Ιταλοί επιστήμονες έχουν μελετήσει τα οφέλη της ανεπιτήδευτης αγκινάρας της Ιερουσαλήμ. Αποδεικνύεται ότι αυτό είναι ένα είδος απαραίτητης κουλτούρας για την παραγωγή ανανεώσιμης ενέργειας.
Στο επιστημονικό του έργο, μια ομάδα Ιταλών επιστημόνων της Σχολής Γεωργικών και Δασικών Επιστημών (DAFNE), του Πανεπιστημίου της Tusia, εξηγεί γιατί η αγκινάρα της Ιερουσαλήμ είναι τόσο καλή και σημαντική.
Πρόσφατα, τα βιοκαύσιμα έχουν γίνει στρατηγική κατεύθυνση για τη μείωση των εκπομπών από τα οχήματα. Παράλληλα, η παραγωγή βιοκαυσίμων αναφέρεται όλο και περισσότερο στο πλαίσιο των αρνητικών συνεπειών της, δεδομένου ότι οι κύριες καλλιέργειες για τους σκοπούς αυτούς, όπως για παράδειγμα το κραμβέλαιο, το σιτάρι ή η σόγια, απαιτούν γεωργικές πρακτικές υψηλής έντασης και γόνιμα εδάφη. (Τα βιοκαύσιμα είναι πηγές ενέργειας που προέρχονται από βιολογικό υλικό με βάση τον άνθρακα).
Ενώ η Ευρωπαϊκή Επιτροπή ταξινόμησε πρόσφατα τα βιοκαύσιμα ως προϊόν με χαμηλό επίπεδο έμμεσων αλλαγών στη χρήση γης, που προέρχονται από καλλιέργειες που καλλιεργούνται σε περιθωριακές εκτάσεις με μικρή χρήση πόρων.
Για το λόγο αυτό, μόνο λίγες καλλιέργειες στην Ευρώπη μπορούν να επιτύχουν υψηλές αποδόσεις με αυτές τις απαιτήσεις.
Η αγκινάρα της Ιερουσαλήμ είναι ζωοτροφή για αγροτικά ζώα, βιοκαύσιμα και ακόμη και μπίρα φρούτων.
Από αυτή την άποψη, η αγκινάρα της Ιερουσαλήμ (Helianthus tuberosus L.), φυσικά, είναι ένα είδος που χρήζει προσοχής, καθώς διαθέτει όλα τα απαραίτητα χαρακτηριστικά για την επίτευξη των στόχων της επικαιροποιημένης οδηγίας της ΕΕ για τις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας (RED II).
Η αγκινάρα της Ιερουσαλήμ είναι ευρέως προσαρμοσμένη σε ένα διαφορετικό και συχνά χαμηλότατο περιβάλλον για άλλες καλλιέργειες και έχει μεγάλη προσαρμοστικότητα.
Είναι μια καλλιέργεια πολλαπλών χρήσεων που χρησιμοποιείται για ανθρώπινη κατανάλωση (απευθείας σε κονδύλους ή για γλυκαντικά), για φαρμακευτικούς σκοπούς, για την παραγωγή βιομάζας και βιοενέργειας (βιοαιθανόλη και βιοαέριο).
Επιπλέον, παρόμοια με άλλα φυτά Asteraceae, όπως το κιχώριο και το κεφτεδάκι, η αγκινάρα της Ιερουσαλήμ έχει δυνατότητες ως καλλιέργεια ζωοτροφών.
Είναι ενδιαφέρον ότι, χάρη στις καινοτομίες στη βιομηχανία ζυθοποιίας, οι κόνδυλοι χρησιμοποιούνται για την παραγωγή γλυκών και φρούτων.
Οι μίσχοι και οι κόνδυλοι της αγκινάρας της Ιερουσαλήμ χαρακτηρίζονται από υψηλή περιεκτικότητα σε ινουλίνη με δυνατότητα παραγωγής αιθανόλης για χρήση ως βιοκαύσιμο.
Συγκεκριμένα, οι οργανικές ενώσεις (όπως η ινουλίνη και η κυτταρίνη) και τα σάκχαρα υφίστανται επεξεργασία για την παραγωγή αιθανόλης με ζύμωση και απόσταξη.
Τα τελευταία 20 χρόνια, έχουν γίνει σημαντικές προσπάθειες για τη βελτίωση της μετατροπής της βιομάζας στα καύσιμα. Ωστόσο, τα βιοκαύσιμα πρώτης γενιάς (βιοαιθανόλη και βιοντίζελ που παράγονται από καλλιέργειες τροφίμων) εξάγονται από λίγες μόνο καλλιέργειες με διαφορετική απόδοση στην μετατροπή της ηλιακής ακτινοβολίας σε χημική ενέργεια (βιομάζα).
Συγκεκριμένα, οι πρώτες ύλες βιοκαυσίμων είναι κυρίως κράμβη, λάδι φοινίκων και σόγια για το βιοντίζελ. και ζαχαροκάλαμο, καλαμπόκι, ζαχαρότευτλα και γλυκό σόργο για βιοαιθανόλη.
Επιπλέον, δεν είναι κατάλληλη για συλλογή όλη η βιομάζα (δηλαδή, η βιομάζα της βλάστησης κάτω από το έδαφος παραμένει συνήθως στο έδαφος), οπότε η καθαρτική δέσμευση άνθρακα μειώνεται και η αναποτελεσματικότητα της επεξεργασίας αυξάνεται.
Για τους λόγους αυτούς, τα φυτικά είδη για τα συστήματα παραγωγής βιοκαυσίμων νέας γενιάς αναμένεται να ξεπεράσουν ορισμένους από αυτούς τους περιορισμούς, ειδικά εάν έχουν δώσει υπόγεια βιομάζα (δηλαδή ρίζες ή κονδύλους).
Επιπλέον, δεδομένου ότι η έντονη γεωργική χρήση έχει ήδη εισαχθεί στις περισσότερες περιοχές του κόσμου, οι καλλιέργειες βιοενέργειας πρέπει να είναι βιώσιμες από περιβαλλοντική άποψη, προκειμένου να αποφευχθεί η πρόσθετη επιβάρυνση της γεωργικής βιοποικιλότητας, του εδάφους και των υδάτινων πόρων.
Οι επιστήμονες αναζητούν βιοενεργειακές καλλιέργειες του μέλλοντος
Διεξάγεται έρευνα προς την κατεύθυνση των ενεργειακών συστημάτων από μια νέα γενιά βιοκαυσίμων με μικρότερο περιβαλλοντικό αντίκτυπο, μεγαλύτερη παραγωγικότητα και μεγαλύτερη απόδοση των επενδύσεων, καθώς και λαμβάνοντας υπόψη τον μειωμένο ανταγωνισμό για τη χρήση γης με τις τροφές τροφίμων και ζωοτροφών.
Η λιγνοκυτταρινική βιομάζα από απομονωμένες καλλιέργειες βιοαερίου και γεωργικά απόβλητα θεωρείται βιώσιμος πόρος για την παραγωγή βιοενέργειας, αλλά η υδρόλυση με κυτταρολυτικά ένζυμα είναι μια πιο επίπονη και δαπανηρή μέθοδος από τη χρήση βιομάζας αμύλου ή μελάσας.
Από την άποψη αυτή, μεταξύ των πιο ελκυστικών συστημάτων βιοκαυσίμων της επόμενης γενιάς είναι τα ενδιαφέροντα φύκια και η αγκινάρα της Ιερουσαλήμ, η οποία παράγει κονδύλους, οι οποίοι μπορούν επίσης να καλλιεργηθούν και να συγκομιστούν χρησιμοποιώντας την υπάρχουσα υποδομή και τους μηχανισμούς που χρησιμοποιούνται για παρόμοιες καλλιέργειες (κονδυλώδη φυτά).
Γιατί η αγκινάρα της Ιερουσαλήμ χρειάζεται πραγματικά την Ευρώπη
Χαρακτηριστικά που καθιστούν την αγκινάρα της Ιερουσαλήμ αξιόλογη ενεργειακή καλλιέργεια περιλαμβάνουν: την ταχεία ανάπτυξη, την υψηλή περιεκτικότητα σε υδατάνθρακες, την αντίστοιχη συνολική ξηρή ουσία ανά μονάδα επιφάνειας, την ικανότητα χρησιμοποίησης λυμάτων υψηλής περιεκτικότητας σε θρεπτικά συστατικά, την αντίσταση / ανοχή των παθογόνων μικροοργανισμών, σε οριακά εδάφη.
Αυτή η τελευταία πτυχή υπόσχεται να είναι το κλειδί για το μέλλον των βιοκαυσίμων στην Ευρώπη.
Όπως έχει προβλέψει η αναθεωρημένη οδηγία για τις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας (RED) που ενέκρινε το Ευρωπαϊκό Κοινοβούλιο και το Συμβούλιο (οδηγία 2018/2001), η Ευρωπαϊκή Επιτροπή ενέκρινε πρόσφατα μια κατ 'εξουσιοδότηση πράξη που καθορίζει κριτήρια για τον προσδιορισμό σημαντικών έμμεσων αλλαγών χρήσης γης.
Η ILUC είναι μια επικίνδυνη πρώτη ύλη με σημαντική έμμεση επέκταση του χώρου παραγωγής σε ξηρά με υψηλά αποθέματα άνθρακα και πιστοποίηση βιοκαυσίμων, βιορευστών και καυσίμων ILUC χαμηλού κινδύνου.
Η πιστοποίηση μπορεί να χορηγηθεί εάν το καύσιμο πληροί τα ακόλουθα σωρευτικά κριτήρια:
(i) ικανοποιώντας τα κριτήρια αειφορίας, που σημαίνει ότι οι πρώτες ύλες μπορούν να καλλιεργηθούν μόνο σε αχρησιμοποίητη γη που δεν είναι πλούσια σε άνθρακα
(ii) τη χρήση πρόσθετων πρώτων υλών ως αποτέλεσμα μέτρων για την αύξηση της παραγωγικότητας σε ήδη χρησιμοποιούμενη γη ή καλλιέργεια καλλιεργειών σε περιοχές που δεν είχαν προηγουμένως χρησιμοποιηθεί για καλλιέργεια καλλιεργειών (αχρησιμοποίητη γη), υπό την προϋπόθεση ότι η γη εγκαταλείφθηκε ή υποβαθμίστηκε σοβαρά ή η καλλιέργεια ήταν καλλιεργείται από έναν μικροκαλλιεργητή ·
(iii) επιτακτικά αποδεικτικά στοιχεία ότι πληρούνται τα δύο προηγούμενα κριτήρια.
Προφανώς, σύμφωνα με τις απαιτήσεις της οδηγίας, τέτοιες πρόσθετες πρώτες ύλες πρέπει να πληρούν τις απαιτήσεις για την παραγωγή καυσίμων χαμηλού κινδύνου μόνο εάν επιτυγχάνονται με βιώσιμο τρόπο.
Για το λόγο αυτό, η αγκινάρα της Ιερουσαλήμ είναι ένας υποσχόμενος υποψήφιος που μπορεί εύκολα να αντικαταστήσει καλλιέργειες όπως το καλαμπόκι και τα ζαχαρότευτλα.
Η ταχεία αύξηση της βιομάζας για τα βιοκαύσιμα
Η κινητική της ανάπτυξης των τμημάτων των φυτών δείχνει την ικανότητά της να παράγει βέλτιστες καλλιέργειες στην Ευρώπη.
Τα δύο τρίτα έως τα τρία τέταρτα της ξηράς ουσίας του αέρα αντιπροσωπεύονται από μίσχους και κλαδιά, ενώ τα φύλλα και τα λουλούδια περιέχουν μικρότερο ποσοστό. Το ποσοστό της κατανομής του ξηρού βάρους εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από πολλούς παράγοντες: ποικιλία, χρόνος φύτευσης, κλιματολογικές συνθήκες και συνθήκες ανάπτυξης.
Περισσότερο από το 50% της συνολικής μάζας φυτών βρίσκεται στο στέλεχος.
Υπάρχουν δύο φάσεις για την εξάλειψη της ανάπτυξης. Κατά τη διάρκεια των πρώτων πέντε μηνών παρατηρείται γραμμική αύξηση του ύψους και του βάρους του στελέχους. Μετά από αυτή την περίοδο, το ύψος του στελέχους φτάνει στο μέγιστο και παραμένει αμετάβλητο και μειώνεται το βάρος του.
Το μέγιστο ύψος και το βάρος του φυτού ποικίλλει ανάλογα με τις περιβαλλοντικές συνθήκες και τον γονότυπο. Στις πρώιμες ποικιλίες, το τελικό ύψος φτάνει τα 140 cm, ενώ στις μεταγενέστερες ποικιλίες, το τελικό ύψος είναι περίπου 280 cm.
Κατά συνέπεια, στο τέλος της καλλιεργητικής περιόδου, η ποσότητα της ξηράς ουσίας στους μίσχους των όψιμων ποικιλιών ήταν περίπου δύο φορές υψηλότερη από ό, τι στις πρώιμες ποικιλίες. Έτσι, η συνολική βιομάζα των βραδείας ωρίμανσης ποικιλίες είναι υψηλότερη από αυτή των πρώιμων ωριμασμένων ποικιλιών. Η μοντελοποίηση έδειξε ότι σε μεταγενέστερες ποικιλίες μια μεγαλύτερη διατήρηση της βέλτιστης περιοχής φύλλων επιτρέπει καλύτερη απορρόφηση της ξηράς ουσίας.
Αγκινάρα Ιερουσαλήμ χωρίς προβλήματα
Λόγω της αντοχής του στην ξηρασία και την αλάτωση, η αγκινάρα της Ιερουσαλήμ μπορεί να καλλιεργηθεί σε εδάφη ακατάλληλα για άλλες ρίζες και κονδύλους. Καλλιεργεί σε εδάφη με pH από 4,4 έως 8,6.
Εάν τα βαρύ πηλό και τα υδρομορφικά εδάφη μπορούν να περιπλέξουν τη συγκομιδή των κονδύλων, σε τέτοιες συνθήκες η αγκινάρα της Ιερουσαλήμ μπορεί να καλλιεργηθεί για να παράγει μίσχους.
Γενικά, η απόδοση, το μέγεθος και το σχήμα των κονδύλων εξαρτάται από τον τύπο του εδάφους. Ενώ τα ελαφρά αργιλώδη εδάφη παράγουν μεγάλους κονδύλους, τα βαριά εδάφη παρέχουν καλές αποδόσεις ξηρασίας εξαιτίας των καλύτερων ιδιοτήτων που διατηρούν την υγρασία των αργιλώδινων εδαφών.
Όσον αφορά τη θερμοκρασία καλλιέργειας, για τις περισσότερες ποικιλίες αγκινάρας της Ιερουσαλήμ απαιτείται περίοδος βλάστησης τουλάχιστον 125 ημερών χωρίς παγετό.
Γενικά, απαιτούνται θερμοκρασίες καλλιέργειας από 6-26 ° C για να επιτευχθεί η βέλτιστη απόδοση.
Το φυτό έχει μέτρια αντίσταση στον παγετό. Κατά την πρώιμη ανάπτυξη, η καλλιέργεια ανέχεται θερμοκρασίες μέχρι -6 ° C, αν και χαμηλές θερμοκρασίες προκαλούν χλωρόσηση των φύλλων. Όσον αφορά τη συγκομιδή το φθινόπωρο, οι παγετοί από -2,8 ° C έως -8,4 ° C πυροδοτούν τον μηχανισμό των κονδύλων εγκλιματισμού στο κρύο. Αυτό βελτιώνει τη γεύση τους λόγω της μετατροπής της ινουλίνης σε φρουκτόζη.
Στο φυσικό περιβάλλον, κάποιοι οργανισμοί (μικροοργανισμοί, έντομα και θηλαστικά) αλληλεπιδρούν με τα φυτά της Ιερουσαλήμ, συμπεριλαμβανομένων έξι διαφορετικών οικογενειών μελισσών και μέλισσας.
Πολλοί φυτοφάγοι και μικροοργανισμοί έχουν καταγραφεί στην αγκινάρα της Ιερουσαλήμ, αλλά πολλές από αυτές μπορούν να βλάψουν σοβαρά τον πολιτισμό.
Γενικά, το εναέριο τμήμα του φυτού είναι λιγότερο ευαίσθητο σε ασθένειες, ενώ οι κονδύλοι κατά την καθυστερημένη ανάπτυξη και αποθήκευση είναι πιο ευαίσθητοι. Τα πιο επιβλαβή παθογόνα είναι τα Sclerotinia sclerotiorum και Sclerotinia rolfsii, τα οποία προκαλούν σήψη.
Η πρώτη προωθείται από τα υπερβολικά αζωτούχα λιπάσματα, το χαμηλό pH του εδάφους ή τα υδρομορφικά εδάφη και τα τελευταία από την υγρασία σε συνδυασμό με τις υψηλές θερμοκρασίες.
Επίσης προκαλείται σκουριά Puccinia helianthiκαι ωίδιο που προκαλείται από Erisyphe chicoracearum, επηρεάζουν την αγκινάρα της Ιερουσαλήμ, αλλά δεν είναι σε θέση να περιορίσουν την απόδοση, όπως τα φύλλα που οφείλονται στην Alternaria helianthi.
Κατά την αποθήκευση των κονδύλων, ειδικά όταν έχουν υποστεί βλάβη κατά τη συγκομιδή, οι ασθένειες που προκαλούνται από Botrytis cinerea, Rhizopus nigricans, Fusarium и Pennicillum spp.. Ωστόσο, οι διαδικασίες κατάψυξης ελέγχουν αποτελεσματικά αυτές τις ασθένειες.
Όσον αφορά τα έντομα, αυτό είναι κυρίως αφίδες, αλλά το αποτέλεσμά τους είναι αμελητέο.
Το φυτό είναι σκληρό και ισχυρό, έτσι η αγκινάρα της Ιερουσαλήμ μπορεί να γίνει ένα πολύ ανταγωνιστικό ζιζάνιο από μόνο του. Όσον αφορά άλλα ταχέως αναπτυσσόμενα ζιζάνια, ο αγώνας εναντίον τους είναι απαραίτητος μόνο κατά τη διάρκεια της σποράς έως ότου κλείσει το θόλο. Μπορούν να χρησιμοποιηθούν τόσο χημικά όσο και μηχανικά (επικάλυψη, χαλάρωση, κλπ.).
Μόλις η αγκινάρα της Ιερουσαλήμ έχει εγκατασταθεί στον αγρό, είναι αρκετά δύσκολο να αφαιρεθεί, δεδομένου ότι οι κόνδυλοι ή τα μέρη τους παραμένουν στο έδαφος, χειμώνουν καλά στο έδαφος.
Επιλογή της αγκινάρας της Ιερουσαλήμ
Οι πολύτιμες βιολογικές και βιοχημικές ιδιότητες της αγκινάρας της Ιερουσαλήμ αποτελούν τη βάση της καθολικής της χρήσης στις βιομηχανίες τροφίμων και βιομηχανίας, γεγονός που καθιστά αναγκαία τη γενετική βελτίωση της καλλιέργειας.
Το επίκεντρο της επιλογής είναι η απόδοση των κονδύλων και η περιεκτικότητα σε ινουλίνη για τα τρόφιμα και τις ζωοτροφές, ενώ πρόσφατα επικεντρωνόταν η ανάπτυξη βιομάζας για την παραγωγή βιοκαυσίμων.
Ωστόσο, λόγω της παραδοσιακά περιορισμένης χρήσης της Ιερουσαλήμ αγκινάρας, μέχρι σήμερα, έχει σημειωθεί ελάχιστη πρόοδος στην αναπαραγωγή. Οι επενδύσεις στις αναπαραγωγικές εξελίξεις είναι επίσης ασταθείς και εξαρτώνται από τη ζήτηση των βιομηχάνων σε κάθε χώρα.
Το ανανεωμένο ενδιαφέρον για την αγκινάρα της δεκαετίας του 1970 και της δεκαετίας του '1980, που συνδέεται με την ενεργειακή κρίση και την έλλειψη τροφίμων, ενθάρρυνε μια πιο συντονισμένη και εντατική δράση για την ανάπτυξη νέων ποικιλιών για την αντιμετώπιση αναδυόμενων αναγκών.
Έκτοτε, σημειώθηκε σημαντική ανάπτυξη των καλλιεργούμενων περιοχών, ιδιαίτερα την τελευταία δεκαετία στις ασιατικές χώρες.
Δεδομένης της τρέχουσας κλιματικής αλλαγής, της ανάγκης εξεύρεσης νέων πηγών βιώσιμης ενέργειας και της μείωσης των περιοχών που προορίζονται για την παραγωγή τροφίμων, οι επενδύσεις στην επιλογή της αγκινάρας της Ιερουσαλήμ φαίνεται να δικαιολογούνται σε μεγάλο βαθμό.
Οι ΗΠΑ μπορεί επίσης να είναι ενδιαφέρουσα αγκινάρα της Ιερουσαλήμ
Μέχρι σήμερα, οι συνηθέστερες καλλιέργειες που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή αιθανόλης είναι καλαμπόκι, ζαχαροκάλαμο, γλυκό σόργο και ζαχαρότευτλα. Ωστόσο, αυτά τα είδη εξαρτώνται από τη γόνιμη γεωργική γη και, κατά κανόνα, χρειάζονται σημαντικούς εξωτερικούς πόρους (π.χ. νερό, φυτοφάρμακα, λιπάσματα) για να επιτύχουν υψηλές αποδόσεις.
Οι Ηνωμένες Πολιτείες και η Βραζιλία είναι οι μεγαλύτεροι παραγωγοί καυσίμων βιοαιθανόλης στον κόσμο. Αντιπροσώπευαν περίπου το 84% της παγκόσμιας παραγωγής βιοαιθανόλης το 2018.
Τα σιτηρά και το ζαχαροκάλαμο αποτελούν τις κυριότερες πρώτες ύλες για την παραγωγή αιθανόλης στις χώρες αυτές.
Η παραγωγή αιθανόλης το 2027 αναμένεται να αντιπροσωπεύει το 15 και 18% της παγκόσμιας παραγωγής καλαμποκιού και ζαχαροκάλαμου.
Οι Ηνωμένες Πολιτείες, όπως η Ευρώπη, χρησιμοποιούν κυρίως καλαμπόκι και άμυλο σίτου για την παραγωγή βιοαιθανόλης, ενώ η ζαχαροκάλαμο μεταποιείται στη Βραζιλία. Γενικά, το ζαχαροκάλαμο έχει υψηλότερη απόδοση αιθανόλης από το καλαμπόκι και άλλες καλλιέργειες όπως η αγκινάρα της Ιερουσαλήμ.
Ωστόσο, το ζαχαροκάλαμο είναι ιδανικό σε τροπικά και υποτροπικά, αλλά όχι σε εύκρατα κλίματα. Επομένως, το tominabur μπορεί να πάρει τη θέση του δίπλα στο καλαμπόκι στην παραγωγή αμερικανικής αιθανόλης.