project - EIP-AGRI Operational Group

" Using Biochar as a biological filter for water purification: the fertilizer that cleans the environment"
Uso del Biochar come filtro biologico per la depurazione delle acque: l’ammendante che depura l’ambiente

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Completed | 2016 - 2019 Italy
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Kontext

From 1 January 2012 entered into force the new Italian Ministerial Decree n. 27417 of 22 December 2011, with the introduction of a new standard of conditionality, namely the rule 5.2, which provides  ' "Establishment of buffer strips along water courses." This standard has affected many farmers since it is quite challenging. For buffer zone it is defined as a permanent turf spontaneous band or sown or shrub or tree, spontaneous or implanted, of 5 meters width.
In addition, the Annex III to Reg. Ce 73/2009 provides for the introduction of a cross-compliance requirement for the protection of "streams" from pollution and run-off (run-off), caused by agricultural activities, through creation of a plant protection buffer that skirt such courses as to constitute in case of absence of the buffer zone. The project propose is to the study  an innovative farming techniques to increase the effectiveness of the purifying buffer strips, with the use of biochar on buffer strips and with the extension to the neighboring agricultural areas, produced by the carbonization of mown biomass from neighboring embankments. The use of biochar also promote increase of the organic substance and consequently of the microbial biomass with further increase of adsorption and biodegradation of herbicides.
In these areas will be evaluated not only the increase of sewage, but also the increase in organic matter and microbial activity in the soil, turning to make an effective contribution to reducing the loss of nutrients in the waters, in a sustainable way environmentally and economically.

Objectives

 Researchers and farmers must work together to find solutions to ensure to preserve crop production without jeopardizing  water quality or the health of the ecosystem. Establishment of riparian zones may reduce the effects of diffuse discharges of pollutants into waterways.  Addition of biochar to soils in a riparian zone may improve the pollutants removal efficiency of the buffer zone taking advantage of its porous structure. Biomass plant remotion, collected along the buffer strips and subsequent carbonization at 800 ° C for the production of biochar, will ensure a reduction of the seeds and parasites allowing adversity control without chemicals.

 

Objectives

• Aumentare l’efficacia depurativa delle fasce tampone, con l’utilizzo del biochar sulle fasce tampone e con l’estensione alle aree agricole limitrofe;
• carbonizzazione della biomassa sfalciata dagli argini limitrofi e dalle fasce tampone con produzione di biochar e cogenerazione termica ed elettrica;
• incremento della sostanza organica e di conseguenza la biomassa microbica attiva;
• incremento dell’adsorbimento e della biodegradazione degli erbicidi.

Activities

FINANCIAL COOPERATION
STUDIES REQUIRED TO THE IMPLEMENTATION OF THE PLAN (MARKET, FEASIBILITY, BUSINESS PLANS, ETC.):
COLLECTION (mowing and rotoimballatura) AND TRANSPORT OF BIOMASS PLANT
SETUP LOAD / carbonizer
AGRONOMIC TESTS
 LABORATORY ANALYSIS
PRESENTATION ANNUAL REPORTS
DRAFTING OF THE GUIDELINES
DATA COLLECTION
 PLAN DISCLOSURE OF TRANSFER OF RESULTS AND IMPLEMENTATION OF PEI NETWORK
TRAINING ACTIVITY

Activities

ESERCIZIO DELLA COOPERAZIONE
STUDI NECESSARI ALLA REALIZZAZIONE DEL PIANO (DI MERCATO, DI FATTIBILITÀ, PIANI AZIENDALI, ECC.):
RACCOLTA (sfalcio e rotoimballatura) E TRASPORTO DELLA BIOMASSA VEGETALE
MESSA A PUNTO CARICO / CARBONIZZATORE
PROVE AGRONOMICHE
ANALISI LABORATORIO
REDAZIONE RAPPORTI ANNUALI
REDAZIONE DELLE LINEE GUIDA
RACCOLTA DATI
 PIANO DIVULGAZIONE DI TRASFERIMENTO DEI RISULTATI E IMPLEMENTAZIONE DELLA RETE PEI
ATTIVITÀ DI FORMAZIONE

Project details
Main funding source
Rural development 2014-2020 for Operational Groups
Rural Development Programme
2014IT06RDRP003 Italy - Rural Development Programme (Regional) - Emilia-Romagna
Ort
Main geographical location
Parma
Other geographical location
Piacenza

EUR 399965.1

Total budget

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

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12 Practice Abstracts

The project RIFASA has demonstrated how it is possible to exploit the depuration activity of biochar, together with the ability to sequester carbon into agricultural soils and recover residues and biomass. The idea in RIFASA was to exploit biomass obtained thriugh cleaning of the banks of canals to produce biochar, which is then distributed in the buffer strips on nearby fields to capture chemical substances percolating towards the canals. The residues have been pyrolyzed in a patented and exclusive prototype machine, which has been modified in the feeding system to accommodate for the herbaceous cuttings. It generates energy leaving most of the carbon into biochar, a char residue. In such form, carbon is sequestered in a stable and permanent way.Biochar can improve the soil structure, regulate pH, contribute to nutrition and defense of crops. In particular, we have shown how it can sequester metals (cadmium) and herbicides (Bromacil)

The project partners have also evaluated the economic feasibility, putting together the considerations based on energetic production, required investments, crop improvement. Biochar is becoming, in Europe, an amendment which can be used in agriclture, and soon the market for it will evolve. The project RIFASA has evidenced the positive aspects of this approach, in which the residues are transformed, from a problem into a resource.

Il progetto RIFASA ha dimostrato come si possa sfruttare le capacità depurative del biochar, insieme alla sua capacità di sequestrare carbonio nei suoli agricoli e recuperare i residui e le biomasse. L'idea di RIFASA è stata quella di sfruttare le biomasse ottenute dalla pulizia dei canali e delle rive per produrre il biochar, da distribuire nelle fasce tampone di fianco ai siti coltivati per trattenere le sostanze chimiche in percolazione verso il canale stesso. I residui sono stati carbonizzati in un pirolizzatore brevettato ed esclusivo, che è stato modificato per una alimentazione con sfalci erbacei. Il sistema genera energia e lascia la maggior parte del carbonio nel biochar, come residuo carbonioso. In questa forma il carbonio risulta sequestrato in modo stabile e permanente.Il biochar migliora la struttura del suolo, regola il pH, contribuisce alla nutrizione e alla difesa delle piante. In particolare, ha dimostrato di sequestrare sia elementi metallici (cadmio) sia erbicidi (Bromacil), come prova concettuale dell'effetto benefico esercitato sulle fasce tampone.  Il progetto ha prodotto linee guida per gli operatori, basate sull'esperienza maturata nel corso del progetto.

I partner del progetto hanno anche valutato la fattibilità economica, mettendo insieme considerazioni basate sui guadagni energetici, sugli investimenti richiesti, sul miglioramento delle colture. 

A11 - AGRIFORM TRAINING ACTIVITIES as proposed in the Green Catalog

A11 - ATTIVITÀ DI FORMAZIONE AGRIFORM come da proposte inserite a Catalogo Verde

A9 - Data collection

Data Collection Actions: Sampling and analysis of carbon and biocar content in soils will be carried out at the beginning, mid and end of the three-year trial in accordance with the official soil analysis methods (DM No.79 Of 11/05/1992 and DM No.185 of 13/09/1999), which allow uniformization of analytical methods and obtaining objectively interpretable values. In particular, soil biochemical analysis will follow the guidelines formulated by the International Biochar Initiative (IBI) for standardization of the Biochar for Soil (Standardized Product Definition and Product TestingGuidelines for BiocharThatIsUsed in Soil - April 2012) and BiocharQuality Mandates and the European Biochar Certificate (UNIPR).

A9 - Raccolta dati

Azioni di raccolta dati: Il campionamento e le analisi del contenuto di carbonio e del biochar nei suoli verranno effettuate all’inizio, a metà ed alla fine della sperimentazione dei tre anni in accordo con le metodiche ufficiali di analisi del suolo (D.M. n.79 del 11/05/1992 e D.M. n.185 del 13/09/1999) che consentono di uniformare i metodi di analisi e di ottenere valori interpretabili con oggettività. In particolare l’analisi del biochar aggiunto al suolo avverrà seguendo le linee guida formulate sia dal IBI (International BiocharInitiative) per una standardizzazione del Biochar da utilizzare nel suolo (Standardized Product Definition and Product TestingGuidelines for BiocharThatIsUsed in Soil – April 2012) che dal BiocharQuality Mandate e dell’EuropeanBiochar Certificate  (UNIPR).

A6 - Laboratory analysis

To be performed before sowing, and after harvesting.

UNIPR

Within the framework of the project, the role of UNIPR is to evaluate the efficacy of the biochar which is either functionalized with selected microorganisms as soil modifier to stimulate the growth of active microbial biomass and consequently to improve the filtration efficiency of the buffer bands. In the first phase, in collaboration with the main parameters useful for the chemical-physical characterization of the biochar, in order to evaluate its morphology and chemical composition. This information is important for determining the most advantageous and least beneficial aspects of biochar use in the agricultural and environmental field. First, there is no single type of biochar, but different types depending on the starting material and preparation conditions. Subsequently, UNIPR will evaluate the effects on plant life of different types of biochar, relative to growth parameters and metabolic function, using different types of plants of agronomic and environmental interest, and different types of soil. At the same time, the microbial community of rhizosphere will be analyzed and how it is influenced by the administration of biochar. Finally, the possible effects on living organisms related to possible toxicity and / or genotoxicity will be evaluated, using also mutagenesis tests and other biochemical and molecular analyzes to determine toxicity and carcinogenicity in vitro. From this stage could emerge the possible risk factors to be considered in each application,

UNIBO

Analysis of biochar characteristics

A6 – Analisi laboratori

Da eseguire prima della semina, e dopo la raccolta.

UNIPR

Nell’ambito del progetto il ruolo di UNIPR è quello di valutare l’efficacia del biochar tal quale o funzionalizzato con microrganismi selezionati come ammendante del suolo per stimolare la crescita di biomassa microbica attiva e di conseguenza per migliorare l’efficienza filtrante delle fasce tampone. Nella prima fase si definiranno, in collaborazione con i principali parametri utili alla caratterizzazione chimico-fisica del biochar, per valutarne la morfologia e la composizione chimica. Tali informazioni sono importanti per stabilire i possibili aspetti vantaggiosi e meno vantaggiosi dell’uso del biochar in campo agricolo e ambientale. Innanzitutto non esiste un solo tipo di biochar, ma tipi diversi a seconda del materiale di partenza e delle condizioni di preparazione. Successivamente, si valuteranno gli effetti sulla vita delle piante di diversi tipi di biochar, relativamente a parametri di crescita e funzionalità metabolica, utilizzando diversi tipi di piante di interesse agronomico ed ambientale, e diversi tipi di suolo. Si analizzerà al contempo anche la comunità microbica della rizosfera e come essa viene influenzata dalla somministrazione di biochar. Infine, si valuteranno i possibili effetti sugli organismi viventi relativi a eventuale tossicità e/o genotossicità, ricorrendo anche a test di mutagenesi e altre analisi biochimiche e molecolari per determinare tossicità e cancerogenicità in vitro. Da questa fase emergeranno i possibili fattori di rischio da considerare in ogni applicazione,

UNIBO

Analisi delle caratteristiche del biochar

Action A8. Drawing Guidelines for applying and disseminating practices and / or combining tested practices.

At the end of the planning period, a technical and agronomic account will be produced of the activity carried out in each company, showing the successes and possible failures of the tested techniques in the different types of terrain. The goal is to provide a list of good pratcices that can make the contextualization of the practices easier, even and above all, depending on the company's characteristics

Azione A8. Redazione delle Linee Guida per l’applicazione e la diffusione delle pratiche e/o combinazione di pratiche testate.

Al termine del periodo progettuale verrà stilato un resoconto tecnico-agronomico dell’attività svolta in ciascuna azienda, riportante i successi e gli eventuali fallimenti delle tecniche testate nelle diverse tipologie di terreno. L’obiettivo è quello di fornire una chiave di lettura che possa rendere più facile la contestualizzazione delle pratiche in oggetto, anche e soprattutto in funzione delle caratteristiche aziendali.

A3 - Sifting, rolling and packing.

The Stuard company will arrange the embankment and buffer strips, using a ribbed ripper capable of loading the product and then transporting it on a sloping belt slider to be used along the buffer bundles, allowing to pack the biomass squeezed out onto a flat surface. Once packaged the biomass will be transported to the partner ASVT where it will be carbonized.

A3 – Sfalcio, andanatura e rotoimballatura.

L’azienda Stuard, organizzerà lo sfalcio degli argine e delle fasce tampone, con l’utilizzo di un ranghinatore a nastro in grado di caricare il prodotto per poi trasportarlo su un nastro andanatore in pendenza, da utilizzare lungo gli argini delle fasce tampone, consentendo di rotoimballare la biomassa sfalciata su una superficie piane. Una volta rotoimballata la biomassa sarà trasporta presso l’ASVT dove sarà carbonizzata.

A10 - DIAGNOSTIC TRANSLATION OF RESULTS AND IMPLEMENTATION OF PEI NETWORK

The dissemination of innovation to agricultural enterprises is an activity that the Operational Group intends to take particular care in the context of this Plan, given the importance of this phase in the Community addressing objectives. Therefore, the dissemination activity in addition to the implementation of the PEI network will include a series of dissemination actions capable of contributing to the transfer and application required in the PSR, particularly within Measure 16.1.

Technical Articles

Guided tours

Technical Meeting

Experimental Business Portal

Audiovisual

Connecting to the PEI Network

A10 – PIANO DIVULGAZIONE DI TRASFERIMENTO DEI RISULTATI E IMPLEMENTAZIONE DELLA RETE PEI

La diffusione dell’innovazione alle imprese agricole rappresenta un’attività che il Gruppo Operativo intende curare con particolare attenzione nell’ambito del presente Piano, in considerazione dell’importanza che questa fase assume negli obiettivi di indirizzo comunitari. Pertanto, l’attività di divulgazione oltre all’implementazione della rete PEI, comprenderà una serie di azioni divulgative capaci di contribuire a realizzare il trasferimento e applicazione, richiesto nel PSR, in particolare nell’ambito della Misura 16.1.

Articoli Tecnici

Visite guidat

Incontri Tecnici

Portale delle Aziende Sperimentali

Audiovisivi

Collegamento alla Rete PEI

Action A7. Draft annual reports, detailing the technical-managerial details of each business test and the results obtained (year-to-year).

A report will be produced for each company, which will annually record all the results obtained (productions, technical-management data, costs, agronomic data ...) and which will be the basis of any improvements to be introduced for the following year.

Azione A7. Redazione dei report annuali, recanti i dettagli tecnico-gestionali di ogni prova aziendale e i risultati ottenuti (anno per anno).

Per ciascuna delle aziende verrà stilato un report che, con cadenza annuale, registrerà tutti i risultati ottenuti (produzioni, dati tecnico-gestionali, costi, dati agronomici…) e che sarà la base di eventuali miglioramenti da introdurre per l’anno successivo.

A 5 - Agronomic tests.

A cycle of tests will be carried out from autumn 2016, which will compile a different 4 doses of biochar, within a crop rotation that will begin in autumn 2016 with the cultivation of wheat. The biochar obtained from carbonization will be transported to the different farms effective and assocaited partner of the project and distributed following the experimental drawings on the fields bounded with the buffer bands.

Farms will provide soil preparation, sowing and crop management. Technician from Stuard  will assist farmers during ground preparation, sowing, distributing products in the different parcels and managing them for the entire duration of the project. Stuard will carry out agronomic surveys during the cycle and will collaborate on the collection that will be made separately for each parcel, and will also monitor and detect for both the production and the qualitative data for the different theses.

A 5 – Prove agronomiche.

Verranno eseguite a partire dall’autunno 2016 per due anni un ciclo di prove che prevede un confronto a diverse 4 dosi di biochar, nell’ambito di una rotazione colturale che inizierà nell’autunno 2016 con la coltivazione di frumento. Il biochar ottenuto dalla carbonizzazione verrà trasportato presso le diverse aziende agricole del progetto e distribuito seguendo i disegni sperimentali sui campi confinanti con le fasce tampone.

Le aziende agricole provvederanno a la preparazione dei terreni, semina e gestione colturale. I tecnici dell’Azienda Sperimentale Stuard affiancheranno e assisteranno gli agricoltori durante le operazioni di preparazione dei terreni, semina, distribuire dei prodotti nelle diverse parcelle e nella gestione delle stesse per l’intera durata del progetto. L’Azienda Agraria Sperimentale Stuard effettuerà i rilievi agronomici durante il ciclo e collaborerà alla raccolta che verrà fatta separatamente per ogni parcella, provvederà inoltre a monitorare e rilevare per le diverse tesi sia i dati produttivi che qualitativi.

A4 - Micro-carbonizer feed adjustment according to the type of bioamass.

In the premises of the partner ASVT will be placed an innovative prototype of a micro carboniser, granted Free-of-charge, to which will be added a specific feeding system for the biomass that is squeezed out and packaged.

Six months are foreseen for the power system setup, during which it will be biochar product, which will be used for autumnal parcel tests at farms.

The samples of biochar products will be analyzed ijn the specialized labs, partners of the project.

The biochar production activity will begin on 1/8 2016 and will be carried out throughout the project life.

A4 - Messa a punto dell’alimentazione del micro carbonizzatore in funzione della tipologia della bioamassa.

Presso l’ASVT verrà posizionato un micro carbonizzatore innovativo, concesso in Comodato d’uso Gratuito, a cui verrà aggiunto un sistema di alimentazione specifico per la biomassa sfalciata e rotoimballata.

Si prevedono 6 mesi per la messa a punto del sistema di alimentazione nei corso dei quali sarà comunque prodotto biochar che verrà utilizzato per le prove parcellari autunnali presso le aziende agricole.

I campioni di biochar prodotti saranno analizzati presso i laboratori specializzati partners del progetto.

L’attività di produzione del biochar inizierà a partire dal 1/8 2016 e sarà effettuata per tutta la durata del progetto.

A2 - STUDIES NEEDED FOR THE MARKET PLAN, EFFECTIVENESS, ETC): The partner Consortium of Bonifica in Parma will provide information on the territory of Parma in order to identify, in the first place, public facilities close to the buffer bundles, able to accommodate the micro cogenerator and later, in collaboration with Stuard and UNIPR, will produce an economic and environmental statement aimed at quantifying the benefits that can be generated by the application of the system.

A2 - STUDI NECESSARI ALLA REALIZZAZIONE DEL PIANO (DI MERCATO, DI FATTIBILITÀ, PIANI AZIENDALI, ECC.): Il consorzio di Bonifica di Parma, fornirà le informazioni sul territorio di Parma, al fine di identificare, in primo luogo le strutture pubbliche residenti nelle vicinanze delle fasce tampone, in grado di potere ospitare il micro cogeneratore e successivamente, in collaborazione con la Stuard e UNIPR, realizzerà un conto economico ed ambientale, rivolto a quantificare i dei benefici che possono essere generati con l’applicazione del sistema.

A1 EXERCISE OF COOPERATION - A monitoring action to ensure compliance with the aspects defined in the Agreement

A1 ESERCIZIO DELLA COOPERAZIONE - un’azione di monitoraggio per assicurare la conformità agli aspetti definiti nell’ATS

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Contacts

Project coordinator

  • Azienda Agraria Sperimentale Stuard S.c.r.l.

    Project coordinator

Project partners

  • AGRIFORM S.C.R.L.

    Project partner

  • ALMA MATER STUDIORUM - UNIVERSITA' DI BOLOGNA

    Project partner

  • AZIENDA AGRARIA SPERIMENTALE VITTORIO TADINI

    Project partner

  • UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI PARMA

    Project partner