Quale energia per l'agricoltura sostenibile?

Da diversi anni ormai la pressione mediatica ed il dibattito politico puntano il dito, a torto, contro le emissioni di gas serra dell'agricoltura convenzionale, promuovendo modelli produttivi irrealistici e perfino antiscientifici, quali la biodinamica, o la visione bucolica dell'agricoltura preindustriale diffusa dalla televisione.

Su scala planetaria, uno studio della Società di Consulenza McKinsey & Co. segnala che la decarbonizzazione totale del settore delle macchine agricole comporterebbe un risparmio di emissioni pari a 537 milioni di tonnellate di CO₂, con una riduzione dei costi per le aziende agricole stimata in 229 US$ per tonnellata di CO₂ risparmiata. A titolo di comparazione, lo stesso studio segnala che avviare a digestione anaerobica tutte le deiezioni di bovini e suini comporterebbe un risparmio di emissioni di 260 milioni di tonnellate di CO₂. L'adozione di pratiche di minima lavorazione e semina su sodo potrebbe eliminare ulteriori 119 milioni di tonnellate di CO₂ e risparmiare alle aziende agricole fino a 41 US$/tonnellate di CO₂.

Secondo gli analisti di McKinsey, l'ostacolo più grande per la sostituzione dei trattori diesel con quelli di nuova concezione è la loro lunga vita utile rispetto ad altri veicoli. Nella pratica, anche se potessimo contare subito su soluzioni a zero emissioni competitive, i trattori convenzionali venduti fino ad oggi non verranno sostituiti prima di venti anni. La decarbonizzazione delle lavorazioni agricole sarà dunque un processo molto più lento rispetto ad altri settori, quale ad esempio il trasporto su gomma.

Sull'altra sponda dell'Atlantico le autorità fanno conti dettagliati. Secondo la Environmental Protection Agency (Epa), le emissioni di CO₂ imputabili ai trattori americani nel 2019 sono state "solo" 100mila tonnellate, contro 1.400.000 tonnellate imputabili alle macchine operatrici in generale. Tale cifra sembra sottostimata (si vedano i calcoli dettagliati per l'Italia alla fine). Il numero di trattori operativi nel 2019 è la metà rispetto al 2005. Nonostante ancora circolino vecchi modelli diesel che non rispondono più alle norme moderne di emissioni. Il problema non sono solo i vecchi motori: sistemi di trasmissione e accoppiamento alle macchine inefficienti comportano un maggiore assorbimento di potenza dal motore e quindi maggiori emissioni.
L'amministrazione Biden intende costruire una infrastruttura per la ricarica di veicoli elettrici agricoli, maggiormente i pick up tanto cari al pubblico americano (non solo agli agricoltori), le mietitrebbie e i trattori elettrici di nuova concezione. La Renewable Fuels Association (Rfa) ritiene che tale politica sia ingiusta in quanto favorisce solo i veicoli e i macchinari agricoli 100% elettrici, senza considerare il bilancio netto di emissioni di CO₂ dell'intero sistema elettrico americano. Secondo le argomentazioni della Rfa un trattore alimentato a etanolo sarebbe più "verde" di uno 100% elettrico.

In Europa, il pacchetto di misure noto come "Fit for 55" prevede accise sul gasolio agricolo uniformi per tutto il territorio europeo, con lo scopo di scoraggiare il consumo di combustibili fossili. Ma quanto pesano le emissioni dei macchinari agricoli sul bilancio complessivo dell'effetto serra causato dalla popolazione europea?

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Secondo la Ce, le emissioni imputabili alla produzione europea di cibo (complessivamente agricoltura, silvicoltura e itticoltura) nel 2019 sono state 463 milioni di tonnellate di CO₂ equivalente, dei quali 77 milioni di tonnellate di CO₂ equivalente sono le emissioni dirette dell'energia consumata nelle operazioni. Purtroppo, l'Eurostat accorpa i dati di tre settori, e di tutte le fonti di energia, rendendo di fatto impossibile sapere quale sia la percentuale di emissioni imputabili ai macchinari agricoli.

Per quanto riguarda l'Italia, possiamo fare dei conti molto più precisi, che il lettore interessato troverà alla fine di questo articolo, prima della bibliografia. Poiché un'immagine vale più di mille parole, la Foto 1 riassume le nostre elaborazioni dei dati ufficiali.

Foto 1: L'incidenza del gasolio agricolo nel complesso delle emissioni di gas serra italiane.
Dati Ispra, Mise e Mite, 2021, elaborazioni dell'autore, valori arrotondati
(Clicca sull'immagine per ingrandirla)

Possiamo constatare che, nonostante 6,8 milioni di tonnellate di CO₂ siano una cifra enorme, il gasolio agricolo pesa davvero poco nel complesso delle emissioni dell'economia italiana. Le coltivazioni agricole valgono 29,46 miliardi di euro, l'1,78% del Pil nazionale (Dati Istat 2020), quindi le emissioni ad esse imputabili sono proporzionali al loro contributo all'economia.

Lo stato dell'arte sui trattori a basse emissioni di gas serra

Benché i numeri dimostrino che le emissioni risultanti dalle lavorazioni agricole siano marginali nel complesso dell'economia italiana, il loro valore assoluto può e deve essere migliorato. Il primo passo, che molte aziende agricole hanno già fatto perché relativamente facile, è adottare pratiche di minima lavorazione. Il secondo passo, più difficile, è identificare il vettore energetico più adatto per alimentare i macchinari agricoli.

In ordine di facilità di implementazione, i possibili sostituti del gasolio agricolo sono:

• Biodiesel Hvo. L'Eni prevede il raddoppio della produzione di Hvo (biodiesel da olio vegetale idrogenato) entro il 2024, affiancando l'olio di palma attualmente in uso con olio prodotto in Italia da colture non alimentari. Il fabbricante inglese Jcb ha sviluppato una serie di macchine compatibili con Hvo puro. In realtà, il biodiesel Hvo è chimicamente identico al gasolio, quindi si può utilizzare direttamente senza modifiche al motore. Per contro, la produzione di Hvo richiede impianti che solo un'azienda petrolifera come l'Eni può permettersi, quindi l'utilizzo di Hvo non garantisce l'indipendenza energetica dell'agricoltore.
• Biodiesel Fame (metilestere degli acidi grassi). La sua produzione è relativamente facile anche a livello di bricolage, ma richiede il 10% di metanolo. In Italia, gli adempimenti burocratici per ottenere le autorizzazioni all'acquisto e detenzione di metanolo, nonché la gestione fiscale delle accise, anche per combustibile destinato all'autoconsumo, rendono questa opzione impraticabile. In linea di massima, i motori dei trattori possono funzionare anche con Fame puro e le loro prestazioni migliorano in termini di emissioni (¹). Dunque non c'è alcuna barriera tecnica all'utilizzo del Fame, solo un'anacronistica ideologia proibizionista nei confronti del metanolo e barriere di tipo fiscale politico burocratico all'autoproduzione.
• Olio vegetale raffinato. Gli oli vegetali sono più o meno uguali dal punto di vista energetico, avendo un potere calorifico inferiore molto vicino a quello del gasolio. Sono però molto diversi dal punto di vista fisico chimico, in particolare per la alta viscosità a basse temperature, fattore che ne limita la loro applicazione indiscriminata nei motori diesel. L'olio di colza è quello meno viscoso, e da esperienze condotte in Germania su un discreto numero di trattori convenzionali (²) si può utilizzare con buoni risultati in termini di potenza, affidabilità a lungo termine e qualità delle emissioni, senza modifiche al motore. Il vantaggio fondamentale dell'olio vegetale puro è la possibilità di autoprodursi il carburante destinando una frazione della propria superficie agricola alla coltivazione di colza o altre oleaginose. Esistono in commercio piccoli estrattori di olio per autoproduzione, il pannello residuo è utilizzabile per l'alimentazione di pollame e suini e la biomassa residua per produrre pellet. Radici e steli restituiscono carbonio al suolo (dati della sperimentazione bavarese, Foto 2).

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Foto 2: L'economia circolare dell'olio vegetale come combustibile agricolo
(Fonte foto: ², traduzione dell'autore)
(Clicca sull'immagine per ingrandirla)

• Biometano (o gas naturale, poiché recentemente ammesso dalla Tassonomia EU). La conversione dei motori diesel in motori dual fuel a gasolio più gas naturale (o biometano) è un'operazione relativamente facile e ci sono già officine specializzate e kit per poter portarla a termine con costi relativamente contenuti. Il problema tecnico da risolvere sono le minori prestazioni del motore convertito (³), rispetto a quello di un motore progettato appositamente per funzionare con metano. Inoltre, la densità energetica del metano compresso è minore rispetto a quella del gasolio, per cui il numero di ore di lavorazione fra due "pieni" si vede notevolmente ridotto. Nei motori dual fuel il consumo di gasolio è ridotto, ma non nullo, e le prestazioni del motore calano leggermente rispetto all'operazione con solo gasolio. New Holland ha sviluppato un trattore 100% a metano, il modello T6, che offre le stesse prestazioni del suo omologo diesel.
• Idrogeno. In linea di massima, è un vettore energetico che si può produrre in loco, da pannelli fotovoltaici, o semplicemente sfruttando le tariffe biorarie. Al di là di come venga prodotto l'idrogeno, esistono tre modi di utilizzarlo:
   • Motore dual fuel. New Holland ha sviluppato un prototipo dotato di motore diesel alimentato con una miscela di gasolio e idrogeno, in proporzioni variabili gestite da una centralina elettronica, a seconda della potenza richiesta.
   • Motore endotermico specialmente progettato per funzionare a idrogeno. Jcb ha già sviluppato un modello. Data la piccola densità energetica dell'idrogeno, non è chiaro quale sia l'autonomia di questo trattore.
   • Celle a combustibile e motore elettrico. Il modello EOX, prodotto dalla H2Trac BV (video sotto) è stato sviluppato nei Paesi Bassi, riprogettando il concetto di trattore da zero. L'intenzione dei primi proprietari di questo prototipo è di prodursi l'idrogeno in casa con mulini a vento e pannelli solari. Si tratta di un macchinario inconsueto, concettualmente interessante, ma le dichiarazioni dei loro costruttori sui potenziali benefici sono per ora autoreferenziate. Sarebbe auspicabile avere dati di prove da enti indipendenti, in particolare sulla durata e sul costo di sostituzione delle celle a combustibile.
  
  

Trattore elettrico EOX a celle di combustibile alimentate a idrogeno

• Trattori ibridi.
   • Ibrido diesel. Diversi modelli di trattori ibridi diesel più o meno convenzionali sono già in commercio. Il vantaggio del trattore ibrido è una maggiore efficienza complessiva, perché consente di mantenere il motore nel regime di giri ottimale e gestire la domanda di potenza dalla batteria. Ma, in linea di massima, consuma gasolio ed emette CO₂ come qualsiasi altro trattore.
   • Ibrido a metano. La Ditta lituana Auga ha sviluppato un trattore ibrido con motore specificamente progettato per funzionare a metano. Al posto del solito serbatoio di gas compresso, il trattore lituano è dotato di cartucce di gas intercambiabili per minimizzare il tempo di rifornimento.

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• Il trattore elettrico a batteria. Un po' a torto, è il "trattore del futuro" maggiormente desiderato e promosso dall'ideologia ecologista. John Deere ha già in produzione una serie di macchine agricole 100% elettriche. La scarsa densità energetica delle batterie attuali limita le applicazioni elettriche a macchine piccole per lavorazioni specifiche, quali falciare l'erba e distribuire agrofarmaci. Il trattore dalle linee futuristiche, controllato via satellite senza guidatore, e dalla strabiliante potenza di 400 kW (Foto 3) per ora è alimentato… via cavo!
  
  

Foto 4: Il trattore elettrico senza guidatore di John Deere
(Fonte foto: Tratto dalla pagina web di John Deere)

Conclusioni

I biocarburanti sono l'alternativa al gasolio agricolo più immediata e di minor costo. La principale barriera al loro impiego massivo è puramente ideologica/burocratica, perché di fatto impedisce l'autoproduzione di biocarburanti. Dal punto di vista tecnico/operativo non è difficile destinare una piccola frazione della Sau alla coltivazione di oleaginose, e procedere in loco all'estrazione ed autoconsumo dell'olio, del pannello e della biomassa residua. Alternativamente, non sarebbe neanche tecnicamente difficile implementare piccoli digestori anaerobici, come quelli diffusi in Oriente, e semplici sistemi di upgrading in deroga alle normative per immissione in rete o autotrazione stradale. Paradossalmente, la classe politica italiana (ed europea) preferisce perpetuare un modello produttivo basato sulla dipendenza dalle industrie "hi tech" e dalle sovvenzioni statali ai carburanti industriali - fossili o bio - invece di favorire l'autosufficienza energetica con semplificazioni burocratiche che non costerebbero niente all'erario.

Calcoli: stima delle emissioni di CO₂ imputabili al gasolio agricolo in Italia

Secondo le statistiche del Ministero dello Sviluppo Economico (Mise) il consumo di gasolio agricolo nel 2021 è stato di 2.177.000 tonnellate. Dalla tabella delle emissioni di CO₂ pubblicata dal Ministero della Transizione Ecologica (Mite) possiamo facilmente calcolare che le emissioni imputabili al gasolio agricolo nel 2021 sono state 6.835.780 tonnellate di CO₂ equivalente. Secondo i dati Ispra le emissioni totali di gas serra italiane nel 2019 sono state di 376.719.370 tonnellate di CO₂ equivalente. Le stime 2021 indicano una riduzione del 4,2% rispetto al 2019, quindi il valore provvisorio è 360.897.156 tonnellate di CO₂ equivalente, dei quali 29.517.320 corrispondono all'agricoltura (esclusi i carburanti, che vengono conteggiati a parte). Il gasolio agricolo è dunque responsabile dell'1,89% delle emissioni nazionali e del 23% delle emissioni complessive delle attività agricole.

Bibliografia
(¹) Thomas Sadlowski, Volker Wichmann, Bert Buchholz, Markus Winkler; Operating Performance of a Tractor Engine of Emissions Standard EU IV in Biodiesel Operation; Special Edition 2018 in cooperation with Union zur Förderung von Oel- und Proteinpflanzen e. V. (UFOP), ClaireWaldoff-Str. 7, 10117 Berlin.
(²) Ettl, J., Thuneke, K., Remmele, E., Emberger, P., Widmann, B.; Future Biofuels and Driving Concepts for Agricultural Tractors; 22nd European Biomass Conference and Exhibition; 2014.
(³) S. Bari, S.N. Hossain, Performance of a diesel engine run on diesel and natural gas in dual-fuel mode of operation, Energy Procedia, Volume 160, 2019, Pages 215-222, ISSN 1876-6102.