Recupero dei residui di mais, soluzioni meccaniche disponibili

In un’ottica di economia circolare e sostenibilità ambientale in agricoltura, il recupero di residui delle colture erbacee è un tema strategico e ricco di opportunità anche per la competitività delle filiere agro-alimentari. I residui del mais, ad esempio, per produttività e qualità della biomassa, possono essere interessanti sia per la stessa filiera zootecnica (lettiera o foraggio) piuttosto che in quella energetica (biometano). Per questo il progetto “Mais100%” (http://mais100.it), Gruppo Operativo finanziato dalla misura 16 del Psr di Regione Lombardia, si pone l’obiettivo di sperimentare diversi cantieri innovativi di raccolta degli stocchi di mais (da pastone o da granella) e valutarne le prestazioni, l’economicità e la qualità della biomassa in relazione alla destinazione finale.

Le soluzioni tecniche delle prove Mais100%

Tranne qualche eccezione, allo stato attuale non sono disponibili sul mercato italiano macchine operatrici specifiche per il recupero degli stocchi del mais. Al contrario, su altri mercati (tedesco e statunitense in particolare) sono già disponibili alcune soluzioni, sebbene vada tenuto conto come i residui del mais coltivato in quegli areali (essenzialmente per granella vitrea) presentino caratteristiche differenti rispetto ai nostri mais (da pastone/granella). Considerata la diffusione di questa produzione nelle nostre aziende cerealicolo-zootecniche e la diffusione degli impianti di biogas/biometano negli stessi areali, lo sviluppo di una meccanizzazione specifica ed appropriata è motivo di grande interesse.

Oggi, le soluzioni applicabili per la raccolta degli stocchi sono mutuate da altre linee produttive con cantieri di lavoro che si differenziano per eseguire l’operazione in un solo passaggio (raccolta-trinciatura diretta del residuo) piuttosto che in due (o più) passaggi.

La raccolta in un unico passaggio prevede l’impiego di una trincia-caricatrice, equipaggiata con testate specifiche o adattate al taglio e recupero degli stocchi e dei residui verdi, subito a seguire la raccolta del prodotto principale (pastone o granella). La raccolta in più passaggi, invece, prevede operazioni preparatorie di trinciatura e andanatura dei residui (stocchi, tutoli e brattee così come lasciati in campo dopo la raccolta della granella e/o pastone), a cui seguirà la vera e propria raccolta-trinciatura della biomassa andanata.

La trinciatura e l’andanatura, in particolare, si eseguono già ordinariamente utilizzando trinciastocchi e ranghinatore, comunemente presenti nel parco macchine delle aziende maidicole-zootecniche, a cui segue una imballatura del residuo secco per un utilizzo come lettiera. Invece, con la messa a punto di soluzioni innovative, si raccoglie tempestivamente il residuo verde che, una volta insilato, può essere destinato a foraggio o biogas/biometano. Tali soluzioni prevedono l’impiego di trinciastocchi-andanatori, con cui si può eliminare un passaggio in campo e ottenere una prima grossolana trinciatura del residuo. Le andane, quindi, possono essere tempestivamente raccolte da una trinciatrice semovente equipaggiata con testata di raccolta da foraggio semi-affienato (pick-up). In alternativa alle semoventi con pick-up, è valutabile l’impiego di carri auto-caricanti muniti di dispositivi di taglio.

Un’altra possibilità, tanto interessante quanto difficoltosa vista la scarsa reperibilità in Italia, è l’adozione di testate spannocchiatrici dotate di rotori trinciastocchi sotto gli organi mungitori e di dispositivo andanatatore. In questo caso vengono eliminati i passaggi preparatori e il residuo risulta già pronto per la fase di raccolta.

Prove di campo e primi risultati ottenuti

Il primo anno di test sperimentali si è svolto, tra l’inizio di settembre e la prima metà di ottobre 2020, in quattro aziende cerealicolo-zootecniche nelle province di Cremona, Lodi e Milano.

Il Cantiere B1 è stato testato a settembre su un’estensione complessiva di 11ha a mais di 1^a semina per pastone integrale (alimentazione di bovini da latte). I Cantieri A e B2, invece, sono stati testati e replicati in settembre (su 11 ha) e in ottobre (su 5 ha), sia su mais di 1^a che di 2^a semina per pastone di granella umida (alimentazione di suini).

Prima dell’avvio dei test, ai fini delle valutazioni tecnico-economiche, sono state raccolte le informazioni di dettaglio sul parco macchine di ogni azienda e sui campi sperimentali (tipologia di accesso, distanza da stoccaggio ecc.). Questi ultimi, in particolare, sono stati selezionati per la regolarità della forma e superficie (mediamente 3 ha).

Durante il test, per ogni cantiere sono stati rilevati: tempo totale di lavoro; tutti gli eventuali tempi addizionali (preparazione e manutenzione in campo, lavoro effettivo, svolte, rifornimento, tempi morti, tempi di riposo, ecc.); consumo di gasolio (con rabbocco del serbatoio a fine prova); perdite meccaniche con pesate a campione dei residui lasciati a terra sia all’interno delle “ormaie” impresse dal passaggio delle macchine di raccolta della granella, sia all’esterno ovvero su superfici estranee al calpestamento.

Per i mezzi utilizzati nel conferimento in trincea, sono stati misurati tutti i tempi della sequenza di lavoro: attesa a bordo campo, carico, trasferimento appezzamento-trincea e viceversa.

Infine, tutti i dati raccolti in ciascuna prova sono stati elaborati in un modello di calcolo appositamente realizzato per quantificare le prestazioni operative ed economiche di ciascuna macchina e del cantiere nel complesso.

Occorre sottolineare come, dopo un solo anno di prova, i risultati ottenuti (tabelle 1 e 2) siano da considerarsi come prime indicazioni preliminari. La durata triennale del progetto permetterà di ottenere riscontri più consolidati e generalizzabili a vantaggio di tutto il settore maidicolo-zootecnico. Le rese complessive di residui (t/ha SS) sono state calcolate sommando le masse conferite in trincea e le perdite stimate con campionatura.

Tab. 1 – Risultati ottenuti nel cantiere a due passaggi (anno 2020). I range riportati si riferiscono a prove sperimentali eseguite in condizioni operative diverse

Il Cantiere A, sebbene penalizzato nei tempi a causa del doppio passaggio, presenta una interessante capacità di lavoro. Le ridotte perdite meccaniche, riconducibili alla parte più minuta dei residui sul fondo dell’andana e alla necessità di operare con altezza dal suolo tale da ridurre l’imbrattamento di terra, sono associate (probabilmente per via del terreno piuttosto secco nel momento della trincia-andanatura) all’elevata polverosità delle andane che certamente influisce, oltre che sulla qualità del sottoprodotto insilato, anche sull’usura degli organi trincianti della semovente.

Il Cantiere B1 presenta una buona capacità di lavoro in relazione sia alla buona velocità di avanzamento (mediamente 7,5 km/h), sia alla larghezza di lavoro della testata. Le prestazioni mostrano tuttavia una variabilità ampia, causata probabilmente sia dalle diverse condizioni di lavoro che, in qualche caso, da tempi addizionali piuttosto elevati. Di contro, si registrano le maggiori perdite meccaniche, dovute essenzialmente alla difficoltà di raccogliere i residui calpestati (o piegati in avanti) durante la raccolta della granella; anche nel caso della barra “whole crop”, è importante l’altezza dal suolo per evitare inquinamento da terra o l’eventuale raccolta di sassi.

Il Cantiere B2 risulta essere il meno performante a causa della ridotta velocità media di avanzamento (4,0 km/h) e della particolare attenzione nella conduzione per evitare malfunzionamenti o arresti indesiderati, essendo stato progettato per operare su stocchi con ridotta umidità (produzione di granella vitrea) e di dimensioni mediamente contenute. Molto positivo il contenimento delle perdite meccaniche che risultano significativamente più basse rispetto alle altre soluzioni.

Tab. 2 – Risultati ottenuti nei due cantieri a un passaggio (anno 2020). I range riportati si riferiscono a prove sperimentali eseguite in condizioni operative diverse

Criticità e possibili azioni migliorative

L’umidità dei residui dopo la raccolta della granella si riduce rapidamente, rendendo più difficoltoso sia il compattamento all’insilamento in trincea, sia la degradazione microbiologica. Risulta quindi consigliabile scegliere varietà con elevato stay-green, associando trattamenti anticrittogamici in fioritura, per prolungare la finestra utile di raccolta. Inoltre, il recupero dei residui deve avvenire il più velocemente possibile, contestualmente alla raccolta della granella quindi i due cantieri (granella e residuo), dovrebbero avere capacità analoghe. Tutte le soluzioni provate, però, oltre a capacità di lavoro moderate, denotano una variabilità non trascurabile nell’incidenza dei residui non raccolti.

Una quota di queste perdite è dovuta all’azione dei mungitori della spannocchiatrice che, durante il trascinamento, danneggiano la parte superiore del culmo rendendola più difficoltosa da raccogliere. Per ovviare a questo, la trebbiatura deve essere eseguita alla maggiore altezza possibile (indicativamente 70–80 cm da terra). Inoltre, per meglio intercettare i culmi reclinati, è utile procedere con senso di marcia opposto a quello di trebbiatura.

Senz’altro più cospicua, però, è la perdita di residui per calpestamento della trebbia/pastonatrice e dei mezzi di trasporto della granella, qualora i loro percorsi non siano rigorosamente predefiniti. Oltre a questo è utile sottolineare come all’aumentare del numero di file della spannocchiatrice, si riduca sensibilmente l’incidenza dell’area di calpestamento rispetto al fronte di lavoro.

Per quanto riguarda il cantiere a due passaggi, invece, è consigliabile aumentare leggermente l’altezza di lavoro del trinciastocchi, ridurre la velocità del rotore e adottare utensili che riducano la depressione all’interno del carter, così da ridurre la polverosità.

Le indicazioni dopo un anno di test

Dopo un anno di test in campo dai primi risultati ottenuti, sebbene provvisori, si possono trarre alcune interessanti indicazioni. La tempestività di intervento e capacità di lavoro sono associate alle maggiori perdite di residuo. Per questo, il cantiere migliore deve garantire un buon compromesso tra capacità operativa (ha/h) e contenimento delle perdite di residuo non raccolto, così che il costo per unità di massa insilata (€/t di SS) sia il minore possibile.

Trattandosi di tecniche innovative, un buon livello di efficienza nel recupero del residuo di mais dipende molto, oltre che dall’affidabilità del cantiere, anche dalla messa a punto dei dettagli operativi.

Infine, tra le soluzioni testate, alcune sembrano più indicate per operare su stocchi più secchi, derivati dalla produzione del pastone di granella umida (Cantiere B), piuttosto che su residui più umidi derivati dalla produzione di pastoni integrali.

I diversi cantieri di raccolta del progetto Mais 100% 

Nel progetto mais 100% sono messi a confronto diversi cantieri di raccolta:
Cantiere A: cantiere a più passaggi formato da trattrice accoppiata a trinciastocchi-andanatore (larghezza: 4,8 m) (passaggio 1) e da trincia-caricatrice con testata pick-up (passaggio 2).

Cantiere B1: cantiere ad unico passaggio in cui la trincia-caricatrice semovente è accoppiata a una testata di taglio diretto “whole crop” (larghezza: 6,1 m), di norma impiegata nella raccolta integrale di cereali a maturazione cerosa ed erbai.

Cantiere B2: cantiere ad unico passaggio in cui la trincia-caricatrice semovente è
dotata di testata trinciante flottante (larghezza: 5,0 m), innovativa per il mercato
italiano e specifica per la raccolta dei residui di mais. Un rotore a mazze trincia grossolanamente il residuo e lo avvia alla trincia; la testata presenta un sistema di pulizia a maglie e paratia mobile che, generando un effetto “aspirapolvere”, riduce l’imbrattamento di terra sulla biomassa.
A tutte le soluzioni è associato un cantiere di conferimento, formato da dumper accoppiati a trattrici, adeguatamente dimensionato per volumi e numero di mezzi.

Caratteristiche qualitative dei residui di mais

La caratterizzazione qualitativa di campioni, freschi e dopo insilamento, dei residui di mais delle quattro aziende “Mais 100%”, è stata eseguita da FCSR - Fondazione CRPA Studi Ricerche.

Nel 2020 i materiali sono risultati piuttosto variegati, soprattutto per sostanza secca (tra il 23% e 45%), in funzione sia della maturazione delle piante che del tempo intercorso tra la raccolta del prodotto principale (pastone/granella) e quella dei residui. Anche le ceneri hanno mostrato una variabilità ampia, tra il 6 ed il 12% sulla s.s., coi valori più alti per il cantiere A -  trinciastocchi-andanatore.

Dal confronto con altre biomasse impiegate in zootecnia e/o in impianti biogas, nei residui di mais risulta più elevata la componente lignocellulosica (cellulosa, emicellulosa, lignina) rispetto, ad esempio, sia al trinciato di cereali autunno-vernini che di sorgo da biomassa. Inoltre, rispetto al trinciato integrale di mais, il contenuto di amido risulta decisamente ridotto poiché nei residui è assente la granella.

A livello fermentativo i campioni insilati hanno dimostrato buona capacità di acidificazione, con pH vicino o inferiore a 4. Anche i valori del Potenziale Biochimico Metanigeno (BMP di laboratorio) sono variati a seconda della qualità dei residui raccolti: materiali non troppo maturi e ben insilati, ad esempio, hanno mostrato produzioni di 300-320 nm³CH₄/t di solidi volatili. Il processo di insilamento, quando è ben condotto e il residuo è ben compattato, incrementa in modo significativo i valori della produzione di metano. Infatti, la degradabilità è risultata inferiore al 70% nei materiali freschi e sempre superiore negli insilati ad eccezione dei residui più ‘maturi’, poiché più secchi e lignificati.