Dalla paglia al biochar: studio del processo di pirolisi e delle sue applicazioni agronomiche = From wheat straw to biochar: study of the pyrolysis process and its agronomic applications

Il grano è il secondo cereale più diffuso e coltivato a livello globale, con un volume di produzione di 785 tonnellate nell’anno 2023/2024. La paglia, un sottoprodotto della coltivazione del grano, costituisce circa la metà della resa in peso del raccolto e ciò evidenzia l’importanza di individuare processi per la conversione di questo scarto in un prodotto a valore aggiunto. Ad oggi la paglia viene generalmente utilizzata come lettiera per animali o come complemento nel foraggio, come biomassa per la produzione di energia oppure triturata e interrata nel terreno nel caso in cui i costi di raccolta e gestione non siano economicamente convenienti; in molte zone rurali, inoltre, è ancora diffusa la pratica di bruciare i residui colturali in campo, attività fortemente inquinante a causa della produzione di particolato e della immissione di gas serra nell’atmosfera. La gestione della paglia come residuo colturale può quindi essere migliorata producendo da essa prodotti a più alto valore aggiunto in modo che la paglia non rappresenti unicamente un costo di smaltimento per le aziende, ma che possa essere trasformata in un prodotto vendibile sul mercato, contribuendo così a un’economia circolare. Nel presente lavoro di tesi è stato studiato il processo di pirolisi lenta della paglia per ottenere un biochar da utilizzare come ammendante del terreno oppure come materiale adsorbente, dopo opportuna attivazione. La paglia è stata pirolizzata in un reattore a letto fisso a tre diverse temperature (300 °C, 400 °C e 500 °C) in condizioni di pirolisi lenta, con una velocità di riscaldamento di 15 °C/min e un tempo di residenza di 60 minuti. I prodotti ottenuti, ovvero biochar, bio-olio e gas di pirolisi, sono stati quantificati e il biochar ottenuto è stato caratterizzato sia dal punto di vista chimico che morfologico. Il biochar ottenuto a 500 °C, che ha mostrato le migliori caratteristiche in termini di area superficiale, è stato utilizzato come ammendante del terreno per delle prove in serra su piante di pomodoro: sono stati utilizzati tre diversi dosaggi (1% v/v, 100 kgN/ha, 10 t biochar/ha) e il biochar da paglia prodotto è stato confrontato con biochar commerciale, compost commerciale e concime minerale. Ogni dieci giorni sono stati effettuati rilievi di altezza delle piante e di contenuto di clorofilla, mentre al termine della prova sono state effettuate le misurazioni di biomassa fresca e secca, indice di sviluppo radicale e degli scambi gassosi a livello fogliare legati a fotosintesi e respirazione. Successivamente è stato studiato un processo di attivazione chimica di tipo basico e acido e fisica per migliorarne le caratteristiche in termini di area superficiale. A questo scopo è stato scelto di confrontare gli effetti di KOH e H3PO4: il trattamento di attivazione è stato effettuato sul biochar ottenuto a 500 °C e sulla paglia tal quale che dopo essere stata impregnata è stata successivamente pirolizzata a 500 °C. Infine, l’attivazione chimica è stata combinata con l’utilizzo di ultrasuoni, al fine di verificare se tale trattamento possa ulteriormente migliorare le caratteristiche del biochar ottenuto. I risultati, promettenti, hanno mostrato che grazie all’utilizzo degli ultrasuoni l’area superficiale ottenuta è più elevata dimezzando il tempo di trattamento.