Tecnologie per l’ammendamento del suolo

Il fenomeno della desertificazione si sta progressivamente espandendo per il concorrere di una serie complessa di fattori, tra cui diffusione di bad practices nella gestione del territorio e cambiamenti climatici. A livello globale, le aree siccitose coprono attualmente più del 41% della superficie terrestre, mentre, a scala nazionale, stime recenti indicano che circa il 21% del territorio italiano è a rischio di desertificazione.
Al fine di sviluppare nuove tecnologie per ottimizzare l’uso dell’acqua, migliorare la resistenza alla siccità e contrastare fenomeni di desertificazione, si è recentemente attivata una serie di collaborazioni tra Istituti CNR del Dipartimento di Scienze Bio-Agroalimentari e del Dipartimento di Scienze Chimiche e Tecnologie dei Materiali. Nell’ambito di questa cooperazione, IMC ha avviato nel 2014 una linea di ricerca che indirizza verso lo sviluppo di nuovi ammendanti naturali e ‘tecnosuoli’ le competenze maturate dall’Istituto nello studio delle proprietà fisiche e chimiche dei minerali zeolitici.

Persone di contatto: Piero Ciccioli

L’obiettivo comune alle attività di questa linea è quello di sfruttare la capacità di scambio cationico e le proprietà di adsorbimento di acqua tipiche delle zeoliti contenute in alcune rocce vulcaniche per incrementare la disponibilità di elementi nutritivi e migliorare la ritenzione idrica di substrati aridi. A tale proposito, due aspetti della ricerca rivestono particolare rilievo:

Caratterizzazione di rocce vulcaniche contenenti zeoliti

A sinistra: due tipi di ignimbriti litoidi con elevato contenuto di zeoliti; a destra: minerali zeolitici di phillipsite (PHI) e cabasite (CHA) osservati al SEM nella matrice di una roccia vulcanica

Questa parte dell’attività di ricerca è dedicata alla selezione e alla caratterizzazione mineralogico-petrografica, chimica e fisica di rocce tufacee che hanno subito processi di zeolitizzazione, con particolare attenzione rivolta alla determinazione del contenuto e del tipo di minerali zeolitici presenti in esse. Lo scopo è quello di individuare i materiali naturali che offrono migliori prestazioni in termini di adsorbimento di acqua, capacità di scambio cationico e tipi di cationi scambiabili (preferenzialmente elementi nutrienti per il suolo, quali Ca, K e Mg), per poterli utilizzare nella messa a punto di nuovi ammendanti naturali e in altre attività (chemical delivery, bio-pedo-trattamento di acque reflue) svolte dall’Istituto.

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Sviluppo di nuovi ammendanti a base di zeoliti naturali

A sinistra: sperimentazione in vaso su specie di pomodori sottoposte a condizioni siccitose, piantate su terreni a rapido drenaggio, trattati con diversi tipi di miscele zeolitiche e polimeri idrofilici biodegradabili; a destra: misura della fotosintesi e della conduttanza stomatica sulle foglie di una pianta di pomodoro cresciuta in vaso su terreno trattato con miscela zeolitica e sottoposta a stress idrico.

Questo aspetto della linea di ricerca è dedicato allo studio delle possibilità offerte da rocce zeolitiche selezionate per lo sviluppo di nuovi ammendanti da utilizzare in zone aride e semi-aride. In tal senso, si stanno mettendo a punto miscele di terreno contenenti tufi zeolitizzati in combinazione con altri materiali naturali (minerali adsorbenti, fibre vegetali) che esaltano le proprietà di scambio cationico e di ritenzione idrica delle zeoliti. L’efficacia ammendante delle miscele viene verificata testando gli effetti prodotti dalla loro applicazione su substrati aridi e in cui sono lasciate sviluppare specie vegetali di interesse agroalimentare.
Parallelamente, si stanno sperimentando suoli ricostruiti a base di zeoliti naturali e di polimeri sintetici altamente idrofilici, biodegradabili e di origine vegetale, che potrebbero trovare applicazione come ‘tecnosuoli’ per il water harvesting in aree estremamente siccitose..

A sinistra: tufo vulcanico osservato in sezione sottile; a destra: immagine SEM della matrice zeolitica di una ignimbrite litoide

 

 

 

 

 

 

TRL dei prodotti ottenuti

I prodotti ottenuti dalle attività di questa linea di ricerca hanno maturato sinora un Technology Readiness Level intermedio tra 3 e 4.

 

Personale di ricerca coinvolto:
Piero Ciccioli
Donatella Capitani
Noemi Proietti
Pietro Ragni
Paolo Ciccioli (associato)

Progetti in corso:
Progetto Premiale CNR AQUA

Partner
Principali collaborazioni scientifiche con università ed enti di ricerca pubblici
CNR-IVALSA
CNR-IPCB
CNR-IBBR

Pubblicazioni rilevanti
Donati E., Polcaro C.M., Ciccioli P., Galli E.
The comparative study of a laccase-natural clinoptilolite-basedcatalyst activity and free laccase activity on model compounds.
J. Hazard Mater., 289, 83-90, 2015.