LA PRODUZIONE DI BIOCARBURANTI: SITUAZIONE ATTUALE E PROSPETTIVE FUTURE LEGATE ALL IMPIEGO DELLA FRAZIONE ORGANICA DEI RIFIUTI SOLIDI URBANI

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1 FOCUS Prevenzione Oggi Vol. 6, n. 1/2, LA PRODUZIONE DI BIOCARBURANTI: SITUAZIONE ATTUALE E PROSPETTIVE FUTURE LEGATE ALL IMPIEGO DELLA FRAZIONE ORGANICA DEI RIFIUTI SOLIDI URBANI Maria Rosaria Boni*, Biancamaria Pietrangeli**, Silvia Sbaffoni*, Letizia Tuccinardi* * Università di Roma Sapienza, Dipartimento Idraulica, Trasporti e Strade (D.I.T.S.), Roma ** Istituto Superiore Prevenzione e Sicurezza del Lavoro (ISPESL), Dipartimento Installazioni di Produzione e Insediamenti Antropici, Roma (Parole chiave: biocarburanti, biomasse, rifiuti organici) SINTESI CONTESTO - Il continuo sviluppo del trasporto su strada pone ai Paesi europei la sfida di conciliare le accresciute esigenze di mobilità con quelle di tutela dell ambiente e della salute dei cittadini. Il trasporto, soprattutto quello su strada, è tradizionalmente un importante fonte di produzione di ossidi di carbonio (CO e CO2), di azoto (NOx), di zolfo (SOx), idrocarburi incombusti e particolato solido e da questo proviene circa un quarto delle emissioni totali di gas serra. La Direttiva dell Unione europea 30/2003/CE e i successivi accordi di programma hanno definito gli obiettivi quantitativi per inserire quote crescenti di biocarburanti (5,75% nel 2010) nel mercato comunitario della mobilità, per limitare la dipendenza da fonti fossili convenzionali e allo stesso tempo far fronte ai problemi di carattere ambientale generati dal loro utilizzo. Nonostante ciò lo sviluppo della filiera dei biocarburanti incontra barriere di vario genere, quali il costo di produzione e la competition for land legata ad impatti negativi in termini di disponibilità di terreni coltivabili, deforestazione, pressioni sulle risorse idriche e conseguenze sul piano sociale. La questione investe ovviamente il mondo scientifico, chiamato a dare risposte concrete a queste esigenze primarie connesse allo sviluppo sostenibile del pianeta. OBIETTIVI - Nel presente lavoro ci si pone l obiettivo di inquadrare la situazione attuale relativa alla produzione di biocarburanti, mettendo in evidenza gli sviluppi normativi e le criticità, in particolare relativamente alla situazione italiana. In esso vengono descritte le principali caratteristiche dei biocarburanti liquidi e gassosi in relazione al loro possibile impiego in autotrazione in alternativa ai combustibili tradizionali, nonché i vantaggi connessi all impiego dei rifiuti organici urbani come biomasse da sfruttare per la produzione di biocarburanti. METODI - Sono in corso studi con l obiettivo di mettere in atto strategie innovative per incrementare la produzione agricola, diversificare le colture (verso colture non alimentari), sviluppare i processi e le tecnologie di conversione delle derrate in biocarburanti a fini energetici, nonché valutare i relativi effetti sulle emissioni. L interesse maggiore è rivolto alla ricerca di fonti capaci di svincolare la produzione dalla classica agricoltura, come ad esempio i rifiuti agroalimentari e i rifiuti urbani. La possibilità di recuperare materiali con scarso valore di mercato, ma che impongono alla collettività un costo di smaltimento, potrebbe diventare una strategia in grado di rispondere nello stesso tempo a problematiche sia di carattere ambientale che economico. BOW PO/base indexing: CIS: Trattamento dei rifiuti [CIS: Jurg]; Biogas [CIS: Fozg]; Prodotti di origine animale [CIS: Fo]; Sostanze combustibili [CIS: Fydk]; Liquidi combustibili [CIS: Fydkl]; Composti organici [CIS: D] EUOSHA OSH: Trattamento dei rifiuti [EUOSHA OSH: 61721D]; Composti organici [EUOSHA OSH: 30921D] ATECO: Smaltimento dei rifiuti solidi, delle acque di scarico e simili [ATECO: 90] 63

2 Prevenzione Oggi gennaio - giugno 2010 In Italia, in particolare, esiste una larga disponibilità di biomasse umide già raccolte in centri uniformemente distribuiti nell intero territorio nazionale prevalentemente come frazione organica dei rifiuti solidi urbani (FORSU). RISULTATI - Data l esigenza di limitare il conferimento di materiali in discarica nell ottica della gestione integrata dei rifiuti, come stabilito dalla normativa vigente, si comprende dunque la necessità di mettere a punto alternative, economicamente e ambientalmente compatibili, finalizzate alla produzione di vettori energetici a partire da tali biomasse, anche allo scopo di valorizzarle da un punto di vista economico. INTRODUZIONE Il continuo sviluppo del trasporto su strada pone ai Paesi europei la difficile sfida di conciliare le accresciute esigenze di mobilità con quelle di tutela dell ambiente e della salute dei cittadini. Il trasporto, soprattutto quello su strada, è tradizionalmente un importante fonte di produzione di ossidi di carbonio (CO e CO2), di azoto (NOx), di zolfo (SOx) e di idrocarburi incombusti. I veicoli a combustione interna emettono inoltre particolato solido, che può generare patologie sull uomo a causa in particolare del contenuto di particelle di dimensioni inferiori a qualche decina di micron. Il settore dei trasporti rappresenta, dunque, una delle priorità su cui intervenire immediatamente, dato che da questo settore proviene circa un quarto delle emissioni totali di gas serra e che una mobilità sostenibile è indispensabile anche su scala globale. La Direttiva dell Unione europea (UE) 30/2003/CE [1], recepita recentemente anche in Italia, nonché i successivi accordi di programma stabiliti dai Paesi europei, hanno definito gli obiettivi quantitativi per inserire quote crescenti di biocarburanti prodotti da biomasse, nel mercato comunitario della mobilità. I carburanti di origine biologica possono svolgere un ruolo strategico dal punto di vista della tutela ambientale, in quanto permettono di differenziare gli approvvigionamenti e ridurre allo stesso tempo le emissioni di gas a effetto serra e altri inquinanti. Nell ultimo decennio sono state avviate diverse ricerche e studi finalizzati alla produzione di biocarburanti a partire dalla valorizzazione di scarti provenienti dall industria agroalimentare, del legno e dal settore dei rifiuti solidi urbani [2-4]. La produzione di vettori energetici a partire da un materiale che non ha valore sul mercato, ma che comunque richiede alla collettività un costo per essere smaltito, potrebbe diventare una strategia in grado di rispondere nello stesso tempo a problematiche sia di carattere ambientale sia economico. La produzione di biocarburante di seconda generazione, ovvero prodotto dal materiale di base lignocellulosico di biomasse, anche se ancora non tecnologicamente matura, parte proprio dal presupposto di reperire materia prima abbondante e a basso costo, che nel ciclo di vita di utilizzo di un bene di consumo costituisce scarto o rifiuto. In quest ottica i rifiuti lignocellulosici potrebbero assumere un ruolo rilevante come potenziali materie prime a basso costo e facilmente reperibili. 1. I RIFIUTI ORGANICI IN ITALIA: PRODUZIONE, COSTI DI GESTIONE E PROSPETTIVE DI VALORIZZAZIONE Il panorama italiano della gestione dei rifiuti è fortemente differenziato a seconda delle diverse realtà regionali e provinciali, passando da sistemi di gestione integrata e con basso fabbisogno di discarica, a sistemi di gestione semplici in cui permane la raccolta indifferenziata e la principale forma di gestione è lo smaltimento in discarica. Dal Rapporto Rifiuti 2008 dell Istituto Superiore per la Protezione e la Ricerca Ambientale (ISPRA) [5], la relazione annuale sulla gestione dei rifiuti relativa all anno 2007, evidenzia un calo della produzione pro capite dei rifiuti urbani e una diminuzione della crescita in valore assoluto. Migliora anche la percentuale dei rifiuti 64

3 La produzione di biocarburanti: situazione attuale e prospettive future legate all impiego della frazione organica dei rifiuti solidi urbani urbani raccolti in maniera differenziata, che arriva al 27,5% della produzione totale, quindi l 1,7% in più rispetto all anno precedente, ma ancora assai lontana dal target del 40% fissato per il 2007 dalla legislazione vigente. La crescita nella produzione totale nazionale, nel 2007 si è attestata a 32,5 milioni di tonnellate (t), con un incremento di 40 mila tonnellate pari allo 0,1 per cento; molto più basso rispetto al trend registrato negli anni precedenti. Tuttavia, riguardo allo smaltimento, la discarica resta il sistema ancora più diffuso (anche se con un calo del 2,4% rispetto al 2006) [6] accogliendo il 47% del totale dei rifiuti urbani, mentre va ad incenerimento il 10,3%. Riguardo alla produzione procapite di rifiuti solidi urbani (Figura 1), si registra una contrazione nel 2007, con 546 kg/abitante, rispetto ai 550 del Il valore più alto è registrato nel Centro Italia, dove si producono 630 kg/abitante, seguito dal Nord con 539 e dal Sud che si ferma a 508 kg. FIGURA 1 - Produzione pro capite dei rifiuti in Italia (kg/ab*anno), anno Liguria Lazio Puglia Sicilia Abruzzo Valle d Aosta Umbria Molise Marche Toscana Sardegna Calabria Campania Piemonte Emilia Romagna Basilicata Trentino Alto Adige Friuli Venezia Giulia Veneto Lombardia Kg/abitante*anno Fonte: ISPRA, 2008 [5] Il quadro della raccolta differenziata è nel complesso positivo, pur restando la situazione ancora lontana dall obiettivo del 40%, stabilito dalla Legge 296/06 [7]. Sulle percentuali di raccolta differenziata si evidenziano ancora differenze macroscopiche sul territorio (Figura 2): il Nord supera abbondantemente l obiettivo, con il 42,4%, mentre ne restano lontani il Centro, con il 20,8%, e il Sud che si ferma all 11,6%. Riguardo allo smaltimento in discarica, il primato della Regione che ricorre meno a questo sistema rimane la Lombardia con appena il 10% dei rifiuti prodotti nella regione che ha questa destinazione, peraltro con una consistente contrazione dell 11% rispetto al Anche in Veneto, il conferimento in discarica si ferma al 29% del totale, così in Friuli Venezia Giulia e in Trentino Alto Adige, che lo utilizzano entrambe solo per il 28% dei rifiuti residui. Diversamente accade nel Lazio, dove le discariche hanno accolto nel 2007 circa l 83% di quanto prodotto, con la sola città di Roma che ha conferito 1,4 milioni di tonnellate, a fronte dei 2 milioni dell intera provincia. 65

4 Prevenzione Oggi gennaio - giugno 2010 FIGURA 2 - Raccolta differenziata dei rifiuti urbani negli anni obiettivo 2009 (50%) Raccolta differenziata dei rifiuti (%) 33,5 35,5 37,9 39,9 42,4 17,1 18,3 19, ,8 6,7 8,1 8,8 10,2 11,6 21,1 22,7 24,4 25,8 27, Nord Centro Sud Italia Fonte: ISPRA, 2008 [5] I rifiuti biodegradabili, relativamente ai quali il D.Lgs. 36/03 [8-9] ha introdotto specifici obiettivi di riduzione dello smaltimento in discarica, sono dati dall insieme di frazione umida, verde, carta, tessili e legno, e costituiscono senz altro, la componente più significativa dei rifiuti complessivamente prodotti nel circuito urbano, essi incidono pertanto, in maniera rilevante sull intero sistema di gestione. Il quantitativo di rifiuti biodegradabili raccolti in modo differenziato nel 2006, è pari a circa 5,9 milioni di tonnellate, con una crescita percentuale rispetto al 2005, di poco inferiore all 11% [7]. In Italia, esiste in particolare, una larga disponibilità di biomasse umide già raccolte in centri più o meno uniformemente distribuiti nell intero territorio nazionale prevalentemente come Frazione Organica dei Rifiuti Solidi Urbani (FORSU), derivata dalla raccolta differenziata o dalla separazione meccanica. Si possono individuare come possibili materie prime per il processo di produzione di biocarburanti i seguenti materiali lignocellulosici: FORSU ottenuta per selezione meccanica dei rifiuti indifferenziati. La FORSU ottenibile dagli impianti attualmente esistenti o in costruzione è pari a circa 2 milioni di tonnellate per anno. Nella prospettiva del prossimo decennio tali quantità potrebbero quadruplicare; FORSU ottenuta per raccolta differenziata. La quantità complessiva di tale FORSU è stimabile in circa tonnellate per anno di sostanza secca ( da rifiuti mercatali ed assimilati e dal giardinaggio pubblico); rifiuti e scarti dell agroindustria per complessive tonnellate per anno di sostanza secca. Sulla base di tali dati, potrebbe essere considerata disponibile complessivamente, una quantità di materiale lignocellulosico pari a 1 milione di sostanza secca per anno, il cui costo di approvvigionamento potrebbe essere compreso tra 30 e 50 euro/tonnellata (riferito al materiale tal quale). Dal Rapporto del 2008 si evince un aumento anche dei costi del servizio di igiene urbana: ogni italiano nel 2007 ha speso in media 127,93 euro, il 3,9% in più rispetto all anno precedente, destinati per il 48,2% alla 66

5 La produzione di biocarburanti: situazione attuale e prospettive future legate all impiego della frazione organica dei rifiuti solidi urbani gestione dei rifiuti indifferenziati, per il 17,9% alla raccolta differenziata e per il 14,7% alla pulizia delle strade. L analisi economica realizzata dal Sistema Informativo Economico sui Rifiuti (SIER), strumento messo a punto dall Agenzia per la Protezione dell Ambiente e per i Servizi Tecnici e l Osservatorio Nazionale sui Rifiuti (APAT- ONR), ha permesso di stabilire che i costi generali per la gestione dei rifiuti incidono per il 39%, mentre i costi per la raccolta e il trasporto dei rifiuti indifferenziati e differenziati incidono per il 33%; all interno di questo 33% la raccolta differenziata incide per il 22% mentre quella indifferenziata incide per il 78%, ossia quest ultima ha un peso 5 volte maggiore sui costi di raccolta e trasporto; i costi per il trattamento e lo smaltimento gravano per il 21%. Da ciò si evince che i costi per la gestione dei rifiuti indifferenziati grava per il 69% contro l 11% di quella dei rifiuti differenziati. 2. I BIOCARBURANTI NELLE DIRETTIVE COMUNITARIE La Direttiva dell UE 30/2003/CE [1], ha definito gli obiettivi quantitativi per inserire nel mercato comunitario della mobilità, quote crescenti di biocarburanti prodotti da biomasse. Essa ha imposto l uso del 5,75% di biocarburanti entro il 2010 e del 20% entro il La Direttiva dell UE sui biocarburanti intende favorire la produzione e la diffusione di carburanti di origine vegetale (biodiesel, olio vegetale puro, bioetanolo e derivati e altri biocombustibili) nel mercato europeo dei combustibili per autotrazione; gli obiettivi di produzione ed utilizzo dei biocarburanti sul totale delle benzine sono indicati dalla Direttiva pari al 2% al 31 dicembre 2005 e al 5,75% al 31 dicembre Sulla base di questa Direttiva alcuni Paesi hanno messo in atto misure per incentivare fortemente i biocaburanti [10-11]; ad esempio la Germania ha reso esenti da accisa tutti i combustibili di origine vegetale sino al dicembre Tale misura è stata possibile grazie ad un altra Direttiva comunitaria, la 2003/96/CE [12], che all art. 16 consente agli Stati membri di applicare una esenzione totale o parziale dell accisa sui biocarburanti riconoscendo i meriti ambientali e sociali, in deroga alle normative sulla concorrenza e il mercato. Negli ultimi mesi l UE, attraverso i suoi organi istituzionali (Parlamento, Consiglio, Commissione), ha ribadito con forza ed insistenza l importanza delle biomasse quale fonte rinnovabile di energia nel panorama attuale e negli scenari futuri del continente. Le biomasse contribuiscono per oltre il 10% alla domanda complessiva mondiale di energia primaria. In particolare, i Paesi in via di sviluppo ricavano mediamente circa il 40% del fabbisogno energetico totale dalle biomasse; invece, nei paesi industrializzati le biomasse contribuiscono appena per circa il 3% agli usi energetici primari. Con circa il 2% del proprio fabbisogno energetico coperto dalle biomasse, l Italia è al di sotto della media europea dove si raggiungono punte anche del 20% [13]. Nel bilancio energetico europeo le biomasse, che attualmente contribuiscono per il 4%, potrebbero raddoppiare se non triplicare tale contributo nei prossimi decenni [13]. La trasformazione della biomassa (residui agricoli e forestali, rifiuti urbani e agroindustriali, specie vegetali coltivate ad hoc, etc.), oltre agli usi non energetici (fibre tessili, cellulosa/carta, etc.), può dar luogo a molteplici impieghi energetici: - conversione in energia termica e/o elettrica; - produzione di biocarburanti, sia liquidi (bioetanolo e biodiesel) che gassosi (biometano e bioidrogeno). Il 7 dicembre 2005 la Commissione europea ha emesso la comunicazione, Piano d azione per la biomassa [14], che fissa le misure per promuovere ed incrementare l uso delle biomasse nei settori del riscaldamento, dell elettricità e dei trasporti. L obiettivo è di raddoppiare l attuale contributo delle biomasse - pari al 4% dell energia primaria dell UE a 25 membri - passando da 69 Mtep 1 nel 2003 a 188 Mtep nel 2010 e a 227 Mtep nel Mtep: milioni di tonnellate equivalenti di petrolio. 67

6 Prevenzione Oggi gennaio - giugno 2010 Nel 2007 è stato avviato il VII Programma Quadro, tra le cui priorità figurano la seconda generazione dei biocombustibili per autotrazione e la raffinazione delle biomasse per sfruttare a pieno il potenziale energetico ed industriale di tale risorsa. Sono anche in corso richiami e procedure d infrazione contro alcuni Stati inadempienti. 2.1 L approvvigionamento energetico in Italia L Italia continua ad avere un elevata dipendenza dall estero per quanto riguarda gli approvvigionamenti energetici; nel 2005 tale dipendenza è stata superiore all 80% su un fabbisogno complessivo di energia primaria che si aggira intorno a 200 Mtep. Il contributo delle fonti rinnovabili (idroelettrico compreso) al bilancio energetico nazionale è pari approssimativamente al 7%, di cui circa 1/3 proveniente dalle biomasse. Nel lungo periodo ( ) le biomasse potrebbero coprire una quota dei consumi nazionali di energia primaria per almeno il 15%. Tenuto conto che il potenziale attualmente utilizzabile di biomasse è di circa 15 Mtep, i vari piani e programmi nazionali in questo settore prevedono di poter raggiungere nel periodo un consumo di energia primaria da biomasse pari a 8-10 Mtep. Il massimo sfruttamento possibile delle attuali risorse di biomasse, costituite essenzialmente da residui delle lavorazioni agricole e forestali, dalla legna da ardere, dai reflui zootecnici e dalla parte biodegradabile dei rifiuti solidi urbani, equivale potenzialmente dal punto di vista energetico a Mtep/anno. A livello nazionale, il D.Lgs. 128/05 [15], concernente Attuazione della Direttiva 2003/30/CE relativa alla promozione dell uso dei biocarburanti o di altri carburanti rinnovabili nei trasporti ha stabilito le percentuali del totale di carburante diesel e di benzina immessi al consumo nel mercato nazionale rappresentata dai combustibili a basso impatto ambientale. Il D.L. 2/06 [16], recante interventi urgenti per i settori dell agricoltura, dell agroindustria, della pesca, nonché in materia di fiscalità d impresa (convertito, con modifiche, nella Legge 81/06)[17] ha stabilito, relativamente agli interventi del settore agroenergetico, un preciso obbligo di immissione sul mercato di determinate percentuali di biodiesel, bioetanolo ed etil-tert-butil etere (ETBE), bioidrogeno a carico dei soggetti che immettono in consumo benzina e gasolio derivanti da fonti non rinnovabili. La Legge Finanziaria 2007 [7] ha introdotto alcune novità per il settore delle rinnovabili, ed in particolare per il settore delle biomasse. Novità assoluta, anche se ancora come affermazione di principio, è il riconoscimento dell esenzione dell accisa di un primo contingente di olio vegetale puro, ma anche l impegno ad istituire uno speciale regime di certificati verdi di tipo agricolo [18]. Il prossimo passo riguarderà le successive emanazioni dei decreti attuativi, sia in tema di biocarburanti, sia nella parte relativa ai certificati verdi che dovranno semplificare le procedure per far sì che la diffusione delle fonti energetiche rinnovabili di origine agricola e forestale, si traduca in concrete opportunità per le imprese agricole, per l economia e per lo sviluppo sostenibile del paese. La Legge Finanziaria 2008 [19], approvata definitivamente il 21 dicembre 2007, delinea un quadro di eccezionale impulso in relazione alle fonti rinnovabili e all efficienza energetica, nell ottica dello sforzo per la riduzione delle emissioni clima-alteranti. Nel settore dei biocarburanti per trasporto, ai fini del raggiungimento degli obiettivi indicativi nazionali, e ormai anche degli obiettivi europei (20% al 2020), il comma 139 dell art. 2 della Finanziaria 2008 eleva al 3% per l anno 2009 la percentuale di biocarburanti da immettere al consumo, rispetto al 2% che la Legge 296/06 [7] (Finanziaria 2007) fissava per il 2008 e all 1% per il Mentre il dibattito sui biocarburanti va avanti tra chi ne sostiene l utilità e chi ne vede uno dei principali imputati nell impennata dei prezzi dei prodotti agricoli alimentari, anche l Italia si adegua alla normativa europea, che prevede l obbligo di miscelare i prodotti di origine fossile con una percentuale di biocarburanti. Tale percentuale, quantificata nelle ultime due Leggi Finanziarie ( ), è pari al 2% per il 2008, al 3% per il 2009 e dovrà raggiungere il 5,75% nel Vengono così rispettati gli indirizzi della Direttiva dell UE 2003/30/CE [1] sui biocarburanti, che il D.Lgs. 128/05 [15], di recepimento della Direttiva, aveva ridotto al 2,5%. Sono state fissate delle sanzioni per mancato raggiungimento dell obbligo previsto. Con la pubblicazione in Gazzetta Ufficiale del decreto sulle sanzioni per il mancato rispetto degli obblighi di miscelazione obbligatoria, è stato adesso rimosso il principale ostacolo che ne aveva sino ad ora impedita l applicazione pratica. Le nuove misure sono contenute del D.M. 100/08 [20], che prevede una sanzione amministrativa pecuniaria di 600 euro 68

7 La produzione di biocarburanti: situazione attuale e prospettive future legate all impiego della frazione organica dei rifiuti solidi urbani per la violazione dell obbligo di immissione al consumo dei biocarburanti e degli altri carburanti rinnovabili, posto a carico dei soggetti che immettono in consumo benzina e gasolio. Il Regolamento, in vigore dal 7 giugno 2009, prevede l applicazione di una maggiorazione della sanzione, calcolata in ragione del diverso peso percentuale dei certificati di immissione in consumo mancanti, al fine di tenere conto della diversa gravità della violazione. 3. I BIOCARBURANTI I biocarburanti sono prodotti derivati dalla biomassa che, oltre a prestarsi per produrre calore e/o energia elettrica, possono essere usati per autotrazione, sia miscelati con i carburanti da combustibili fossili che, in alcuni casi, utilizzati puri. L utilizzo come combustibile per l autotrazione e il riscaldamento, negli ultimi anni ha attratto molto interesse a causa dei problemi di inquinamento atmosferico delle città, determinato in gran parte dal traffico veicolare e dal riscaldamento degli edifici. Inoltre tale interesse è cresciuto in seguito alla conseguente necessità di ridurre le emissioni di gas responsabili dell effetto serra. I biocombustibili possono essere suddivisi in base al loro stato fisico in liquidi e gassosi. I biocombustibili liquidi sono rappresentati da oli vegetali, usati sia allo stato greggio che trattati chimicamente (biodiesel) e da alcool etilico (bioetanolo). I principali biocarburanti gassosi sono l idrogeno e il metano [21]. Finora, alla produzione di biocarburanti liquidi da biomasse è stato assegnato un ruolo più rilevante rispetto alla produzione di biocarburanti gassosi, anche perché esiste una intrinseca difficoltà a creare una rete di punti vendita per i carburanti gassosi distribuita sul territorio. Tuttavia nel prossimo futuro è prevedibile una crescita anche della produzione di biocarburanti gassosi dovuta ai benefici ambientali connessi con il loro impiego, quali la mancanza di particolato nelle emissioni provenienti dall impiego di biometano e l assenza totale di sostanze inquinanti nelle emissioni provenienti dall impiego di bioidrogeno. I vantaggi ambientali [22] tipici, comuni a tutti i biocarburanti che possono essere a tutti gli effetti considerati fonti di energia rinnovabile sono: produzione di biossido di carbonio (CO2) notevolmente inferiore a quella prodotta da combustibili fossili; sono fonti di energia rinnovabile; contenuto di zolfo pressoché nullo e dunque mancata produzione dei relativi ossidi (responsabili delle piogge acide); biodegradabilità, scarsa tendenza all autoinfiammabilità con conseguenti minori problemi dal punto di vista del trasporto e dello stoccaggio; buone proprietà chimico-fisiche in termini di potere calorifico, potere antidetonante e punto di volatilizzazione. Il limite ambientale importante per i biocarburanti è relativo all impatto delle colture energetiche (colza, mais, grano, girasole, etc.) sull agricoltura e in termini di sostenibilità sociale [22-23], a causa dell elevata superficie richiesta, della riduzione della biodiversità determinata dalle monocolture e dell impatto energetico (legato ai consumi per la produzione) e ambientale (legato al potenziale inquinamento delle acque superficiali e sotterranee generato dalla somministrazione dei fitofarmaci). Tale importante limite, non è però presente nel caso in cui la materia prima per la produzione di biocarburanti sia costituita da scarti e residui da attività forestali, agricole, agroindustriali o dalla frazione organica dei rifiuti urbani. Lo smaltimento dei rifiuti rappresenta ad oggi uno dei problemi di maggiore importanza nella società contemporanea. Grande rilievo assume in ogni processo di trattamento e/o riciclaggio, l esigenza di ridurre al minimo il materiale che diviene rifiuto definitivo. Questa esigenza è legata alla necessità di limitare il conferimento di materiali in discarica poiché, la realizzazione di discariche deve rappresentare la scelta residuale anche al fine di garantire la tutela e la qualità e dell ambiente, nell ottica della gestione integrata dei rifiuti, come stabilito dalla normativa vigente. Lo smaltimento dei rifiuti rappresenta inoltre un costo notevole a carico della collettività; in aggiunta a questi fattori, ambientali ed economici, la possibilità di recuperare un materiale che in definitiva non avrebbe alcun valore monetario una volta conferito in discarica, rappresenta un alternativa molto interessante. 69

8 Prevenzione Oggi gennaio - giugno 2010 In particolare, sul territorio italiano, si ha sia grande abbondanza che facile reperibilità a basso costo della FORSU proveniente dalla raccolta differenziata e da impianti di selezione meccanica. Proprio per questi motivi, tale materiale potrebbe assumere un ruolo rilevante come potenziale materia prima da impiegare per la produzione di vettori energetici. Considerando che la frazione organica ottenuta per selezione meccanica da rifiuti indifferenziati è pari a circa 2 milioni di tonnellate per anno (quantità che potrebbe quadruplicare nel prossimo decennio), il cui destino finale è spesso lo smaltimento in discarica, si comprende la necessità di mettere a punto alternative, economicamente e ambientalmente compatibili, finalizzate alla produzione di vettori energetici a partire da tali biomasse, anche allo scopo di valorizzarle da un punto di vista economico. 3.1 I biocarburanti liquidi Oli vegetali e biodiesel L utilizzo di oli vegetali come combustibile per l autotrazione è il più antico. La produzione di oli vegetali avviene per semplice spremitura. Allo stato attuale l utilizzo di oli vegetali puri in motori diesel è stato effettuato in Paesi esteri (per mezzi pesanti, trattori, barche e auto). L utilizzo in Italia di oli vegetali, sui quali non siano state pagate le accise dovute per i combustibili per l autotrazione, è vietato. Più comune è l utilizzo di oli vegetali per impianti di riscaldamento o cogeneratori per la produzione di calore ed elettricità. Il biodiesel è un biocombustibile liquido, trasparente e di colore ambrato ed è prodotto per trans-esterificazione di oli vegetali provenienti da colture oleaginose dedicate (colza, girasole, etc.) o di scarto (oli di frittura, etc.). Da un punto di vista chimico il biodiesel è un carburante composto da una miscela di esteri alchilici di acidi grassi a catena lunga [24]. L utilizzo può essere diretto, poiché non richiede alcun tipo d intervento sulla produzione dei sistemi che lo utilizzano nell autotrazione (motori diesel e bruciatori) e nel riscaldamento, sia puro che miscelato con il normale gasolio in qualsiasi proporzione. Il biodiesel è definito dalle specifiche internazionali del Comitato Europeo di Normazione (CEN) con la sigla FAME (Fatty Acid Methyl Esters) con le due differenti caratteristiche di combustibile per uso trazione (pren14214-uni10946) e riscaldamento (pren14213-uni10947). In Figura 3 si riporta lo schema a blocchi del ciclo di produzione del biodiesel. FIGURA 3 - Ciclo di produzione del biodiesel panelli semi oleosi estrazione Metanolo (o etanolo) miscele 20% o 100% in gasolio usi termici olio vegetale esterificazione biodiesel miscele 20% o 30% in gasolio autotrazione (flotte) oli vegetali esausti da raccolta differenziata trattamento glicerina lubrificanti o oli tecnici miscele < 5% in gasolio autotrazione combustione diretta Fonte: ITABIA, 2006 [33] 70

9 La produzione di biocarburanti: situazione attuale e prospettive future legate all impiego della frazione organica dei rifiuti solidi urbani Le emissioni di un motore funzionante con biodiesel sono caratterizzate da importanti riduzioni dei principali inquinanti, rispetto ad un motore alimentato a diesel, tra cui: monossido di carbonio: -35%; idrocarburi: -20%; fumosità: -70%; emissioni di particolato: - 68%; assenza idrocarburi aromatici e policiclici aromatici. Grazie al superiore potere detergente giova inoltre al motore prevenendo la formazione di incrostazioni. Da un punto di vista ambientale, unico limite relativo alle emissioni di un motore funzionante a biodiesel sono gli ossidi di azoto che, dipendentemente dal tipo di biodiesel o di impianto, possono perfino essere di poco superiori. 3.2 Il bioetanolo e l etil-t-butil-etere Tra i prodotti alternativi ai carburanti tradizionali, quello che attualmente mostra il miglior compromesso tra prezzo, disponibilità e prestazioni è l etanolo, o meglio il suo derivato l etil-t-butil-etere (ETBE), ottenuto combinando un idrocarburo petrolifero (l isobutene) e l etanolo [25]. I processi industriali più diffusi per la produzione di bioetanolo impiegano direttamente colture zuccherine (principalmente canna da zucchero) o colture amidacee (principalmente cereali) che vengono idrolizzate enzimaticamente per ottenere glucosio. Gli zuccheri così ottenuti vengono quindi convertiti in etanolo via fermentazione alcolica. Tramite questo processo si ha la trasformazione dei glucidi contenuti nelle produzioni vegetali che permette la produzione di alcool etilico (bioetanolo), combustibile largamente utilizzato in molti paesi del mondo per l autotrazione. Il bioetanolo, è utilizzabile in motori a benzina puro o additivato a benzina come ETBE o metiltetrabutiletere (MTBE). Una via particolarmente promettente per la produzione di etanolo è costituita dallo sfruttamento integrato delle piante, che comprenda anche l impiego delle strutture lignocellulosiche. Tradizionalmente i materiali lignocellulosici possono essere convertiti negli zuccheri corrispondenti (glucosio e xilosio principalmente, quindi mannosio, galattosio etc.) mediante idrolisi chimica (con acidi concentrati o diluiti) o enzimatica. Le materie prime per la produzione di etanolo, oltre alle colture dedicate (canna da zucchero, grano, mais, barbabietola, etc.) possono essere: residui di coltivazioni agricole; residui di coltivazioni forestali; eccedenze agricole temporanee ed occasionali; residui di lavorazione delle industrie agrarie e agro - alimentari; frazione organica dei rifiuti urbani. Si riporta in Figura 4 lo schema a blocchi del ciclo di produzione del bioetanolo. 71

10 Prevenzione Oggi gennaio - giugno 2010 FIGURA 4 - Ciclo di produzione del bioetanolo colture amidacee colture zuccherine residui per calore di processo isobutilene fermentazione e distillazione etanolo ETBE additivazione benzine residui e sottoprodotti agroindustriali eccedenze alimentari mangimi combustione diretta Fonte: ITABIA, 2006 [33] Tra i vantaggi ambientali derivanti dall utilizzo del bioetanolo è sicuramente rilevante la riduzione delle emissioni inquinanti rispetto alla benzina. La riduzione riguarda: monossido di carbonio: -20/25%; composti organici volatili (COV) e idrocarburi: -10/15%; benzene: -20/30%; ossidi di azoto: -5%; formaldeide: -6/8%. Oltre che come combustibile puro o additivato per l autotrazione, l etanolo può essere utilizzato per la produzione di biodiesel, ovvero nella combustione per centrali termiche e cogenerative. L alternativa più valida al problematico impiego diretto dell etanolo è l ETBE, un omologo dell MTBE con caratteristiche tecnologiche e funzionali simili e di gran lunga migliori di quelle dell alcool di provenienza. ETBE è un etere formato dal 54% di isobutilene e dal 46% di etanolo. Questo etere è caratterizzato da: bassa volatilità (riduzione di emissioni di COV); assenza in aromatici e zolfo (riduzione emissioni); elevato numero di ottano (adatto per motori ad elevato rapporto di compressione ed elevata efficienza); compatibilità con le attuali tecnologie automobilistiche; compatibilità con le attuali infrastrutture di stoccaggio e vendita di carburanti; elevato contenuto energetico; limitate emissioni di CO2; prodotto tramite risorse locali. L ETBE non ha problemi di volatilità o di miscibilità con la benzina; inoltre in quanto etere, questa molecola contiene ossigeno che consente una riduzione delle emissioni veicolari di agenti inquinanti. 3.3 I biocarburanti gassosi I processi di conversione biochimica permettono di ricavare vettori energetici gassosi (metano e idrogeno) mediante reazioni biochimiche complesse operate da microrganismi, che degradano la sostanza organica in 72

11 La produzione di biocarburanti: situazione attuale e prospettive future legate all impiego della frazione organica dei rifiuti solidi urbani particolari condizioni ambientali, e vengono impiegati per quelle biomasse in cui il rapporto C/N 2 sia inferiore a 30 e l umidità alla raccolta superiore al 30%. Risultano idonei alla conversione biochimica le colture acquatiche, alcuni sottoprodotti agricoli (foglie e steli di barbabietola, ortive, patata, etc.), i reflui zootecnici e alcuni scarti liquidi di lavorazione (borlande, acqua di vegetazione, etc.), nonché la biomassa eterogenea immagazzinata nelle discariche controllate. 3.4 Il metano Il metano è utilizzato principalmente come combustibile, sia industriale che domestico, dato il suo elevato potere calorifico inferiore (da a kcal/m 3 secondo la purezza) e la possibilità di trasporto alle utenze di consumo abbastanza economico. Per il suo potenziale termico relativamente elevato il metano è stato impiegato come carburante per autotrazione, compresso in bombole a circa 200 atmosfere. Il metano è il maggior costituente del gas naturale che rappresenta la fase gassosa del petrolio ed è presente come: Gas naturale compresso (GNC): viene utilizzato per autotrazione e distribuito a circa 220 bar in veicoli dotati di appositi sistemi di trasporto e stoccaggio (bombole). Inizialmente ebbe una notevole diffusione in Italia (negli anni 30), per sopperire alla mancanza di petrolio nazionale. Oggi viene promosso in tutto il mondo come combustibile ecologico da utilizzarsi preferibilmente in aree urbane particolarmente inquinate. Oltre all Italia, sono da annoverare fra i Paesi a più alta concentrazione di veicoli a GNC l Argentina e la Nuova Zelanda. Gas naturale liquefatto (GNL) costituito prevalentemente da metano liquefatto, allo scopo di renderlo idoneo al trasporto mediante apposite navi cisterna oppure allo stoccaggio. Per essere utilizzato, il prodotto liquido deve essere poi riconvertito allo stato gassoso in particolari impianti di rigassificazione, da cui viene inviato attraverso metanodotto alle utenze. Dato il suo basso contenuto di carbonio (o alto contenuto di idrogeno) produce emissioni di CO2 inferiori del 25% rispetto alla benzina, del 16% rispetto al gas di petrolio liquefatto (GPL), di circa il 30% rispetto al diesel e del 70% nei confronti del carbone. Il gas naturale ha una capacità di formare ozono inferiore dell 80% rispetto alla benzina e del 50% rispetto a gasolio e GPL. Il metano è un combustibile classificato a minimo impatto ambientale grazie alle emissioni dopo combustione molto ridotte, che non contengono residui carboniosi, benzene e polveri ultrasottili PM10. Va infine ricordato che il metano può essere considerato un ottimo carburante per i motori a scoppio avendo un numero di ottano eccezionalmente alto (130). Il combustibile emette quindi minori quantità di CO, NOx e di idrocarburi rispetto alla benzina e al gasolio e, avendo un basso rapporto C/H emette anche meno CO2; è inoltre privo di sostanze indesiderate quali benzene, zolfo, generatori di ceneri, olefine. In buona sostanza, tutto questo significa un ottima combustione, che consente di raggiungere ottime prestazioni, bassi consumi, ridottissime emissioni ed assenza quasi completa di residui carboniosi all interno del motore ancorché ridotta rumorosità complessiva del motore. Il metano non è strettamente una fonte esauribile come il petrolio, in quanto si può produrre industrialmente a partire da idrogeno e anidride carbonica; si ottiene anche per fermentazione anaerobica [26] di scarti vegetali e reflui zootecnici, per cui si può considerare in una certa misura una fonte rinnovabile. 3.5 L idrogeno L idrogeno non è presente allo stato puro ma legato in composti come l acqua e gli idrocarburi; deve quindi essere prodotto tramite processi che possono essere distinti sia in base al tipo di energia a cui si ricorre per rompere il legame che tiene legato l idrogeno all ossigeno o al carbonio, sia in base al tipo di materie prime impiegato. 2 Il rapporto C/N indica la relazione esistente, in una matrice organica, tra carbonio organico ed azoto. 73

12 Prevenzione Oggi gennaio - giugno 2010 Secondo la prima classificazione riguardante le tecnologie di produzione è possibile distinguere: Processi termochimici (steam reforming, pirolisi, gassificazione): consentono di produrre idrogeno utilizzando energia termica. Processi elettrochimici (elettrolisi, fotoelettrolisi): consentono di produrre idrogeno utilizzando energia elettrica. Processi biochimici e chimici (biofotolisi, fermentazione, water gas shift reaction): consentono di produrre idrogeno utilizzando organismi viventi (alghe, microrganismi, batteri). Nel processo di reforming l idrogeno viene estratto tramite processi di conversione chimica dai combustibili fossili con vapore acqueo. L altra strada per produrre idrogeno è il processo di elettrolisi per scindere l acqua in atomi di idrogeno e di ossigeno. Quest ultimo processo produttivo non è inquinante, ma richiede una grande quantità di energia. La produzione biologica di idrogeno, sfrutta l attività metabolica di batteri anaerobi (ad es. Clostridia), archeobatteri (ad es. metanogeni), anaerobi facoltativi (ad es. Escherichia, Enterobacter), aerobi (ad es. Bacillus, Klebsiella), fotosintetici (ad es. Rhodobacter) e cianobatteri. H2 e CO2 si sviluppano in notevole quantità naturalmente dalla decomposizione delle sostanze organiche, in condizioni anaerobiche, in paludi, risaie, terreni saturi di acqua, rumine di bestiame [3, 26]. La produzione di idrogeno incontra ancora nella pratica numerosi problemi, soprattutto riguardo l alto costo della sua produzione e la selezione dei migliori processi di produzione e stoccaggio/distribuzione. Proprio per quanto riguarda l autotrazione questi ultimi rappresentano i problemi più importanti per la diffusione di questo combustibile alternativo. Inizialmente lo stoccaggio avveniva a pressioni elevate con l idrogeno allo stato liquido, con elevati costi ed elevate richieste di spesa. La ricerca si è orientata inizialmente su materiali solidi porosi per immagazzinare il gas: l utilizzo, in queste tecniche, di metalli preziosi come il platino ne ha reso poco conveniente l impiego. I serbatoi per lo stoccaggio devono garantire un elevata densità, sia gravimetrica, che volumetrica. L idrogeno è caratterizzato da un alta energia per unità di massa, mentre il contenuto energetico per un unità di volume è piuttosto basso. Questa caratteristica crea difficoltà sia nel caso di veicoli, dove lo spazio a disposizione è limitato, sia nel settore energetico, nel quale invece sarebbe necessario disporre di ingenti quantità di idrogeno. Il problema dell immagazzinamento di grandi quantità di idrogeno deve essere tenuto in considerazione nella prospettiva della creazione di un sistema di distribuzione su vasta scala. Questa problematica è quindi oggetto di numerosi programmi di ricerca e sviluppo in tutto il mondo. In termini di emissioni, l idrogeno, bruciando si comporta come un gas ideale: non contiene infatti né carbonio né zolfo, ha basse emissioni di NOx e non è tossico, quindi, se incombusto non pone un problema diretto per la salute. Studi realizzati negli Stati Uniti d America (USA) hanno dimostrato che l uso di idrogeno nel settore dei trasporti consentirebbe di ridurre del 70% le emissioni di CO, del 30% la CO2 del 41% gli NOx e del 31% le emissioni di idrocarburi. L idrogeno ha, sotto il profilo dell infiammabilità, le caratteristiche più favorevoli, seguito dal metano, mentre la benzina ed il gasolio (o meglio i loro vapori) iniziano a bruciare già con concentrazioni inferiori all 1%, risultando quindi molto più pericolosi. 4. LA PRODUZIONE E I COSTI DEI BIOCARBURANTI LIQUIDI: IL BIODIESEL E IL BIOETANOLO I biocarburanti rappresentano l unica fonte energetica alternativa al petrolio utilizzabile nel settore dei trasporti. La produzione europea è costituita per l 81,5% da biodiesel e per il resto da bioetanolo mentre altri prodotti come biogas, oli vegetali, bio-etbe, bio-mtbe rappresentano realtà marginali [27-28]. Nelle Figure 5, 6 e 7 è riportata la produzione dei biocarburanti nei Paesi europei aggiornata al 2006/2007, ripartita tra i diversi biocarburanti. 74

13 La produzione di biocarburanti: situazione attuale e prospettive future legate all impiego della frazione organica dei rifiuti solidi urbani FIGURA 5 - Produzione di biodiesel e capacità potenziale di produzione in Europa milioni di tonnellate/anno produzione capacità Fonte: Biodiesel 2020, Global Market Survey, Feedstock Trends and Forecast, 2008 FIGURA 6 - Produzione di biodiesel nell UE e altri paesi membri 6000 produzione di biodiesel (migliaia di tonnellate) Germania Italia Totale UE Francia Altri paesi UE Fonte: European Biodiesel Board (EBB), EU biodiesel potential defining the opportunities, Bruxelles,

14 Prevenzione Oggi gennaio - giugno 2010 FIGURA 7 - Produzione e consumo di bioetanolo in Europa in ettanidri Francia Germania Spagna Polonia Svezia Italia Finlandia Slovacchia Repubblica Ceca Regno Unito Paesi Bassi Ungheria Irlanda Grecia Lettonia Lituania consumi produzione bioetanolo (ettanidri) Fonte: AssoDistil, Il bioetanolo in Italia, Bioenergy World Europe, 2008 Dal 1 gennaio 2007 in Francia è stato autorizzato il commercio di biocarburanti, che non subiranno più alcun tipo di tassazione, per cui la miscela E-85 (composta dall 85% di bioetanolo e dal 15% di benzina) diventa competitiva rispetto alla benzina tradizionale. Inoltre, per incentivare la diffusione dei carburanti di origine vegetale, sono previsti sgravi fiscali per i veicoli aziendali che ne faranno uso. Tra i Paesi di nuova accessione emergono la Polonia ( tonnellate) e la Repubblica Ceca ( tonnellate) [29]. Il biodiesel (puro o in miscela) da utilizzarsi nei motori diesel come combustibile alternativo al gasolio è una realtà affermata in molti Stati (in Francia è utilizzato normalmente in miscela al 5% con gasolio, in Germania è utilizzato puro, negli USA trova impiego nelle macchine degli enti locali e delle amministrazioni pubbliche), mentre non si può dire lo stesso per l utilizzazione del biocombustibile tal quale in caldaie di piccola, media o grande taglia [30]. In Italia, la produzione industriale deriva essenzialmente da materie prime (oli di colza, girasole e soia) provenienti quasi esclusivamente da importazioni e solo in piccola parte dall agricoltura italiana. Dal 2007 il biodiesel aumenta la quota defiscalizzata a tonnellate ma con accisa ridotta al 20% rispetto a quella applicata al gasolio. La produzione italiana di biodiesel ha superato nel 2008 le tonnellate a fronte di una produzione europea di circa 3 milioni di tonnellate per anno. Con apposito decreto saranno fissate tra l altro le percentuali di miscelazione, dando priorità al prodotto proveniente da intese di filiera e contratti quadro. In Italia però, contrariamente alla tendenza generale, la quasi totalità del biodiesel prodotto (circa il 95%) è utilizzata proprio per il funzionamento di centrali termiche. Nel Paese infatti il biodiesel ha un costo industriale alla produzione superiore al gasolio. Per renderlo competitivo dal punto di vista commerciale, e quindi attraente nei confronti dei distributori e degli automobilisti, dovrebbe essere esente da accisa, cioè defiscalizzato. Nelle Tabelle 1 e 2 si riportano i costi dei biocarburanti liquidi comprensivi dell accisa aggiornati al La differente destinazione del metilestere in Italia, rispetto a quanto si osserva negli altri Paesi, è nata a seguito dei problemi riscontrati nel corso dei primi esperimenti sui motori, difficoltà che hanno spinto il mercato verso un utilizzo alternativo, come appunto il riscaldamento. 76

15 La produzione di biocarburanti: situazione attuale e prospettive future legate all impiego della frazione organica dei rifiuti solidi urbani TABELLA 1 - Costo di produzione del bioetanolo comprensivo dell accisa Benzina (euro/litro) Bioetanolo da Bioetanolo Bioetanolo barbabietola da cereali da vino (euro/litro) (euro/litro) (euro/litro) Platts 0,428 Costo di produzione 0,585 0,595 0,973 Accisa 0,565 0,565 0,565 0,565 Totale 0,992 1,149 1,159 1,537 Fonte: ACI, Workshop 2007 TABELLA 2 - Costo di produzione del biodiesel comprensivo dell accisa Gasolio Biodiesel Biodiesel Biodiesel Biodiesel (euro/litro) (euro/litro) soia palma girasole (euro/litro) (euro/litro) (euro/litro) Platts 0,488 Costo di produzione 0,910 0,866 0,757 1,215 Accisa 0,423 0,423 0,423 0,423 0,423 Totale 0,911 1,333 1,289 1,180 1,638 Fonte: ACI, Workshop 2007 La produzione di bioetanolo è, a scala mondiale, superiore a quella del biodiesel. Dal rapporto dell International Energy Agency - Organization for Economic Co-Operation and Development (IEA-OECD) relativo al 2006 [30] si evince che il Brasile è il maggiore produttore mondiale di bioetanolo (17,5 mld litri/anno), immediatamente seguito dagli USA (14 mld litri/anno) e dalla Cina (5 mld litri/anno). In Brasile l interesse è stimolato dal basso costo della materia prima [31], negli USA e in Europa la chiave è rappresentata dalla dimensione del mercato di consumo [28]. Altre realtà interessanti si riscontrano in alcuni paesi tropicali dove si raggiunge un elevata produttività della canna da zucchero da cui si ricava l etanolo (Malesia, Indonesia, Filippine). USA e Brasile producono insieme il 72% dell etanolo mondiale e intendono concludere una serie di accordi nel settore, tra cui l istallazione di impianti di produzione di bioetanolo in vari Paesi dell America Centrale e dei Caraibi considerati molto promettenti per la produzione di canna da zucchero [32]. Il bioetanolo è il secondo tipo di biocarburante nell UE (18.5%) e nel 2005 ha raggiunto il livello di tonnellate con un aumento del 70.5% rispetto al Complessivamente il Paese europeo con la maggiore produzione di biocarburanti è la Francia, con 536 milioni di tonnellate, pari all 1,5% del proprio consumo, seguito da Spagna, Svezia, Germania e Polonia. In Spagna il biocarburante è prodotto principalmente dall orzo e beneficia di un esonero totale dalle accise sui carburanti (Figura 8) [33-35]. 77

16 Prevenzione Oggi gennaio - giugno 2010 FIGURA 8 - Defiscalizzazione del bioetanolo-etbe in Europa 100% 100% 100% 100% 50% 51% 44% 42% Spagna Svezia Germania milioni di tonnellate/anno Slovacchia Francia Finlandia Regno Unito Italia Fonte: AssoDistil, Bioetanolo in Italia, BIOFUEL EXPO 2006 La produzione di bioetanolo colloca l Italia in una posizione modesta rispetto al contesto europeo, diversamente da quanto accade per la Spagna, la Svezia, la Germania, la Francia, la Polonia. Tuttavia le potenzialità comunitarie ed in particolare italiane nei confronti del bioetanolo sono maggiori rispetto a quelle del biodiesel. A livello italiano, il bioetanolo deriva soprattutto dalla distillazione di melasso e di altri rifiuti vinicoli e ortofrutticoli [33]. Con la Finanziaria 2007 è stata ampliata la portata della Legge 81/06 (Figura 9) [17], rendendo più razionale e realistico (1% nel 2007 e 2% dal 2008) l obbligo di integrazione del bioetanolo nelle benzine (o meglio dei biocarburanti nei carburanti fossili); a partire dal 2008, invece il bioetanolo potrà godere di una riduzione di accisa per una quantità pari a 73 milioni di euro di spesa annua. L impiego a fini energetici dell olio vegetale puro è esentato dall accisa entro un importo di 1 milione di euro per ogni anno a decorrere dal 2007, a condizione però che venga utilizzato nel settore agricolo per autoconsumo, nell ambito dell impresa agricola singola o associata. Un successivo Decreto attuativo dovrà fissare criteri e modalità di accesso all esenzione [36-37]. 78

17 La produzione di biocarburanti: situazione attuale e prospettive future legate all impiego della frazione organica dei rifiuti solidi urbani FIGURA 9 - Etanolo da produrre in Italia in applicazione della Legge 81/06 (ettanidri) Fonte: AssoDistil, Bioetanolo in Italia, BIOFUEL EXPO 2006 Nella Tabella 3 si riportano i costi di produzione di biodiesel e bioetanolo per le diverse materie prime nei diversi Paesi. Il costo di produzione si compone del: costo della materia prima: pari a circa il 50% per la produzione di etanolo e 75% per il biodiesel; costo dei sottoprodotti: relativo al ricavo che si può ottenere da essi. TABELLA 3 - Costo di produzione dei biocarburanti Carburante Costo di Costo di produzione Rapporto fra costo di produzione equivalente produzione biocarburante (centesimo (a parità di energia) e costo di produzione di euro/litro) (centesimo di euro/litro) prodotto petrolifero Benzina 31 (1) 39 (2) 31 (1) 39 (2) Bioetanolo UE ,4 (1) 1,9 (2) Bioetanolo Brasile ,2 (1) 0,9 (2) Bioetanolo USA ,5 (1) 1,2 (2) Gasolio 37 (1) 46 (2) 37 (1) 46 (2) Biodiesel UE ,0 (1) 1,6 (2) Biodiesel Malesia ,2 (1) 1,0 (2) Biodiesel USA ,6 (1) 1,3 (2) (1) Prezzo base del greggio Brent : 56 US$/bbl (2) Prezzo base del greggio Brent : 70 US$/bbl Fonte: Eni, L industria energetica mondiale,

18 Prevenzione Oggi gennaio - giugno 2010 Uno studio effettuato dall Università di Siena per realizzare una breve ma esaustiva analisi costi- benefici relativamente ai costi di produzione dei biocarburanti mette in evidenza che la perdita nelle entrate fiscali viene compensata da alcuni aspetti indiretti, quali la riduzione delle emissioni inquinanti che si traducono in maggiori spese private in farmaci o in maggiori spese pubbliche nel Sistema Sanitario Nazionale (SSN). Di particolare interesse dal punto di vista della riduzione dei costi di produzione è la valorizzazione energetica di biomasse a basso costo o a costo zero, come ad esempio i residui agricoli, forestali, la FORSU. L attuale costo di produzione del bioetanolo lignocellulosico è stimato attorno a 700 euro/tonnellata. Nonostante questa soluzione non sia ancora matura tecnologicamente, la produzione del cosiddetto. etanolo di seconda generazione potrebbe fornire in prospettiva una molteplicità di materie prime a bassissimo costo e ridurre le superfici di terreno dedicate alle coltivazioni energetiche [38-39]. Relativamente a questo contesto, un problema rilevante che ostacola uno sviluppo più deciso dell industria biocarburanti è rappresentato dalla cosiddetta competition for land. In altri termini, vi è il timore che un incremento nella produzione di biocombustibile abbia conseguenze e impatti negativi in termini di acutizzazione della scarsità di terreni coltivabili per scopi tradizionali, nonché fenomeni di deforestazione. Per questo la produzione di vettori energetici a partire dagli scarti di produzione dell industria agroalimentare o dai rifiuti, appare molto allettante oltre che da un punto di vista economico, anche per rispondere a queste problematiche di carattere ambientale e sociale [38-39]. 4.1 La produzione di biocarburanti liquidi da scarti lignocellulosici e da rifiuti organici La ricerca di nuove materie prime da utilizzare è un passo fondamentale per valutare la convenienza economica e ambientale della produzione di biocarburanti, in competizione con il tradizionale mercato alimentare [39] (basti pensare che la produttività media europea, pesata per tipo di coltura, è attualmente stimata intorno ai litri per ettaro 3 per una resa media in semi di 2,9 tonnellate per ettaro e 427 litri per tonnellata). Nel 2009 sono stati prodotti 7,6 miliardi di litri di biodiesel in tutto il mondo e la domanda di combustibili di origine vegetale aumenta costantemente. Il boom dei biocarburanti ha posto il problema di individuare soluzioni alternative più sostenibili sia da un punto di vista ambientale che economico. Per questo motivo sono sempre di grande interesse, iniziative innovative rivolte allo sfruttamento di rifiuti alimentari, industriali, dell agricoltura, quali ad esempio gli oli vegetali esausti derivanti dall industria alimentare e dalla ristorazione, le parti lignocellulosiche degli scarti agricoli che spesso costituiscono un residuo delle coltivazioni e processi industriali e la frazione organica dei rifiuti stessi selezionata a monte tramite raccolta differenziata. Inoltre, posto che le tecnologie impiegate dall industria di trasformazione dei semi oleosi in biodiesel sono mature e non si prevedono miglioramenti di efficienza nell immediato futuro, l utilizzo di oli vegetali esausti potrebbe rappresentare una risorsa energetica rilevante per la produzione di biodiesel in Europa. Si stima che gli oli vegetali esausti potranno fornire annualmente fino a tonnellate di biodiesel da aggiungersi alla produzione di semi oleosi non alimentari [40]. Una città che vanta un esperienza di grande rilievo nell utilizzo degli oli vegetali esausti è Graz in Austria, dove la rete di autobus dell intera città e la quasi totalità dei taxi è alimentata mediante la raccolta, nei ristoranti, degli oli esausti che forniscono la materia prima per la produzione di biodiesel. Un altro approccio è rappresentato dall aumento dell efficienza della conversione di biomassa in combustibili liquidi attraverso gassificazione diretta seguita da conversione a diesel sintetico utilizzando il processo Fischer-Tropsch [41]. Il processo di gassificazione più semplice e tecnologicamente avanzato converte la biomassa in metano attraverso digestione anaerobica. Tuttavia sono in via di sviluppo nuovi processi che utilizzano calore e/o sostanze chimiche piuttosto che microrganismi per produrre differenti tipologie di gas e altri prodotti finali. Alcuni di questi processi sono in grado di gassificare la lignina contenuta nella biomassa 3 In Italia la resa media è di circa litri per ettaro. Si indica usualmente una tonnellata di biodiesel per ettaro. 80

19 La produzione di biocarburanti: situazione attuale e prospettive future legate all impiego della frazione organica dei rifiuti solidi urbani oltre che i componenti cellulosici e amidacei che possono essere gassificati da digestori più convenzionali. La ricerca è concentrata anche sulla massimizzazione della resa in idrogeno e monossido di carbonio (syngas) per aumentare l efficienza della fase di conversione dei gas in liquidi nel processo Fischer-Tropsch. Per quanto concerne la produzione di bioetanolo, i principali studi in corso che possono coinvolgere anche i rifiuti organici urbani riguardano gli scarti a base di cellulosa; rispetto a prodotti agroindustriali puri, quelli derivanti da rifiuti urbani presentano il vantaggio di contenere cellulosa già in forma biodisponibile, con un conseguente notevole risparmio dell energia necessaria per estrarre bioetanolo da legna o altri vegetali. Inoltre sono in corso studi per migliorare il processo di conversione e la biodisponibilità dei substrati organici. La produzione di bioetanolo da biomasse lignocellulosiche derivanti da scarti di altre produzioni o da rifiuti di origine organica è una realtà industriale che è attualmente ancora in fase di ottimizzazione tecnica ed economica. 5. LA PRODUZIONE E I COSTI DEI BIOCARBURANTI GASSOSI: IL METANO E L IDROGENO Attualmente operano sul territorio nazionale oltre 522 impianti di rifornimento di metano, di cui 13 in autostrada; molti altri sono in costruzione e in progetto, anche sulle autostrade. In sostanza si sta progettando e realizzando una rete distributiva del metano, non come prodotto marginale e transitorio, bensì come carburante pulito e soluzione pronta e consolidata per il futuro, che non richiede il rifornimento mediante la circolazione di mezzi pesanti. Molte tipologie di veicoli possono essere alimentati a metano: autobus urbani e suburbani; minibus; taxi; furgoni e veicoli per il trasporto leggero, adibiti alla distribuzione ed alla raccolta delle merci; veicoli per il trasporto di persone o merci facenti parte delle flotte di aziende operanti nei servizi o nel territorio urbano; autocompattatori per la raccolta dei rifiuti urbani. A parità di chilometri percorsi attualmente il costo del carburante é di circa il 65% inferiore a quello della benzina (0.33 euro/m 3 ). Per quanto riguarda le auto nate per essere alimentate a metano il risparmio é di circa 0,05 euro/km rispetto alla benzina quindi di 500 euro per ogni km. Inoltre il processo di combustione é più pulito; questo comporta molti vantaggi, come ad esempio il fatto che le candele e l olio mantengono molto più a lungo le proprie caratteristiche perché non vengono contaminate da depositi carboniosi di combustione tipici dell alimentazione a benzina. Il mancato inquinamento dell aria per la composizione del metano e per la riduzione della circolazione di mezzi pesanti sono vantaggi pratici di fondamentale importanza di cui tutti usufruiscono. Ma i possessori di auto a metano godono di ulteriori benefici pratici grazie alla pulizia del metano: nei giorni di chiusura al traffico dei centri storici per motivi di inquinamento le auto alimentate a metano possono circolare liberamente nei centri storici. Incentivi fiscali e una tassazione inferiore sono altresì in fase di studio da parte dell Amministrazione pubblica. La produzione mondiale annua di idrogeno è di 500 miliardi di Nm 3 ed è ottenuta dai seguenti processi in termini percentuali: 90% dal processo chimico di reforming degli idrocarburi leggeri (principalmente il metano) o dal cracking di idrocarburi più pesanti (petrolio); 7% dalla gassificazione del carbone; 3% dall elettrolisi. 81

20 Prevenzione Oggi gennaio - giugno 2010 Vi sono diversi impedimenti che si oppongono all affermazione del veicolo a idrogeno e che richiedono uno sforzo notevole per la loro rimozione da parte di tutti i soggetti coinvolti (ed in particolare da parte delle autorità pubbliche), per far sì che la tecnologia si affermi definitivamente su larga scala nel giro di qualche decennio. Le principali barriere sono tecnologiche, strutturali, economiche, normative e di accettazione sociale [42-44]. Tra i problemi tecnologici, il sistema d accumulo dell idrogeno a bordo è uno dei più critici, in quanto condiziona pesantemente l autonomia del veicolo rispetto ai concorrenti convenzionali a causa dell eccessivo peso e ingombro dei serbatoi attuali. Vanno pertanto intensificati gli sforzi in ricerca e sviluppo sulle opzioni di stoccaggio praticabili, con l obiettivo di aumentare la densità energetica sia in volume sia in peso. Fra gli ostacoli strutturali si può includere la mancanza di una rete di stazioni di rifornimento. L avvio della realizzazione delle infrastrutture di distribuzione è un operazione complessa da attuarsi con i produttori di autoveicoli, sia per l incertezza sulla redditività dell investimento, in mancanza di una domanda ben quantificabile, sia per quanto riguarda la scelta delle tecnologie di produzione dell idrogeno, la fonte da usare, la modalità d approvvigionamento, la scelta dei siti. I costi di un veicolo a idrogeno rappresentano un altro ostacolo con cui confrontarsi. Dopo la fase prototipale in cui tali mezzi sono comunque fuori mercato, le valutazioni, dopo circa 15 anni dall avvio della fase di commercializzazione e una volta che siano subentrate economie di scala, oscillano intorno al prezzo di US$ per autovettura, superiore di circa US$ rispetto alla stima del prezzo di un autovettura convenzionale equivalente. Si rendono poi necessari interventi tempestivi mirati all adeguamento della normativa, strutturata ora sulla tecnologia dei mezzi convenzionali di trasporto, così come sarebbero utili norme incentivanti, che privilegino la circolazione degli autoveicoli a idrogeno nei centri urbani, in quanto a basso impatto ambientale. La penetrazione di una nuova tecnologia quindi dovrà essere accompagnata da una campagna di informazione tendente a ridurre la barriera di accettabilità sociale, attraverso un evidenziazione dei vantaggi connessi alla tecnologia e delle modalità per superare i possibili inconvenienti. 5.1 La produzione di biocarburanti gassosi da rifiuti organici L applicazione della digestione anaerobica al trattamento della frazione organica dei rifiuti urbani consente sia di conseguire un notevole recupero energetico, attraverso l utilizzo del biogas prodotto dalle matrici organiche impiegate, sia di produrre potenzialmente, attraverso il successivo trattamento aerobico del fango digerito, un residuo stabilizzato impiegabile come ammendante organico in agricoltura o per ripristini ambientali. L aspetto del recupero energetico è senza dubbio quello più interessante, in quanto il biogas prodotto, costituito per la maggior parte da metano (circa il 50-60%), possiede un elevato potere calorifico ( kcal/nm 3 ) e pertanto può essere convenientemente convertito in quasi tutte le forme di energia utili: calore, elettricità e cogenerazione (produzione congiunta di elettricità e calore). Interesse crescente è stato recentemente espresso nel processo di produzione biologica di idrogeno che avviene senza dipendenza dalla luce e in condizioni anaerobiche (fermentazione al buio) e che segue la maggior parte delle fasi degradative della digestione anaerobica [45]. Il processo di fermentazione produce una miscela di biogas contenente H2, CO2 e CH4, ma anche minori quantità di metano monossido di carbonio (CO) ed idrogeno solforato (H2S) [46]. Si riportano di seguito i principali vantaggi legati alla produzione di idrogeno per via fermentativa [47] senza dipendenza dalla luce: i batteri fermentativi hanno tassi di produzione di idrogeno molto elevati; possono produrre idrogeno continuamente a prescindere dalla presenza di luce solare a partire da substrati organici; hanno tassi di crescita buoni per rifornire di nuovi microrganismi il sistema di produzione. I microrganismi che presentano maggiori produzioni di idrogeno appartengono alle specie di Enterobacter, Bacillus e, in particolare, Clostridium. Studi sperimentali hanno dimostrato che le più basse produzioni di idrogeno si verificano quando nella fase 82

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