Da rifiuto a risorsa

Autore : Alice Vezzosi, premio “Stefano Capitanio” quale miglior elaborato triennale 2023
Pubblicato il : 30-06-2023

Valorizzazione dei fanghi di cartiera come ammendante in floricoltura e infrastrutture verdi

Alice Vezzosi si è laureata lo scorso febbraio 2023 nella laurea triennale in Scienze Agrarie con un elaborato “Da rifiuto a risorsa: valorizzazione dei fanghi di cartiera come ammendante in floricoltura e infrastrutture verdi”, discussa con il professor Roberto Cardelli e la dott.ssa Francesca Brezel. Nel suo lavoro, la giovane studentessa ha dimostrato come i fanghi delle cartiere possano venire utilizzati come risorsa nei substrati di coltivazione e nel suolo.

Negli ultimi anni stiamo assistendo ad un cambiamento della nostra società volto sempre più a comprendere l’importanza della sostenibilità, soprattutto nell’ambito dei processi produttivi.

1000 tonnellate all’anno
In materia di rifiuti, le proiezioni sul futuro del pianeta vedono una conversione del modello economico lineare in un modello economico circolare. L’Unione Europea, che ogni anno si trova a gestire più di 2,5 miliardi di tonnellate di rifiuti, in questo senso sta aggiornando la propria legislazione. Per quanto concerne l’industria cartaria, in tutta l’UE, si attesta una produzione di 85 milioni di tonnellate, in particolare l’industria cartaria italiana si è collocata al terzo posto dopo Germania e Svezia.
Questo tipo di industria solo nel 2019 ha prodotto più di 982.400 tonnellate di rifiuti totali, dei quali più del 22% finisce in discarica con costi elevati e un forte impatto ambientale. Solo una bassissima percentuale vede il loro utilizzo in opere di ripristino ambientale.

Il fango di cartiera, un problema da smaltire
Il fango di cartiera deriva dal trattamento meccanico delle acque di lavorazione ed è costituito solo da fibre, senza altre sostanze di carica o contaminanti, poiché il processo di disinchiostrazione che si faceva è ormai obsoleto e si riferiva a un periodo storico dove abbondavano carte stampate. Le cartiere a pura cellulosa producono circa lo 0,1% dei fanghi rispetto alle cartiere che impiegano carta da riciclo.

La produzione di fango si articola nelle seguenti fasi:

1. le acque defluiscono verso una grossa vasca conica di sedimentazione, dove il fango decanta e viene aspirato e condotto a filtropresse per la spremitura, che ne porta il contenuto residuo di acqua al 50% circa;
2. tramite nastri trasportatori, il fango filtropressato arriva all’impianto di essiccazione;
3. appositi impianti rotanti, essiccano il materiale, portandolo ad una umidità residua del 10% circa.

Carta destinata al recupero -(foto di F. Brezel)

Fango in decantazione -(foto di F. Brezel)

Impianto di essiccazione -(foto di F. Brezel)

Materiale essiccato – (foto di F. Brezel)

Di questi fanghi ne vengono prodotti circa 48.000 tonnellate all’anno costituendo un consistente problema gestionale per tutto il sistema produttivo cartario.
Le vie più comuni per il loro smaltimento sono lo stoccaggio in discarica o l’incenerimento dove, tuttavia, presentano costi elevati e causano un notevole impatto ambientale, attraverso la produzione di gas e percolato. Inoltre, si ha la perdita di materiale potenzialmente utile in quanto, sono una ricca fonte di carbonio organico ed elementi (tabella 2.2) che risultano potenzialmente utili in termini di energia, fertilizzanti o altre risorse. Risulta quindi importante un loro riutilizzo in un’ottica di un’economia circolare.

La caratterizzazione chimico-fisica
Allo scopo dell’impiego dei fanghi come ammendante di substrati di coltivazione è di fondamentale importanza conoscere la loro caratterizzazione chimico-fisica dei fanghi utilizzati, per cui sono state effettuate le principali analisi.
In base alle caratteristiche riportate in tabella, il fango analizzato può avere un certo effetto alcalinizzante minerale quando applicato al suolo e, soprattutto, quando caratterizzato da scarso potere tampone. Inoltre, presentano una buona conducibilità elettrica e un buon contenuto di sostanza organica, composta principalmente da fibre lignocellulosiche. Questo elevato contenuto fibroso li rende ideali per migliorare le proprietà fisiche (per esempio porosità, capacità di ritenzione idrica, areazione) dei suoli e dei substrati di coltivazione.

Tabella 2.1 – Caratterizzazione chimica

Come riportato nella tabella 2.2 a causa dell’elevato contenuto di carbonio organico e il basso contenuto di azoto totale si hanno valori relativamente elevati del rapporto C/N, indicando quindi la necessità di aggiungere N per microrganismi e piante in caso di utilizzo dei fanghi come ammendante del suolo.
Per quanto riguarda invece l’elevata quantità di Ca può essere dovuta alla presenza di materiali di rivestimento come sbiancanti per carta/opacizzanti, al talco di riempimento da carta riciclata e/o alla presenza di carbonati o idrossidi utilizzati nel processo di finitura della carta. Anche il Na potrebbe essere correlato all’idrossido di sodio presente nel processo di spappolatura.
La presenza di Fe e Cu potrebbe essere collegata agli inchiostri o alle impurità della carta patinata al caolino o di altri materiali inorganici.

Tabella 2.2 – Caratterizzazione chimica dei fanghi di cartiera

Cosa dice la legge
Attualmente il fango, con codice CER [030310], può essere conferito per ripristini ambientali con un limite percentuale massimo del 30% in peso per fanghi al 27% minimo di sostanza secca (DM 22/1998).
Nonostante l’impiego autorizzato, il settore non presenta una richiesta continua, risultando quindi poco affidabile per chi produce tonnellate di rifiuti. Un altro potenziale utilizzo è stato trovato nel settore edilizio dove il fango è utilizzato per la produzione di laterizi.
Studi recenti sono indirizzati anche nel loro possibile impiego nella realizzazione di substrati per infrastrutture verdi.

Il potenziale delle infrastrutture verdi
L’Istituto di ricerca sugli ecosistemi terrestri (IRET) di Pisa del CNR ha avviato, nell’ambito dei progetti “CARPET Carta Pellet Tetti” e “CAREER dalla Carta alla Pianta”, delle sperimentazioni sul potenziale utilizzo di questi fanghi come componenti dei substrati in tetti verdi estensivi e come componente di substrati per impianti arborei.

Un tetto verde prevede la messa a dimora di vegetazione sulla copertura di un edificio, con lo scopo di migliorarne le prestazioni nei confronti del clima ed eventi meteorici urbani.
Il progetto “CARPET Carta Pellet Tetti” aveva lo scopo di testare l’attitudine dei fanghi di carta pellettati nella realizzazione di substrati di crescita per tetti verdi estensivi per migliore la biodiversità e fornire un habitat indisturbato per gli insetti impollinatori.
I tetti verdi estensivi sono costituiti da un substrato di crescita per le piante di 10-20 cm e viene realizzato con specie adatte che lo rendono ecologicamente vantaggioso per i servizi ecosistemici.
Sono stati impiegati:

• un substrato di controllo composto da lapillo e compost (ammendante compostato verde);
• un substrato sperimentale composto costituito da lapillo e fango pellettato
• un substrato sperimentale con lapillo, fango pellettato e compost.

Su ogni substrato sono state trapiantate circa 30 specie erbacee e Sedum, tipicamente utilizzato per la realizzazione dei tetti verdi. Il substrato con pellet di fango, con lapillo e compost si è dimostrato adatto per incrementare la diversità di specie vegetali presenti rispetto agli altri due trattamenti (Figura 2).

Sperimentazione su tetti verdi estensivi presso Cnr Pisa, nel mese di maggio i Sedum fioriscono e attirano impollinatori (foto di F. Brezel)

All’interno del progetto “CAREER dalla Carta alla Pianta”, è stata valutata l’idoneità dei fanghi di cartiera pellettizzati in miscela con ammendante compostato verde, pomice e zeolite per la costituzione di un substrato di crescita alternativo ad uno tradizionale a base di torba, pomice e zeolite.
Nello studio sono state prese in esame le seguenti specie: Quercus ilex L., Lagerstroemia indica L. e Prunus serrulata Kazan, specie arboree ornamentali comunemente utilizzate in contesti urbani. Dopo due anni di crescita in vivaio, gli alberi sono stati piantati in situ e monitorato lo stato di salute delle piante in post-impianto.
Dai risultati si è evidenziato come l’utilizzo di questo substrato alternativo abbia portato a un buon attecchimento delle piante, con un maggiore contenuto in biomassa vegetale rispetto al substrato di controllo. Inoltre, il substrato alternativo ha garantito una maggiore volume di acqua, un incremento della capacità di ritenzione idrica e un buon contenuto di azoto totale. Tutto ciò si è tradotto nella crescita di piante sane .

Rilievi sull’efficienza fotosintetica su L. indica trapiantata all’Area verde del Cnr di Pisa (foto di F. Brezel)

Dai casi studio analizzati, si evince che i fanghi di cartiera possono avere un concreto potenziale come ammendante del suolo e di substrati di coltivazione.
Altri progetti sperimentali devono essere eseguiti al fine di riuscire a ottenere un adeguato riconoscimento del fango di cartiera come un materiale polivalente in grado di apportare benefici all’ambiente urbano continuamente a rischio e offrire nuove opzioni sostenibili a livello commerciale, in armonia con le norme relative.

Bibliografia di riferimento
Vannucchi, F., Scartazza, A., Scatena, M., Rosellini, I., Tassi, E., Cinelli, F., & Bretzel, F. (2021). De-inked paper sludge and mature compost as high-value components of soilless substrate to support tree growth. Journal of Cleaner Production, 290, 125176

Francesca Bretzel, Dalla carta alla pianta. Il percorso inverso che fa bene all’ambiente, FCRL magazine (2021)

Vannucchi, F., Pini, R., Scatena, M., Benelli, G., Canale, A., & Bretzel, F. (2018). Deinking sludge in the substrate reduces the fertility and enhances the plant species richness of extensive green roofs. Ecological Engineering, 116, 87-96)

Francesca Bretzel, Eliana Tassi, Irene Rosellini, Emna Marouani, Asma Khouaja e Ahmed Koubaa, Characterization of Italian and Tunisian Paper Sludges to employ it as soil amendment, Springer (1-04-22)