Progetto Kyoto Linea Scenari e Politiche Politecnico di Milano, DIIAR sez. Ambientale

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1 Progetto Kyoto Linea Scenari e Politiche Politecnico di Milano, DIIAR sez. Ambientale III anno Politiche tecnologiche dirette: Biocombustibili (M.Giugliano, S.Caserini, C.Scacchi)

2 Politiche tecnologiche dirette: biocombustibili DIESEL Fertilizzanti Pesticidi Semi Trattori Attrezzi PREPARAZIONE TERRENO aratura - erpicatura - fertilizzanti COLTIVAZIONE SEMINA MANTENIMENTO fertilizzanti - trattamenti RACCOLTA Paglia Reagenti Elettricità TRASPORTO Vapore GRANO ESTRAZIONE DEI SUCCHI macina-miscelazione-cottura FERMENTAZIONE DISTILLAZIONE ETANOLO DDGS RAFFINERIA Disidratazione Evaporazione Essiccamento DDGS TRASPORTO ETANOLO ETANOLO BENZINA MISCELAZIONE CON BENZINA Distribuzione combustione di E0-E5-E10-E85 TRASPORTO USO Energia ESTRAZIONE GREGGIO Infrastrutture Composti chimici RAFFINERIA Oleodotto Camion (32t) DEPOSITO REGIONALE PRODUZIONE BENZINA

3 Obiettivi del lavoro Valutazione delle potenzialità di produzione di biocombustibili nell ambito del contesto agricolo lombardo. Valutazione delle possibili riduzioni delle emissioni di gas serra derivanti dall utilizzo dei biocombustibili nel settore dei trasporti. Valutazione delle possibili implicazioni sulle emissione di inquinanti atmosferici in Lombardia, con particolare riferimento ai precursori di particolato fine ed ozono.

4 Biocombustibili Biodiesel: prodotto a partire da piante e semi oleaginosi (colza, girasole, soia, palma e noce di cocco) da un trattamento di transesterificazione. Può essere miscelato nei veicoli diesel tradizionali con il gasolio (< 25-30%) Bioetanolo: prodotto da colture zuccherine (canna da zucchero barbabietola da zucchero, mais, sorgo zuccherino, frumento, colture amidacee residui di coltivazioni agricole e lavorazioni forestali), tramite un processo di fermentazione alcolica. Può essere miscelato nei veicoli tradizionali con la benzina (< % in volume) oppure in alte percentuali (85%-100%) in FFVs (flexi fuel vehicles), già presenti su larga scala in Brasile, Svezia, USA, Francia, Germania.

5 Sviluppo di biocombustibili Commissione Europea (Direttiva 2003/30/CE): obiettivi di utilizzo di biocarburanti per ogni stato membro. Italia (D.Lgs 128/2005e D.Lgs 2/2006): sostituzione entro il 2010, del 5,75% di carburanti tradizionali con biocarburanti (valori percentuali in termini energetici). I biocarburanti occupano ancora una quota molto bassa nel consumo totale del settore trasporti (1,5% nel 2005 in Europa e 0,5 in Italia nel 2005). Forte aumento recente delle produzioni: +60% bioetanolo e + 66% biodiesel nel periodo L Unione Europea ha individuato due filieri principali: bioetanolo (prodotto da frumento, mais o barbabietola da zucchero) e biodiesel (da colza, soia o girasole).

6 Benefici dall uso di biocombustibili Riduzione delle emissioni di gas serra dal trasporto stradale (settore molto problematico) Riduzione della dipendenza da fonti di approvvigionamento fossili e finite- fuel secutity Un ruolo chiave sarà giocato dai biocarburanti di seconda generazione (prodotti a partire da biomasse caratterizzate da maggiore produttività e da un rapido sviluppo verticale, es. sorgo, miscanto)

7 Aspetti critici nell uso di biocombustibili /1 mancano chiari standard di sostenibilità per la produzione di biocarburanti, in grado di prevenire danni ambientali durante le fasi di coltivazione e produzione cambio di destinazione d uso dei terreni, in grado di annullare completamente gli effetti positivi creati (es. olio di palma su materie prime importate da Malesia e Indonesia - deforestazione) sicurezza alimentare e aumento dei prezzi delle materie prime alimentari (l incremento della richiesta dal settore dei biocarburanti porta ad un aumento del prezzo delle materie prime)

8 Aspetti critici nell uso di biocombustibili /2 la crescita dei prezzi dei prodotti agricoli (es. cereali) dipende da tanti fattori (crescita della domanda, speculazione finanziaria sui mercati dei prodotti agroalimentari, variazione delle produzioni anche per motivi meteo-climatici) secondo diverse fonti i biocarburanti non sono l unico responsabile dell aumento di prezzi delle derrate alimentari, probabilmente non il fattore principale la quota di cereali prodotti destinati alla produzione di etanolo rimane comunque limitata, seppur in crescita La sostenibilità delle produzioni e le effettive riduzioni devono essere valutate caso per caso, sulla base di dati specifici dell effettiva filiera di produzione.

9 Emissioni dalla combustione di biocarburanti in veicoli per autotrazione Dati reperiti nella letteratura scientifica (<marzo 2008) Confronto difficoltoso per varietà delle tipologie di biocarburanti varietà di veicoli testati limitato numero di misure differenze nelle condizioni delle misure stesse (cicli di guida, velocità medie, ecc.). grande variabilità dei livelli emissivi in relazione a queste variabili Sono state valutate le differenze relative fra le emissioni dei veicoli con carburanti tradizionali e quella degli stessi veicoli con biocarburanti (non i livelli assoluti delle emissioni)

10 Emissioni da biodiesel variazione media e dispersione delle emissioni dall uso del biodiesel, rispetto alle emissioni del gasolio. 20 B20 B100 variazione % CO NOx HC PM

11 Emissioni da bioetanolo variazione media e dispersione delle emissioni dall uso del biodiesel, rispetto alle emissioni della benzina. variaizone % E5-10 E17-22 E CO NOx HC PM

12 Emissioni: quadro riassuntivo tipo di biocarburante CO NOx HC PM B20 B100 E5-10? E85-100? O100 riduzione 1-10% Biodiesel: riduzione delle emissioni degli IPA, riduzione 1-10% riduzione 11-20% riduzione 11-20% mentre per acetaldeide e formaldeide i risultati riduzione 21-30% riduzione 21-30% sono contrastanti, principalmente a causa della riduzione 31-40% riduzione 31-40% differenza di composizione e origine dei biodiesel riduzione 41-50% riduzione 41-50% utilizzati, nonché delle diverse condizioni? riduzione non quantificata riduzione non sperimentali. quantificata aumento 1-10% aumento 1-10% Etanolo: la sostituzione di bioetanolo nella aumento 11-20% aumento 11-20% benzina porta ad un ovvia riduzione del benzene, tuttavia provoca un aumento consistente delle emissioni di aldeidi (acetaldeide e formaldeide).

13 L analisi del ciclo di vita /1 Analisi specifica, con dati di dettaglio relativi al contesto lombardo, per il bioetanolo prodotto a partire da grano di frumento, considerando le seguenti possibilità di utilizzo di carburanti: E0 (benzina tradizionale, a basso contenuto di zolfo), E5 (5%bioetanolo, 95%benzina tradizionale, a basso contenuto di zolfo), E10, E85 ed E100. Biodiesel: indagine di letteratura DIESEL Fertilizzanti Pesticidi Semi Trattori Attrezzi PREPARAZIONE TERRENO aratura - erpicatura - fertilizzanti COLTIVAZIONE SEMINA MANTENIMENTO fertilizzanti - trattamenti RACCOLTA Paglia Reagenti Elettricità TRASPORTO Vapore GRANO ESTRAZIONE DEI SUCCHI macina-miscelazione-cottura FERMENTAZIONE DISTILLAZIONE ETANOLO DDGS RAFFINERIA Disidratazione Evaporazione Essiccamento DDGS TRASPORTO ETANOLO ETANOLO BENZINA MISCELAZIONE CON BENZINA Distribuzione combustione di E0-E5-E10-E85 TRASPORTO USO Energia ESTRAZIONE GREGGIO Infrastrutture Composti chimici RAFFINERIA Oleodotto Camion (32t) DEPOSITO REGIONALE PRODUZIONE BENZINA

14 L analisi del ciclo di vita /2 Impianto di produzione di etanolo MACINA GRANO Reagenti Elettricità Vapore Miscelazione Cottura Liquefazione FERMENTAZIONE DISTILLAZIONE ETANOLO DDGS Ricircolo acqua Disidratazione Evaporazione Essiccamento ETANOLO (>99%) LIMITI DEL SISTEMA DDGS (umidità 10%)

15 Risultati 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Gas serra L analisi del ciclo di vita /3 Emissioni gas serra emissioni evitate/aggiuntive g CO2 eq/km gco2 eq/km % E0 214 E ,1 E ,1 E ,1 E ,6 Energia consumata consumo evitato/aggiuntivo MJ/km MJ/km % E0 3,09 E5 3,06-0,03-1,0 E10 3,02-0,07-2,3 E85 1,44-1,65-53,4 E100 1,181-1,91-61,8 E0 E5 E10 E85 E100 Energia

16 Risultati L analisi del ciclo di vita /4 250 gco2eq/km trasporto miscele prod etanolo prod benzina uso 0 E0 E5 E10 E85 E100

17 L analisi del ciclo di vita /5 Confronto risultati e analisi di sensibilità - bioetanolo gco2eq/kg valori di letteratura LCA Lombardia 0 benzina E(frumento) E(barbabietola) E(mais)

18 L analisi del ciclo di vita /6 Confronto risultati e analisi di sensibilità - biodiesel gco2eq/kg diesel B(colza) B(girasole) B(soia)

19 L analisi del ciclo di vita /7 Confronto risultati e analisi di sensibilità casi analisi di sensibilità gco2eq/km Caso Base A.S. 1 A.S. 2a A.S. 2b A.S. 2c A.S. 3 E0 E5 E10 E85 E100 Caso Base: consumo specifico delle miscele linearmente crescente con il contenuto di etanolo; emissioni di N 2 O pari all 1,25% dell azoto applicato; allocazione dei carichi ambientali secondo valore in massa dei sottoprodotti; A.S.1 Consumo specifico uguale per le miscele E0, E5 ed E10; A.S. 2a/b/c: Emissioni di N 2 O pari al 2%-3%-5% dell azoto applicato come fertilizzante; A.S. 3: Allocazione dei carichi ambientali secondo valore economico dei sottoprodotti

20 Potenziale di produzione di biocarburanti in Lombardia e riduzione dei gas serra /1 LOMBADIA Frumento Mais Colza Girasole Soia Barbabietola da zucchero Superficie media (ha) ripart. % 5,8% 25,9% 0,1% 0,5% 2,7% 1,8% 63,5% Produzione media (1000t) produttività media (q/ha) ITALIA Frumento Mais Colza Girasole Soia Barbabietola da zucchero Superficie media (ha) ripart. % 42,9% 21,1% 0,3% 3,1% 3,3% 4,2% 25,5% Produzione media (1000t) produttività media (q/ha) Altro Altro

21 Potenziale di produzione di biocarburanti in Lombardia e riduzione dei gas serra /2 Scenario 1 - potenziale massimo: massimo quantitativo di biocarburanti teoricamente producibili in Lombardia nell ipotesi di utilizzare per la produzione di biocarburanti tutta la superficie agricola attualmente dedicata alle medesime colture. Scenario 2 - potenziale sostenibile : le superfici destinate alla bioenergia sono ipotizzate basandosi sui risultati dello studio dell Agenzia europea per l Ambiente How much bioenergy can Europe produce without harming the environment?, utilizzando la stessa quota stimata per l Italia (20% della SAU). Scenario 3 - potenziale minimo: destinate alla bioenergia le sole superfici in passato dedicate a riposo dalla Politica Agricola Comunitaria (10% dei terreni arabili totali)

22 Potenziale di produzione di biocarburanti in Lombardia e riduzione dei gas serra /3 Superfici destinate ai biocombustibili nei tre scenari SAU media Frumento Mais Colza Girasole Soia Barbabietola da zucchero Altro TOT ha % sul totale 5,8% 25,9% 0,1% 0,5% 2,7% 1,8% 63,5% 100% SCENARIO 1 Frumento Mais Colza Girasole Soia Barbabietola da zucchero Altro Sup. Energetica TOT ha % sul totale 5,8% 25,9% 0,1% 0,5% 2,7% 1,8% 63,5% 100% SCENARIO 2 Frumento Mais Colza Girasole Soia Barbabietola da zucchero Altro Sup. Energetica TOT ha % sul totale 1,2% 5,2% 0,0% 0,1% 0,5% 0,4% 12,7% 20% SCENARIO 3 Frumento Mais Colza Girasole Soia Barbabietola da zucchero Altro Sup. Energetica TOT ha % sul totale 0,6% 2,6% 0,0% 0,0% 0,3% 0,2% 6,3% 10%

23 Potenziale di produzione di biocarburanti in Lombardia e riduzione dei gas serra /4 biocarburante materia prima GSE(ktCO2) SCENARIO 1 GSE(ktCO2) SCENARIO 2 GSE(ktCO2) SCENARIO 3 colza 2,08 0,42 0,21 biodiesel girasole 13,25 2,65 1,33 soia 34,97 6,99 3,50 barbabietola 171,57 34,31 17,16 bietanolo mais 1886,00 377,20 188,60 TOT frumento 215,96 43,19 21, Maggior contributo potenziale dal bioetanolo, poiché le colture zuccherine sono quelle con maggiore estensione territoriale L etanolo da mais contribuisce all 80% della totale produzione nei tre casi analizzati.

24 Potenziale di produzione di biocarburanti in Lombardia e riduzione dei gas serra /4 Emissioni da trasporti riduzione di gas serra (%) Emissioni totali SCENARIO 1 13% 2,48% SCENARIO 2 2,53% 0,50% SCENARIO 3 1,3% 0,25% Riduzione del 13% delle emissioni da trasporto su strada Le riduzioni delle emissioni di gas serra, anche nell impegnativo Scenario 1, sembrano piuttosto limite.

25 Progetto Kyoto Linea Scenari e Politiche Politecnico di Milano, DIIAR sez. Ambientale Tutte le tre politiche tecnologiche studiate permettono riduzioni delle emissioni di gas serra II anno - Biomasse (digestione anaerobica): 2,3 % 5,3 % materiali di scarto e reflui zootecnici, necessità di gestione attenta e competente, necessità di sistema consortile, evitare perdite di metano in atmosfera II anno - Biomasse (combustione): 1,5 2,6 % ricambio apparecchi civili, riduzione polveri fini primarie e tossici, convenienza di medi e grandi impianti di cogenerazione III anno - Biocombustibili (autotrazione): 0,25 0,5 % necessità di superfici estese; competizione con le produzioni alimentari

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