Secondo i ricercatori della Wageningen University & Research, la tecnologia può dare un contributo importante alla riduzione delle emissioni di azoto nell’agricoltura olandese. Essi hanno delineato quali sono i migliori investimenti per ottenere il massimo effetto sulla riduzione delle emissioni di azoto nel settore.

“Circular agriculture with nitrogen in balance” è il titolo del programma di base di conoscenze in cui 6 istituti di ricerca di Wageningen hanno lavorato insieme per esplorare il potenziale della tecnologia per affrontare il problema dell’azoto. Nei Paesi Bassi si registra un’enorme eccedenza, dovuta principalmente al fatto che ogni anno la quantità di azoto che entra nel sistema attraverso gli alimenti, i mangimi e la produzione di fertilizzanti artificiali è superiore a quella che viene eliminata.

Peter Geerdink è stato capo progetto per conto della Wageningen Food & Biobased Research. “Un approccio efficace alla questione dell’azoto nei Paesi Bassi richiede un’ampia prospettiva che vada al di là delle misure politiche, come la riduzione del bestiame. Ci sono molte cose che possiamo fare da un punto di vista tecnologico per aiutare a risolvere il problema.” Questa conclusione è in linea con il patto sull’azoto elaborato da LTO, Natuurmonumenten, Natuur & Milieu, VNO-NCW and Bouwend Nederland alla fine di maggio 2021 che propone 6 miliardi di euro di investimenti in innovazioni di ampio respiro per le aziende agricole.

L’alimentazione degli animali

Gli scienziati hanno iniziato il progetto esaminando quali potrebbero essere i punti deboli da migliorare per ottenere un livello di emissione di azoto più equilibrato in agricoltura. Una di queste possibilità è la riduzione dell’importazione di mangimi. Secondo Geerdink, l’importazione principalmente di farina di soia aggiunge oltre 400 milioni di chili di azoto al ciclo di azoto olandese ogni anno.

“Oltre alla riduzione del bestiame, la riduzione delle importazioni può essere ottenuta sostituendo importanti risorse con flussi residui provenienti da colture coltivate localmente. Questi residui sono ora in gran parte trasformati in un modo di bassa qualità, come nel compost o per la produzione di biogas. Gli allevamenti che trasformano questi flussi residui in mangimi potrebbero potenzialmente essere più redditizi. L’affinamento e la trasformazione nelle giuste specifiche possono trasformarli in alimenti per animali sani, nutrienti e gustosi.”

Prevenzione delle perdite di ammoniaca dovute al letame

Un altro punto da considerare, che ridurrà le perdite di ammoniaca, può interessare la stalla di vacche da latte. La stalla e le sue emissioni di ammoniaca contribuiscono in larga misura ai depositi di azoto in natura, che rafforzano la crescita di alcune varietà vegetali (erba, ortiche, more) a scapito di altre. Le stalle sono tenute aperte per creare una ventilazione naturale, che è una condizione fondamentale per la salute del bestiame. Di conseguenza, l’aria non viene filtrata (come nel caso di capannoni chiusi per suini) e grandi quantità di azoto fuoriescono nell’aria esterna come ammoniaca dal letame. Tecnicamente parlando c’è molto da guadagnare dallo sviluppo e dall’installazione di ventilatori d’aria nelle stalle aperte.

Un’altra sfida tecnologica consiste nell’impedire che l’ammoniaca fuoriesca dal letame immagazzinato. Geerdink: “Dobbiamo lavorare verso sistemi chiusi per lo stoccaggio del letame per evitare che l’ammoniaca sparisca nell’aria. Ogni anno, circa 71 milioni di chili di ammoniaca vengono rilasciati da letame animale che potrebbe invece essere utilizzato come materia prima per fertilizzanti artificiali. I fertilizzanti artificiali sono prodotti tradizionalmente convertendo l’azoto dall’aria in ammoniaca attraverso un processo ad alta intensità energetica. Ciò aggiunge 245 milioni di kg di azoto al ciclo olandese su base annuale. Attualmente sono in corso ricerche sui processi elettrochimici per la produzione di fertilizzanti artificiali a partire da ammoniaca catturata nella stessa azienda. Ciò sarebbe estremamente efficace in quanto significherebbe che il letame non dovrebbe più essere trasportato.”

Filtrazione a prezzi accessibili

Il restante effluente che viene trasportato negli impianti regionali di trattamento del letame viene convertito in fertilizzante artificiale di sostituzione, biogas e liquami organici. La cattura efficiente dell’azoto da letame liquido e biomassa fermentata richiede ulteriori passi tecnologici. Con questo in mente, Wageningen University & Research sta lavorando su una filtrazione a membrana a prezzi accessibili che può essere applicata a flussi di sporco’. Geerdink: “I processi attuali sono molto costosi perché richiedono un sacco di pre-elaborazione per purificare i flussi e prevenire i blocchi. Le prime prove di filtrazione con materiale sporco dall’impianto di trattamento del letame sono promettenti, ma dobbiamo ancora raggiungere la fase in cui la nuova tecnologia efficiente può essere scalata.”

Separare ammoniaca e potassio

Un’altra sfida durante la filtrazione su membrana è separare l’ammoniaca ed il potassio. “Entrambe le sostanze chimiche sono cariche positivamente e le molecole sono circa la stessa dimensione troppo” – spiega Geerdink – “Anche se questo li rende difficili da separare, è importante farlo per usarli in modo circolare perché potassio e azoto sono necessari in tempi diversi e per colture diverse.” Lo scienziato aggiunge che gli investimenti nella ricerca fondamentale sono necessari per completare questo “puzzle” complesso.

Sono già in corso numerose ricerche sulle possibilità di eliminare l’ammoniaca dai liquami organici in modo efficiente dal punto di vista energetico. Geerdink: “Questo è attualmente realizzato prima lasciando evaporare l’ammoniaca e poi catturandola in un altro liquido, un processo che consuma molta energia. Il chemisorbimento transmembrana permette di rimuovere l’ammoniaca dal letame liquido come il concentrato di RO direttamente attraverso una membrana. Questo sembra avere un potenziale particolare per il letame liquido dopo la separazione (in cui il potassio è stato in gran parte rimosso), in quanto il chemisorpasso transmembrano si traduce in un liquido a basso contenuto di azoto e potassio. La tecnologia richiede pochissima energia rispetto allo stripping, per esempio. Inoltre, essendo in fase di sviluppo già da qualche tempo, vi sono già molte informazioni sui meccanismi coinvolti. Ci aspettiamo che presto si realizzi una svolta in termini di soluzioni pratiche.”

Un altro sviluppo sul quale il programma si sta lavorando è l’applicazione della tecnologia dell’elettrodialisi. Questo combina una cella elettrochimica con elettrodi e coppie di membrane con le più recenti conoscenze nel processo al fine di rimuovere selettivamente ammoniaca e potassio.

La ricerca dimostra che investire nella tecnologia – oltre ad altre misure – aiuta a ridurre le emissioni di azoto in agricoltura, afferma Geerdink. “I pulsanti che possono essere premuti funzionano come vasi comunicanti: premi un pulsante un po’ più forte e non dovrai spingere l’altro così forte.”

 

Fonte: Wageningen University & Research (WUR)