project - EIP-AGRI Operational Group

Residual biomass for energy, agronomy and breeding use
Biomasse residuali per impiego energetico, agronomico e in stalla - RBR-EAS

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Completed | 2017 - 2020 Italy
Completed | 2017 - 2020 Italy
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Objectives

The aim of the project is to evaluate the possibility of using different residual biomass with energy purposes (biofuel production), agricultural (production of fertilizer) and food (dietary supplement) as well as for the reduction of emissions of methane produced in the stable.
The solution is the development of a technical system that allows on farm the realization of a solid carbonaceous product (Biochar) that can obtain a  soil improver, biofuel, supplement for zootechnical use, both in the animal feed or as an additive in litter from cattle and poultry.

Objectives

Obiettivo del progetto è valutare la possibilità di impiegare  differenti biomasse residuali con finalità energetiche (produzione di biocombustibile), agronomiche (produzione di ammendante) ed alimentari (integratore alimentare) nonché di riduzione delle emissioni di ammoniaca prodotte in stalla. 
La soluzione rappresenta la messa a punto di un sistema tecnico che permetta la realizzazione aziendale di un prodotto carbonioso solido (Biochar) che possa avere la funzione di ammendante stabile per il terreno, biocombustibile, integratore ad uso zootecnico, sia nella mangimistica sia come additivo nella lettiera di bovini e avicoli.

Activities

Testing of the combustion of three types of residual biomass (pruning, straw, forest management) and production of biochar. 
Survey on the availability of biomass residues (types, quantities available, the availability periods) in the Province of Forlì-Cesena with particular regard for the hilly and mountainous areas.
Distribution of biochar as is or mixed with manure on soft wheat and other crops such as alfalfa, grain maize, faba beans. Evaluation of yield and chemical and physical parameters of the soil.
Biochar addition to food ration of beef cattle to reduce enteric emissions and addition to litter to evaluate the emissions reduction from the manure

Activities

Prove di combustione di tre tipologie di biomasse residuali (potatura, paglia, gestione del bosco)  e produzione di biochar. 
Indagine sulla disponibilità di biomasse residuali   nella Provincia di Forlì-Cesena con particolare riguardo all'area collinare-montuosa
Distribuzione del biochar tal quale o miscelato alle deiezioni di stalla su frumento e altre colture quali erba medica, mais da granella, favino. Valutazione della resa produttiva e dei parametri chimico-fisici del terreno
Aggiunta di biochar alla razione alimentare di bovini da carne per la riduzione delle emissioni enteriche e sulla lettiera per valutare la riduzione dalla deiezioni

Project details
Main funding source
Rural development 2014-2020 for Operational Groups
Rural Development Programme
2014IT06RDRP003 Italy - Rural Development Programme (Regional) - Emilia-Romagna
Emplacement
Main geographical location
Forlì-Cesena

EUR 118999.33

Total budget

Total contributions from EAFRD, national co-financing, additional national financing and other financing.

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3 Practice Abstracts

In Action 3.3, on the basis of the important results obtained from the preliminary measurement tests of greenhouse gas emissions (Methane CH4; Nitrous Oxide N2O; Carbon Dioxide CO2) and Ammonia NH3 (precursor of Nitrous Oxide) following mixing of manure with biochar, during the summer periods 2018 and 2019, three separate tests were set up ad hoc, combining biochar with manure and other matrices deriving from livestock farms (slurry and digestate). The test was carried out in containers, closed at regular intervals and, using two experimental measurement approaches, the flows of greenhouse gas emissions (CO2, CH4, NH3 and N2O) were quantified and the effect of the biochar in the containment of emissions.

The results of action 3.3 clearly demonstrate how the addition of biochar to the litter or other matrices resulting from animal waste decreases the emissions of climate-altering gases. Experimental tests clearly demonstrate the effectiveness of biochar in containing emissions into the air deriving from the fermentation of manure, in particular a reduction of 20% of CO2 and 40% of CH4 emissions is observed.

Nell’Azione 3.3, sulla scorta degli importanti risultati ottenuti dalle prove preliminari di misura delle emissioni di gas ad effetto serra (Metano CH4; Protossido di Azoto N2O; Anidride Carbonica CO2) e Ammoniaca NH3 (precursore del Protossido di azoto) a seguito della miscelazione di letame con biochar, durante i periodi estivi 2018 e 2019, si sono allestite ad hoc tre prove distinte, unendo biochar con letame e altre matrici derivanti dagli allevamenti zootecnici (liquame e digestato). La prova è stata effettuata in contenitore, chiusi ad intervalli regolari e, usando due approcci sperimentali di misura, sono stati quantificati i flussi delle emissioni di gas ad effetto serra CO2, CH4, NH3 e N2O) e quindi valutato l’effetto del biochar nel contenimento delle emissioni.

I risultati dell’azione 3.3 dimostrano chiaramente come l’aggiunta di biochar alla lettiera o ad altre matrici derivanti dalle deiezioni animali diminuisca le emissioni dei gas climalteranti. Le prove sperimentali dimostrano chiaramente l'efficacia del biochar nel contenere le emissioni in aria derivanti dalla fermentazione del letame, in particolare si osserva una riduzione del 20% delle emissioni di CO2 e del 40% di CH4.

In Action 3.2 a test was made of the distribution of biochar, manure and biochar + manure on a soil that would have been cultivated with grain for animal feed.

In general, the biochar effect is very evident both on the morphology and on the yield per square meter, compared to the control. Obviously the biochar effect is lower than the effect of manure, but when compared with the manure and biochar treatment here the synergistic effect is very marked. It should be noted that regardless of the effect in absolute terms, the Harvest Index value (ratio between the reproductive part and the vegetative part) is markedly higher in the biochar treatment than in the other treatments. The increase in grain production for animal feed, observed in this demonstrative test, using biochar as a soil improver and equal to an average increase in grain production of 15% per hectare, certainly represents a direct productive and economic advantage and indirect. The direct benefit could be quantified as about 150 € / ha using an average production per hectare of 6 t of grain and an average quotation of common wheat of 170 € / t; indirectly as to obtain 15% of production per hectare, about 60 kg / ha more nitrogen fertilizers would have to be used

Nell’Azione 3.2 è stata fatta una prova di distribuzione di biochar, letame e biochar + letame su un terreno che sarebbe stato coltivato a grano destinato alla mangimistica animale. 

In linea generale l’effetto biochar è molto evidente sia sulla morfologia che sulla resa per metro quadro, rispetto al controllo. Ovviamente l’effetto biochar è inferiore all’effetto del letame, ma quando viene paragonato con il trattamento letame e biochar qui l’effetto sinergico è molto marcato. Da notare che indipendentemente dall’effetto in termini assoluti, il valore di Harvest Index (rapporto tra la parte riproduttiva e parte vegetativa) è marcatamente maggiore nel trattamento biochar rispetto agli altri trattamenti. L’incremento della produzione di grano da destinare all’alimentazione animale, osservato in questa prova dimostrativa, utilizzando come ammendante il biochar e pari a un incremento medio di produzione di granella del 15% ad ettaro, rappresenta sicuramente un vantaggio produttivo ed economico diretto e indiretto. Il vantaggio diretto potrebbe essere quantificato in circa 150€/ha usando una produzione media per ettaro di 6 t di granella e una quotazione media del frumento tenero di 170€/t; indiretto in quanto per ottenere un 15% di produzione per ettaro, si sarebbero dovuti impiegare circa 60 kg/ha in più di concimi azotati.

In action 3.1, data relating to combustion tests of different types of residual biomass potentially available in a hill and low mountain farm were acquired.

Among the agricultural residues the following residual products were considered:

1. autumn-winter cereals straws (soft and hard wheat, barley, oats, rye);

2. corn stalks, cobs and bracts;

3. vine pruning shoots;

4. fruit tree pruning branches;

5. olive branches.

Evaluations were made regarding the economic and agronomic convenience of collecting residual biomass and environmental (emissions avoided and produced) and energy (energy yielded and consumed) evaluations.

As regards the biomasses from woodland plants, the woods divided into coppices and high forests and the types of products were taken into consideration: firewood or work timber of all kinds.

A survey was then carried out on the availability of residual biomasses in the hill area of the Forlì area, also in this case distinguishing agricultural biomass from herbaceous or woody fruit crops and woodland plants and examples of territorial information systems were proposed for the assessment of the energy potential of agricultural origin on the territory.

Finally, a chemical-physical characterization of biochar obtained from different types of biomass was carried out, also available in the project area and their suitability to fall under Italian legislation.

Nell’azione 3.1 sono stati acquisiti i dati relativi a prove di combustione di differenti tipologie di biomasse residuali potenzialmente disponibili in un’azienda agricola di collina e bassa montagna.

Fra i residui agricoli sono stati presi in considerazione i seguenti prodotti residuali:

1. paglie dei cereali autunno-vernini (frumento tenero e duro, orzo, avena, segale);

2. stocchi, tutoli e brattee di mais;

3. sarmenti di potatura della vite;

4. ramaglia di potatura dei fruttiferi;

5. frasche di olivo.

Sono state fatte valutazioni circa la convenienza economica ed agronomica alla raccolta delle biomasse residuali per un loro uso energetico e valutazioni ambientali (emissioni evitate e prodotte) ed energetiche (energia resa e consumata).

Per quanto riguarda le biomasse da impianti boschivi sono stati presi in considerazione i boschi distinti in cedui e fustaie e le tipologie di prodotto: legna da ardere o legname da opera di ogni tipo.   

E’ stata poi svolta un’indagine sulla disponibilità di biomasse residuali nell’area di collina del territorio di Forlì, distinguendo anche in questo caso le biomasse agricole da colture erbacee o legnose da frutto e da impianti boschivi e proposti esempi di Sistemi informativi territoriali per la valutazione del potenziale energetico di origine agricola sul territorio.

Infine è stata svolta una caratterizzazione chimico-fisica di biochar ottenibili da differenti tipologie di biomasse anch’esse reperibili nel territorio di attività del progetto e la loro idoneità a rientrare nella normativa italiana.

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Contacts

Project coordinator

  • CRPV Centro Ricerche Produzioni Vegetali

    Project coordinator

Project partners

  • Azienda Cesare Martini

    Project partner

  • CNR-IBIMET

    Project partner

  • FONDAGRI

    Project partner