Biocarburanti: situazione e prospettive

Vito Pignatelli ENEA, Unità Tecnica Fonti Rinnovabili

«De re rustica» Energia, Innovazione e Governance Roma, 25 ottobre 2011

2

La Direttiva CE n. 28/2009 (23 aprile 2009) sulla promozione delle fonti rinnovabili

Obiettivi da raggiungere per il 2020: • Ridurre le emissioni di CO2 del 20% rispetto ai livelli del 1990

• Incrementare del 20% l’efficienza negli usi finali dell’energia rispetto ai livelli attuali (Comunicazione CE del 19.10.2006 “Piano d’azione per l’efficienza energetica: concretizzare le potenzialità”)

• Promuovere le energie rinnovabili con un obiettivo vincolante del 20% sul totale dei consumi energetici della UE, con valori diversi per i diversi paesi (per l’Italia il 17%) e del 10%, per ciascun paese membro, dei consumi nel settore dei trasporti terrestri

• Stabilire uno stretto collegamento tra lo sviluppo della produzione di energia da FER e l’aumento dell’efficienza energetica

Direttiva recepita dall’Italia con il Decreto Legislativo

n. 28 del 3 marzo 2011

3

Consumi finali di energia per settore in Italia nel 2009 (*)

Fonte: Ministero dello Sviluppo Economico, 2010

(*) al netto di consumi e perdite, per un totale di 132,7 Mtep

42,5

29,9

46,4

3,3

10,6

0

10

20

30

40

50

60

Trasporti Industria Terziario eresidenziale

Agricoltura epesca

Altro

Mtep

32% dei consumi totali

4

Come si calcola il contributo dei 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

• La percentuale di sostituzione deve essere calcolata in energia equivalente e si riferisce al totale dei carburanti liquidi utilizzati per i trasporti terrestri

% di sostituzione (in energia

equivalente)

Etanolo + Biodiesel + Altri (Biometano + OVP + …) + (Biocarburanti II gen. x 2) + (Elettr. rinnovabile x 2,5)

Benzina + Etanolo + Gasolio + Biodiesel

=

Per poter essere considerati ai fini dell’assolvimento dell’obbligo di sostituzione dei combustibili fossili nel settore dei trasporti o del raggiungimento della quota stabilita di uso di energia rinnovabile, biocarburanti e bioliquidi devono dimostrare il rispetto di criteri di sostenibilità

5

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)

Prove di flotta di veicoli flexifuel (Progetto BEST),

La Spezia - 2008

6

Filiere di produzione di biocarburanti da materie prime agricole comunemente coltivate

Etanolo Eterificazione ETBE TAEE

Fermentazione alcoolica

Colture amilacee e zuccherine

Digestione anaerobica

Biogas Upgrading Biometano

Trans-esterificazione

Biodiesel

Colture oleaginose

Estrazione olio

Oli vegetali

Idrogenazione Greendiesel

7

Produzione di biodiesel nei Paesi dell’Unione Europea. Anni 2002-2009

1.065 1.434

1.933

3.184

4.890

5.713

7.755

9.046

0

1.000

2.000

3.000

4.000

5.000

6.000

7.000

8.000

9.000

10.000

2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009

Migliaia di t

Elaborazione su dati European Biodiesel Board, 2010

Impianto per la produzione di biodiesel da 400.000 t/anno della Società Biopetrol

Industries AG, Rotterdam (NL), 2009

Coltivazione di colza nei dintorni di Roma, 2008

Tecnologie di produzione da colture dedicate e mercato in costante espansione

8

Consumi di biocarburanti nei Paesi dell’Unione Europea. Anni 2002 -2009

Elaborazione su dati EurObserv’ER - Biofuels Barometer 2010

1.059 1.421

1.980

3.120

5.517

7.821

10.189

12.093

0

1.000

2.000

3.000

4.000

5.000

6.000

7.000

8.000

9.000

10.000

11.000

12.000

13.000

2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009

ktep 4% dei

consumi totali Contenuto energetico (Direttive Europee):

1 t biodiesel o olio = 0,86 tep

1 t bioetanolo = 0,64 tep

1 t di biometano = 1,20 tep

1,1% dei consumi totali

9

Consumi di biocarburanti nei Paesi dell’Unione Europea. Anni 2002 -2009

Elaborazione su dati EurObserv’ER - Biofuels Barometer 2010

1.059 1.421

1.980

3.120

5.517

7.821

10.189

12.093

0

1.000

2.000

3.000

4.000

5.000

6.000

7.000

8.000

9.000

10.000

11.000

12.000

13.000

2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009

ktep

1,1% dei consumi totali

Bioetanolo 19,344%

Biodiesel 79,521%

Olio vegetale ,845%

Biometano

,290%

10

Il mercato dei biocarburanti in Italia (2009)

Consumi totali (t)

B/A (% in peso)

B/A (% in valore energetico)

Gasolio (incluso biodiesel)

25.418.000

Biodiesel 1.187.000

Benzina (incluso ETBE)

10.592.000

ETBE (47% etanolo)

183.000

A - Totale carburanti fossili 36.010.000

B - Totale biocarburanti 1.370.000 3,95 3,47 (*)

Fonte: Ministero dello Sviluppo Economico - Rapporto sullo stato di applicazione della Direttiva 30/2003/EC, 28 giugno 2010

(*) obbligo incorporazione energia rinnovabile per il 2009: 3% (4% per il 2011)

11

Produzione e immissione al consumo di biodiesel in Italia. Anni 2002-2010

593.849

469.707

670.449

795.118 731.844

223.217 202.035

747.725

1.185.573

1.321.139

0

200.000

400.000

600.000

800.000

1.000.000

1.200.000

1.400.000

1.600.000

2006 2007 2008 2009 2010

t

Produzione

Immissione al consumo

Elaborazione su dati Assocostieri - Unione Produttori Biocarburanti , 2008 e 2011

12

Produzione e immissione al consumo di biodiesel in Italia. Anni 2002-2010

593.849

469.707

670.449

795.118 731.844

223.217 202.035

747.725

1.185.573

1.321.139

0

200.000

400.000

600.000

800.000

1.000.000

1.200.000

1.400.000

1.600.000

2006 2007 2008 2009 2010

t

Produzione

Immissione al consumo

Elaborazione su dati Assocostieri - Unione Produttori Biocarburanti , 2008 e 2011

Il biodiesel in Italia nel 2010

Numero di impianti 14

Capacità produttiva (t/anno) 2.145.916

Produzione (t) 731.844

Utilizzo capacità produttiva 34 %

Esportazioni (t) 107.956

Importazioni (t) 639.684

Consumi totali (t) 1.321.139

Import sui consumi totali 48,4 %

13

Consumi di biocarburanti previsti in Italia per il 2020

Consumi lordi FER (Ktep)

ai fini dell’obiettivo 10% (Ktep)

% sui consumi totali previsti

(33.972 ktep) *

Bioetanolo / bio-ETBE - di cui di II generazione - di cui importati

600 100 200

700 200 200

2,06

Biodiesel - di cui di II generazione - di cui importati

1.880 250 800

2.130 500 800

6,27

Idrogeno da FER - - -

Elettricità da FER - di cui nel trasporto su strada - di cui nel trasporto non su strada

369 98

271

922 245 677

2,71

Altri (oli vegetali puri, biometano) - di cui di II generazione

50 50

100 100

0,29

Totale rinnovabili nei trasporti 2.899 3.419 11,33

* Elaborazione ENEA Fonte: Ministero dello Sviluppo Economico - Piano di Azione Nazionale per le Energie

Rinnovabili, 30 giugno 2010

14

Consumi di biocarburanti previsti in Italia per il 2020

Consumi lordi FER (Ktep)

Consumi lordi

(kton)

Capacità produttiva al

2010 (kton/anno)

Bioetanolo / bio-ETBE - di cui di II generazione - di cui importati

600 100 200

937 155 312

215

- di cui da colture dedicate 300 470

Biodiesel - di cui di II generazione - di cui importati

1.880 250 800

2.185 290 930

2.146

- di cui da colture dedicate 930 965

I consumi previsti per il 2020 corrispondono, per i soli biocarburanti liquidi, ad una produzione annua pari a circa 1.435.000 t di biocarburanti liquidi da materie prime agricole

15

Il futuro dei biocarburanti in Italia e in Europa: i problemi aperti

• Capacità produttiva e adeguamento delle infrastrutture industriali - incremento produzione bioetanolo • Regolamentazione dei mercati - meccanismi di sostegno alle esportazioni - qualità dei prodotti (uniformità degli standard) • 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 - certificazione e controllo rispetto dei criteri di sostenibilità

16

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)

17

Il futuro dei biocarburanti: la sfida della sostenibilità

Fonte: Direttiva 2009/28/CE

Biocarburanti - Riduzione minima emissioni GHG

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 (GHG) saranno considerate anche le emissioni causate dal cambiamento dell’uso del suolo

18

Riduzione delle emissioni di GHG per alcune filiere di produzione di biocarburanti (valori standard)

Elaborazione ENEA da Direttiva 2009/28/CE, Allegato V

52 49

71

31 38

83

73

82

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Etanolo da

barbabietolada zucchero

Etanolo da

mais UE

Etanolo da

canna dazucchero

Biodiesel da

soia

Biodiesel da

colza

Biodiesel da

rifiuti

Biometano

da FORSU

Biometano

da letameasciutto

%

19

Riduzione delle emissioni di GHG per alcune filiere di produzione di biocarburanti (valori standard)

Elaborazione ENEA da Direttiva 2009/28/CE, Allegato V

52 49

71

31 38

83

73

82

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Etanolo da

barbabietolada zucchero

Etanolo da

mais UE

Etanolo da

canna dazucchero

Biodiesel da

soia

Biodiesel da

colza

Biodiesel da

rifiuti

Biometano

da FORSU

Biometano

da letameasciutto

%

20

Upgrading del biogas a biometano

• Raffinazione del biogas (55-65% in metano) o gas da discarica (45% in metano) per ottenere biometano (≥95% in metano, zolfo totale < 150 mg/m3)

• Generalmente il processo avviene in due stadi successivi:

Rimozione della CO2

Rimozione tracce di altri gas e

contaminanti (*)

Biogas Biometano

(*) silossani, vapore acqueo, idrogeno solforato, azoto, agenti patogeni

I punti critici del processo sono i consumi energetici e la presenza di componenti che possono dare origine a fenomeni di corrosione

21

Veicoli a gas naturale nei paesi UE (2010)

Fonte: Natural Gas Vehicle Association - NGVA Europe, 2011

(*) Esclusi Cipro, Malta e Romania

60.270 13.307

91.890

730.000

32.000

944.920

0

150.000

300.000

450.000

600.000

750.000

900.000

Bulgaria Francia Germania Italia Svezia Totale UE (*)

N. veicoli

22

1258

456

345

235

0

200

400

600

800

1.000

1.200

1.400

Biodiesel da colza Bioetanolo da mais Bioetanolo dabarbabietola

Biometano da silomais

ha

Superficie necessaria per la produzione di 1 ktep/anno di biocarburanti da colture dedicate

Fonte: Elaborazione su dati da diverse fonti

23

1258

456

345

235

0

200

400

600

800

1.000

1.200

1.400

Biodiesel da colza Bioetanolo da mais Bioetanolo dabarbabietola

Biometano da silomais

ha

Superficie necessaria per la produzione di 1 ktep/anno di biocarburanti da colture dedicate

Fonte: Elaborazione su dati da diverse fonti

I consumi previsti per il 2020 corrispondono, per i soli biocarburanti liquidi prodotti in Italia da colture tradizionali (colza, barbabietola e mais), all’impiego annuale di circa 1.300.000 ha di terreno agricolo

24

Il topinambur come “energy crop”

• Il topinambur (Helianthus tuberosus L.), specie perenne considerata infestante le coltivazioni agricole, è in grado di accumulare nelle radici e negli steli significative quantità di zuccheri (fino al 45-50%)

• Nel nostro paese, sono stati condotti studi e ricerche su questa pianta fin dal 1983 per verificare il suo possibile impiego come coltura energetica per la produzione di bioetanolo (resa stimata: 4-5 t/ha per anno)

• Le attività di ricerca si sono indirizzate all’uso dei fusti piuttosto che dei tuberi con l’obiettivo di ridurre i costi colturali passando da una coltura annuale ad una poliennale, adatta anche a terreni poveri e/o degradati

Coltura sperimentale di topinambur presso la discarica di Cupinoro (Bracciano, Roma)

luglio 2010

25

1258

456

345

235

398 345

0

200

400

600

800

1.000

1.200

1.400

Biodiesel dacolza

Bioetanolo damais

Bioetanolo dabarbabietola

Biometano dasilomais

Bioetanolo dasorgo

Bioetanolo datopinambur

ha

Superficie necessaria per la produzione di 1 ktep/anno di biocarburanti da colture dedicate

Fonte: Elaborazione su dati da diverse fonti

Colture alcooligene “low-input”

26

I biocarburanti di “seconda generazione”

La Direttiva CE n. 28/2009 sulla promozione delle fonti di energia rinnovabili non da una definizione di biocarburanti di seconda generazione, ma parla di:

“Futuri biocarburanti che non erano presenti sul mercato o erano sul mercato solo in quantità trascurabili nel gennaio 2008”

Prevedendo specifiche agevolazioni (doppio conteggio) per favorire la produzione e l’impiego di

“biocarburanti prodotti a partire da rifiuti, residui, materie cellulosiche non alimentari e materiali lignocellulosici”

27

Filiere di produzione di biocarburanti da materie prime agricole tradizionali e innovative

Gassificazione Syngas Sintesi

catalitica FT-diesel

Biomasse Ligno-

cellulosiche

Idrolisi e fermentazione

Etanolo Eterificazione ETBE TAEE

Fermentazione alcoolica

Colture amilacee e zuccherine

Digestione anaerobica

Biogas Upgrading Biometano

Trans-esterificazione

Biodiesel

Colture oleaginose

Estrazione olio

Oli vegetali

Idrogenazione Greendiesel

28

1258

456

345

235

398 345

155

306

0

200

400

600

800

1.000

1.200

1.400

Biodiesel da

colza

Bioetanolo

da mais

Bioetanolo

dabarbabietola

Biometano

da silomais

Bioetanolo

da sorgo

Bioetanolo

datopinambur

Bioetanolo

da cannacomune

FT diesel da

SRF

ha

Superficie necessaria per la produzione di 1 ktep/anno di biocarburanti da colture dedicate

Fonte: Elaborazione su dati da diverse fonti

Biocarburanti di II generazione

29

Percorrenza stimata per veicoli alimentati con biocarburanti prodotti da 1 ha di coltura

Elaborazione ENEA su dati FNR (Fachangentur Nachwachsende Rahstoffe e. V.), 2009

22.400

23.300

67.000

64.000

0 15.000 30.000 45.000 60.000 75.000

Etanolo da cereali

Biodiesel da colza

Biometano

BTL

km/anno

30

Elaborazione ENEA da Direttiva 2009/28/CE, Allegato V (valori standard)

31 38

19

83

95 93

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Biodiesel dasoia

Biodiesel dacolza

Biodiesel daolio di palma

Biodiesel darifiuti

FT-diesel daresidui

lignocellulosici

FT-diesel dacolture

legnose

%

Riduzione stimata delle emissioni di GHG per alcune filiere di produzione di biocarburanti (rispetto al gasolio)

31

Elaborazione ENEA da Direttiva 2009/28/CE, Allegato V (valori standard)

52 49

71

85

74 70

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Etanolo dabarbabietola

da zucchero

Etanolo damais UE

Etanolo dacanna da

zucchero

Etanolo dapaglia

Etanolo daresidui legnosi

Etanolo dacolture

legnose

%

Riduzione stimata delle emissioni di GHG per alcune filiere di produzione di biocarburanti (rispetto alla benzina)

Una nuova tecnologia italiana per la produzione di etanolo da biomasse lignocellulosiche

32

Fonte: Chemtex, 2011

33

Grazie per l’attenzione

Dr. Vito Pignatelli ENEA - Unità Tecnica Fonti Rinnovabili Coordinamento Tecnologie Biomasse e Bioenergie C.R. Casaccia Via Anguillarese, 301 00123 S.M. di Galeria, Roma Tel. 0630484506 Fax 0630486514

e-mail: vito.pignatelli@enea.it