La gestione degli effluenti di allevamento ha assunto negli ultimi anni un ruolo importante nell’ambito della conduzione delle aziende zootecniche e gli imprenditori devono individuare le modalità più idonee per la loro azienda. Le numerose alternative che possono essere adottate per rispondere alle normative e ottimizzare l’uso degli elementi nutritivi rendono complessa la valutazione delle soluzioni ottimali dal punto di vista tecnico ed economico.
Se si considera poi che le singole aziende possono consorziarsi per realizzare un impianto di trattamento centralizzato, è evidente che il numero di variabili in gioco diventa ancora più elevato.
L’esigenza che ne deriva di avere un sistema di supporto alle decisioni ha trovato una risposta grazie al finanziamento del progetto Seespig da parte di Progetto Ager.
L’obiettivo dell’attività era quello di sviluppare uno strumento in grado di valutare gli effetti economici, energetici e ambientali dell’introduzione in azienda di alternative di trattamento dei reflui adottabili in base alle tecnologie commerciali. Per consentire questa valutazione sono state individuate le possibili alternative gestionali sulla base delle tecnologie attualmente disponibili e della loro combinazione in impianti di trattamento che corrispondo a soluzioni tecnicamente realizzate e sperimentate.
Le soluzioni individuate, riportate in figura 1, vanno dalle più semplici e immediate come lo stoccaggio e la distribuzione in campo, a impianti complessi e articolati come la produzione di biogas con digestione anaerobica e rimozione dell’azoto con trattamenti biologici o fisico-chimici.
Come si può notare, ogni soluzione alternativa di gestione degli effluenti è costituita da diversi moduli che sono stati definiti individualmente e implementati nel software.
Trasformazioni quali-quantitative
Per ogni singola alternativa di trattamento dei reflui vengono calcolate, a partire dalle caratteristiche chimiche iniziali dell’effluente prodotto da ogni azienda, le trasformazioni quali-quantitative attraverso opportuni algoritmi di trasformazione.
Questi utilizzano dei parametri di progetto modificabili per consentire al modello di rispecchiare nel modo più fedele la realtà operativa analizzata dall’utente. Tali algoritmi permettono di ottenere le caratteristiche chimico-fisiche dell’effluente trattato, ricavare dati significativi riguardo la tecnologia adottata e i dati gestionali in merito a costi e ricavi, energia ed emissioni in aria di gas a effetto serra o a effetto acidificante.
Seguendo lo schema riportato in figura 2 è possibile osservare il flusso e la tipologia dei dati utilizzati per ogni modulo di trattamento. Le caratteristiche fisico-chimiche dell’effluente in ingresso al trattamento (matrice input), le caratteristiche fisico chimiche dell’effluente in uscita dal trattamento (matrice di output) e tutti gli output gestionali (emissioni, costi/ricavi ed energia). I dati di output saranno oggetto di valutazione per la scelta dell’alternativa migliore da parte del sistema di ottimizzazione.
Condivisione tramite il web
Il supporto alle decisioni è stato pensato per essere utilizzato mediante una piattaforma interattiva disponibile su web, dove l’utente può interfacciarsi con il database della propria azienda e individuare altre aziende con cui potenzialmente potrebbe cooperare per un progetto di trattamento consortile degli effluenti di allevamento. Questa soluzione potrebbe portare notevoli vantaggi da un punto di vista sia ambientale sia economico.
Il sistema creato è accessibile liberamente su web dal sito del progetto (www.seespig.unimi.it) e permette di agire con tre differenti approcci (Fig. 3).
Con la prima opzione, “modifica azienda”, l’utente può inserire o visualizzare le caratteristiche aziendali (tipologia di effluente prodotto, caratteristiche strutturali dell’allevamento, consistenza della mandria, strutture di stoccaggio, assetto colturale) e decidere se modificarle creando un nuovo “scenario”, ovvero una copia dello stato attuale presente nel data base. Lo “scenario” permette anche di intervenire sui singoli parametri di progetto utilizzati nel calcolo degli output dei singoli moduli che compongono le alternative. All’interno di questa sezione è presente anche il collegamento con una piattaforma web-gis agronomica che permette di prendere visione dell’azienda e dei sui appezzamenti attraverso foto satellitari e modificare l’assetto delle colture.
L’opzione “gruppo aziende” presenta una schermata come quella riportata in figura 4, dove all’utente viene chiesto di dare un “peso”, secondo la propria necessità, agli output gestionali a cui vuole attribuire maggiore importanza. In questa sezione tale operazione agirà esclusivamente sulla scelta dell’alternativa di trattamento in modo da individuare quelle che garantiscono il risultato migliore sulla base delle priorità inserite.
I parametri a cui è possibile attribuire un peso sono:
- costo;
- emissioni di gas a effetto acidificante;
- emissioni di gas a effetto serra;
- energia.
Il costo è costituito da tutte le voci di spesa previste nell’alternativa al netto di tutte le voci che forniscono reddito (vendita energia, vendita solfato d’ammonio, vendita compost). Le emissioni di gas a effetto acidificante riguardano i rilasci di ammoniaca in aria in tutte le fasi dell’alternativa. Le emissioni di gas a effetto serra comprendono la sommatoria dei gas CH4, CO2, N2O e NO prodotti nell’alternativa. L’energia poi è costituita da tutte le voci di energia consumata al netto delle voci di energia prodotta. Nel caso in cui l’alternativa di trattamento produce più energia di quella che viene consumata, verrà restituito in output un valore negativo.
I pesi inseriti dall’utente dovranno essere compresi in un intervallo che va da 0 a 1 e la somma di tutti i pesi attribuiti agli output gestionali dovrà risultare pari a 1.
Una volta individuate le aziende (singole o in gruppo) è possibile avviare il calcolo. Le alternative di trattamento con i rispettivi output, verranno classificate in ordine di priorità, come visibile nell’esempio di figura 5. Nella tabella della videata viene riportato il numero dell’alternativa, la descrizione dell’alternativa, le emissioni acide e a effetto serra, energia, costo e surplus di azoto. Nel caso in esempio l’alternativa migliore risulta essere la numero 3, composta dal modulo digestione anaerobica, separazione con centrifuga e stoccaggio. I dati gestionali riportati in questa tabella sono i totali calcolati per l’intera alternativa.
Un livello di specifica maggiore si ottiene cliccando sul bottone “Mostra dettaglio”: vengono mostrate le caratteristiche chimiche, emissioni, costi ed energia nel dettaglio della loro composizione. È inoltre possibile valutare l’output dei singoli moduli che compongono un’alternativa di trattamento. L’operazione di “localizzazione”, eseguibile dalla schermata iniziale, permette di effettuare una simulazione a scala territoriale per individuare i migliori insiemi di aziende che potrebbero dare vita a un consorzio per il trattamento degli effluenti di allevamento. Selezionando le aziende e avviando il calcolo, il software fornisce indicazioni sia sulla localizzazione delle aziende selezionate (Fig. 6) e le relative distanze stradali tra i centri aziendali, sia sul gruppo di aziende da costituire con la migliore alternativa di trattamento (Fig. 7) secondo i pesi assegnati. In questo caso, selezionando sette aziende dall’elenco, il sistema consiglia di aprire un impianto (alternativa di trattamento n. 2, digestione anaerobica e stoccaggio) presso l’azienda 10 e che altre quattro aziende conferiranno gli effluenti all’impianto.
Anche in questa sezione è possibile visionare in dettaglio gli output dei singoli moduli di trattamento che compongono l’alternativa migliore scelta dal solutore per un determinato gruppo di aziende.
Il sistema di supporto alle decisioni, che include anche un modulo agronomico e una funzione di analisi delle alternative con metodi multi obiettivo, è stato verificato utilizzando situazioni reali di singole aziende e impianti di trattamento consortili.
La valutazione effettuata, seppur limitata e parziale, ha consentito di verificare il funzionamento del software in un caso pratico e di confermarne l’attendibilità nel fornire indicazioni utili a supportare le decisioni degli allevatori nella scelta delle tecnologie da impiegare.
L’utilizzo di strumenti come quello realizzato, che può essere utilizzato liberamente da tecnici, professionisti, allevatori, consente di fornire un valido supporto per orientare verso le diverse soluzioni che possono consentire di individuare sistemi di gestione sostenibili anche economicamente, rispettando la normativa e salvaguardando l’ambiente.
Il lavoro è stato realizzato nell’ambito del progetto Seespig (www.seespig.unimi.it), finanziato da progetto Ager, grant n. 2010-2220.
(*) Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali – Università di Milano
Leggi l’articolo completo sulla Rivista di Suinicoltura n. 11/2015
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