Sommario. 1) Lo scenario mondiale. 2) Tecnologie di produzione. 3) Sfide e opportunità. Lo scenario mondiale Specifica della presentazione

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1 La produzione industriale di bioetanolo: Tecnologie attuali e prospettive future Bioetanolo: dalla produzione all utilizzo Fiera SEP - 20 aprile 2007 Relatori Fabrizio Bezzo Dip. di Principi e Impianti di Ingegneria Chimica Università degli Studi di Padova Alessandro Gambardella Sandro Zanirato Triera S.p.A. info: fabrizio.bezzo@unipd.it 1

2 Sommario 1) Lo scenario mondiale 2) Tecnologie di produzione a) I generazione b) II generazione 3) Sfide e opportunità.1 Lo scenario mondiale Specifica della presentazione 2

3 Lo scenario mondiale La situazione attuale: Europa 30% del consumo totale di energia nell Unione Europea deriva dal settore trasporti 98% dell energia utilizzata nella UE nel trasporto deriva da fonti fossili (a livello mondiale il 96% dei carburanti per trasporto deriva dal petrolio) Le risorse petrolifere sono finite e sono concentrate in poche aree del pianeta La UE chiede di incrementare la quota delle energie rinnovabili da 5.4% nel 1997 al 12% nel 2010 Direttiva 2003/30/CE: sostituzione di diesel e benzina del 5.75% entro il 2010 Presidenza UE 2007: sostituzione di diesel e benzina del 10% entro 2020 Lo scenario mondiale Il contesto politico: Italia Art. 2 - quater. del D.L. n. 2 del 10 Gennaio 2006 convertito lo 11 marzo 2006 nella Legge n. 81/2006: Dal 1º luglio 2006 i produttori di carburanti (diesel/benzina) devono immettere al consumo biocarburanti di origine agricola oggetto di un intesa di filiera, o di un contratto quadro, o di un contratto di programma agroenergetico in misura pari all 1 per cento dei carburanti diesel e della benzina immessi al consumo nell anno precedente. Tale percentuale, espressa in potere calorifico inferiore, è incrementata di un punto per ogni anno, fino al Per il conseguimento degli obiettivi di cui all art. 3 del D.L. 30/05/05 n. 128, e per favorire lo sviluppo della filiera agroenergetica, è incentivata la produzione e la commercializzazione di bioetanolo, per un periodo di sei anni a partire dal 1º gennaio Previsioni per domanda di biocarburanti in Italia: 500mila t nel milioni di t nel

4 Lo scenario mondiale Produzione di bioetanolo: Mondo Nel mondo nel 2006 sono stati prodotti 40 milioni di ton di bioetanolo (e 1.2 miliardi di ton di benzina!) Brasile per 25 anni il leader mondiale: E95 (etanolo azeotropico) e E25 (25% etanolo, 75% benzina); nel 2006 produce circa 14 milioni di ton USA dal 2005 primo produttore mondiale: da 4 milioni di ton nel 1996 a quasi 15 milioni di ton nel 2006 Cina: nel milioni di ton Europa: nel 2006 circa 2.5 milioni di ton Mercato di biocombustibili nella EU 25 nel 2004 ammontano allo 0.7% del mercato Lo scenario mondiale La situazione americana 115 impianti + 79 in costruzione (Apr 07) 4

5 Lo scenario mondiale La situazione americana Capacità potenziale dei 194 impianti: 36 Mt biettivo 2012 probabilmente raggiunto entro il 2008 ltre il 25% del mais americano finisce in etanolo Miliardi di galloni Consumo benzina 2005: 350 Mt Actual New RFS 3.9 bgal prodotto in 2005 proiezione bgal in 2006 ltre 14.7 Mt (18500 ML) capacità: 17 Mt '00 '02 '04 '06 '08 '10 '12 Fonte: Renewable Fuel Association Year Lo scenario mondiale La situazione europea: 2006 Circa 2.5 Mt/anno di bioetanolo Francia: 750mila t Germania: 600mila t Spagna: 350mila t Polonia: 200mila t Italia: 120mila t, ma essenzialmente collegato a industria vinicola Nessun impianto rilevante da mais o frumento 5

6 .2 Tecnologie di produzione Specifica della presentazione.2a Tecnologie di prima generazione Specifica della presentazione 6

7 Tecnologie per biocarburanti Tecnologie di prima generazione Bioetanolo Materie prime: piante zuccherine e cereali Processo: idrolisi e fermentazione Biodiesel Materia prima: piante oleaginose Processo: pressatura e transesterificazione Biogas Materia prima: biomassa umida Processo: digestione Tecnologie di prima generazione Bioetanolo: il processo attuale Canna da zucchero, mais, frumento, orzo, barbabietola Piante zuccherine Processo biologico Etanolo Resa tipica: 1 kg mais 0.31 kg (0.4 L) etanolo ( kg mangimi animali) 7

8 Tecnologie di prima generazione Bioetanolo: il processo attuale riciclo H 2 Fermentazione birra Distillazione solidi e H 2 Evaporazione farina grezza etanolo >92% mais Macina Disidratazione Essiccamento consumo vapore: vapore: kg/l kg/l EtH EtH consumo H 2 : 2 : ~3 ~3 L/L L/L EtH EtH etanolo > 99% mangimi Tecnologie di prima generazione Bioetanolo: analisi economica (Italia) Costo produzione (mais): 0.35 /L (16.4 /GJ) con greggio 60 $/barile, costo produzione benzina: 0.49 /L (15.2 /GJ) costo materia prima: 65% costo di produzione Indici di redditività (prezzo di vendita etanolo 0.55 /L; DDGS 100 /ton): payback: anni IRR: 37% RI: 0.64 NPAT: 56 milioni /anno 8

9 Tecnologie di prima generazione Il progetto di Porto Marghera - Triera Caratteristiche dell Impianto Capacità di produzione: t/anno Materia prima impiegata: t/anno Superficie da interessare a contratti di filiera: ha Superficie impianto: 6,5 ha Investimento: 100 milioni Fattori critici Prossimità alla Materia Prima Prossimità al Mercato di Consumo (Raffinerie + Flotte Pubbliche) Efficienza Logistica Integrazione con impianto Grandi Molini Italiani Tecnologie di prima generazione Il bioetanolo: problematiche (I) Elevato consumo d acqua e fertilizzanti Food for Fuel Difficile integrazione con attuale sistema logistico per benzina e diesel non adatto per trasporto su attuali pipelines per carburanti da petrolio (problemi di corrosione) nel blend possibili problemi di smiscelazione con benzina difficile controllo qualità 9

10 Tecnologie di prima generazione Il bioetanolo: problematiche (II) Capacità di produzione limitata ton/ha GJ/ha ( km/ha) meglio del biodiesel: ton/ha GJ/ha (ma motore diesel è più efficiente: km/ha) studio miscele etanolo-diesel (E-diesel) sostituzione carburanti fossili max 6-8% Tuttavia, vi sono molti fattori ancora di difficile interpretazione: crescita popolazione mondiale crescita della domanda di proteine di origine animale cambiamenti climatici produttività per ettaro Tecnologie di prima generazione Produttività del mais Andamento delle produzioni medie (kg/ha) in Italia dal 1860 al 2004 Nel 2008 si completa la mappatura del genoma del mais! 10

11 .2b Tecnologie di seconda generazione Specifica della presentazione Tecnologie per biocarburanti Tecnologie di seconda generazione Biocarburanti da biomassa (lignocellulosa) bioetanolo carburanti di sintesi (bio)diesel bioidrogeno 11

12 Tecnologie di seconda generazione Disponibilità di risorse Risorse principali sono di tipo agricolo o forestale (più alcune risorse secondarie: scarti di industrie agroalimentari o di trasformazione del legno, rifiuti organici) La biomassa disponibile per EU 28 nel 2010 supera potenzialmente le 180 Mt (escluse importazioni) Produzione Biocarburanti Fonte: EURSTAT (2004) Stima inferiore: 97 Mt 27% Stima superiore: 174 Mt 48% Tecnologie di seconda generazione Bioetanolo di seconda generazione H 3C H CH 3 H 3C H fenoli xilosio (C5) LIGNINA EMICELLULSA CELLULSA glucosio e fruttosio (C6) CH 3 CH 3 H CH H 3 H CH 3 H H H H H H H H H H H H CH 3 H 3C H CH 3 H H H H H CH CH 3 3 H H H CH H H 3 H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H 3C H H H H H CH 3 H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H 12

13 Tecnologie di seconda generazione Processo biologico: schema generale Esistono diverse opzioni tecniche per ogni step Esistono molte possibili interazioni tra gli step raccolta e trasporto distillazione e disidratazione pre-processing produzione di energia idrolisi enzimatica pretrattamento condizionamento fermentazione zuccheri (C5, C6) Tecnologie di seconda generazione Processo biologico: fermentazione SHF (Sequential Hydrolysis & Fermentation) PRE-TRATTAMENT saccarificazione cellulosa fermentazione C6 RECUPER ETANL fermentazione C5 13

14 Tecnologie di seconda generazione Processo biologico: fermentazione SSCF (Simultaneous Saccharification & Co-Fermentation) PRE-TRATTAMENT saccarificazione cellulosa & fermentazione C5 e C6 RECUPER ETANL Tecnologie di seconda generazione Processo biologico: bilanci e analisi economica 30-40mila m 3 per fermentazione per 100mila t/a di EtH (contro 8-12mila m 3 per prima generazione) Produttività: 0.31 L EtH / kg legno secco per 100mila t/a EtH si devono processare 400mila t/a legno secco Energia elettrica: 0.44 kw/(kg/h) legno secco impianto da 100mila t/a EtH produce anche 22 MW di energia elettrica Analisi finanziaria payback in 10 anni: si deve vendere a 1.1 /L payback in 5 anni: si deve vendere 1.3 /L IRR:15-17% (consigliato 25-40%) 14

15 Tecnologie di seconda generazione Il futuro: la bioraffineria raffineria secondaria processi termochimici carburanti liquidi gas & idrogeno biomassa agricola rifiuti organici scarti industriali organici biomassa marina raffineria primaria estrazione & purificazione produzione energia & calore materiali raffineria secondaria processi biologici prodotti biochimici calore & elettricità Tecnologie di seconda generazione La bioraffineria: uno schema generale BIMASSA Zuccheri semplici fermentazione RACCLTA SEPARAZINE E PRETRATTAMENT Polisaccaridi Amido Cellulosa Emicellulosa Idrolisi Fermentazione Alcoli Etanolo Butanolo Via Biochimica Lignina Idrocarburi ciclici PRCESSI TERMICI Lipidi FAME Alcani lineari Via Termochimica li di Pirolisi Idrocarburi Syngas Alcoli, carburanti FT 15

16 .3 Sfide e opportunità Specifica della presentazione Conclusioni Dati di fatto e opportunità Esiste oggi in Italia un mercato di grandi dimensioni per i biocarburanti (biodiesel ed etanolo) Esiste un tecnologia matura per la produzione di biocarburanti pportunità per l agricoltura e il territorio di recuperare un ruolo centrale nello sviluppo sostenibile pportunità per consentire la riconversione e profittabilità di industrie e produzioni in crisi pportunità per recuperare e sviluppare competenze tecnologiche distintive 16

17 Conclusioni Sfide per il presente e il futuro Sia le tecnologie attuali che, soprattutto, quelle future richiedono: know-how tecnologico integrazione di competenze e ruoli servono ponti tecnologici tra produzione primaria e industria di trasformazione analisi su costi e integrazione di territorio, produzione, logistica definizione di rete logistica grande scala e cooperazione pportunità non soluzione unica né per l energia né per l agricoltura 17