Presente e futuro dei biocarburanti

Presente e futuro dei
biocarburanti
La sfida della sostenibilità
Vito Pignatelli - ENEA
Workshop:
Cibo ed Energia: un approccio sostenibile
Roma, 11 dicembre 2009
La Direttiva CE n. 28/2009 sulla promozione
delle fonti di energia rinnovabili
Obiettivi da raggiungere per il 2020:
• Ridurre le emissioni di CO2 del 20% rispetto ai livelli del
1990
• Incrementare del 20% l’efficienza
dell’energia rispetto ai livelli attuali
negli
usi
finali
• Promuovere le energie rinnovabili con un obiettivo
vincolante del 20% sul totale dei consumi energetici della
UE e del 10%, per ciascun paese membro, dei consumi nel
settore dei trasporti terrestri
Consumi finali di energia per settore in
Italia nel 2007
(% sul consumo interno lordo totale, pari a 194,2 Mtep)
Trasporti
Industria
Terziario e residenziale
Generazione elettrica
Agricoltura e pesca
Altro
24,4
23,4
22,1
20,4
8,0
1,7
Fonte: ENEA, Rapporto Energia e Ambiente 2008
Perchè i biocarburanti?
• L’obiettivo del 10% di sostituzione dei combustibili fossili
con energia rinnovabile nel settore dei trasporti può essere
raggiunto con i biocarburanti, l’idrogeno e l’elettricità da
fonti rinnovabili.
• Nella pratica, i primi forniranno il contributo di gran lunga
più importante, in quanto “I biocarburanti costituiscono
oggi l’unico sostituto diretto dei combustibili fossili nel
settore dei trasporti disponibile su scala significativa”
(Fonte: Commissione Europea - Biofuels Progress Report,
gennaio 2007)
Uso dei biocarburanti nella UE e obiettivi
stabiliti dalle relative Direttive Europee
12
% incorporazione
11
10
10
9
Percentuale di biocarburanti sui consumi totali
8
Obiettivi della Direttiva 2003/30/CE
7
Obiettivo della Direttiva 2009/28/CE
6
5,3
5,75
5
4
3,3
3
2
2
1
0,5
0,7
2,6
1,9
1
0
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
2010
Fonte: Elaborazione ENEA su dati EurObserv’ER - Biofuels Barometer 2009
2020
Consumi di biocarburanti nell’Unione
Europea nel 2008
12.000
ktep
10.000
8.000
7.900,30
Valori di riferimento CE:
1 t biodiesel o olio = 0,86 tep
1 t bioetanolo = 0,64 tep
1 t di biometano = 1,20 tep
10.064,15
6.000
4.000
1.765,96
2.000
397,91
0
Biodiesel
Bioetanolo
Altri (*)
Totale
(*) soprattutto oli vegetali puri, con una minore quantità di biometano
Fonte: Elaborazione ENEA su dati EurObserv’ER - Biofuels Barometer 2009
Principali caratteristiche di un biocarburante
«ideale»
• Proprietà e caratteristiche chimico-fisiche il più possibile
simili a quelle dei combustibili fossili sostituiti (fungibilità)
• Produzione da materie prime a basso costo, ampiamente
disponibili e facilmente reperibili (competitività)
• Processi e tecnologie di produzione semplici, affidabili e
scalabili, con basso impatto ambientale e consumi
energetici contenuti (sostenibilità)
Contenuto energetico (p.c.i.) dei carburanti
attualmente utilizzati
50
Mj/l
40
36
32
30
33
34
Biodiesel
Olio
vegetale
27
21
20
10
0
Benzina
Bioetanolo
ETBE
Fonte: Direttiva 2009/28/CE, Allegato III
Gasolio
Le “forme” del bioetanolo in Europa nel 2008
Come TAEE
3%
Miscelazione
diretta
23%
Come ETBE
74%
Consumo totale di bioetanolo
nella UE nel 2008: 2.460 kt
Fonte: Lyondell, 2009
Biocarburanti attualmente utilizzati
• Miscele di esteri metilici derivati da oli vegetali e/o grassi
animali (FAME), comunemente note con il nome di
biodiesel
• Alcool etilico (bioetanolo), ottenuto da colture zuccherine o
amilacee, e suoi derivati di sintesi chimica come gli eteri
etil ter-butilico (ETBE) ed etil ter-amilico (TAEE)
• In misura minore oli vegetali puri
e biogas (biometano)
Mezzi di trasporto pubblici alimentati a
biometano nella città svedese di Kristianstad (2008)
Tecnologie di produzione da colture agricole
dedicate consolidate e mercato in costante
espansione
Coltivazione di colza nei
dintorni di Roma, 2008
Impianto per la produzione di biodiesel
da 400.000 t/anno della Società Biopetrol
Industries AG, Rotterdam (NL), 2009
Produzione di biodiesel nei Paesi dell’Unione
Europea. Anni 2002-2008
8.000
7.755
migliaia di t
7.000
5.713
6.000
4.890
5.000
4.000
3.184
3.000
1.933
2.000
1.000
1.065
1.434
0
2002
2003
2004
2005
2006
Fonte: Elaborazione ENEA su dati European Biodiesel Board, 2009
2007
2008
Il futuro dei biocarburanti in Italia e in
Europa: i problemi aperti
• Capacità produttiva e adeguamento delle infrastrutture
industriali
• Approvvigionamento della materia prima
- possibile competizione con le produzioni alimentari
- rapporto bilanciato fra produzioni locali e importazioni
• Problematiche tecnologiche e ambientali
- bilanci energetici
- impiego di miscele con elevato tenore di biocarburanti
- chiusura delle filiere produttive / valorizzazione scarti e
sottoprodotti
Potenziali vantaggi di una “seconda
generazione” di biocarburanti
• Produzione
da
materie
prime
non
destinabili al mercato alimentare (residui o
colture dedicate lignocellulosiche, oli e
grassi di scarto, colture di microalghe ecc.)
• Migliore bilancio energetico e impatto
ambientale
(degradazione
dei
suoli,
consumi idrici, riduzione emissioni CO2)
• Nuove tipologie di processi a carattere
fortemente
innovativo
(biotecnologie,
sintesi catalitica ecc.) con potenziali
benefici in termini di sviluppo ed
esportazione di know-how
Principali biocarburanti di IIa generazione
Tipologia
Biocarburante
Materie prime
Processo produttivo
Bioetanolo
Etanolo da cellulosa
Materiali lignocellulosici
Idrolisi enzimatica e
fermentazione
Biocarburanti di
sintesi
Fischer-Tropsch diesel
Biometanolo
Alcoli superiori (butanolo e
altri)
Dimetil etere (DME)
Ossigenati di sintesi
(etanolo + MTHF ecc.)
Materiali lignocellulosici
Gassificazione e sintesi
Biodiesel (ibrido fra
Ia e IIa generazione)
Hydrodiesel
Oli e grassi vegetali e
animali
Materiali lignocellulosici
Microalghe
Idrogenazione catalitica
Pirolisi
Greendiesel da pirolisi
Biolio da microalghe
Coltivazione ed
estrazione
Metano
Gas naturale di sintesi
(SNG)
Materiali lignocellulosici
Gassificazione e sintesi
Idrogeno
Bioidrogeno
Materiali lignocellulosici
Biomasse fermentescibili
Gassificazione
Fermentazione
anaerobica
Fonte: IEA Bioenergy Implementing Agreement - From 1° to 2nd Generation Biofuels
Technologies, novembre 2008
L’Europa promuove lo sviluppo e l’uso dei
biocarburanti di seconda generazione
"Ai fini della dimostrazione del rispetto degli
obblighi nazionali in materia di energie rinnovabili
imposti agli operatori e dell’obiettivo di impiegare
energia da fonti rinnovabili per tutte le forme di
trasporto di cui all’articolo 3, paragrafo 4, il
contributo dei biocarburanti prodotti a partire da
rifiuti, residui, materie cellulosiche non alimentari
e
materiali
lignocellulosici
è
considerato
equivalente al doppio di quello di altri
biocarburanti"
Fonte: Direttiva 2009/28/CE
Contenuto energetico (p.c.i.) dei biocarburanti
di prima e seconda generazione
Carburante
MJ / kg
MJ / l
Bioetanolo
27
21
Bio-ETBE (37% rinnovabile)
36
27
Biodiesel
37
33
BTL (gasolio sintetico da biomasse)
44
34
Oli vegetali idrogenati (Hydrodiesel)
44
34
Olio vegetale puro
37
34
Biogas (biometano)
50
-
Benzina
43
32
Gasolio
43
36
Fonte: Direttiva 2009/28/CE, Allegato III
Percorrenza stimata per veicoli alimentati con
biocarburanti prodotti da 1 ha di coltura
67.600
Biometano
BTL
64.000
Biodiesel da colza
23.300
Etanolo da cereali
22.400
km / anno
0
10.000 20.000 30.000 40.000 50.000 60.000 70.000
Fonte: Elaborazione ENEA su dati FNR (Fachangentur Nachwachsende Rahstoffe e. V.), 2009
Il futuro dei biocarburanti: la sfida della
sostenibilità
Biocarburanti - Riduzione minima emissioni CO2
All’entrata in vigore della
Direttiva (*)
2017
Nuovi impianti
entrati in funzione
dopo il 1 gennaio
2017 (**)
35%
50%
60%
(*)
dal 1 aprile 2013 per impianti in attività il 23 gennaio 2008
(**) dal 1 gennaio 2018
biocarburanti e bioliquidi non devono essere prodotti su
terreni ad alto livello di biodiversità. Nel calcolo delle
emissioni di gas ad effetto serra saranno considerate anche le
emissioni causate dal cambiamento dell’uso del suolo
Fonte: Direttiva 2009/28/CE
Riduzione stimata (%) delle emissioni di GHG
per alcune filiere di produzione di biocarburanti
(rispetto al gasolio)
95
93
FT - diesel da residui lignocellulosici
FT - diesel da colture legnose
Biodiesel da olio di palma
Biodiesel da olio di colza
Biodiesel da olio di soia
Biodiesel da oli esausti e/o grassi animali
83
38
31
19
Fonte: Elaborazione ENEA su dati della Direttiva 2009/28/CE, Allegato V, valori standard
Riduzione stimata (%) delle emissioni di GHG
per alcune filiere di produzione di biocarburanti
(rispetto alla benzina)
Etanolo
Etanolo
Etanolo
Etanolo
Etanolo
Etanolo
da
da
da
da
da
da
paglia
residui legnosi
colture legnose
barbabietola
mais
canna da zucchero
85
74
71
70
52
49
Fonte: Elaborazione ENEA su dati della Direttiva 2009/28/CE, Allegato V, valori standard
Principali ostacoli per lo sviluppo dei
biocarburanti di seconda generazione
• Alti costi di produzione
• Logistica e approvvigionamento delle materie prime
• Accettabilità delle caratteristiche qualitative dei
biocarburanti da parte dell’industria e dei consumatori
• Investimenti considerati ad alto rischio
• Necessità
forestale
di
cambiamenti
nei
settori
agricolo
e
• Difficoltà di valutazione degli impatti ambientali e
bilanci energetici
Fonte: IEA - Potential for Sustainable Production of 2nd Generation Biofuels (Draft),
Settembre 2009
“Sebbene in presenza di investimenti significativi in
RST&D in diversi paesi OCSE (ad esempio più di un
miliardo di USD stanziati per il periodo 2008-2012
negli U.S.A.), è ancora incerto quando i
biocarburanti di seconda generazione saranno
commercialmente competitivi. Lo Scenario di
Riferimento del World Energy Outlook 2008 indica
che i biocarburanti di 2a generazione non
entreranno sul mercato su una piena scala
commerciale prima del 2020”
Fonte: IEA - Potential for Sustainable Production of 2nd Generation Biofuels (Draft),
Settembre 2009
Pertanto, è necessario un ulteriore,
forte impegno della ricerca per
sviluppare significativamente
questa tecnologia
Grazie per l’attenzione
Dr. Vito Pignatelli
ENEA - Gruppo Sistemi Vegetali per
Prodotti Industriali
C.R. Casaccia
Via Anguillarese, 301
00123 S.M. di Galeria, Roma
Tel. 0630484506
Fax 0630486514
e-mail: [email protected]