Progetto AxBB

Materie prime Agricole italiane PER Bioprodotti e Bioenergie – AxBB

Programma di ricerca del Consiglio per la Ricerca in Agricoltura e l’Analisi dell’Economia Agraria – Centro di Ricerca per Culture Industriali (CREA-CIN) nell’ambito del progetto Ministeriale “SUSCACE” – (CUP C99E10001960005)

I prodotti a base vegetale (Bio‐based Bb) sono sempre più richiesti dai consumatori e dall’industria in sostituzione dei prodotti derivati dalla petrolchimica. Alcuni di questi sono prodotti principali o secondari di specie vegetali di interesse agricolo che potrebbero rappresentare colture remunerative da inserire in avvicendamento con i cereali autunno‐vernini, soprattutto su terreni difficili e a rischio di erosione. L’obiettivo del Progetto è di introdurre e/o mantenere culture oleaginose in area a forte vocazione ceriaricola, utilizzando i loro vari coprodotti per lo sviluppo di filiere Bio‐based

Sono state identificate una serie di colture ad elevata rusticità da cui poter ricavare materie prime che potrebbero migliorare o sostituire alcune materie prime oggi d’importazione, destinate soprattutto ai settori dei biolubrificanti, della nutraceutica, della cosmesi e dell’edilizia.

I vantaggi sarebbero quelli di aumentare la biodiversità agricola, la tutela dell’ambiente e l’ecocompatibilità, riducendo gli scarti e migliorando l’efficienza del processo produttivo. Il progetto prevede la valorizzazione  sia dei prodotti principali sia dei coprodotti e dei residui  prevedendo diverse utilizzazioni tra le quali anche  quella bioenergetica, anche in relazione alle recenti disposizioni legislative in materia.

Obiettivo:

L’attività prevede l’inserimento sperimentale di specie, note e meno note, nei sistemi colturali di due areali (Pianura padana e Pianura pisana) caratterizzati da condizioni agro‐pedo‐climatiche tipiche di una vasta area produttiva del nostro Paese. Verrà inoltre messo a punto un sistema di valutazione di sostenibilità delle filiere per calcolare, basandosi sulla metodologia LCA:

  • le emissioni risparmiate (valore di sostituzione),
  • le quantità di carbonio sequestrato dall’interramento dei residui,
  • la riduzione degli impatti dovuta alla riduzione dei trasporti e alla possibilità di utilizzare scarti e coprodotti per produrre altri materiali o bioenergie.
L’utilizzo di varie materie prime naturali prodotte da sistemi agricoli organizzati localmente per realizzare prodotti diversificati e innovativi si configura come una bioraffineria di terza generazione legata al territorio che, proprio per la specificità delle produzioni agricole, non può essere facilmente delocalizzata.
Dettaglio degli obiettivi del progetto

A partire dalle competenze tecnico‐scientifiche e di conoscenza degli specifici settori merceologici del partenariato, il progetto si prefigge di definire, in due realtà agricole (rappresentative di areali strategici quali quelli del nord e centro Italia ) e in un tempo delimitato, la possibilità di :

  1. introdurre e/o sviluppare colture oleaginose ad utilizzazione non alimentare in aree a forte vocazione cerealicola;
  2. migliorare le tecniche colturali per queste tipologie di produzioni;
  3. Valutare le filiere integrate che possono essere sviluppate sul territorio nella realizzazione di Bb (prodotti Bio‐based);
  4. verificare la possibilità, qualora non si evidenzino altre utilizzazioni ad elevato valore aggiunto, di utilizzare gli scarti ed eventualmente i coprodotti o parte di essi per la produzione di bioenergia in riferimento alle più recenti disposizioni legislative sulla materia;
  5. valutare gli  scarti/rifiuti  e sottoprodotti agricoli  dal punto di vista normativo, al fine di promuovere una norma tecnica per adeguare il decreto attuativo ex art.24 D.lgs. 28/2011;
  6. analizzare  le modalità di incentivazione dei bioprodotti in ambito normativo.

I risultati ottenuti dalla sperimentazione su parcelloni di almeno 1000 m 2  potranno essere ragionevolmente considerati significativi per un’applicazione di pieno campo nello sviluppo delle filiere integrate proposte.

Obiettivi intermedi previsti:

  •  valutare il mercato di ciascuna tipologia produttiva di Bb per quantificare i volumi di biomassa potenzialmente necessari;
  • identificare due filiere locali per bioraffineria, una per la pianura Padana e una per il Centro Italia, che prevedano piante a comportamento xerofitico e/o a semina autunnale inseribili nelle aree a vocazione cerealicola;
  • migliorare le tecniche colturali, ottimizzando gli input (preferendo ove pertinente l’utilizzo di Bb per l’agricoltura) e valorizzando tutti gli output primari e secondari;
  • svolgere una valutazione dei carichi ambientali connessi con i fattori/input colturali in esame attraverso l’identificazione e la quantificazione dell’energia e dei materiali impiegati e dei rifiuti rilasciati nell’ambiente, al fine di vagliare le opportunità di miglioramento della sostenibilità ambientale;
  • valutare il carbonio sequestrabile dall’interramento dei residui e dei  co‐prodotti,  confrontando l’impatto di un loro utilizzo a fini energetici in termini di CO2 equivalenti risparmiati;
  • quantificare gli scarti organici delle filiere indagate che potrebbero trovare un’utilizzazione  nella produzione di bioenergie e fornire informazioni per la realizzazione di una norma tecnica su scarti/rifiuti e sottoprodotti agricoli che non sia riferita esclusivamente alle colture oleaginose in esame, ma più in generale alle colture dedicate per la produzione di energia;
  • valutare i vantaggi ambientali conseguibili con i nuovi biomateriali rispetto ai materiali convenzionali;
  • comunicare e trasferire l’innovazione alle aziende produttrici e importatrici.

SPECIE INDAGATE – Lino, Camelina, Cartamo, Crambe

Le filiere agricole prese in considerazione nel progetto prevedono l’inserimento nei sistemi colturali di piante oleaginose a semina autunnale (lino, cartamo, camelina) o primaverile (crambe ed eventualmente lino e cartamo), caratterizzate da oli con diverse caratteristiche tribologiche e conseguentemente con diversi settori di utilizzo.

Lino (Linum usitatissimum L., Famiglia Linaceae)

Specie annuale che può essere utilizzata come pianta da rinnovo sia in semina autunnale che primaverile. Grazie al suo apparato radicale profondo, questa specie riesce a valorizzare terreni non irrigui migliorandone le caratteristiche fisiche ed esercitando così un positivo effetto “avvicendamento” sulle colture in successione. Il lino presenta elevate doti di rusticità, modeste esigenze nutrizionali, una buona capacità di competizione nei confronti delle infestanti, ed  una  relativa resistenza agli attacchi di patogeni e parassiti.

Produce un olio ricco di acidi grassi polinsaturi (65‐70%), un panello ricco in proteine (circa 22‐30%) e una buona quantità di residui colturali. Le produzioni risultano attorno ad 1,5‐2 t/ha di granella con il 30‐40% di olio. Oltre alle varietà con elevato acido linolenico (45‐55 %) che conferiscono ad esempio un buon potere siccativo alle vernici, recentemente sono state costituite varietà ad alto linoleico (oltre il 95% sul totale degli acidi grassi polinsaturi), più facilmente inseribili in formulazioni di biocosmesi. A questo riguardo si consideri che l’olio di lino è il legante principale utilizzato dall’industria del makeup bio e naturale.

Camelina (Camelina sativa L. Crantz, Famiglia Brassicaceae)

Specie oleaginosa annuale da rinnovo a semina sia autunnale che primaverile, che grazie al suo apparato radicale fittonante ha una notevole tolleranza allo stress idrico. La rusticità della pianta, le basse esigenze nutrizionali e la resistenza alle comuni fitopatie rappresentano altri aspetti positivi della coltura. Le rese produttive in granella oscillano attorno a 2 t/ha con un contenuto di olio tra il 35 e 40%. La pianta contiene alcuni composti interessanti quali ad esempio la quercetina e la rutina di interesse nel settore nutraceutico e cosmetico.

L’olio di camelina è ricco di tocoferoli e caratterizzato da un contenuto di acidi grassi polinsaturi superiore al 50% del totale, rappresentati soprattutto da acido linoleico (18%), linolenico (37%) e da un minor contenuto di monoinsaturi (oleico 14%). Le farine residue di disoleazione sono caratterizzate da un buon contenuto  in  glucosinolati  tiofunzionalizzati  ( glucocamelinina,  glucoarabina), che conferiscono alla pianta un’elevata resistenza alle comuni fitopatie delle piante e che possono essere di interesse per un’utilizzazione come molecole biologicamente attive nella difesa naturale delle colture agrarie.  

Cartamo (Carthamus tinctorius L., Famiglia Compositae)

Una specie annuale da rinnovo anche a semina autunnale, che grazie al suo apparato radicale fittonante presenta una notevole tolleranza allo stress idrico. La rusticità della pianta, le ridotte esigenze nutrizionali e la resistenza alla predazione degli uccelli rappresentano altri aspetti positivi della coltura.

L’achenio è costituito per il 33‐60% dai tegumenti seminali e dal 40‐67% dalla mandorla. Il contenuto d’olio oscilla dal 20 al 45%. L’olio di cartamo ha un elevato contenuto di acidi grassi polinsaturi, rappresentati soprattutto da acido linoleico (76‐78%) (linolenico assente) e da un minor contenuto di monoinsaturi (oleico 12‐14%). Esiste tuttavia una grande variabilità nella composizione acidica con linee caratterizzate da un diverso rapporto tra acido linoleico e oleico, che rendono l’olio utilizzabile in diversi settori industriali.

Senza pregiudicare le rese granellari possono essere raccolti anche i petali che, con un colore variabile dal giallo, all’arancio, al rosso, a seconda delle varietà, possono essere utilizzati come coloranti alimentari ed anche per il contenuto in composti con proprietà medicinali. 

Crambe (Crambe abyssinica Horchst, Famiglia Brassicaceae)

Crambe (Crambe abyssinica Horchst, Famiglia Brassicaceae). Nativo dell’area mediterranea, il Crambe è stato saggiato anche in Italia ad inizi anni ‘90 con produzioni in granella vicine alle 3 t/ha. In considerazione del buon contenuto d’olio (30‐37%) con un contenuto molto elevato di acidi grassi a catena lunga e principalmente di acido erucico (54‐59%) l’olio presenta alcune  interessanti  caratteristiche tribologiche (alta viscosità, alto punto di fumo, alto potere lubrificantecante) che lo rendono potenzialmente interessante per numerose utilizzazioni  industriali.

Tra  queste l’utilizzo del solo acido erucico purificato dopo saponificazione del trigliceride nella produzione di erucamide sta riscuotendo in questi ultimi anni un crescente interesse in ambito internazionale per la produzione di nylon e altri materiali “plastici” da fonte rinnovabile.

Il pannello residuo di disoleazione ha un alto contenuto in glucosinolati (essenzialmente epo‐proigrotina) e può avere a sua volta un interesse come molecola bioattiva. 

Perchè colture oleagionse
La scelta di concentrare l’attenzione su colture oleaginose è dovuta al fatto che gli oli vegetali sono prodotti con grandi potenzialità di sviluppo non solo nel settore bioenergetico ma anche per essere utilizzati direttamente sia come biolubrificanti sia per la sintesi chimica di surfattanti, solubilizzanti ed altri composti  di  derivazione naturale  (quali ad esempio alchilamidopropilbetaine, anfoacetati, esteri poliglicerici), e altre frazioni dell’insaponificabile estremamente attive come emulsionanti.

Questi ingredienti ottenuti con processi di chimica verde, sono  già utilizzati da numerose aziende attive in tutto il mondo nel settore della cosmesi naturale e biologica certificata, essendo ammessi dai diversi standard di certificazione. Inoltre le colture oggetto di studio  hanno panelli residui di estrazione con caratteristiche diverse e quindi con campi di applicazione differenti e rappresentativi di alcuni settori chiave della bioeconomia.

Partner del progetto:

  • Centro di Ricerca per le Colture Industriali (CRA‐CIN) di Bologna | web
  • Università di Firenze, Dipartimento di Economia, Ingegneria, Scienze e Tecnologie agrarie e Forestali (DEISTAF) | web
  • Centro Interdipartimentale di Ricerche Agro‐Ambientali “E. Avanzi”, Università di Pisa (CIRAA‐UNIPI) | web
  • Associazione Chimica Verde Bionet | web
  • Istituto Certificazione Etica Ambientale – ICEA | web