico, con tutto ciò che questo implica. Sviluppare una tecnologia e delle pratiche agricole che rientrino a buon titolo nella sfera Green e che valorizzino i liquami, prodotto di scarto di un’altra filiera produttiva, esempio virtuoso di Circular Economy, rendono l’azienda che ne detiene la proprietà intellettuale, oltre che orientata ad uno sviluppo sostenibile, anche estremamente competitiva. La capacità di offrire soluzioni innovative a sfide sempre più tangibili e impellenti significa avere una maggiore proiezione nei mercati.

Bibliografia

1. Ferretti et al. Water (Switzerland) (2020)
2. Faccini et al. Nutr. Cycl. Agroecosystems (2018)
3. Eslami et al. Arch. Agron. Soil Sci. (2018)
4. Mastrocicco et al. Agric. Water Manag. (2013)
5. Ferretti Environ. Monit. Assess. (2018)
6. Ferretti et al. Chemie der Erde (2017)
7. Galamini et al. Water (Switzerland) (2020)
8. Ferretti et al. Pedosphere (2018)
9. Ferretti et al. Appl. Sci. (2019)
10. Ferretti et al. Appl. Sci. (2021)

WAM Group

Periodo: 6 mesi

Il progetto è coerente con i seguenti Ambiti di Ricerca e Innovazione del PNR 2021-2027:

5.6.3 Bioindustria per la bioeconomia:
Articolazione 3: Recupero e valorizzazione di scarti e prodotti organici a fine vita, per la rigenerazione dei suoli e la protezione dell’ambiente

5.6.4 Conoscenza e gestione sostenibile dei sistemi agricoli e forestali
Articolazione 1. Miglioramento sostenibile delle produzioni primarie
Articolazione 3. Integrazione fra agricoltura a destinazione alimentare e non alimentare
Articolazione 5. Sistemi agricoli e forestali per la salvaguardia e la valorizzazione del territorio

Da questa ricerca ci aspettiamo:

a) una riduzione significativa del valore di Azoto e Fosforo contenuti nei liquami zootecnici e nei digestati;

b) un minor impatto ambientale di queste sostanze prodotte da allevamenti intensivi o centrali a biogas sulla qualità di suolo, aria e acqua;

c) una riduzione della quantità di nitrati nelle acque e delle emissioni di gas climalteranti;

d) un risparmio di energia e delle emissioni di CO₂ legate alla produzione di fertilizzanti di sintesi tradizionali;

e) una riduzione dei fertilizzanti utilizzati per incrementare la produzione;

f) la possibilità di migliorare la fertilità del suolo in termini sia di aumento della sostanza organica che di sequestro di carbonio.

• Sostenibilità ambientale
• Riduzione N in allevamenti intensivi
• Riduzione emissione di gas climalteranti
• Riduzione dello spreco energetico