Situazione generale del letame
Il letame è un termine che, nell'opinione pubblica, genera un certo scalpore in ambito agroeconomico, e che alla fine ha trovato la sua espressione nella legislazione europea.
Il letame aziendale, come il letame liquido o solido, è stata la fonte più importante di azoto per la fertilizzazione dei campi fino all'implementazione commerciale del processo Haber-Bosch per la produzione sintetica di azoto (inizio del XX secolo). Il letame era considerato positivamente. Con l'avanzare dell'industrializzazione dell'agricoltura nell'allevamento e nella coltivazione, si è verificato un cambiamento:
Ø A causa del cambiamento nella composizione del foraggio verso un mangime proteico più concentrato, la percentuale di NH³ nel letame è aumentata (le proteine non digerite si decompongono in componenti azotate).
Ø A causa dell'allevamento intensivo, quantità sempre maggiori di letame si accumulano in spazi sempre più piccoli e vengono applicate su aree limitate. Il risultato, in combinazione con l'eccessiva fertilizzazione con azoto sintetico e naturale, è un inquinamento da nitrati dei suoli e delle acque sotterranee. Il letame è stato dichiarato il fattore principale responsabile e quindi connotato negativamente.
Ø Poiché il letame di animali con scarsa fermentazione del rumine è ricco di azoto, relativamente povero di carbonio ed emissivo, tende a formare uno strato galleggiante, uno strato di schiuma o uno strato di gas sulla superficie. La parte di letame sotto questo strato marcisce e forma molte tossine. Anche l'aumento significativo della somministrazione di farmaci, disinfettanti dai pediluvi o acqua di risciacquo delle macchine da mungitura trasforma il letame in un prodotto parzialmente tossico. Se non trattato, non è un buon nutrimento per la vita del suolo.
Oggi l'immagine sta cambiando. Il letame è sempre più visto come un'alternativa economica e rispettosa dell'ambiente alla fertilizzazione con azoto sintetico. Il suo utilizzo soddisfa i requisiti di un'agricoltura sostenibile.
Inoltre, si sono sviluppate nuove tecnologie che combinano l'alta tecnologia con un'agricoltura adattata alla natura e la supportano. E in questo modo, il letame diventa un prodotto altamente efficace in grado di legare l'azoto. Insieme ad altre sostanze e prodotti aggiunti come il silicio e altri oligoelementi, il letame diventa un fertilizzante complesso o un coadiuvante a bassi costi di produzione. Inoltre, in questo modo i diversi componenti necessari per il suolo possono essere applicati insieme e l'aumento dei prezzi dei componenti azotati dovuto all'aumento dei prezzi dell'energia può essere almeno in parte attenuato.
A poco a poco, anche gli esperti si stanno rendendo conto che si può trasformare una necessità in una virtù:
Produzione di un fertilizzante di alta qualità, in cui le emissioni di NH³ possono essere fortemente ridotte.
Il letame trattato, con il suo alto contenuto di nutrienti trasformati e legati in modo naturale, il basso contenuto di NH³ e i microrganismi coinvolti, chiude il ciclo biologico con la massima efficacia ecologica del suolo.
Il trattamento del letame migliora anche la sua fluidità, il che è un vantaggio in tutte le applicazioni di letame e nei canali di letame. Non da ultimo, la riduzione degli odori ottenibile durante l'applicazione. Un grande vantaggio per la popolazione, per gli agricoltori e per l'ambiente.
In generale, è necessario considerare il ciclo biologico nella produzione del letame. La "prevenzione e cura" attraverso:
- Alimentazione animale con sostanze prebiotiche naturali e microrganismi probiotici per garantire la salute degli animali
- Igiene della stalla con mezzi adeguati (ad es. nebulizzazione di fermenti, condizionamento della lettiera)
- Trattamento del letame con prodotti naturali in condizioni di conservazione adeguate per un concime organico ad alte prestazioni
Ciò si traduce in un suolo sano e piante sane, tornando al punto di partenza del ciclo.
Situazione attuale del letame in dettaglio
Circa il 95% delle emissioni di ammoniaca (emissioni di NH³) in Germania proviene dall'agricoltura (Ufficio federale dell'ambiente - UBA 2020). Queste emissioni devono essere ridotte in Germania di almeno il 29% entro il 2030 rispetto al 2005, secondo la direttiva NEC (Direttiva sui limiti massimi nazionali di emissione per alcuni inquinanti atmosferici) (UBA 2020).
Soprattutto nella gestione dei concimi organici, come il letame, il regolamento sui fertilizzanti (DüV) prescrive inasprimenti per la riduzione delle emissioni di ammoniaca. In questo caso, le aziende agricole sono obbligate ad applicare i concimi organici liquidi, con un contenuto significativo di azoto disponibile o azoto ammoniacale, nel caso di seminativi, solo in strisce sul terreno o direttamente nel terreno (DüV, del 28.04.2020). A causa di cattive esperienze dovute alla contaminazione del foraggio e dell'elevato onere finanziario per l'azienda agricola, vi sono grandi preoccupazioni tra gli agricoltori e le agricoltrici per l'attuazione dell'obbligo di applicazione vicino al suolo e in strisce (IG gesunde Gülle 2019).
Inoltre, secondo l'UBA (2020), le misure della tecnica di applicazione vicino al suolo non sono sufficienti per rimanere al di sotto dei valori limite. Secondo la direttiva NEC, è necessario rispettare un limite massimo di 431 chilotonnellate di emissioni di ammoniaca (dal 2030) (Istituto Thünen). L'unico approccio finora riconosciuto nel DüV per la riduzione delle emissioni di NH³ alla fine della catena di processo mediante applicazione vicino al suolo limita le possibilità di riduzione. Dagli studi precedenti si può concludere che l'uso dell'effetto a cascata, ad esempio attraverso il sistema di stabulazione, un'alimentazione adattata o un trattamento con additivi, può portare a una riduzione significativamente più efficace rispetto alla sola misura dell'applicazione vicino al suolo.
Queste possibilità di riduzione, che agiscono all'inizio della catena di processo, sono esplicitamente menzionate al paragrafo 3 dell'articolo 6 del DüV, ma non sono accettate come alternativa all'applicazione vicino al suolo a causa della mancanza di prove scientificamente valide sulla loro efficacia nella riduzione delle emissioni di NH³ (Müller e Aures 2020).
Questo stato delle conoscenze ha portato allo sviluppo del metodo di misurazione e test qui applicato.
L'implementazione è iniziata a gennaio 2019 con e attraverso la IG gesunde Gülle. In collaborazione con il Landeslabor di Kassel, sotto la direzione del Dr. Harald Schaaf, è stata gettata la base per questo metodo di misurazione e test. L'ulteriore sviluppo del metodo è avvenuto in un laboratorio appositamente allestito a Hebertsfelden, che Ingrid Bauer di Hebertsfelden ha messo a disposizione e ha promosso lo sviluppo. Il progetto è stato finanziato da donazioni private di agricoltori e altre persone, aziende e organizzazioni impegnate. Jens Keim e Ingrid Bauer hanno utilizzato molti supporti specialistici e professionali in background, il che ha portato al successo dell'intero progetto.
È stato sviluppato un metodo di test e misurazione professionale, costituito dal recipiente di prova per le emissioni di NH³, un liquido di calibrazione e un protocollo. Lo sviluppo del liquido di calibrazione è stato effettuato sulla base di molti esperimenti individuali secondo il metodo "trial-and-error".
La funzionalità e l'idoneità di questo metodo di test e misurazione sono state confermate dalla DLG con il rapporto di prova 2012-0032 su incarico della IG gesunde Gülle.
L'azienda Extox ha fornito una "valigetta rossa" appositamente sviluppata per registrare i risultati delle misurazioni. La misurazione delle emissioni di ammoniaca da concimi organici da contenitori campione in condizioni definite di quadro e di laboratorio può servire come base per l'esame dell'efficacia di varie misure di riduzione a livello di singola azienda e portare a una riduzione orientata ai risultati e dimostrabile delle emissioni di ammoniaca nell'agricoltura. Inoltre, lo sviluppo di un valore di riferimento consente la comparabilità tra i risultati delle misurazioni. Il riconoscimento come metodo scientifico è dato dallo sviluppo di un processo di misurazione e prova standardizzabile.
L'obiettivo primario è l'istituzione di un metodo scientificamente riconosciuto, indipendente dalla tecnologia di misurazione o compatibile con quasi tutte le tecnologie di misurazione, per la determinazione verificabile, ripetibile e comparabile delle emissioni di ammoniaca (ad es. liquami) in contenitori in condizioni di laboratorio definibili. La metodologia di misurazione delle emissioni di ammoniaca è complessa. L'LfL e la TU (Università Tecnica) di Monaco hanno offerto alla IG gesunde Gülle, previa presentazione di una descrizione dettagliata del metodo ai sensi del protocollo VERA, di organizzare una revisione internazionale della metodologia." (Müller e Aures 2020)
Descrizione del semplice e riconosciuto metodo di misurazione e prova "Valigetta Rossa" in sintesi:
- tecnologia di misurazione calibrabile con tolleranze definite
- recipiente di prova delle emissioni riproducibile per il prelievo verificabile delle emissioni
- velocità dell'aria definita
- metodologia ripetibile e standardizzabile con condizioni quadro definite,
- fattori e i loro parametri, nonché una procedura descritta con precisione
2. Esame dell'effetto degli additivi minerali per letame (attivati tribomeccanicamente) sulla riduzione delle emissioni di NH³
2.1 Ipotesi della ricerca
Aggiungendo additivi al letame, basati su un mix di prodotti di diversi minerali argillosi, attivati tribomeccanicamente*, le emissioni di NH³ si riducono significativamente.
*Attivazione tribomeccanica (processo di polverizzazione):
L'attivazione tribomeccanica è un processo speciale di micronizzazione in cui le materie prime non vengono schiacciate, ma macinate. Le particelle vengono accelerate in modo molto forte dalle forze centrifughe. A causa di una deviazione tecnica della direzione del movimento, si scontrano tra loro e si frantumano da sole. In questo modo non c'è abrasione (come nei mulini a sfere), il materiale acquista un'elevata energia di base e mantiene la sua purezza. Cioè, questo processo non ha alcun effetto sulla composizione chimica della materia prima, al contrario - i reticoli cristallini rimangono e non vengono rotti. La carica elettrostatica, la superficie delle particelle e la capacità di scambio ionico subiscono un'ottimizzazione. L'intera superficie delle particelle viene notevolmente ingrandita, aumentando così la velocità di reazione o la capacità dei processi fisici ed elettrolitici.
2.2 Metodo di misurazione: "Potenziale di emissione di ammoniaca con la valigetta rossa" secondo il metodo dell'IG-Gesunde Gülle
La tecnologia di misurazione utilizzata, "Valigetta Rossa", è un sistema di aspirazione di campioni che utilizza un sensore elettrochimico di NH³. La concentrazione di ammoniaca può essere misurata in tempo reale con questa tecnica. Il controllo e la visualizzazione avvengono tramite PC. Una documentazione automatica della misurazione e la creazione del protocollo avvengono, tra l'altro, in formato PDF. Il valore di NH³ misurato (ppm) si basa sulla media delle 60 misurazioni singole dell'ultimo minuto di misurazione. Oltre ai sensori per la misurazione di NH³, è possibile rilevare e documentare elettronicamente contemporaneamente la temperatura del materiale da misurare e dell'aria di alimentazione (°C), nonché la portata volumetrica (l/h), la pressione atmosferica (hPa), l'umidità relativa (%) ogni secondo.
Vedere il lavoro scientifico di Anna-Maria Bissinger, capitolo 5.2.-5.3.
"Metodo di misurazione per la determinazione delle attuali emissioni di ammoniaca di diversi substrati con un'identificazione delle emissioni di NH³ scientificamente valida e verificabile con calibrazione permanente del sistema" II./3 Ricerca bibliografica e problematica
Al termine delle indagini si ottiene un cosiddetto protocollo delle emissioni di NH³. Il protocollo delle emissioni di NH³ costituisce la base di questo metodo di misurazione e test. Descrive la procedura standardizzata esatta e include tutti i parametri e i componenti definiti. I fattori come le condizioni ambientali e generali, che sono stati in gran parte già menzionati, sono lì stabiliti e definiti. Con l'uso di NH³-Stable-Mobile, i parametri sottolineati vengono registrati e documentati autonomamente. Se vengono utilizzate altre tecniche di misurazione, i valori devono essere registrati da dispositivi testati. Il seguente estratto dei parametri deve essere documentato e rispettato:
- Temperatura ambiente
- Umidità ambiente
- Pressione atmosferica
- Portata volumetrica misurata
- Valore di pH della sostanza
- Tipo e denominazione della tecnica di misurazione
- Misurazione a vuoto
- Prima calibrazione o misurazione di calibrazione prima di ogni serie di misurazioni
Questa documentazione è una parte importante per dimostrare il rispetto dei parametri definiti, per comprenderli e per garantire la comparabilità dei risultati di misurazione. Il protocollo delle emissioni di NH³ deve essere allegato a ogni risultato di misurazione del campione.
2.3 Allestimento sperimentale ed esecuzione di esperimenti in botte con additivi per letame
Prerequisito fondamentale: utilizzo del "letame appropriato":
- Omogeneizzazione mediante agitazione prima del prelievo
- non trattato
- valore di pH superiore a 7
- valore iniziale in ppm tra 40 e 80 AEP (potenziale di emissione di ammoniaca)
- temperatura: costante a max. 12°C durante l'intero esperimento
- nessuna esposizione diretta ai raggi solari sulle botti, questo falserebbe i risultati
- misurazione simultanea di altri parametri come ammonio, azoto totale, rapporto C/N, ecc.
2.3.1 Diverse ricette
Sono state testate ricette di additivi per liquame a base puramente minerale e attivati tribomeccanicamente dei marchi KALKMEISTER e STEINKRAFT. I rapporti di miscelazione erano diversi in ogni ricetta.
Ricetta n. 1
Ricetta n. 2
Ricetta n. 3
Ricetta n. 4
Il liquame è stato riempito in fusti da 60 litri. In ogni fusto sono stati versati 50 litri di liquame.
2.3.2 Allestimento sperimentale
Ø 1 fusto di controllo con liquame non trattato e 1 fusto di liquame con il rispettivo additivo per liquame
Ø Il rapporto di miscelazione corrispondeva a 15 kg di additivo per liquame per m³ di liquame. Su questa base, il rispettivo additivo per liquame è stato mescolato nei fusti.
Ø I fusti di liquame sono stati collocati in un luogo dove la temperatura era costante (max. 12 gradi Celsius) e non erano esposti alla luce solare.
Misurazione 0: Tutti i fusti omogeneizzati non trattati esistenti sono stati misurati prima del trattamento. Ciò ha confermato l'uguaglianza dei liquami presenti.
1a misurazione: dopo 30 ore
2a misurazione: dopo 10 giorni
3a misurazione: dopo 14 giorni
Tutti i fusti sono stati brevemente agitati prima di ogni misurazione e prima della rimozione del liquame. Ogni misurazione è stata eseguita due volte per confermare la correttezza dei risultati. Se una misurazione deviava, è stata eseguita una misurazione ripetuta.
Per l'analisi statistica è stata utilizzata la media.
La temperatura del liquame durante la misurazione è sempre stata di 20 (+/-0,5) gradi Celsius (riscaldata nel microonde o a bagnomaria). Il fusto non trattato è stato utilizzato come misurazione di controllo ad ogni misurazione.
3. Risultati
3.1. Rappresentazione tabellare dei risultati
3.2. Rappresentazione grafica dei risultati
3.3 Descrizione verbale dei risultati
Lo studio attuale ha dimostrato che tutti gli additivi per liquame testati raggiungono un'elevata fissazione di NH³. Due delle quattro ricette esaminate hanno ottenuto risultati particolarmente buoni in questo test a lungo termine (dopo 14 giorni) con una fissazione di NH³ dal 33,63% al 36,91%. Riduzioni superiori al 30% sono generalmente considerate eccezionali. È degno di nota che è stata riscontrata una diminuzione dell'AEP con lo stesso pH. Inoltre, il liquame è stato molto omogeneo per tutto il periodo di studio e ha mostrato un'elevata fluidità. Va anche menzionato positivamente il fatto che gli additivi legano anche i nutrienti organici del liquame.
Come riscontrato in studi precedenti, anche in questo studio si conferma che gli additivi reagiscono relativamente rapidamente. Già dopo 30 ore si registrano fissazioni di NH³ dal 9,96% al 25,03%. Il massimo della fissazione di NH³ si osserva tuttavia dopo 14 giorni.
Per contestualizzare meglio i risultati presentati, va notato che una riduzione del valore di NH³ di circa
Ø 20% = è da considerarsi un buon risultato
Ø 30% e oltre = è un risultato eccezionale
Nelle indagini, tutte le miscele hanno reagito positivamente. In particolare, due miscele si sono dimostrate particolarmente reattive ed efficaci nel test a lungo termine per quanto riguarda la fissazione di NH³:
Ø Ricetta n. 1: KALKMEISTER N-Fix / STEINKRAFT Güllekraft N-Fix
Ø Ricetta n. 2: STEINKRAFT Güllekraft N-Fix Humin
In entrambe le ricette sono state riscontrate riduzioni significative di NH³ in tutti i periodi di indagine, fino a oltre il 30%. Il valore massimo è stato misurato dopo circa 14 giorni.
4. Conclusione
Sono stati testati additivi per liquame che contribuiscono tutti in modo molto buono o eccezionale alla riduzione di NH³, fissando la degassificazione dal liquame. Ciò implica che l'emissione di NH³ dovuta alla distribuzione del liquame è stata ridotta fino al 30% e oltre. L'inquinante atmosferico viene quindi significativamente ridotto.
Due prodotti si sono dimostrati particolarmente convincenti nello studio:
- KALKMEISTER N-Fix / STEINKRAFT Güllekraft N-Fix
- STEINKRAFT Güllekraft N-Fix Humin
L'incorporazione di additivi minerali prima dell'applicazione del liquame offre ulteriori vantaggi per l'agricoltura:
- La distribuzione del liquame avviene con l'apporto di nutrienti e oligoelementi aggiuntivi necessari (= 1 operazione).
- L'odore nell'ambiente è fortemente ridotto.
- Il liquame trattato contiene meno sali, non ha un effetto corrosivo sulle piante, il che è particolarmente prezioso quando viene applicato sui prati.
- Le striature di liquame nelle tubazioni di trascinamento sono meglio elaborate con il liquame trattato e quindi causano meno contaminazione nel foraggio.
- Il miglioramento del foraggio per il pascolo in termini di quantità di erba e qualità è significativo.
- Il liquame trattato contiene meno sostanze putrefattive. Tutto ciò che marcisce e puzza non è buono per l'uomo e per la vita nel suolo.
- Gli additivi sono minerali naturali, disponibili in quantità sufficienti.
- Attraverso l'applicazione sul campo, possono persino riportare permanentemente CO2 nel suolo aumentando la biomassa (formazione di humus).
5. Raccomandazione:
Possiamo solo raccomandare l'uso degli additivi testati in termini di potenziale di fissazione di NH³, ma anche per il loro effetto positivo nel terreno.
A tutti i depositi/trattatori raccomandiamo di aggiungere l'additivo circa 14 giorni prima dell'applicazione e di agitare il liquame prima dell'applicazione, poiché altrimenti i processi anaerobici potrebbero ristabilirsi, a seconda della gravità o dello stato avanzato della putrefazione iniziale del liquame.
Da studi precedenti sappiamo che il valore di ppm del liquame può essere ridotto in anticipo attraverso l'alimentazione e l'igiene della stalla (lettiera). Ciò lo rende più stabile e i processi di putrefazione possono stabilirsi in misura minore. In generale, raccomandiamo inoltre di "muovere" il liquame per contrastare la pressione di putrefazione in modo naturale.
Attraverso gli additivi per liquame a base minerale e attivati tribomeccanicamente testati in questa indagine, si ottiene contemporaneamente:
§ nel caso dell'additivo per liquame basato principalmente sulla calce (KALKMEISTER N-Fix / STEINKRAFT Güllekraft N-fix) viene supportata la calcinazione dei terreni
§ nel caso dell'additivo per liquame basato principalmente sulla miscela di zeolite e leonardite (STEINKRAFT Güllekraft N-Fix Humin) viene dato un prezioso contributo alla dringendamente necessaria formazione di humus
§ gli additivi testati dei marchi KALKMEISTER e STEINKRAFT favoriscono anche nel terreno l'attivazione della microbiologia e la formazione di humus, contribuendo così in modo prezioso alla rivitalizzazione dei terreni
Il dosaggio di circa 15-20 kg per m³ di liquame rende questa variante potente e naturale di trattamento del liquame anche economicamente interessante e ha il potenziale di mettere in discussione il dogma dell'applicazione superficiale.
In sintesi, va notato che in questa indagine abbiamo ottenuto più di semplici indicazioni sull'effetto positivo degli additivi mineralogici per la fissazione di NH³ nel liquame e che il loro uso è già oggi sensato.
Questo ci ha incoraggiato a documentare gli additivi per liquame in altri campi di applicazione, come ad esempio negli impianti di biogas.
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