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Utilizzo di sensori per analizzare la composizione di Liquami e Digestato

Uno studio dell'IFIP (Francia) ha confrontato 3 metodi di rilevamento basati sulla spettrometria con il metodo NIRS, sulla conduttività elettrica e sulla spettrometria a risonanza magnetica nucleare (NMR)...

3 Gennaio 2025
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In Francia vengono prodotti ogni anno più di 40 milioni di m³ di liquami provenienti da suini, bovini e pollame, di cui 17 milioni di m³ provengono dagli allevamenti di suini. Con oltre 1.700 unità in funzione entro la fine del 2023, la metanazione continua a svilupparsi e, di conseguenza, aumenta anche il volume di digestato prodotto. La fertilizzazione organica dei terreni è la fase finale della valorizzazione dei liquami e dei digestati.

Poiché la loro composizione è molto variabile, l'utilizzo di valori medi di riferimento è poco adatto alla Fertilizzazione di Precisione. Sebbene l'analisi di laboratorio sia il metodo di riferimento, resta costosa e richiede diversi giorni, o addirittura settimane, per avere i risultati.

Le metodologie di analisi rapida integrate nelle vasche di liquami rappresentano un'alternativa interessante da esplorare. Utilizzano sensori che si basano su determinate proprietà fisiche dei componenti del liquame. Esistono principalmente tre metodi:

  • Sensori basati sulla spettrometria infrarosso (segnali luminosi).
  • Sensori basati sulla conduttività elettrica.
  • Più recentemente, i sensori basati sulla spettrometria di risonanza magnetica nucleare.

Uno studio condotto dall'IFIP ha permesso di confrontare questi 3 metodi: il loro funzionamento, i loro vantaggi ed i loro limiti.

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Dispositivi IR sulle cisterne di liquami. Fonte: IFIP.
Dispositivi IR sulle cisterne di liquami. Fonte: IFIP.

Metodo IR

Il metodo IR viene presentato come la tecnica più accurata per prevedere il contenuto dei componenti principali del liquame. Tuttavia, la qualità dei risultati ottenuti richiede una calibrazione regolare delle misure spettrali. Queste tarature richiedono una manutenzione tecnicamente complessa, che dovrebbe essere preferibilmente eseguita da un operatore specializzato. L'installazione, piuttosto complessa, e la manutenzione rendono il sistema relativamente costoso. Una cisterna per liquami ad uso intensivo nell'ambito di un'azienda di lavori agricoli (ETA) o di una Cooperativa per l'uso di macchine agricole (CUMA-Coopérative d’Utilisation de Matériel Agricole) potrà ammortizzare meglio il loro costo.

Vantaggi Punti di sorveglianza
  • Velocità nella lettura
  • Preparazione del campione minima o nulla
  • Valutazione simultanea di più componenti
  • Previsione abbastanza accurata per azoto totale e ammoniacale, carbonio totale, sostanza secca, sostanza organica e risultati variabili per fosforo
  • Metodo ampiamente studiato e sviluppato
  • Costo di investimento relativamente elevato
  • La ricalibrazione del sensore deve essere eseguita regolarmente da un operatore specializzato.
  • Previsioni un po' meno precise per K e Mg

Conduttività elettrica

La misurazione della conduttività elettrica è adatta per gli elementi solubili, soprattutto azoto ammoniacale e, in misura minore, potassio. A causa delle correlazioni tra gli elementi, il risultato può essere interessante per l'azoto totale, ma rimane impreciso per il fosforo. L'attrezzatura, la sua installazione e manutenzione sono semplici, il che si traduce in costi di utilizzo molto ragionevoli.

Vantaggi Punti di sorveglianza
  • Tecnologia semplice e facile da implementare, e quindi poco costosa
  • Misurazione rapida
  • Fornisce risultati interessanti per l'azoto ammoniacale (un po' meno accurati per l'azoto totale) e il potassio
  • Meno affidabile per il fosforo e la sostanza secca

Risonanza magnetica

Le previsioni basate sulla risonanza magnetica nucleare (RMN) presentano dei vantaggi: accuratezza nella stima, assenza di componenti sensibili a contatto con gli effluenti e non necessita di operazioni di taratura. Tuttavia, nonostante questi vantaggi e probabilmente a causa del suo basso livello di sviluppo, non è stato implementato a livello di campo.

Vantaggi Punti di sorveglianza
  • La tecnologia, a priori, la più precisa
  • Senza contatto diretto con l'effluente
  • Nessuna calibrazione richiesta: tecnica semplice
  • Potenziale di mobilità.
  • Tempo di analisi più lungo (per una previsione affidabile) e ritorno sull'esperienza molto inferiore rispetto alle altre due tecniche
  • Non sono stati identificati produttori/distributori
  • Misurazione indiretta della sostanza secca e dell'azoto totale → potenziale fonte di errore dovuta alla misurazione indiretta

Conclusioni

Tra le 3 possibili tecniche di sensoristica integrata destinate a stimare la composizione di liquami e digestato, Attualmente, solo la radiazione infrarossa (IR) e la conduttività elettrica vengono utilizzati sui terreni.

La scelta tra queste 2 tecniche dipenderà probabilmente dal profilo dell'utente: di cosa viene richiesto come qualità della risposta e nella natura delle previsioni, il tipo di attrezzatura già acquistata, il livello di utilizzo delle cisterne per liquami, i servizi aggiuntivi desiderati (strumenti di mappatura, automazione delle registrazioni di applicazione), la versatilità del sensore, ecc. .

L'uso di questi sensori resta limitato: probabilmente a oggi sono meno di 200 le autocisterne per liquami equipaggiate, rispetto a un mercato potenziale di diverse migliaia di unità. Tuttavia, il loro sviluppo continua ad essere guidato dalla crescente pressione economica e normativa per raggiungere una Fertilizzazione Organica di Precisione.

Pascal Levasseur, Ingegnere Ambientale presso IFIP, nell’ambito del progetto Val’Or : ‘Mieux valoriser les engrais organiques sur les exploitations agricoles, l’épandage au coeur de multiples enjeux’, realizzato in collaborazione con FRCuma Ouest, FDCuma 53, FDCuma 44 e Aile, con il supporto del CASDAR del Ministero dell'Agricoltura.

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