Gli scienziati italiani hanno studiato i benefici del carciofo di Gerusalemme senza pretese. Si scopre che questa è una specie di cultura indispensabile per la produzione di energia rinnovabile.
Nel suo lavoro scientifico, un team di scienziati italiani della Facoltà di scienze agrarie e forestali (DAFNE), Università di Tushia, spiega perché il carciofo di Gerusalemme sia così buono e importante.
Di recente, i biocarburanti sono diventati una direzione strategica per ridurre le emissioni dei veicoli. Ma allo stesso tempo, la produzione di biocarburanti viene sempre più citata nel contesto delle sue conseguenze negative, poiché le colture principali per questi scopi, come ad esempio colza, grano o soia, richiedono pratiche agricole ad alta intensità e terreni fertili, gli autori osservano. (I biocarburanti sono fonti energetiche a base di carbonio derivate da materiale biologico).
Mentre la Commissione europea ha recentemente classificato i biocarburanti come un prodotto con un basso livello di cambiamenti indiretti nell'uso del suolo, ottenuto da colture coltivate su terreni marginali con scarso utilizzo delle risorse.
Per questo motivo, solo poche colture in Europa possono ottenere rese elevate con questi requisiti.
Il topinambur è un alimento per animali agricoli, biocarburanti e persino birra alla frutta.
Da questo punto di vista, il topinambur (Helianthus tuberosus L.), ovviamente, è una specie degna di attenzione, poiché possiede tutti gli attributi necessari per raggiungere gli obiettivi della direttiva UE sulle energie rinnovabili aggiornata (RED II).
Il carciofo di Gerusalemme è ampiamente adattato a un ambiente diversificato e spesso a basso rendimento per altre colture e ha un'alta adattabilità.
È una coltura multiuso utilizzata per il consumo umano (direttamente nei tuberi o per dolcificanti), per scopi farmaceutici, per la produzione di biomassa e bioenergia (bioetanolo e biogas).
Inoltre, simile ad altre piante Asteraceae, come cicoria e cartamo, il topinambur ha un potenziale come foraggio.
È interessante notare che, grazie alle innovazioni nel settore della birra, i tuberi vengono utilizzati per produrre birra dolce e frutta.
Gli steli e i tuberi del topinambur sono caratterizzati da un alto contenuto di inulina con il potenziale di produrre etanolo per l'uso come biocarburante.
In particolare, i composti organici (come inulina e cellulosa) e gli zuccheri vengono elaborati per produrre etanolo mediante fermentazione e distillazione.
Negli ultimi 20 anni è stato svolto un lavoro significativo per migliorare la conversione della biomassa in combustibile. Tuttavia, i biocarburanti di prima generazione (bioetanolo e biodiesel derivati da colture alimentari) vengono estratti da poche colture con diverse efficienze nel convertire le radiazioni solari in energia chimica (biomassa).
In particolare, le materie prime per i biocarburanti sono principalmente semi di colza, olio di palma e soia per il biodiesel; e canna da zucchero, mais, barbabietole da zucchero e sorgo dolce per bioetanolo.
Inoltre, non tutta la biomassa è adatta alla raccolta (ad esempio, la biomassa della vegetazione sotto il suolo di solito rimane nel terreno), quindi il sequestro del carbonio netto viene ridotto e aumenta l'inefficienza dell'elaborazione.
Per questi motivi, le specie vegetali per i sistemi di produzione di biocarburanti di prossima generazione dovrebbero superare alcune di queste limitazioni, soprattutto se hanno biomassa sotterranea produttiva (ad esempio radici o tuberi).
Inoltre, poiché l'uso intensivo del suolo agricolo è già stato introdotto nella maggior parte delle regioni del mondo, le colture bioenergetiche devono essere sostenibili dal punto di vista ambientale al fine di evitare ulteriori oneri sulla biodiversità agricola, sul suolo e sulle risorse idriche.
Gli scienziati sono alla ricerca di colture bioenergetiche del futuro
La ricerca viene condotta nella direzione dei sistemi energetici da una nuova generazione di biocarburanti con un minore impatto ambientale, una maggiore produttività e un maggiore ritorno sugli investimenti, nonché tenendo conto della ridotta concorrenza per l'uso del suolo con colture alimentari e alimentari.
La biomassa lignocellulosica da colture bioenergiche isolate e rifiuti agricoli è considerata una risorsa sostenibile per la produzione di bioenergia, ma l'idrolisi mediante enzimi cellulolitici è un metodo più laborioso e costoso rispetto all'utilizzo di biomassa da amido o melassa.
A questo proposito, tra i sistemi di biocarburanti più interessanti della prossima generazione vi sono interessanti alghe e topinambur, che produce tuberi, che possono anche essere coltivati e raccolti utilizzando l'infrastruttura e i meccanismi esistenti utilizzati per colture simili (piante tuberose).
Perché il topinambur ha davvero bisogno dell'Europa
Le caratteristiche che rendono il topinambur una degna coltura energetica includono: rapida crescita, alto contenuto di carboidrati, corrispondente sostanza secca totale per unità di superficie, capacità di utilizzare acque reflue ricche di nutrienti, resistenza / tolleranza ai patogeni, capacità di crescere facilmente con costi di produzione esterni minimi e su terre marginali.
Quest'ultimo aspetto promette di essere la chiave per il futuro dei biocarburanti in Europa.
Come previsto dalla revisione della direttiva sulle energie rinnovabili (RED), adottata dal Parlamento europeo e dal Consiglio (direttiva 2018/2001), la Commissione europea ha recentemente adottato un atto delegato che stabilisce i criteri per determinare importanti cambiamenti indiretti nell'uso del suolo.
ILUC è una materia prima pericolosa con una significativa espansione indiretta dello spazio di produzione su terreni con elevate riserve di carbonio e certificazione di biocarburanti ILUC, biofluidi e combustibili da biomassa a basso rischio.
La certificazione può essere concessa se il carburante soddisfa i seguenti criteri cumulativi:
(i) soddisfare i criteri di sostenibilità, il che significa che le materie prime possono essere coltivate solo su terreni inutilizzati non ricchi di carbonio;
(ii) l'uso di materie prime aggiuntive a seguito di misure per aumentare la produttività su terreni già utilizzati o colture in crescita su aree che non erano state precedentemente utilizzate per la coltivazione di colture (terreni inutilizzati), a condizione che la terra fosse abbandonata o gravemente degradata, o la coltura fosse cresciuto da un piccolo proprietario;
(iii) prove convincenti che i due criteri precedenti sono soddisfatti.
Ovviamente, conformemente ai requisiti della direttiva, tali materie prime aggiuntive devono soddisfare i requisiti per la produzione di carburanti a basso rischio solo se ottenuti in modo sostenibile.
Per questo motivo, il topinambur è un candidato promettente che può facilmente sostituire colture come mais e barbabietole da zucchero.
Biomassa in rapida crescita per i biocarburanti
La cinetica di crescita delle parti di piante indica la sua capacità di produrre colture ottimali in Europa.
I due terzi dei tre quarti della sostanza secca dell'aria sono rappresentati da steli e rami, mentre foglie e fiori contengono una percentuale inferiore. La proporzione della distribuzione del peso secco dipende fortemente da molti fattori: varietà, tempo di impianto, condizioni climatiche e condizioni di crescita.
Più del 50% della massa totale delle piante è nello stelo.
Ci sono due fasi per arginare la crescita. Durante i primi cinque mesi, si osserva un aumento lineare dell'altezza e del peso dello stelo. Dopo questo periodo, l'altezza dello stelo raggiunge il suo massimo e rimane invariata, e il suo peso diminuisce.
L'altezza e il peso massimi della pianta variano a seconda delle condizioni ambientali e del genotipo. Nelle varietà precoci, l'altezza finale raggiunge i 140 cm, mentre nelle varietà successive l'altezza finale è di circa 280 cm.
Di conseguenza, alla fine della stagione di crescita, la quantità di sostanza secca negli steli delle varietà tardive era circa due volte superiore rispetto alle varietà precoci. Pertanto, la biomassa totale delle varietà a maturazione tardiva è superiore a quella delle varietà a maturazione precoce. La modellizzazione ha dimostrato che nelle varietà successive una conservazione più lunga dell'area fogliare ottimale consente un migliore assorbimento della sostanza secca.
Topinambur senza problemi
A causa della sua resistenza alla siccità e alla salinizzazione, il topinambur può essere coltivato in terreni non adatti ad altre colture di radici e tuberi. Cresce bene in terreni con un pH da 4,4 a 8,6.
Se l'argilla pesante e i terreni idromorfici possono complicare la raccolta dei tuberi, in tali condizioni il topinambur può essere coltivato per produrre steli.
In generale, la resa, le dimensioni e la forma dei tuberi dipendono dal tipo di terreno. Mentre i terreni argillosi leggeri producono grandi tuberi, i terreni pesanti offrono buoni raccolti di siccità grazie alle migliori proprietà di trattenere l'umidità dei terreni argillosi.
Per quanto riguarda la temperatura di coltivazione, per la maggior parte delle varietà di topinambur è richiesto un periodo di vegetazione di almeno 125 giorni senza gelo.
In generale, per ottenere la resa ottimale sono necessarie temperature di coltivazione comprese tra 6 e 26 ° C.
La pianta ha una moderata resistenza al gelo. Durante la crescita precoce, il raccolto tollera temperature fino a -6 ° C, sebbene le basse temperature causino clorosi fogliare. Per quanto riguarda la raccolta autunnale, le gelate da -2,8 ° С a -8,4 ° С innescano il meccanismo di acclimatazione dei tuberi al freddo. Ciò migliora il loro gusto a causa della conversione dell'inulina in fruttosio.
Nell'ambiente naturale, alcuni organismi (microrganismi, insetti e mammiferi) interagiscono con le piante di topinambur, tra cui sei diverse famiglie di api e bombi.
Molti fitofagi e microrganismi sono stati registrati sul topinambur, ma molti di essi possono danneggiare seriamente la cultura.
In generale, la parte aerea della pianta è meno suscettibile alle malattie, mentre i tuberi durante la crescita e lo stoccaggio tardivi sono più sensibili. I patogeni più dannosi sono la Sclerotinia sclerotiorum e la Sclerotinia rolfsii, che causano marciume.
Il primo è promosso dall'eccessivo fertilizzante azotato, dal basso pH del suolo o dai terreni idromorfici, il secondo dall'umidità combinata con le alte temperature.
Anche la ruggine causata Puccinia helianthie muffa polverosa causata da Erisyphe chicoracearum, interessano il topinambur, ma non sono in grado di limitare la resa, così come lo spotting delle foglie a causa di Alternaria helianthi.
Quando si conservano i tuberi, specialmente quando sono danneggiati durante la raccolta, le malattie causate da botrytis cinerea, Rhizopus nigricans, Fusarium и Pennicillum spp.. Tuttavia, le procedure di congelamento controllano efficacemente queste malattie.
Per quanto riguarda gli insetti, si tratta principalmente di afidi, ma il loro effetto è trascurabile.
La pianta è resistente e robusta, quindi il topinambur può diventare da solo un'erba molto competitiva. Come per altre erbacce a crescita rapida, la lotta contro di loro è necessaria solo durante la semina fino alla chiusura del baldacchino. È possibile utilizzare sia il diserbo chimico che meccanico (ravvivatura, allentamento, ecc.).
Una volta che il topinambur si è depositato nel campo, è abbastanza difficile da rimuovere, poiché i tuberi o parti di essi rimangono nel terreno, svernando bene nel terreno.
Selezione di topinambur
Le preziose proprietà biologiche e biochimiche del topinambur sono la base del suo uso universale nelle industrie alimentari e industriali, che richiede il miglioramento genetico della coltura.
L'attenzione principale nella selezione è sulla resa dei tuberi e sul contenuto di inulina per alimenti e mangimi e recentemente l'attenzione si è concentrata sulla costruzione di biomassa per la produzione di biocarburanti.
Tuttavia, a causa dell'uso tradizionalmente limitato del topinambur, ad oggi, sono stati fatti pochi progressi nell'allevamento. Anche gli investimenti negli sviluppi dell'allevamento sono instabili e dipendono dalla domanda degli industriali in ciascun paese.
Il rinnovato interesse per il topinambur negli anni '1970 e '1980, associato alla crisi energetica e alla carenza di cibo, ha incoraggiato un'azione più coordinata e intensiva per sviluppare nuove varietà per soddisfare le esigenze emergenti.
Da allora, è stata registrata una significativa espansione delle aree coltivate, specialmente nell'ultimo decennio nei paesi asiatici.
Dati gli attuali cambiamenti climatici, la necessità di trovare nuove fonti energetiche sostenibili e ridurre l'area destinata alla produzione alimentare, gli investimenti nella selezione del topinambur sembrano essere ampiamente giustificati.
Gli Stati Uniti possono anche essere interessanti il topinambur
Ad oggi, le colture più comuni utilizzate per produrre etanolo sono mais, canna da zucchero, sorgo dolce e barbabietole da zucchero. Tuttavia, queste specie dipendono da terreni agricoli fertili e, di norma, necessitano di risorse esterne significative (acqua, pesticidi, fertilizzanti) per ottenere rese elevate.
Gli Stati Uniti e il Brasile sono i maggiori produttori mondiali di combustibile a bioetanolo. Hanno rappresentato circa l'84% della produzione globale di bioetanolo nel 2018.
Cereali e canna da zucchero sono le materie prime dominanti per la produzione di etanolo in questi paesi.
La produzione di etanolo nel 2027 dovrebbe rappresentare il 15 e il 18% della produzione mondiale di mais e canna da zucchero.
Gli Stati Uniti, come l'Europa, utilizzano principalmente amido di mais e grano per produrre bioetanolo, mentre la canna da zucchero viene lavorata in Brasile. In generale, la canna da zucchero ha una resa in etanolo maggiore rispetto al mais e ad altre colture come il topinambur.
Tuttavia, la canna da zucchero è ideale nei climi tropicali e subtropicali, ma non nei climi temperati. Pertanto, il tominabur può prendere il suo posto accanto al mais nella produzione di etanolo americano.