Científicos italianos han estudiado los beneficios de la alcachofa de Jerusalén sin pretensiones. Resulta que este es un tipo de cultura indispensable para la producción de energía renovable.
En su trabajo científico, un equipo de científicos italianos de la Facultad de Ciencias Agrícolas y Forestales (DAFNE) de la Universidad de Tushia explica por qué la alcachofa de Jerusalén es tan buena e importante.
Recientemente, los biocombustibles se han convertido en una dirección estratégica para reducir las emisiones de los vehículos. Pero al mismo tiempo, la producción de biocombustibles se menciona cada vez más en el contexto de sus consecuencias negativas, ya que los principales cultivos para estos fines, como, por ejemplo, la colza, el trigo o la soja, requieren prácticas agrícolas de alta intensidad y suelos fértiles, señalan los autores. (Los biocombustibles son fuentes de energía a base de carbono derivadas de material biológico).
Si bien la Comisión de la UE recientemente clasificó los biocombustibles como un producto con un bajo nivel de cambios indirectos en el uso de la tierra, obtenido de cultivos en tierras marginales con poco uso de recursos.
Por esta razón, solo unos pocos cultivos en Europa pueden lograr altos rendimientos con estos requisitos.
La alcachofa de Jerusalén es un alimento para animales agrícolas, biocombustibles e incluso cerveza de frutas.
Desde este punto de vista, la alcachofa de Jerusalén (Helianthus tuberosus L.), por supuesto, es una especie digna de atención, ya que posee todos los atributos necesarios para lograr los objetivos de la Directiva actualizada sobre energías renovables de la UE (RED II).
La alcachofa de Jerusalén está ampliamente adaptada a un entorno diverso y, a menudo, de bajo rendimiento para otros cultivos, y tiene una alta adaptabilidad.
Es un cultivo multipropósito utilizado para consumo humano (directamente en tubérculos o edulcorantes), con fines farmacéuticos, para la producción de biomasa y bioenergía (bioetanol y biogás).
Además, similar a otras plantas. Asteraceae, como la achicoria y el cártamo, la alcachofa de Jerusalén tiene potencial como cultivo alimentario.
Curiosamente, gracias a las innovaciones en la industria cervecera, los tubérculos se utilizan para producir cerveza dulce y de frutas.
Los tallos y tubérculos de la alcachofa de Jerusalén se caracterizan por un alto contenido de inulina con el potencial de producir etanol para su uso como biocombustible.
En particular, los compuestos orgánicos (como la inulina y la celulosa) y los azúcares se procesan para producir etanol por fermentación y destilación.
En los últimos 20 años, se ha realizado un trabajo significativo para mejorar la conversión de biomasa en combustible. Sin embargo, los biocombustibles de primera generación (bioetanol y biodiésel derivados de cultivos alimentarios) se extraen de unos pocos cultivos con diferentes eficiencias en la conversión de la radiación solar en energía química (biomasa).
En particular, las materias primas para biocombustibles son principalmente semillas de colza, palma aceitera y soja para biodiesel; y caña de azúcar, maíz, remolacha azucarera y sorgo dulce para bioetanol.
Además, no toda la biomasa es adecuada para la recolección (es decir, la biomasa de vegetación debajo del suelo generalmente permanece en el suelo), por lo que se reduce el secuestro neto de carbono y aumenta la ineficiencia del procesamiento.
Por estas razones, se espera que las especies de plantas para los sistemas de producción de biocombustibles de próxima generación superen algunas de estas limitaciones, especialmente si producen biomasa subterránea (es decir, raíces o tubérculos).
Además, dado que el uso intensivo de la tierra agrícola ya se ha introducido en la mayoría de las regiones del mundo, los cultivos bioenergéticos deben ser ambientalmente sostenibles para evitar una carga adicional sobre la biodiversidad agrícola, el suelo y los recursos hídricos.
Los científicos buscan cultivos bioenergéticos del futuro
Se están realizando investigaciones en la dirección de sistemas para generar energía a partir de una nueva generación de biocombustibles con menos impacto ambiental, mayor productividad y mayor retorno de la inversión, y también teniendo en cuenta la competencia reducida para el uso de la tierra con cultivos de alimentos y piensos.
La biomasa lignocelulósica de cultivos bioenergéticos aislados y residuos agrícolas se considera un recurso sostenible para la producción de bioenergía, pero la hidrólisis con enzimas celulolíticas es un método más laborioso y costoso que el uso de almidón o biomasa de melaza.
A este respecto, entre los sistemas de biocombustibles más atractivos de la próxima generación se encuentran las algas interesantes y la alcachofa de Jerusalén, que produce tubérculos, que también se pueden cultivar y cosechar utilizando la infraestructura y los mecanismos existentes utilizados para cultivos similares (plantas tuberosas).
Por que la alcachofa de Jerusalén realmente necesita Europa
Las características que hacen de la alcachofa de Jerusalén un cultivo energético digno incluyen: crecimiento rápido, alto contenido de carbohidratos, la materia seca total correspondiente por unidad de área, la capacidad de usar aguas residuales ricas en nutrientes, resistencia / tolerancia a patógenos, la capacidad de crecer fácilmente con costos mínimos de producción externa y en tierras marginales.
Este último aspecto promete ser clave para el futuro de los biocombustibles en Europa.
Según lo previsto por la Directiva revisada de Energía Renovable (RED) adoptada por el Parlamento Europeo y el Consejo (Directiva 2018/2001), la Comisión de la UE adoptó recientemente un acto delegado que establece los criterios para determinar importantes cambios indirectos en el uso del suelo.
ILUC es una materia prima peligrosa con una expansión indirecta significativa del espacio de producción en tierras con altas reservas de carbono y certificación de biocombustibles, biofluidos y combustibles de biomasa ILUC de bajo riesgo.
Se puede otorgar la certificación si el combustible cumple con los siguientes criterios acumulativos:
(i) cumplir con los criterios de sostenibilidad, lo que significa que las materias primas solo pueden cultivarse en tierras no utilizadas que no sean ricas en carbono;
(ii) el uso de materias primas adicionales como resultado de medidas para aumentar la productividad en tierras ya utilizadas o cultivos en crecimiento en áreas que no se usaban previamente para el cultivo de cultivos (tierra no utilizada), siempre que la tierra estuviera abandonada o gravemente degradada, o el cultivo fuera cultivado por un pequeño agricultor;
(iii) evidencia convincente de que se cumplen los dos criterios anteriores.
Obviamente, de conformidad con los requisitos de la Directiva, tales materias primas adicionales deben cumplir los requisitos para la producción de combustibles de bajo riesgo solo si se obtienen de manera sostenible.
Por esta razón, la alcachofa de Jerusalén es un candidato prometedor que puede reemplazar fácilmente cultivos como el maíz y la remolacha azucarera.
Biomasa de rápido crecimiento para biocombustibles
La cinética de crecimiento de las partes de las plantas indica su capacidad para producir cultivos óptimos en Europa.
De dos tercios a tres cuartos de la materia seca del aire está representada por tallos y ramas, mientras que las hojas y las flores contienen un porcentaje menor. La proporción de la distribución del peso seco depende en gran medida de muchos factores: variedad, tiempo de siembra, condiciones climáticas y condiciones de crecimiento.
Más del 50% de la masa total de plantas está en el tallo.
Hay dos fases para detener el crecimiento. Durante los primeros cinco meses, se observa un aumento lineal en la altura y el peso del tallo. Después de este período, la altura del tallo alcanza su máximo y permanece sin cambios, y su peso disminuye.
La altura y el peso máximos de la planta varían según las condiciones ambientales y el genotipo. En las variedades tempranas, la altura final alcanza los 140 cm, mientras que en las variedades posteriores, la altura final es de unos 280 cm.
En consecuencia, al final de la temporada de crecimiento, la cantidad de materia seca en los tallos de las variedades tardías fue aproximadamente dos veces mayor que en las variedades tempranas. Por lo tanto, la biomasa total de las variedades de maduración tardía es mayor que la de las variedades de maduración temprana. El modelado demostró que en variedades posteriores, una conservación más prolongada del área óptima de la hoja permite una mejor absorción de la materia seca.
Alcachofa de Jerusalén sin complicaciones
Debido a su resistencia a la sequía y a la salinización, la alcachofa de Jerusalén se puede cultivar en suelos no aptos para otros tubérculos y tubérculos. Crece bien en suelos con un pH de 4,4 a 8,6.
Si la arcilla pesada y los suelos hidromórficos pueden complicar la cosecha de tubérculos, en tales condiciones la alcachofa de Jerusalén se puede cultivar para producir tallos.
En general, el rendimiento, el tamaño y la forma de los tubérculos dependen del tipo de suelo. Mientras que los suelos lodosos y livianos producen tubérculos grandes, los suelos pesados proporcionan buenos rendimientos de sequía debido a las mejores propiedades de retención de humedad de los suelos arcillosos.
En cuanto a la temperatura de cultivo, para la mayoría de las variedades de alcachofa de Jerusalén, se requiere un período de vegetación de al menos 125 días sin heladas.
En general, se requieren temperaturas de cultivo en el rango de 6–26 ° C para obtener el rendimiento óptimo.
La planta tiene resistencia moderada a las heladas. Durante el crecimiento temprano, el cultivo tolera temperaturas de hasta -6 ° C, aunque las bajas temperaturas causan clorosis en las hojas. En cuanto a la cosecha de otoño, las heladas de -2,8 ° C a -8,4 ° C desencadenan el mecanismo de aclimatación de los tubérculos al frío. Esto mejora su sabor debido a la conversión de inulina en fructosa.
En el entorno natural, algunos organismos (microorganismos, insectos y mamíferos) interactúan con las plantas de alcachofa de Jerusalén, incluidas seis familias diferentes de abejas y abejorros.
Se han registrado muchos fitófagos y microorganismos en la alcachofa de Jerusalén, pero muchos de ellos pueden dañar seriamente el cultivo.
En general, la parte aérea de la planta es menos susceptible a las enfermedades, mientras que los tubérculos durante el crecimiento y almacenamiento tardíos son más susceptibles. Los patógenos más dañinos son Sclerotinia sclerotiorum y Sclerotinia rolfsii, que causan podredumbre.
El primero es promovido por el exceso de fertilizantes nitrogenados, bajo pH del suelo o suelos hidromórficos, y el segundo por la humedad combinada con altas temperaturas.
También óxido causado Puccinia helianthiy moho polvoriento causado por Erisyphe chicoracearum, afectan la alcachofa de Jerusalén, pero no pueden limitar el rendimiento, como la mancha foliar debido a Alternaria helianthi.
Al almacenar tubérculos, especialmente cuando se dañan durante la cosecha, enfermedades causadas por Botrytis cinerea, Rhizopus nigricans, Fusarium и Pennicilum spp.. Sin embargo, los procedimientos de congelación controlan efectivamente estas enfermedades.
En cuanto a los insectos, esto es principalmente pulgones, pero su efecto es insignificante.
La planta es resistente y fuerte, por lo que la alcachofa de Jerusalén puede convertirse en una hierba muy competitiva por sí sola. En cuanto a otras malezas de rápido crecimiento, la lucha contra ellas es necesaria solo durante la siembra hasta que se cierra el dosel. Se pueden usar desmalezado químico y mecánico (apósito superior, aflojamiento, etc.).
Una vez que la alcachofa de Jerusalén se ha asentado en el campo, es bastante difícil de eliminar, ya que los tubérculos o partes de ellos permanecen en el suelo, invernando bien en el suelo.
Selección de alcachofa de Jerusalén
Las valiosas propiedades biológicas y bioquímicas de la alcachofa de Jerusalén son la base de su uso universal en las industrias alimentarias e industriales, lo que requiere la mejora genética del cultivo.
El enfoque principal en la selección está en el rendimiento de tubérculos y el contenido de inulina para alimentos y piensos, y recientemente, el enfoque ha estado en la acumulación de biomasa para la producción de biocombustibles.
Sin embargo, debido al uso tradicionalmente limitado de la alcachofa de Jerusalén, hasta la fecha, se ha progresado bastante poco en la cría. Las inversiones en desarrollos de mejoramiento también son volátiles y dependen de la demanda de los industriales en cada país.
El renovado interés en la alcachofa de Jerusalén en los años setenta y ochenta, asociado con la crisis energética y la escasez de alimentos, alentó una acción más coordinada e intensiva para desarrollar nuevas variedades para satisfacer las necesidades emergentes.
Desde entonces, se ha registrado una expansión significativa de las áreas cultivadas, especialmente en la última década en los países asiáticos.
Dado el cambio climático actual, la necesidad de encontrar nuevas fuentes de energía sostenibles y reducir el área destinada a la producción de alimentos, las inversiones en la selección de la alcachofa de Jerusalén parecen estar ampliamente justificadas.
Estados Unidos también puede ser interesante la alcachofa de Jerusalén
Hasta la fecha, los cultivos más comunes utilizados para producir etanol son el maíz, la caña de azúcar, el sorgo dulce y la remolacha azucarera. Sin embargo, estas especies dependen de tierras agrícolas fértiles y, como regla, necesitan recursos externos significativos (es decir, agua, pesticidas, fertilizantes) para lograr altos rendimientos.
Estados Unidos y Brasil son los mayores productores mundiales de bioetanol. Representaron alrededor del 84% de la producción mundial de bioetanol en 2018.
Los cereales y la caña de azúcar son las materias primas dominantes para la producción de etanol en estos países.
Se espera que la producción de etanol en 2027 represente el 15 y el 18% de la producción mundial de maíz y caña de azúcar.
Estados Unidos, como Europa, utiliza principalmente almidón de maíz y trigo para producir bioetanol, mientras que la caña de azúcar se procesa en Brasil. En general, la caña de azúcar tiene un mayor rendimiento de etanol que el maíz y otros cultivos como la alcachofa de Jerusalén.
Sin embargo, la caña de azúcar es ideal en climas tropicales y subtropicales, pero no en climas templados. Por lo tanto, el tominabur puede ocupar su lugar junto al maíz en la producción de etanol estadounidense.