L’anello della filiera che collega la produzione agricola all’industria di trasformazione e il settore della logistica, in cui la meccanizzazione occupa un posto fondamentale da un punto di vista economico ed ambientale. La scelta della macchina per la raccolta di una coltura energetica, infatti, influenza non solo la redditività della coltura ma anche i costi di trasporto, la conservabilità del prodotto e la necessita di prevedere sistemi di pre-trattamento alla bocca dell’impianto. Nel caso in cui le colture energetiche siano conferite ad una centrale termoelettrica e fondamentale programmare, in un determinato bacino di utenza, le operazioni di raccolta e conferimento del prodotto. La riforma dell’OCM Zucchero e i piani di riconversione verso le agro energie a cui ha fatto seguito il settore bieticolo saccarifero hanno permesso, per la prima volta nel nostro paese, di seguire e monitorare un intero processo di riconversione industriale. Una delle società coinvolte in tale processo, la PowerCrop, si appresta a realizzare una centrale da 30 MWe da alimentare con la biomassa prodotta da 7.000 ha di piantagioni di pioppo a turno breve. La centrale verrà realizzata nel comune di Russi (RA) e le piantagioni saranno localizzate entro un raggio di 70 km dalla centrale stessa (Figura 1).

Il gruppo Panacea, in collaborazione con la società PowerCrop, nell’ambito del Progetto di Ricerca SUSCACE, ha provveduto a rilevare) i dati relativi alle caratteristiche degli impianti influenti la meccanizzazione della raccolta e la localizzazione delle colture energetiche impiantate per l’alimentazione della centrale. I dati raccolti sono stati inseriti in un database collegato all’applicativo “SW_SUSCACE_01” in fase di sviluppo. L’applicativo consentirà di gestire sia la logistica delle operazioni di raccolta e trasporto del prodotto alla centrale, sia le informazioni relative alla produttività attesa, allo stato fitosanitario della coltura, al livello di sviluppo delle infestanti ecc.

Questo strumento potrà essere utilizzato per programmare la sequenza degli impianti da raccogliere giornalmente dalle operatrici presenti sul territorio e organizzare la relativa logistica per la movimentazione e il trasporto del prodotto, in relazione alle caratteristiche delle macchine operatrici (raccogli cippatrici o taglia abbattitrici) ed ai parametri pedoclimatici e colturali presenti al momento dell’operazione. Nel presente lavoro vengono illustrati i risultati raggiunti al secondo anno di sperimentazione.

La fase preliminare del progetto e stata incentrata sulla elaborazione di una scheda anagrafica digitale per il monitoraggio delle superfici investite a Short Rotation Forestry (SRF). I singoli appezzamenti, finora contrattualizzati per l’approvvigionamento della centrale, vengono catalogati attraverso un codice identificativo composto da otto numeri, generati da una sequenza di sottocodici assegnati rispettivamente alla società interessata, al tecnico di campo, all’azienda di riferimento e, infine, a ciascun appezzamento di cui l’azienda risulta proprietaria. Tale procedura consente di individuare in maniera univoca ogni singolo appezzamento e il tecnico che ha provveduto alla sua informatizzazione. La scheda anagrafica contiene diverse informazioni, le principali riguardano i dati dell’azienda proprietaria, le caratteristiche dell’impianto (coltura, varietà, anno, sesto di impianto ecc.), la sua posizione geografica, la situazione fitopatologica, la presenza di infestanti, la portanza del terreno e la produttività. Quest’ultimo aspetto viene affrontato in due fasi distinte:

  • nel primo flusso di dati viene valutata la produttività attesa, sulla base dello stato generale della coltura, delle cure colturali effettuate e dei dati provenienti da piantagioni raccolte l’anno precedente, costituite con lo stesso clone nelle medesime zone pedoclimatiche;
  • nel secondo flusso di dati, invece, viene valutata la produttività reale e l’umidità del prodotto a seguito delle operazioni di raccolta.

La situazione fitopatologia, la presenza di infestanti e la portanza del terreno vengono valutate in base ad una serie di indici sintetici allo scopo di programmare le operazioni di raccolta in funzione di fattori di priorità. Le schede compilate dai tecnici della società PowerCrop vengono inviate al personale CRA-ING che provvede a verificarne la correttezza e ad inserire i dati nel geodatabase. L’applicativo SW_SUSCACE_01, oltre alle informazioni contenute nelle schede, utilizza anche gli shape file relativi ai limiti amministrativi (regionali, provinciali e comunali), al particellare catastale, al network stradale e le ortofoto digitali.

L’applicativo SW_SUSCACE_01 utilizza come piattaforma GIS il software ESRIRArcMap 9.2 ed e sviluppato in visual basic for application. La progettazione e avvenuta in due fasi, la prima incentrata all’acquisizione ed elaborazione del supporto cartografico e della banca dati, la seconda all’implementazione dell’applicativo, attraverso un set di moduli personalizzati e integrati per la gestione delle funzionalità, per la definizione dei parametri di input, per l’aggiornamento del sistema e per l’elaborazione dei risultati. L’applicativo e in grado di operare su diversi livelli attraverso una serie di tools contenuti nella toolbar di lavoro (Figura 2). I pulsanti “full extent” e “reset” consentono di ripristinare, rispettivamente, le configurazioni standard di rappresentazione dei layer cartografici ed i parametri del sistema. Il pulsante Google connette l’applicativo SW_SUSCACE_01 col programma Google Earth visualizzando automaticamente le immagini satellitari dell’area oggetto di indagine. Gli strumenti di gestione ed elaborazione sono rappresentati dai tools “Aggiornamento database”, “Indagine territoriale” e “Logistica”. Tali strumenti consentono di aggiornare il geodatabase ed estrarre le informazioni in esse contenute per eseguire una indagine territoriale, oppure per avere un quadro sullo stato attuale delle colture e dei mezzi tecnici a disposizione. Lo strumento di simulazione vero e proprio e rappresentato dal tool “pianificazione” che, sulla base di diversi parametri, e in grado di supportare la fase organizzativa delle operazioni di raccolta del prodotto in campo e di conferimento del cippato in centrale. Dal 2009 ad oggi sono stati impiantati circa 1.000 ha di SRF e il quadro e in continua evoluzione. Il tool “Aggiornamento database” e in grado di gestire e aggiornare in tempo reale tutte le informazioni alfanumeriche contenute nel geodatabase. Tramite un apposito modulo e le relative combo box di sistema, funzioni select, insert, update e delete, e possibile visualizzare e/o aggiornare i dati di un impianto esistente (selezionandone il codice identificativo), caricare i dati di un nuovo impianto oppure cancellare definitivamente un impianto dal geodatabase. Il tool “Indagine territoriale” (Figura 3) consente di effettuare una rapida analisi sullo stato degli impianti ricadenti in un determinato comprensorio territoriale. Occorre indicare l’anno di raccolta e il comune (o i comuni) oggetto di indagine; questi ultimi possono essere selezionati sia graficamente, cliccando i relativi poligoni rappresentati sulla mappa, sia tramite selezione da un menu a tendina. Il pulsante “elabora” avvia la sessione di lavoro e i risultati vengono mostrati graficamente nel viewer principale (Figura 4). La mappa evidenzia i comuni, gli impianti ed i relativi collegamenti stradali. Cliccando sul pulsante “Report” viene generata una scheda riepilogativa contenente le seguenti informazioni: comuni oggetto di indagine, anno di raccolta selezionato, codice identificativo della piantagione, coltura presente, superficie e sesto di impianto di ciascun appezzamento, numero di impianti complessivi presenti nel territorio oggetto di indagine, numero di impianti da raccogliere nell’anno selezionato, produttività attesa complessiva, superficie totale interessata dai cantieri, superficie minima, media e massima degli impianti ricadenti nel comprensorio, distanza complessiva che intercorre tra i vari impianti.

Logistica

Questo tool consente di gestire, sia in forma grafica sia attraverso un report, i dati relativi alle singole piantagioni energetiche e le informazioni sul parco macchine disponibile per le operazioni di raccolta, di proprietà di contoterzisti (CTR). Il tool e suddiviso in due sezioni (Figura 5),  la prima dedicata agli impianti, la seconda dedicata ai contoterzisti (CTR). Per quanto concerne la sezione dedicata agli impianti, una volta selezionato l’anno di raccolta e l’impianto oggetto di indagine e possibile avviare l’elaborazione (pulsante “elabora”). Terminato il processo di elaborazione cliccando sul pulsante “Report” viene generata una scheda riepilogativa contenente, per ciascuna piantagione, l’elenco di tutte le informazioni contenute nel geodatabase, dai dati del proprietario alla varietà impiantata, dalla data d’impianto, densità, giacitura ecc, ad informazioni riguardanti lo stato fitosanitario della coltura, la portanza del terreno e la tendenza dello stesso a preservare le infestanti. Per quanto concerne la sezione dedicata ai CTR, invece, e sufficiente selezionare il codice identificativo del contoterzista. Il report fornisce le sue generalità, i recapiti, le coordinate del punto in cui risultano ricoverate le macchine, il numero, il tipo e le caratteristiche delle macchine motrici e operatrici utilizzate per la raccolta delle colture energetiche. La mappa (Figura 6) completa il quadro delle informazioni evidenziando la posizione dell’azienda contoterzista e gli impianti a lui afferenti. E possibile tuttavia prevedere lo spostamento del CTR in un areale di raccolta più distante in relazione a particolari condizioni (ad esempio operatrici più leggere in condizioni climatiche difficili).

Pianificazione

Questo tool consente di programmare le operazioni di raccolta e i conferimenti del prodotto in centrale attraverso un processo di simulazione. Il numero di impianti che e possibile raccogliere nel corso di una giornata viene valutato in funzione delle caratteristiche delle piantagioni, della viabilità, del tipo di cantiere di raccolta e di macchine operatrici disponibili. Il trasporto del cippato in centrale, invece, viene valutato in funzione della produttività attesa dei campi, della portata dei rimorchi, della viabilità e del tempo tecnico di scarico in centrale. L’interfaccia (Figura 7) prevede l’inserimento dei seguenti parametri: anno di raccolta, impianto da cui iniziare la raccolta, turno di lavoro (8, 10 o 12 ore), macchina operatrice e relativa capacita di lavoro, tempi tecnici per effettuare lo scarico del prodotto in centrale e portata dei rimorchi che effettuano il trasporto. Relativamente alle operazioni di raccolta vengono valutate due tipologie di cantieri:

  • raccolta e cippatura in un unico passaggio, da effettuarsi con falciatrinciacaricatrici equipaggiate con testate per la raccolta delle piante in piedi;
  • raccolta e cippatura in due fasi distinte.

In quest’ultimo caso una macchina abbattitrice- andanatrice provvede a tagliare e a deporre le piante nelle interfile nel periodo di riposo vegetativo, mentre la cippatura, ad opera di falciatrinciacaricatrici equipaggiate con testate pick-up, viene rinviata tra la fine di maggio e i primi di giugno. Una volta inseriti i parametri di input e possibile avviare l’elaborazione dei dati cliccando sul pulsante “Stima”. Gli output della simulazione sono evidenziati sia graficamente nel viewer principale (Figura 8), sia attraverso un report. Nella mappa vengono visualizzate le piantagioni che e possibile raccogliere nel corso della giornata di lavoro (a partire dall’impianto selezionato) e i relativi collegamenti stradali. L’impianto di partenza viene indicato con un pallino di colore rosso mentre l’ultimo impianto raccoglibile con un pallino di colore verde. Il report della simulazione e diviso in due settori:

  • nel primo settore vengono fornite informazioni relative ai singoli appezzamenti: generalità e recapiti del proprietario, codice identificativo, coltura, superficie, produttività stimata, tempo di raccolta, tempo per un singolo trasporto, numero di trasporti necessari per conferire il prodotto in centrale e il numero di mezzi necessari per eseguire i suddetti trasporti;
  • nel secondo settore, invece, vengono fornite informazioni relative all’intera giornata lavorativa: numero di impianti che e possibile raccogliere nel corso della giornata, superficie totale da raccogliere, produttività attesa totale, distanza complessiva tra i vari impianti, tempo complessivo necessario per le operazioni di raccolta (comprensivo dei tempi di trasferimento del cantiere tra i diversi appezzamenti), numero di trasporti necessari per conferire il prodotto in centrale e numero di mezzi necessari per eseguire i suddetti trasporti. Il tempo di trasporto del cippato in centrale viene calcolato in funzione delle distanze esistenti tra il margine dell’appezzamento e la centrale a biomassa, sulla base della viabilità ordinaria. I tempi di trasferimento delle macchine che compongono i cantieri di raccolta, invece, vengono valutati anche in funzione della viabilità non ordinaria, costituita da strade interpoderali e interaziendali, per la cui mappatura e stato necessario procedere alla foto interpretazione di immagini satellitari. I dati relativi ai collegamenti stradali vengono analizzati da un algoritmo che, per ciascuna coppia di nodi determina sia il percorso minimo che le singole tipologie dei tratti stradali.

Risultati

L’applicativo e stato progettato nell’ottica di divenire uno strumento essenziale per il fuel manager della centrale, per colui cioè che dovrà programmare le operazioni di raccolta, conferimento e stoccaggio delle biomasse, per alimentare in maniera costante e con le caratteristiche fisiche volute (pezzatura, umidità) l’impianto durante tutto l’arco dell’anno. Per tale ragione l’applicativo e di facile uso ed aggiornabile.

Il tool “Aggiornamento database”, difatti, consente di aggiornare il geodatabase e i dati relativi alle piantagioni energetiche anche alla fine della fase sperimentale, in modo che lo strumento di programmazione possa essere utilizzato anche al termine del progetto di ricerca SUSCACE, dato che, per poter operare, il sistema deve basare le proprie elaborazioni su un dataset di informazioni costantemente aggiornate. Il tool “Indagine territoriale” può essere inoltre utilmente impiegato dal personale di campo in quanto fornisce un quadro riepilogativo della situazione presente (numero di impianti, loro caratteristiche principali, estensione dei singoli appezzamenti, superficie minima, media e massima). Il tool “Pianificazione” può essere utilmente impiegato sia dal personale di campo che gestisce la cantieristica in un determinato comprensorio energetico, sia dal personale che opera direttamente dalla centrale e che gestisce l’intero bacino di approvvigionamento. Il tool fornisce indicazioni su quanti e quali impianti, teoricamente, è possibile eseguire la raccolta nell’arco di una giornata. Ciò consente di pianificare e programmare quotidianamente le operazioni di raccolta e conoscere, per una determinata area, il numero di giorni necessari per completare la raccolta. Altro aspetto importante riguarda i conferimenti del prodotto in centrale. Il tool effettua sia la stima del numero di trasporti necessari per conferire il cippato prodotto da ciascun impianto e da tutti gli impianti raccolti nel corso della giornata, sia la stima del numero di mezzi necessari per queste operazioni. A seconda della distanza percorsa da ciascun veicolo e del tempo necessario per effettuare lo scarico in centrale, infatti, alcuni mezzi possono eseguire più trasporti giornalieri. Inoltre, la scelta dei mezzi e la loro programmazione permette di ridurre il numero complessivo di veicoli che si spostano sul territorio, con ripercussioni positive sul piano economico e ambientale. In questa fase si sta valutando l’efficacia dello strumento attraverso uno studio pilota finalizzato alla valutazione preliminare delle potenzialità e del corretto funzionamento dello strumento stesso. Attualmente il tool “pianificazione”, a differenza degli strumenti di elaborazione “Indagine territoriale” e “Logistica”, effettua le proprie simulazioni su una superficie rappresentativa che comprende 14 comuni, distribuiti tra le province di Ferrara, Bologna, Ravenna e Forlì, per una superficie complessiva di 2.138 km2. Terminato il processo di verifica sarà possibile gestire in maniera razionale l’intero bacino di approvvigionamento, risolvendo le possibili problematiche che verranno evidenziate nel corso della sperimentazione. Il tool “Logistica” può essere utilmente impiegato dal personale della centrale che gestisce l’intero bacino di approvvigionamento. Le due sezioni relative agli impianti ed ai CTR consentono di pianificare le operazioni di raccolta in funzione delle caratteristiche degli impianti, delle condizioni meteo, della portanza del terreno, della situazione fitopatologia o del livello di infestazione del terreno. Nel caso di precipitazioni intense, ad esempio, e possibile programmare la raccolta in un’area non interessata dalle precipitazioni, trasferendovi le macchine che compongono i cantieri di raccolta e contattando direttamente i proprietari degli impianti. In caso di precipitazioni poco intense e possibile individuare i terreni caratterizzati da una maggiore portanza e in grado di garantire comunque la praticabilità dei campi. Alcuni terreni tendono ad essere invasi in modo più evidente dalle infestanti e ciò ostacola la raccolta del pioppo andanato con falciatrinciacaricatrici equipaggiate con testata pick-up. In questi casi e possibile individuare i terreni critici e anticipare la raccolta delle andane programmando la movimentazione dei cantieri di raccolta in funzione di indici di priorità. La sezione terzisti fornisce anche importanti informazioni sui mezzi meccanici a disposizione e sugli impianti che ciascuna ditta provvederà a raccogliere. Ciò consente di individuare le aree scarsamente servite e di provvedere, pertanto, ad incrementare il numero di mezzi meccanici a disposizione e/o il numero di aziende di contoterzismo che operano sul territorio. Ogni singolo tool può essere utilizzato in maniera autonoma ma, ovviamente, l’uso integrato di tutti gli strumenti messi a disposizione e dei relativi prodotti elaborati fornisce uno strumento di indagine e pianificazione completo.

Conclusioni

Un GIS offre la possibilità di gestire, analizzare ed elaborare dati alfanumerici in relazione alla componente spaziale, garantendo la consistenza e l’integrità del dato di output. In questo lavoro si e presentato un applicativo finalizzato alla pianificazione ed alla ottimizzazione delle fasi organizzative di raccolta e trasporto delle biomasse. Terminata la fase di riconversione delle ex superfici bieticole, la centrale di Russi si troverà nelle condizioni di dover gestire un elevato numero di piantagioni energetiche, variamente distribuite su un areale di circa 15.000 km2. In tali condizioni le variabili in gioco sono diverse, da quelle di natura meccanica o agronomica a quelle di natura climatica e pedologica. Il software SW_SUSCACE_01 rappresenta uno strumento di analisi e supporto decisionale indispensabile per la corretta e razionale gestione della filiera agro energetica. L’organizzazione e la memorizzazione di informazioni territoriali e non, in una raccolta di strati tematici legati tra loro, consente di risolvere molteplici problemi legati alla gestione del territorio, riducendo al contempo gli impatti ambientali, per questo l’applicativo proposto e un importante esempio delle potenzialità offerte da un GIS.