Biocarburanti: situazione e prospettive

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1 Biocarburanti: situazione e prospettive Vito Pignatelli ENEA, Unità Tecnica Fonti Rinnovabili «De re rustica» Energia, Innovazione e Governance Roma, 25 ottobre 2011

2 La Direttiva CE n. 28/2009 (23 aprile 2009) sulla promozione delle fonti rinnovabili Obiettivi da raggiungere per il 2020: Ridurre le emissioni di CO 2 del 20% rispetto ai livelli del 1990 Incrementare del 20% l efficienza negli usi finali dell energia rispetto ai livelli attuali (Comunicazione CE del Piano d azione per l efficienza energetica: concretizzare le potenzialità ) Promuovere le energie rinnovabili con un obiettivo vincolante del 20% sul totale dei consumi energetici della UE, con valori diversi per i diversi paesi (per l Italia il 17%) e del 10%, per ciascun paese membro, dei consumi nel settore dei trasporti terrestri Stabilire uno stretto collegamento tra lo sviluppo della produzione di energia da FER e l aumento dell efficienza energetica Direttiva recepita dall Italia con il Decreto Legislativo n. 28 del 3 marzo

3 Consumi finali di energia per settore in Italia nel 2009 (*) (*) al netto di consumi e perdite, per un totale di 132,7 Mtep Mtep 60 32% dei consumi totali 50 42,5 46, , ,3 10,6 0 Trasporti Industria Terziario e residenziale Agricoltura e pesca Altro Fonte: Ministero dello Sviluppo Economico,

4 Come si calcola il contributo dei biocarburanti? L obiettivo del 10% di sostituzione dei combustibili fossili con energia rinnovabile nel settore dei trasporti può essere raggiunto con i biocarburanti, l idrogeno e l elettricità da fonti rinnovabili La percentuale di sostituzione deve essere calcolata in energia equivalente e si riferisce al totale dei carburanti liquidi utilizzati per i trasporti terrestri % di sostituzione (in energia equivalente) = Etanolo + Biodiesel + Altri (Biometano + OVP + ) + (Biocarburanti II gen. x 2) + (Elettr. rinnovabile x 2,5) Benzina + Etanolo + Gasolio + Biodiesel Per poter essere considerati ai fini dell assolvimento dell obbligo di sostituzione dei combustibili fossili nel settore dei trasporti o del raggiungimento della quota stabilita di uso di energia rinnovabile, biocarburanti e bioliquidi devono dimostrare il rispetto di criteri di sostenibilità 4

5 Biocarburanti attualmente utilizzati Miscele di esteri metilici derivati da oli vegetali e/o grassi animali (FAME), comunemente note con il nome di biodiesel Alcool etilico (bioetanolo), ottenuto da colture zuccherine o amilacee, e suoi derivati di sintesi chimica come gli eteri etil ter-butilico (ETBE) ed etil ter-amilico (TAEE) In misura minore oli vegetali puri e biogas (biometano) Prove di flotta di veicoli flexifuel (Progetto BEST), La Spezia Mezzi di trasporto pubblici alimentati a biometano nella città svedese di Kristianstad (2008) 5

6 Filiere di produzione di biocarburanti da materie prime agricole comunemente coltivate Etanolo Eterificazione ETBE TAEE Fermentazione alcoolica Colture amilacee e zuccherine Digestione anaerobica Biogas Upgrading Biometano Transesterificazione Biodiesel Colture oleaginose Estrazione olio Oli vegetali Idrogenazione Greendiesel 6

7 Produzione di biodiesel nei Paesi dell Unione Europea. Anni Migliaia di t Tecnologie di produzione da colture dedicate e mercato in costante espansione Elaborazione su dati European Biodiesel Board, 2010 Coltivazione di colza nei dintorni di Roma, 2008 Impianto per la produzione di biodiesel da t/anno della Società Biopetrol Industries AG, Rotterdam (NL),

8 Consumi di biocarburanti nei Paesi dell Unione Europea. Anni ktep Contenuto energetico (Direttive Europee): 1 t biodiesel o olio = 0,86 tep 1 t bioetanolo = 0,64 tep 1 t di biometano = 1,20 tep 1,1% dei consumi totali % dei consumi totali Elaborazione su dati EurObserv ER - Biofuels Barometer

9 Consumi di biocarburanti nei Paesi dell Unione Europea. Anni ktep Olio vegetale,845% 1,1% dei consumi totali Biodiesel 79,521% Biometano,290% Bioetanolo 19,344% Elaborazione su dati EurObserv ER - Biofuels Barometer

10 Il mercato dei biocarburanti in Italia (2009) Consumi totali (t) B/A (% in peso) B/A (% in valore energetico) Gasolio (incluso biodiesel) Biodiesel Benzina (incluso ETBE) ETBE (47% etanolo) A - Totale carburanti fossili B - Totale biocarburanti ,95 3,47 (*) (*) obbligo incorporazione energia rinnovabile per il 2009: 3% (4% per il 2011) Fonte: Ministero dello Sviluppo Economico - Rapporto sullo stato di applicazione della Direttiva 30/2003/EC, 28 giugno

11 Produzione e immissione al consumo di biodiesel in Italia. Anni t Produzione Immissione al consumo Elaborazione su dati Assocostieri - Unione Produttori Biocarburanti, 2008 e

12 Produzione e immissione al consumo di biodiesel in Italia. Anni t Il biodiesel in Italia nel Numero di impianti 14 Produzione Capacità Immissione produttiva al consumo (t/anno) Produzione (t) Utilizzo capacità produttiva 34 % Esportazioni (t) Importazioni (t) Consumi totali (t) Import sui consumi totali 48,4 % Elaborazione su dati Assocostieri - Unione Produttori Biocarburanti, 2008 e

13 Consumi di biocarburanti previsti in Italia per il 2020 Consumi lordi FER (Ktep) ai fini dell obiettivo 10% (Ktep) % sui consumi totali previsti ( ktep) * Bioetanolo / bio-etbe - di cui di II generazione - di cui importati ,06 Biodiesel - di cui di II generazione - di cui importati ,27 Idrogeno da FER Elettricità da FER - di cui nel trasporto su strada - di cui nel trasporto non su strada ,71 Altri (oli vegetali puri, biometano) - di cui di II generazione ,29 Totale rinnovabili nei trasporti ,33 * Elaborazione ENEA Fonte: Ministero dello Sviluppo Economico - Piano di Azione Nazionale per le Energie Rinnovabili, 30 giugno

14 Consumi di biocarburanti previsti in Italia per il 2020 Consumi lordi FER (Ktep) Consumi lordi (kton) Capacità produttiva al 2010 (kton/anno) Bioetanolo / bio-etbe - di cui di II generazione - di cui importati di cui da colture dedicate Biodiesel - di cui di II generazione - di cui importati di cui da colture dedicate I consumi previsti per il 2020 corrispondono, per i soli biocarburanti liquidi, ad una produzione annua pari a circa t di biocarburanti liquidi da materie prime agricole 14

15 Il futuro dei biocarburanti in Italia e in Europa: i problemi aperti Capacità produttiva e adeguamento delle infrastrutture industriali - incremento produzione bioetanolo Regolamentazione dei mercati - meccanismi di sostegno alle esportazioni - qualità dei prodotti (uniformità degli standard) Approvvigionamento della materia prima - possibile competizione con le produzioni alimentari - rapporto bilanciato fra produzioni locali e importazioni Problematiche tecnologiche e ambientali - bilanci energetici - impiego di miscele con elevato tenore di biocarburanti - chiusura delle filiere produttive / valorizzazione scarti e sottoprodotti - certificazione e controllo rispetto dei criteri di sostenibilità 15

16 Principali caratteristiche di un biocarburante "ideale" Proprietà e caratteristiche chimico-fisiche il più possibile simili a quelle dei combustibili fossili sostituiti (fungibilità) Produzione da materie prime a basso costo, ampiamente disponibili e facilmente reperibili (competitività) Processi e tecnologie di produzione semplici, affidabili e scalabili, con basso impatto ambientale e consumi energetici contenuti (sostenibilità) 16

17 Il futuro dei biocarburanti: la sfida della sostenibilità Biocarburanti - Riduzione minima emissioni GHG All entrata in vigore della Direttiva (*) 2017 Nuovi impianti entrati in funzione dopo il 1 gennaio 2017 (**) 35% 50% 60% (*) dal 1 aprile 2013 per impianti in attività il 23 gennaio 2008 (**) dal 1 gennaio 2018 Biocarburanti e bioliquidi non devono essere prodotti su terreni ad alto livello di biodiversità. Nel calcolo delle emissioni di gas ad effetto serra (GHG) saranno considerate anche le emissioni causate dal cambiamento dell uso del suolo Fonte: Direttiva 2009/28/CE 17

18 Riduzione delle emissioni di GHG per alcune filiere di produzione di biocarburanti (valori standard) % Etanolo da barbabietola da zucchero Etanolo da mais UE Etanolo da canna da zucchero Biodiesel da soia Biodiesel da colza Biodiesel da rifiuti Biometano da FORSU Biometano da letame asciutto Elaborazione ENEA da Direttiva 2009/28/CE, Allegato V 18

19 Riduzione delle emissioni di GHG per alcune filiere di produzione di biocarburanti (valori standard) % Etanolo da barbabietola da zucchero Etanolo da mais UE Etanolo da canna da zucchero Biodiesel da soia Biodiesel da colza Biodiesel da rifiuti Biometano da FORSU Biometano da letame asciutto Elaborazione ENEA da Direttiva 2009/28/CE, Allegato V 19

20 Upgrading del biogas a biometano Raffinazione del biogas (55-65% in metano) o gas da discarica (45% in metano) per ottenere biometano ( 95% in metano, zolfo totale < 150 mg/m 3 ) Generalmente il processo avviene in due stadi successivi: Biogas Rimozione della CO 2 Rimozione tracce di altri gas e contaminanti (*) Biometano I punti critici del processo sono i consumi energetici e la presenza di componenti che possono dare origine a fenomeni di corrosione (*) silossani, vapore acqueo, idrogeno solforato, azoto, agenti patogeni 20

21 Veicoli a gas naturale nei paesi UE (2010) N. veicoli Bulgaria Francia Germania Italia Svezia Totale UE (*) (*) Esclusi Cipro, Malta e Romania Fonte: Natural Gas Vehicle Association - NGVA Europe,

22 Superficie necessaria per la produzione di 1 ktep/anno di biocarburanti da colture dedicate ha Biodiesel da colza Bioetanolo da mais Bioetanolo da barbabietola Biometano da silomais Fonte: Elaborazione su dati da diverse fonti 22

23 Superficie necessaria per la produzione di 1 ktep/anno di biocarburanti da colture dedicate ha I consumi previsti per il 2020 corrispondono, per i soli biocarburanti liquidi prodotti in Italia da colture tradizionali (colza, barbabietola e mais), all impiego annuale di circa ha di terreno agricolo Biodiesel da colza Bioetanolo da mais Bioetanolo da barbabietola Biometano da silomais Fonte: Elaborazione su dati da diverse fonti 23

24 Il topinambur come energy crop Il topinambur (Helianthus tuberosus L.), specie perenne considerata infestante le coltivazioni agricole, è in grado di accumulare nelle radici e negli steli significative quantità di zuccheri (fino al 45-50%) Nel nostro paese, sono stati condotti studi e ricerche su questa pianta fin dal 1983 per verificare il suo possibile impiego come coltura energetica per la produzione di bioetanolo (resa stimata: 4-5 t/ha per anno) Le attività di ricerca si sono indirizzate all uso dei fusti piuttosto che dei tuberi con l obiettivo di ridurre i costi colturali passando da una coltura annuale ad una poliennale, adatta anche a terreni poveri e/o degradati Coltura sperimentale di topinambur presso la discarica di Cupinoro (Bracciano, Roma) luglio

25 Superficie necessaria per la produzione di 1 ktep/anno di biocarburanti da colture dedicate ha Colture alcooligene low-input Biodiesel da colza Bioetanolo da mais Bioetanolo da barbabietola Biometano da silomais Bioetanolo da sorgo Bioetanolo da topinambur Fonte: Elaborazione su dati da diverse fonti 25

26 I biocarburanti di seconda generazione La Direttiva CE n. 28/2009 sulla promozione delle fonti di energia rinnovabili non da una definizione di biocarburanti di seconda generazione, ma parla di: Futuri biocarburanti che non erano presenti sul mercato o erano sul mercato solo in quantità trascurabili nel gennaio 2008 Prevedendo specifiche agevolazioni (doppio conteggio) per favorire la produzione e l impiego di biocarburanti prodotti a partire da rifiuti, residui, materie cellulosiche non alimentari e materiali lignocellulosici 26

27 Filiere di produzione di biocarburanti da materie prime agricole tradizionali e innovative Gassificazione Syngas Sintesi catalitica FT-diesel Idrolisi e fermentazione Etanolo Eterificazione ETBE TAEE Fermentazione alcoolica Colture amilacee e zuccherine Digestione anaerobica Biogas Upgrading Biometano Biomasse Lignocellulosiche Transesterificazione Biodiesel Colture oleaginose Estrazione olio Oli vegetali Idrogenazione Greendiesel 27

28 Superficie necessaria per la produzione di 1 ktep/anno di biocarburanti da colture dedicate ha Biocarburanti di II generazione Biodiesel da colza Bioetanolo da mais Bioetanolo da barbabietola Biometano da silomais Bioetanolo da sorgo Bioetanolo da topinambur Bioetanolo da canna comune FT diesel da SRF Fonte: Elaborazione su dati da diverse fonti 28

29 Percorrenza stimata per veicoli alimentati con biocarburanti prodotti da 1 ha di coltura BTL Biometano Biodiesel da colza Etanolo da cereali km/anno Elaborazione ENEA su dati FNR (Fachangentur Nachwachsende Rahstoffe e. V.),

30 Riduzione stimata delle emissioni di GHG per alcune filiere di produzione di biocarburanti (rispetto al gasolio) % Biodiesel da soia Biodiesel da colza Biodiesel da olio di palma Biodiesel da rifiuti FT-diesel da residui lignocellulosici FT-diesel da colture legnose Elaborazione ENEA da Direttiva 2009/28/CE, Allegato V (valori standard) 30

31 Riduzione stimata delle emissioni di GHG per alcune filiere di produzione di biocarburanti (rispetto alla benzina) % Etanolo da barbabietola da zucchero Etanolo da mais UE Etanolo da canna da zucchero Etanolo da paglia Etanolo da residui legnosi Etanolo da colture legnose Elaborazione ENEA da Direttiva 2009/28/CE, Allegato V (valori standard) 31

32 Una nuova tecnologia italiana per la produzione di etanolo da biomasse lignocellulosiche Fonte: Chemtex,

33 Grazie per l attenzione Dr. Vito Pignatelli ENEA - Unità Tecnica Fonti Rinnovabili Coordinamento Tecnologie Biomasse e Bioenergie C.R. Casaccia Via Anguillarese, S.M. di Galeria, Roma Tel Fax vito.pignatelli@enea.it 33