Il ruolo della meccanica agricola nella decarbonizzazione

In un contesto mondiale sempre più instabile, per limitare il riscaldamento globale e mitigare gli effetti del cambiamento climatico è necessario un forte impegno internazionale nell'attuare strategie di sviluppo a basse emissioni di gas serra. In Europa un ruolo chiave è svolto dalle strategie di decarbonizzazione nate con l'obiettivo di ridurre del 55% le emissioni di CO₂ entro il 2030 e di raggiungere nel 2050 la completa "carbon neutrality", con una riduzione pari al 100%.

In questo quadro si colloca lo studio recentemente pubblicato dalla European Agricultural Machinery Industry Association (Cema) che analizza le possibilità di intervento nel settore agricolo, in particolare per quanto riguarda il ruolo ricoperto dalla meccanizzazione agricola nella riduzione delle emissioni di CO₂.

CO₂ e macchine agricole

Il settore agricolo è responsabile del 10% delle emissioni totali di gas serra (GHG) dell'Unione Europea. Le principali fonti sono i fertilizzanti (monossido di azoto e metano), i liquami e le deiezioni dei ruminanti. Circa l'1% dei GHG può essere attribuito, invece, all'impiego di combustibili fossili per il funzionamento delle macchine agricole.

Suddivisione delle quote delle emissioni totali di GHG dei diversi settori

(Fonte foto: Cema)

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Decarbonizzazione, un obiettivo chiaro

L'agricoltura è un processo complesso che include molte operazioni e variabili che differiscono da coltura a coltura, da azienda ad azienda e persino da anno ad anno, rendendo di fatto impossibile fornire una soluzione universale per ridurre le emissioni.

Discreti miglioramenti sono possibili nel settore della meccanica agricola, dove è possibile, ad esempio, ridurre i consumi di combustibili fossili e di conseguenza le emissioni di CO₂.

Le principali strategie individuate dallo studio e attuabili in ambito meccanico comprendono il miglioramento delle efficienze di macchine e operazioni agricole, l'elettrificazione dei mezzi, l'impiego di carburanti alternativi e l'adozione di soluzioni tecnologiche per il mantenimento dello stock di CO₂ nel suolo.

Ottimizzazione dei processi a beneficio dell'agricoltore e dell'ambiente

Alla base delle strategie prese in analisi dallo studio del Cema vi è l'assunzione che un ridotto consumo di carburante diminuisce le emissioni di CO₂ e ha un effetto positivo sui costi di produzione.

L'impatto economico è stato da sempre il punto che ha giustificato la continua ricerca di una maggiore efficienza. Oggi, a questo si aggiunge l'impellenza di contrastare i cambiamenti climatici in atto. Non è più possibile ragionare sulla singola macchina, ma occorre prendere in considerazione l'intero processo produttivo.

Secondo un'analisi condotta in Germania da un gruppo di esperti del mondo dell'industria e dell'università, nel periodo 1990-2030 l'evoluzione delle pratiche agricole conservative - come le minime lavorazioni e lo sviluppo di nuove tecnologie - porterà a una riduzione stimata dei consumi di carburante tra il 35 e il 40% per tonnellata di grano (unità standard di riferimento).

L'analisi individua, inoltre, nelle operazioni di lavorazione dei terreni e raccolta le fasi con i consumi più rilevanti e sottolinea come, intervenendo sull'ottimizzazione di tali fasi, sarà possibile un risparmio di combustibile fino al 42%.

Elettrico sì o no?

Se con l'ottimizzazione delle pratiche agricole è possibile ridurre sensibilmente le emissioni carboniose, la possibilità di utilizzare motori elettrici, secondo il Cema, potrebbe abbattere completamente le emissioni dirette di CO₂.

Lo studio indaga la possibilità di un passaggio a un'elettrificazione completa dei trattori con batterie o celle ad idrogeno, oppure parziale volta ad alimentare le attrezzature trainate o portate (e-implement).

Le batterie dei trattori "full electric", oltre alle problematiche legate al costo e al ciclo di vita, presentano limiti per quanto riguarda la densità energetica e il peso. Un trattore elettrico, per erogare la medesima potenza di un trattore tradizionale con un serbatoio da 400 litri necessiterebbe di batterie agli ioni di litio con un volume di 5mila litri: più di dieci volte tanto.

Un problema che per i trattori di media e alta potenza diventa importante: andando oltre i limiti di peso accettabili si ha un'eccessiva compattazione del suolo. In macchine più piccole come gli specializzati o i sollevatori telescopici, le potenze in gioco sono inferiori e le problematiche si riducono notevolmente.

Il sollevatore telescopico di Merlo completamente elettrico è già disponibile sul mercato

(Fonte foto: Merlo)

Un'alternativa alle batterie sono le celle ad idrogeno, che hanno un peso inferiore ma comunque troppo elevato per macchine agricole di media e alta potenza e scontano una bassa efficienza dovuta all'elevata richiesta di raffreddamento dell'idrogeno.

Inoltre, la necessità di siti ad hoc per il rifornimento ne sfavorisce l'adozione su larga scala. Diversamente - come indicato dallo studio del Cema - l'impiego dell'idrogeno direttamente nei motori a combustione, anche se con efficienze minori, potrebbe incentivare la crescita delle infrastrutture.

Il sistema a doppia alimentazione, diesel e idrogeno, del trattore di New Holland H2 Dual Power permette di ridurre le emissioni di CO₂ del 45%

(Fonte foto: Jos Scholman)

In ultimo, l'opzione ad elettrificazione parziale disaccoppia le richieste delle attrezzature dalla potenza del motore, ottimizzandone l'efficienza e riducendo al minimo il consumo di carburante. Queste soluzioni, già in uso con molte attrezzature, contribuiscono, seppur con un effetto minore rispetto ai trattori "full electric", a ridurre le emissioni di anidride carbonica.

Carburanti a "zero emissioni" o quasi

Le criticità individuate nei processi di elettrificazione e le più recenti problematiche relative all'approvvigionamento energetico non si riscontrano, invece, nella soluzione, illustrata sempre all'interno dello studio, che prevede la sostituzione dei combustibili tradizionali (gasolio) con nuovi carburanti "a minor impatto".

L'impiego di metano, gassoso o liquefatto di origine fossile, garantisce - a parità di potenza - una riduzione di emissioni di CO₂ del 10-20% rispetto al diesel. Tuttavia, per lo stoccaggio è necessario uno spazio quattro volte superiore oppure basse temperature per mantenerlo liquido. Una possibile soluzione, già in uso, è l'utilizzo di serbatoi aggiuntivi posizionati nella parte anteriore del trattore al posto della zavorra.

Alternativa, più sostenibile, al gas naturale da fonti fossili è il biometano, un combustibile gassoso derivato dal biogas, a sua volta prodotto per digestione anaerobica a partire da biomasse agricole (residui colturali e deiezioni animali) e dalla frazione organica dei rifiuti solidi urbani.

Il trattore New Holland Methane Power usa il biometano come carburante, riducendo costi ed emissioni

(Fonte foto: AgroNotizie)

Difatti, il biometano è il carburante con il miglior bilancio di CO₂ e con una riduzione delle emissioni rispetto al diesel che può andare dall'80% fino al 180% (CO₂ negativo), se derivato da biogas ottenuto con reflui zootecnici.

Oltre a ciò, la produzione di biogas permette il ripristino della sostanza organica nel terreno mediante l'utilizzo del digestato - prodotto secondario degli impianti - come fertilizzante naturale e una riduzione delle emissioni di metano in atmosfera, grazie al trattamento dei reflui zootecnici nell'impianto.

Insieme al biometano si possono collocare anche i cosiddetti "biocarburanti avanzati", prodotti da biomasse non alimentari.

La produzione di combustibili alternativi prodotti in azienda può generare opportunità di business per gli agricoltori

(Fonte foto: Cema)

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Una futura possibilità, ad oggi in fase di sviluppo, sarà quella data dai combustibili sintetici: l'elettricità ottenuta da fonti rinnovabili potrà essere convertita in combustibili liquidi, a partire da idrogeno e anidride carbonica, con basso impatto ambientale e con l'ausilio di processi di sintesi chimica. Il vantaggio dei combustibili sintetici è quello di poter essere utilizzati direttamente nelle infrastrutture esistenti, così come nei normali motori a combustione.

Il suolo, un deposito di carbonio da preservare

Oltre al carbonio atmosferico, l'agricoltura è "responsabile" anche di quello immagazzinato nei suoli, che a livello globale costituisce lo stock più consistente.

Lo stoccaggio totale di carbonio organico nello strato superficiale dei suoli europei è stimato in 73 miliardi di tonnellate di carbonio. Circa il 50% si trova nelle torbiere e nei suoli forestali, mentre il 22% nei suoli agricoli. I suoli minerali immagazzinano una quantità notevolmente inferiore di carbonio rispetto ai suoli organici.

Percentuale di carbonio organico contenuto nei suoli (0-30 centimetri) in Europa. Le aree più scure corrispondono a suoli con alti valori di carbonio

(Fonte foto: Commissione Europea)

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Agricoltura, da "carbon farming" a "carbon sink"

Una gestione agricola non accorta porta alla mineralizzazione e al degrado dei suoli, e quindi a scarsa fertilità e rilascio di CO₂ superiore a quella immagazzinata (carbon farming).

Un compromesso tra la tutela del suolo e una produzione agricola sufficiente può arrivare dall'agricoltura di precisione: un insieme di applicazioni e soluzioni specifiche per una gestione ottimale della fertilità dei suoli, delle risorse e delle operazioni in campo.

Tale approccio, se ampiamente diffuso, potrebbe avviare la transizione verso un'agricoltura rigenerativa (carbon sink), incentrata sull'aumento della biodiversità, sul sostegno al biosequestro, sull'aumento della resilienza ai cambiamenti climatici e sul rafforzamento della salute dei suoli agricoli.

Quanto è lontana la "carbon neutrality"?

Lo studio condotto dal Cema conferma che la meccanizzazione agricola può contribuire attivamente a una significativa riduzione delle emissioni di anidride carbonica in molti modi.

Tra questi, l'uso di combustibili alternativi può avere un ruolo chiave nella decarbonizzazione del settore, anche a breve termine, rendendo meno impattanti le macchine esistenti. Ma solamente una visione a lungo termine può favorire l'adozione su ampia scala di carburanti o motori a "zero emissioni".

Per questo, le macchine agricole e le nuove tecnologie ad esse applicate ricoprono, e ricopriranno sempre più, un ruolo fondamentale nel percorso verso la "carbon neutrality".

Le diverse strategie presentate dallo studio sono qui classificate in funzione di alcuni parametri chiave

(Fonte foto: Cema)

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