Caratteristiche delle materie prime e HQ – ORBP PROGETTO RESAFE “INNOVATIVE FERTILIZER FROM URBAN WASTE, BIO-CHAR AND FARM RESIDUES AS SUBSTITUTE OF CHEMICAL FERTILIZERS” Caratteristiche delle materie prime e HQ – ORBP (high quality organic matter based products) Alice Dall’Ara – ENEA SSPT-PROMAS - TEMAF Laboratorio TEcnologie dei MAteriali Faenza Worshop RESAFE «Risultati finali» Faenza 14 dicembre 2015 Correggi Ferilizer, seconda riga LIFE12 ENV/IT/356 RESAFE

LIFE12 ENV/IT/356 RESAFE M&M: Materie prime I materiali organici selezionati per le prove di laboratorio e pilota sono: UOW, frazione organica dei rifiuti urbani; in Spagna e in Italia, questi materiali (ES-UOW e IT-UOW) erano stati precedentemente sottoposti ad un processo di compostaggio industriale. FOR, residui organici agricoli (ES-FOR, IT-FOR e CY-FOR); materiale è considerato "labile“ e ad alto contenuto di azoto. Bio-char (ES-BC, e IT-BC), materiale ottenuto da un processo di pirolisi di biomasse, è molto stabile e biocompatibile. Criteri di selezione Per la produzione dell’HQ-ORBP (High Quality Organic Matter Based Product) nelle categorie UOW-FOR-BIOCHAR: Contenuto di sostanza organica e stabilità, Contenuto di nutrienti e salinità, Attività biologica per cicli del C, N e P, Disponibilità locale

M&M: Materie prime LIFE12 ENV/IT/356 RESAFE Compost: prodotto ricco di sostanza organica che migliora la struttura del suolo. Ha un basso contenuto di nutrienti resi disponibili nel lungo periodo. Pollina: tra le deiezioni animali è la più ricca di nutrienti, ha difficoltà ad essere utilizzata direttamente per problemi legati alla salinità e alla fitotossicità. Bio-Char: prodotto ottenuto dalla pirolisi di biomasse; viene utilizzato per immagazzinare carbonio nel suolo e assorbire parte delle emissioni di gas a effetto serra (metano, N2O, ecc.). Immobilizza i nutrienti e potrebbe entrare in competizione con l’assorbimento degli stessi da parte delle piante. 

M&M: Monitoraggio Tecniche analitiche: Organizzazione dati: LIFE12 ENV/IT/356 RESAFE M&M: Monitoraggio Tecniche analitiche: Parametri fisico-chimici e chimici (pH, salinità, umidità, ceneri; Carbonio: TC, TOC, Carbonio solubile; Azoto: N totale e N solubile; macro e micronutrienti) Parametri microbiologici e biochimici (Respirazione microbica e attività enzimatica); Monitoraggio HSI, Correlato con alcuni dei parametri chimico-fisici. Ecocompatibilità (metalli pesanti, ..) Analisi termogravimetriche Analisi XRD Caratterizzazione al SEM Fitotossicità (Indice di germinazione, ..) Aspetti igienico-sanitari (Salmonella, ..) Organizzazione dati: DATA CHARTS WEB SITE, una metodologia per monitorare risultati Correlated invece di “with correlation”

Materie prime selezionate LIFE12 ENV/IT/356 RESAFE Italia Spagna Cipro

Materie prime selezionate LIFE12 ENV/IT/356 RESAFE Materie prime selezionate L’attività β-glucosidasica è stata determinata con il metodo di Tabatabai (1982) e Eivazi & Tabatabai (1988), CE 3.2.1.21 Essi danno indicazioni diverse. Per CY UOW alta attività enzimatica, bassa salinità Tranne per il Bio-char, le materie prime risultano essere attive da un punto di vista microbico

M&M: Test in scala di laboratorio LIFE12 ENV/IT/356 RESAFE M&M: Test in scala di laboratorio Compost Fertilizzante di controllo Pollina UF Compost BIOTRATTAMENTO FERTILIZZANTE DI ALTA QUALITÀ Pollina UFV Compost BIOTRATTAMENTO FERTILIZZANTE DI ALTA QUALITÀ Pollina BIO-CHAR UFVB Produzione di HQ-ORBP a scala di laboratorio: diversi percorsi investigati

M&M: Test in scala pilota LIFE12 ENV/IT/356 RESAFE M&M: Test in scala pilota Processo statico con aerazione naturale di una miscela di compost, pollina e bio-char, coadiuvato da preparati complessi con attività biologica secondo un procedimento brevettato a livello Europeo da Amek scrl e CTI (EP 1314710).

Produzione in scala pilota in Italia: protocollo LIFE12 ENV/IT/356 RESAFE Produzione in scala pilota in Italia: protocollo Per la realizzazione dell’impianto pilota è stata definita la seguente ricetta: 1 tonnellata di FOR (pollina) + 1 tonnellata di UOW (compost da rifiuti urbani organici) + 0,2 tonnellate di biochar. È stato aggiunto il VAP (mix di principi attivi vegetali descritto prima) nel quantitativo di 33kg/pile. VAP era coperto con una miscela di pollina, compost e bio carattere. Ogni pile nella parte esterna è stato coperto da uno strato di compost caratterizzato dalla struttura più fine di pollina in modo da evitare perdite di acqua e traspirabilità. I tre pile sono stati coperti con un tunnel di plastica per mantenere l'umidità all'interno e una temperatura elevata durante l'inverno.

Monitoraggio della temperatura LIFE12 ENV/IT/356 RESAFE Monitoraggio della temperatura La temperatura all’interno dei pile aumentata durante i primi dieci giorni da 30 fino a 58 °C. La temperatura, alla profondità di 90 cm, era superiore a 50 °C fino alla fine di dicembre ed è gradualmente diminuita sino a 40 ° C al termine della maturazione del compost.

(µmol PNF g-1 dry soil h-1) LIFE12 ENV/IT/356 RESAFE Caratteristiche materie prime 1 IT-UOW IT-FOR IT-BIOCHAR Umidità % 26,95 24,51 ---- pH (Extract 1:10) 8,40 6,59 10,79 C.E. (Extract 1:10) 3,95 6,8 2,75 Carbonio Totale (g/100g) 23,15 32,65 79,19 N tot (g/100g) 2,03 5,03 0,84 Carbonio Solubile % 0,55 0,83 0,61 N Solubile % 0,42 1,49 1,04 Accumulative Respiration (mgC-CO² kg-1 soil) 10282,12 103313,69 2812,73 β-Glucosidasi (µmol PNF g-1 dry soil h-1) 8,01 Fosfatasi (µmol INTF g-1 h-1) 138,02 195,96 Si nota un’alta variabilità di C e N solubile in acqua. Ovviamente, il Bio-char è il materiale con valori più bassi per questi parametri. Sia P e K mostrano valori non troppo elevati. Tuttavia, i materiali organici contengono micronutrienti e oligoelementi in abbondanza (in particolare Fe, Al, Mg, Mn, Ca, ...), caratteristica molto importante per l'agricoltura. Tutti i valori dei metalli pesanti rientrano negli intervalli che possono essere considerati "normali”.

Caratteristiche materie prime 2 LIFE12 ENV/IT/356 RESAFE Caratteristiche materie prime 2 Al (g/100g) As (mg/kg) Be (mg/kg) Bi (mg/kg) B (mg/kg) Ca (g/100g) IT-UOW 0,04 0,00 1,50 35,02 1,67 IT-FOR 12,90 34,18 8,29 IT-BIOCHAR 2,99 38,34 5,91 Cd (mg/kg) Co (mg/Kg) Cr (mg/kg) Cu (mg/kg) Fe (g/100g) K (g/100g) 3,76 3,93 18,39 0,08 1,02 0,48 336,48 90,96 0,40 1,45 0,24 9,60 45,88 0,06 2,23 Li (mg/kg) Mg (g/100g) Mn (mg/kg) Mo (mg/kg) Na (g/100g) Ni (mg/kg) 4,78 2512,32 4,74 0,01 2,79 14,30 0,70 345,32 1,65 16,96 0,56 412,44 5,11 0,13 4,65 Pb (mg/kg) P (g/100g) Rb (mg/kg) Sb (mg/kg) Se (mg/kg) S (g/100g) 3,83 0,26 24,81 1,97 32,46 25,54 26,40 0,38 0,39 2,42 19,73 1,47 Sr (mg/kg) Ti (mg/kg) Tl (mg/Kg) V (mg/kg) Zn (mg/kg)   61,86 9,91 21,49 221,73 291,46 143,40 22,85 18,55 174,95 51,86 10,25 15,86 5,67 385,43

Caratteristiche dei fertilizzanti finali HQ-ORBP LIFE12 ENV/IT/356 RESAFE Caratteristiche dei fertilizzanti finali HQ-ORBP Parametri Unità mix P1 mix P2 mix P3 pH   9,29 9,22 9,26 Umidità % 45,48 37,09 nd C.E. mS/cm 4,21 4,60 4,41 TC g/100g 23,97 24,31 24,14 TC solubile 1,87 2,06 1,96 TN 3,20 3,30 3,25 TN solubile 0,54 0,58 0,56 N-NH4 mg/kg 4.095,23 3.017,86 β-Glucosidasi µmol PNF g-1 dry soil h-1 6,29 11,07 8,68 Fosfatasi µmol INTF g-1 h-1 84,66 94,00 89,33 P 0,69 0,52 0,60 K 1,21 0,93 1,07 Mg 0,43 0,31 0,37 Ca 4,22 3,93 4,07 Cu 40,49 59,66 Zn 189,92 142,20 166,06 Na 0,16 0,12 0,14 Fe 0,28 0,21 Mn 361,31 260,81 311,06 contenuto NPK, più bassi rispetto a scala LAB. Micronutrienti: i materiali organici utilizzati contengono anche micronutrienti.

Valutazione della salinità LIFE12 ENV/IT/356 RESAFE Risultati: salinità Alta Moderata Bassa Valutazione della salinità Trend di salinità, espressa come conducibilità elettrica, durante la produzione HQ-ORBP una lenta riduzione continuativa per UFVB, con lievi differenze finali... senza perdite

Risultati:Macro/micronutrienti LIFE12 ENV/IT/356 RESAFE Risultati:Macro/micronutrienti Parameter Unit UF ds UFV UFVB P g/100g 1.02 0.22 0.94 0.27 0.91 0.25 K 2.00 0.19 1.89 1.78 0.33 Mg 0.65 0.11 0.64 0.09 0.67 0.10 Zn mg/kg 281.07 51.99 295.64 87.92 276.31 65.16 Cu 72.70 13.16 75.09 11.40 82.95 19.56 Mn 432.00 182.94 433.59 194.10 441.45 207.13 Ca 9.11 2.48 8.34 1.88 8.81 1.77 Na 0.29 0.04 0.30 0.05 0.06 Concentrazione media di macro e micronutrienti nei campioni considerati P K Na più basso rispetto al K

Risultati: analisi al SEM LIFE12 ENV/IT/356 RESAFE Risultati: analisi al SEM UFV T0 UFV B Analysis SEMQuant results

Risultati: Analisi XRD LIFE12 ENV/IT/356 RESAFE Risultati: Analisi XRD Le principali fasi cristallografiche di pattern XRD sono: Calcite, silice e struvite in tempi finali Calcite Silica Struvite XRD for IT-SAMPLES UFVB-5050-3 T60 Contributi amorfi a circa 20

Le principali fasi cristallografiche LIFE12 ENV/IT/356 RESAFE Le principali fasi cristallografiche Samples   IT-UFV-6040 T0 Calcite Silica X IT-UFVB-6040 T0 IT-UFV-6040 T20 IT-UFVB-6040 T20 IT-UFV-6040 1,2 T40 Struvite IT-UFVB-6040 1,2 T40 IT-UFV-6040 1 T60 IT-UFV-6040 2 T60 IT-UFV-6040 3 T60 IT-UFVB-6040 1 T60 IT-UFVB-6040 2 T60 IT-UFVB-6040 3 T60 Presenza di Struvite dopo 40 giorni (NH4)MgPO4·6(H2O) Struvite è un fertilizzante NP N-lento rilascio

LIFE12 ENV/IT/356 RESAFE Conclusioni Le analisi effettuate sull’impianto pilota, durante il processo di stabilizzazione, hanno mostrato che: Miscele adeguate di materie organiche sono state sottoposte al processo di stabilizzazione: statica, senza aerazione e senza umidità. Questo ha permesso l’igienizzazione delle miscele organiche, dato il raggiungimento di temperature elevate (60-65ºC durante alcune giornate). In tutti i fertilizzanti analizzati, dopo la stabilizzazione, è diminuito il contenuto di C organico. Questo potrebbe essere dovuto ad un processo di mineralizzazione. Alla fine, i vari prodotti organici ottenuti possono essere considerati come buon ammendanti organici. I fertilizzanti ottenuti risultano avere un buon contenuto in macro e micronutrienti. Inoltre, il contenuto di metalli pesanti nella norma. Il processo di stabilizzazione ha aumentato l’attività biochimica dei prodotti biologici (più attività fosfatasi e b-glucosidasi). Inoltre, il processo di stabilizzazione descritto ha aumentato la capacità biostimolante dei fertilizzanti ottenuti. La miscela PAV aggiunta (principi attivi vegetali) è risultata essere “idonea" per essere miscelata ai nuovi fertilizzanti organici ottenuti nell’ambito del progetto; la sua presenza rende il processo di bio-ossidazione più omogeneo rispetto ai campioni che non lo contengono. L’indice di germinazione evidenzia che, grazie alla stabilizzazione della materia organica, si ha la scomparsa di sostanze fitotossiche. La qualità finale dei fertilizzanti ottenuti è riconducibile alla presenza di sostanza organica ed elementi essenziali per la crescita delle piante, in una nuovo filone permettendo di classificare i prodotti ottenuti come "fertilizzanti micronutrienti-fortificati“

LIFE12 ENV/IT/356 RESAFE Conclusioni I fertilizzanti HQ-ORBPs mostrano –riferimento ai «risultati attesi»: un alto contenuto organico, base per: Aumento della capacità di acqua disponibile, Miglioramento della disponibilità dei nutrienti per le piante, Ripristino della struttura del terreno, Riduzione al minimo del rischio di erosione del suolo. Differente grado di stabilità della materia organica del suolo, fondamentale anche per la microflora, l'ottimizzazione del rendimento enzimatico Macronutrienti ed elementi essenziali, come nei concimi complessi Valori di salinità assoluti da 2-4 mS/cm, tra salinità moderata e bassa L'imaging iperspettrale è stata applicata con successo, dimostrando la possibilità di seguire il processo di polimerizzazione del fertilizzante innovativo attraverso una tecnica veloce e non distruttiva. Ricetta per impianto pilota e applicazione in campo: UOW:FOR = 50:50, 60:40,70:30

LIFE12 ENV/IT/356 RESAFE Conclusioni Si nota una riduzione dell’ N solubile a partire da t=40 giorni, senza riduzione del contenuto di N, correlabile alla forma meno mobile, ad esempio quella cristallizzata. Inoltre, l'attività collegata al ciclo del C diminuisce dopo 40 giorni, probabilmente per la formazione di molecole più stabili e meno digeribili, con minore impatto olfattivo. I "meccanismi di prevenzione" di solito applicati si basano sulla formazione di struvite (H16MgNO10P (NH4)MgPO4·6(H2O)). La Struvite è considerata un «serbatoio» di azoto e fosforo.

by Lorenzo Moretti – ENEA DATA CHARTS WEB SITE A smart way to monitoring the results GO TO WEB http://amb.bologna.enea.it/liferesafedata by Lorenzo Moretti – ENEA SSPT-SSPT-MET-ISPREV Lab. Ingegneria Sismica e Prevenzione Rischi Naturali

zoom, hide/show element, view data, copy data, export charts, … Data Chart Web Site zoom, hide/show element, view data, copy data, export charts, …

view images and files inside the chart Data Chart Web Site view images and files inside the chart

Data Chart Web Site smartphone tablet

Contesto Economia circolare (COM(2014) 398) LIFE12 ENV/IT/356 RESAFE Contesto Economia circolare (COM(2014) 398) Trasformare i rifiuti in una risorsa e ridurre al minimo l’uso di risorse, per la “chiusura del loop' La sostituzione dei concimi minerali è legata sia a riduzione di impatto ambientale che riduzione dell’uso delle risorse; il progetto si riconduce anche alla possibilità di riciclare il fosforo, in modo da ridurre l’uso di fosforo da risorse minerali vergini. EU 7th Environment Action Programme Ridurre la produzione di rifiuti, riutilizzare i rifiuti come materie prime per l'Unione, recuperare energia a partire da materiali non riciclabili e eliminare virtualmente la messa in discarica Direttiva 2008/98/CE “Rifiuti”

Grazie per l’attenzione e-mail: alice.dallara@enea.it LIFE12 ENV/IT/356 RESAFE Innovative fertilizer from urban waste, bio- char and farm residues as substitute of chemical fertilizers Grazie per l’attenzione Alice Dall’Ara ENEA SSPT-PTOMAS-TEMAF Laboratorio TEcnologie dei MAteriali Faenza Via Ravegnana, 186 48018 Faenza, Italia e-mail: alice.dallara@enea.it Faenza 14 dicembre 2015

Expected results The use of this innovative fertilizer will allow: LIFE12 ENV/IT/356 RESAFE The use of this innovative fertilizer will allow: A significant reduction in systematic utilization of chemical fertilizer (50%) A consistent improvement of soil health and fertility An increased availability of nitrogen and phosphorous for the plants This invece di the

Bio-trattamento adeguato LIFE12 ENV/IT/356 RESAFE Bio-trattamento adeguato Prodotto complesso a base vegetale con attività biologica, che viene aggiunto ad inizio processo (PAV). Brevettato dalla società Amek scrl in Europa (EP 1314710), applicabile alla biostabilizzazione e maturazione delle biomasse, per ridurne le emissioni maleodoranti. Tale prodotto complesso contiene enzimi e microrganismi (batteri e funghi) che intervengono nell’accelerazione della biostabilizzazione delle biomasse. “smelly” invece di smelling

M&M: Raccolta dei campioni LIFE12 ENV/IT/356 RESAFE M&M: Raccolta dei campioni I vari campioni sono stati raccolti nei seguenti tempi: t=0, 20, 40 e 60 giorni. E distribuiti ai vari beneficiari per le rispettive analisi. Perform invece di carry out

LIFE12 ENV/IT/356 RESAFE Risultati: carbonio Alto contenuto di carbonio organico, caratteristiche dei buoni ammendanti con tutte le funzioni Frazione solubile prontamente disponibile Costante per UF Per UFVB si nota un leggero calo*

Ulteriori passaggi Italia LIFE12 ENV/IT/356 RESAFE Ulteriori passaggi Italia Produzione di HQ-Fertilizzanti in scala di laboratorio Produzione di HQ-Fertilizzanti in scala pilota

Risultati: attività enzimatica LIFE12 ENV/IT/356 RESAFE Risultati: attività enzimatica β-glucosidasi, indicatore della trasformazione collegata al ciclo del C Due cinetiche diverse, in presenza o assenza del biotrattamento : In assenza di biotrattamento, per UF si nota un graduale abbassamento; Per UFV e UFVB, stabilità iniziale e forte calo tra i 20 e i 40 giorni

Risultati: respirazione microbica LIFE12 ENV/IT/356 RESAFE Risultati: respirazione microbica Risultati della respirazione microbica durante i 60 giorni Si nota una prima fase con un rallentamento dell'attività microbica (20 giorni) e successivamente una ripresa

Rifiuti organici urbani (Compost) IT-UOW M&M: Produzione in scala pilota in Italia Dimostrazione della produzione di HQ-ORBP (High Quality Organic Matter Based Product) in scala pilota LIFE12 ENV/IT/356 RESAFE I materiali utilizzati in Italia per la dimostrazione in scala pilota sono i medesimi di quella in scala di laboratorio: Bio-char IT-BC Rifiuti organici urbani (Compost) IT-UOW Residui organici agricoli (Pollina) IT-FOR Le analisi effettuate delle materie prime utilizzate negli impianti pilota sono: Umidità pH ed EC Carbonio e N totale e solubile Respirazione basale Attività enzimatica Macro e micronutrienti Indice di germinazione

Thank you for your attention LIFE12 ENV/IT/356 RESAFE Thank you for your attention Alice Dall’Ara alice.dallara@enea.it Faenza Technical Unit on Material Technologies

LIFE12 ENV/IT/356 RESAFE Risultati: Azoto I valori di azoto solubile mostrano un calo di circa il 30% dopo 40 giorni