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 promozionedelle 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 negli usi finali dell’energia rispetto ai livelli attuali

• 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

23,4

20,422,1

24,4

1,7

8,0

Trasporti

Industria

Terziario e residenziale

Generazione elettrica

Agricoltura e pesca

Altro

Fonte: ENEA, Rapporto Energia e Ambiente 2008

(% sul consumo interno lordo totale, pari a 194,2 Mtep)

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 obiettivistabiliti dalle relative Direttive Europee

Fonte: Elaborazione ENEA su dati EurObserv’ER - Biofuels Barometer 2009

5,75

0,5 0,7 1

1,92,6

3,3

5,3

10

2

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2020

Percentuale di biocarburanti sui consumi totali

Obiettivi della Direttiva 2003/30/CE

Obiettivo della Direttiva 2009/28/CE

% incorporazione

Consumi di biocarburanti nell’UnioneEuropea nel 2008

Fonte: Elaborazione ENEA su dati EurObserv’ER - Biofuels Barometer 2009

ktep

7.900,30

1.765,96

397,91

10.064,15

0

2.000

4.000

6.000

8.000

10.000

12.000

Biodiesel Bioetanolo Altri (*) Totale

(*) soprattutto oli vegetali puri, con una minore quantità di biometano

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

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

Fonte: Direttiva 2009/28/CE, Allegato III

Mj/l

32

21

27

36

33 34

0

10

20

30

40

50

Benzina Bioetanolo ETBE Gasolio Biodiesel Oliovegetale

Le “forme” del bioetanolo in Europa nel 2008

Fonte: Lyondell, 2009

Miscelazione diretta23%

Come ETBE74%

Come TAEE3%

Consumo totale di bioetanolo nella UE nel 2008: 2.460 kt

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 purie biogas (biometano)

Mezzi di trasporto pubblici alimentati abiometano 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 biodieselda 400.000 t/anno della Società Biopetrol

Industries AG, Rotterdam (NL), 2009

Produzione di biodiesel nei Paesi dell’Unione Europea. Anni 2002-2008

Fonte: Elaborazione ENEA su dati European Biodiesel Board, 2009

migliaia di t 7.755

5.713

4.890

3.184

1.933

1.4341.065

0

1.000

2.000

3.000

4.000

5.000

6.000

7.000

8.000

2002 2003 2004 2005 2006 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 esottoprodotti

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

Fonte: IEA Bioenergy Implementing Agreement - From 1° to 2nd Generation BiofuelsTechnologies, novembre 2008

GassificazioneFermentazione anaerobica

Materiali lignocellulosiciBiomasse fermentescibili

BioidrogenoIdrogeno

Gassificazione e sintesiMateriali lignocellulosiciGas naturale di sintesi (SNG)

Metano

Idrogenazione cataliticaPirolisi

Coltivazione ed estrazione

Oli e grassi vegetali e animaliMateriali lignocellulosiciMicroalghe

Hydrodiesel

Greendiesel da pirolisiBiolio da microalghe

Biodiesel (ibrido fra Ia e IIa generazione)

Gassificazione e sintesiMateriali lignocellulosiciFischer-Tropsch dieselBiometanoloAlcoli superiori (butanolo e altri)Dimetil etere (DME)Ossigenati di sintesi (etanolo + MTHF ecc.)

Biocarburanti di sintesi

Idrolisi enzimatica e fermentazione

Materiali lignocellulosiciEtanolo da cellulosaBioetanolo

Processo produttivoMaterie primeBiocarburanteTipologia

L’Europa promuove lo sviluppo e l’uso dei biocarburanti di seconda generazione

Fonte: Direttiva 2009/28/CE

"Ai fini della dimostrazione del rispetto degliobblighi nazionali in materia di energie rinnovabiliimposti agli operatori e dell’obiettivo di impiegareenergia 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 alimentarie materiali lignocellulosici è consideratoequivalente al doppio di quello di altribiocarburanti"

Contenuto energetico (p.c.i.) dei biocarburanti di prima e seconda generazione

Fonte: Direttiva 2009/28/CE, Allegato III

3643Gasolio

3243Benzina

50

37

44

44

37

36

27

MJ / kg

21Bioetanolo

-Biogas (biometano)

34Olio vegetale puro

34Oli vegetali idrogenati (Hydrodiesel)

34BTL (gasolio sintetico da biomasse)

33Biodiesel

27Bio-ETBE (37% rinnovabile)

MJ / lCarburante

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

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

64.000

67.600

23.300

22.400

0 10.000 20.000 30.000 40.000 50.000 60.000 70.000

Biometano

BTL

Biodiesel da colza

Etanolo da cereali

km / anno

Il futuro dei biocarburanti: la sfida della sostenibilità

Fonte: Direttiva 2009/28/CE

(*) dal 1 aprile 2013 per impianti in attività il 23 gennaio 2008

(**) dal 1 gennaio 2018

60%50%35%

Nuovi impianti entrati in funzione dopo il 1 gennaio

2017 (**)

2017All’entrata in vigore della

Direttiva (*)

Biocarburanti - Riduzione minima emissioni CO2

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

Riduzione stimata (%) delle emissioni di GHGper alcune filiere di produzione di biocarburanti

Fonte: Elaborazione ENEA su dati della Direttiva 2009/28/CE, Allegato V, valori standard

(rispetto al gasolio)

93

19

3831

83

95

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

Riduzione stimata (%) delle emissioni di GHGper alcune filiere di produzione di biocarburanti

Fonte: Elaborazione ENEA su dati della Direttiva 2009/28/CE, Allegato V, valori standard

(rispetto alla benzina)

7470

52 49

71

85

Etanolo da paglia

Etanolo da residui legnosi

Etanolo da colture legnose

Etanolo da barbabietola

Etanolo da mais

Etanolo da canna da zucchero

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 di cambiamenti nei settori agricolo e forestale

• 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 sarannocommercialmente competitivi. Lo Scenario diRiferimento del World Energy Outlook 2008 indicache i biocarburanti di 2a generazione non entreranno sul mercato su una piena scalacommerciale 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 perProdotti IndustrialiC.R. CasacciaVia Anguillarese, 30100123 S.M. di Galeria, Roma

Tel. 0630484506Fax 0630486514

e-mail: vito.pignatelli@enea.it