Disponibilità in Europa

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1 Disponibilità in Europa 1. Produttività 2. Scenari di uso del suolo 3. Risorse potenziali e costi VII - 0

2 Produttività - Scopo Determinare, a partire da: tipologia di suolo caratteristiche climatiche necessità delle coltivazioni specifiche le potenzialità produttive europee in termini di biomasse ad uso energetico (e non). VII - 1

3 Tipologia di suolo 12 categorie: i) foresta ii) prateria naturale iii) zone umide iv) altra vegetazione naturale v) terra arabile vi) culture permanenti vii) terra per agricoltura eterogenea viii) pascolo ix) acqua x) terra nuda o con scarsa vegetazione xi) ghiacciai xii) industriale o urbano potenzialmente utilizzabile G. Fischer, S. Prieler, H.van Velthuizen, S. M. Lensink, M. Londo, M. de Wit, Biofuel production potentials in Europe: Sustainable use of cultivated land and pastures. Part I: Land productivity potentials, Biomass and Bioenergy, 34 (2010 ) VII - 2

4 Tipologia di suolo pixel: 1x1 km2 G. Fischer, S. Prieler, H.van Velthuizen, S. M. Lensink, M. Londo, M. de Wit, Biofuel production potentials in Europe: Sustainable use of VII cultivated land and pastures. Part I: Land productivity potentials, Biomass and Bioenergy, 34 (2010 )

5 Tipologia di conversione 2 tipologie: 1 a generazione: conversione biochimica di biomassa in etanolo (da zuccheri) e in biodiesel (da oli) 2 a generazione: conversione biochimica o termochimica di biomassa (con uso degli scarti) attraverso combustione, gasificazione, pirolisi VII - 4 G. Fischer, S. Prieler, H.van Velthuizen, S. M. Lensink, M. Londo, M. de Wit, Biofuel production potentials in Europe: Sustainable use of cultivated land and pastures. Part I: Land productivity potentials, Biomass and Bioenergy, 34 (2010 )

6 Tipologia di biomassa 5 tipologie: a) Piante lignocellulosiche (pioppo, salice, eucalipto) (2 a generazione) b) Piante erbacee (miscanto, panico verga, scagliola arundinacea) (2 a generazione) c) Coltivazioni da olio (girasole e colza) d) Coltivazioni da amido (segale, grano, mais, triticale) e) Coltivazioni da zucchero (barbabietola, sorgo dolce) escluso il terreno a pascolo G. Fischer, S. Prieler, H.van Velthuizen, S. M. Lensink, M. Londo, M. de Wit, Biofuel production potentials in Europe: Sustainable use of cultivated land and pastures. Part I: Land productivity potentials, Biomass and Bioenergy, 34 (2010 ) VII - 5

7 Metodologia assoluta relativa legata agli scenari sull uso del suolo G. Fischer, S. Prieler, H.van Velthuizen, S. M. Lensink, M. Londo, M. de Wit, Biofuel production potentials in Europe: Sustainable use of cultivated land and pastures. Part I: Land productivity potentials, Biomass and Bioenergy, 34 (2010 ) VII - 6

8 Ipotesi resa energetica min (t/ha) max resa prodotto (t/ha) energetica 1st Generation production chain unità min (GJ/ha) max (GJ/ha) Oil crops Rapeseed 3 4 Seed 14.4 GJ/t seed Sunflower Seed 16.2 GJ/t seed Starchy crops Maize 8 12 Grain 7.9 GJ/t grain Wheat, Triticale, Rye 6 9 Grain 7.5 GJ/t grain Sugar crops Sugar beet Beet 2.1 GJ/t (FW) Sweet sorghum ABG 7.2 GJ/t (DW) Woody lignocellulosic Poplar, willow, eucalyptus Herbaceous lignocellulosic Miscanthus, switch grass, canary reed 2nd Generation production chain ABG ABG 9.3 FW: Fresh Weight, DW: Dry Weight, ABG: above ground GJ/t ABG (DW) GJ/t ABG (DW) G. Fischer, S. Prieler, H.van Velthuizen, S. M. Lensink, M. Londo, M. de Wit, Biofuel production potentials in Europe: Sustainable use of cultivated land and pastures. Part I: Land productivity potentials, Biomass and Bioenergy, 34 (2010 ) VII - 7

9 Risultati piante da olio G. Fischer, S. Prieler, H.van Velthuizen, S. M. Lensink, M. Londo, M. de Wit, Biofuel production potentials in Europe: Sustainable use of VII cultivated land and pastures. Part I: Land productivity potentials, Biomass and Bioenergy, 34 (2010 )

10 Risultati coltivazioni per 1a generazione G. Fischer, S. Prieler, H.van Velthuizen, S. M. Lensink, M. Londo, M. de Wit, Biofuel production potentials in Europe: Sustainable use of VII cultivated land and pastures. Part I: Land productivity potentials, Biomass and Bioenergy, 34 (2010 )

11 Risultati coltivazioni per 2a generazione G. Fischer, S. Prieler, H.van Velthuizen, S. M. Lensink, M. Londo, M. de Wit, Biofuel production potentials in Europe: Sustainable use of VII cultivated land and pastures. Part I: Land productivity potentials, Biomass and Bioenergy, 34 (2010 )

12 Risultati La tipica resa in energia per le culture trattate con sistemi di 1 a generazione va da 60 a 120 GJ/ha. La resa di colture erbacee e lignocellulosiche (2 a generazione) è più grande del 40-80% (da 100 a 150 GJ/ha). Eccezioni sono parte della Spagna e il sud dell Ucraina dove le rese sono comparabili, ma basse (40 GJ/ha). La resa delle culture oleaginose è la più bassa tra quelle per la 1 a generazione. L efficienza nell uso di territorio dei biocombustibili di 1 a generazione dipende molto dalla quantità di sostanze chimiche irrogate, con problemi per la qualità delle acque, del suolo e la conservazione della biodiversità. G. Fischer, S. Prieler, H.van Velthuizen, S. M. Lensink, M. Londo, M. de Wit, Biofuel production potentials in Europe: Sustainable use of cultivated land and pastures. Part I: Land productivity potentials, Biomass and Bioenergy, 34 (2010 ) VII - 11

13 Conclusioni 1 a generazione vs. 2 a generazione La sfida maggiore per la 2 a generazione è sviluppare tecnologie di conversione a scala industriale e a prezzi competitivi. La produzione di biocombustibili di 1 a generazione utilizza tecnologie mature, mentre i biocombustibili di 2 a generazione sono ancora prodotti in impianti sperimentali o dimostrativi. Questi impianti richiederanno grandi quantità di materiale in ingresso, con i problemi di trasporto connessi. Gli agricoltori, da parte loro, dovranno: - dovrenno fare investimenti consistenti in nuove macchine e infrastrutture - modificare l orizzonte temporale degli investimenti trasformandosi da food and feed a food, feed and energy G. Fischer, S. Prieler, H.van Velthuizen, S. M. Lensink, M. Londo, M. de Wit, Biofuel production potentials in Europe: Sustainable use of cultivated land and pastures. Part I: Land productivity potentials, Biomass and Bioenergy, 34 (2010 ) VII - 12

14 Risultati sostenibilità della produzione Il passaggio a food, feed and energy necessita dell intensificazione della produzione food and feed per dare spazio a energy. D altra parte le politiche europee hanno come priorità la conservazione della natura e della biodiversità. Le pressioni sull ambiente derivanti da una produzione intensificata dovranno essere gestite opportunamente per ricavare tutti i benefici ambientali possibili. G. Fischer, S. Prieler, H.van Velthuizen, S. M. Lensink, M. Londo, M. de Wit, Biofuel production potentials in Europe: Sustainable use of cultivated land and pastures. Part I: Land productivity potentials, Biomass and Bioenergy, 34 (2010 ) VII - 13

15 Scenari di uso del suolo Tre scenari: a) base: pratiche correnti, incremento modesto nella produzione (7% di coltivazioni biologiche al 2030) b) ambientale (env): buone pratiche ambientali per la conservazione della natura e della biodiversità (12% di coltivazioni biologiche al 2030) c) energetico (ene): cambiamento nell uso del territorio per produzioni energetiche (incluso il pascolo per colture erbacee di 2 a generazione) G. Fischer, S. Prieler, H.van Velthuizen, G. Berndes, A. Faaij, M. Londo, M. de Wit, Biofuel production potentials in Europe: Sustainable use of cultivated land and pastures. Part II: Land use scenarios, Biomass and Bioenergy, 34 (2010 ) VII - 14

16 Uso attuale del territorio (Mha) Totale EU15 EU12 Ucraina Coltivato arabile Coltivato perenne (olive, vino, ecc) Pascolo in uso Pascolo non in uso Foreste e altro legnoso Costruito n.a. Altro Totale EU15: Austria, Belgio, Danimarca, Germania, Finlandia, Francia, Gran Bretagna, Grecia, Irlanda, Italia, Lussemburgo, Olanda, Portogallo, Spagna, Svezia EU12: Bulgaria, Cipro, Estonia, Lettonia, Lituania, Malta, Repubblica Ceca, Polonia, Romania, Slovacchia, Slovenia, Ungheria G. Fischer, S. Prieler, H.van Velthuizen, G. Berndes, A. Faaij, M. Londo, M. de Wit, Biofuel production potentials in Europe: Sustainable use of cultivated land and pastures. Part II: Land use scenarios, Biomass and Bioenergy, 34 (2010 ) VII - 15

17 Metodologia per il calcolo delle necessità di cibo self-sufficiency ratio G. Fischer, S. Prieler, H.van Velthuizen, G. Berndes, A. Faaij, M. Londo, M. de Wit, Biofuel production potentials in Europe: Sustainable use of cultivated land and pastures. Part II: Land use scenarios, Biomass and Bioenergy, 34 (2010 ) VII - 16

18 Residui Fattori: - rapporto tra prodotto utilizzato e prodotto non utilizzato - percentuale di prodotto rimosso dai campi Il calcolo è stato fatto tenendo conto del rapporto tra prodotto utilizzato e prodotto non utilizzato di ciascuna coltivazione e assumendo che il 50% del residuo possa essere rimosso dai campi senza deprimere significativamente il contenuto organico dei suoli. G. Fischer, S. Prieler, H.van Velthuizen, G. Berndes, A. Faaij, M. Londo, M. de Wit, Biofuel production potentials in Europe: Sustainable use of cultivated land and pastures. Part II: Land use scenarios, Biomass and Bioenergy, 34 (2010 ) VII - 17

19 Risultati - totale Territorio dedicabile a coltivazioni (non perenni) al Ucraina EU12 EU15 Attuale Env Base Ene Mha G. Fischer, S. Prieler, H.van Velthuizen, G. Berndes, A. Faaij, M. Londo, M. de Wit, Biofuel production potentials in Europe: Sustainable use of cultivated land and pastures. Part II: Land use scenarios, Biomass and Bioenergy, 34 (2010 ) VII - 18

20 Risultati ripartizione geografica Base/Env/Ene - Food&Feed 10% Il food&feed è e sarà concentrato maggiormente nel EU15 20% 70% EU15 EU12 Ukraine 49% Env - Energia 6% 45% EU15 EU12 Ukraine Per l energia è indispensabile il contributo dell EU12 e dell Ucraina 43% Base - Energia 42% 15% G. Fischer, S. Prieler, H.van Velthuizen, G. Berndes, A. Faaij, M. Londo, M. de Wit, Biofuel production potentials in Europe: Sustainable use of cultivated land and pastures. Part II: Land use scenarios, Biomass and Bioenergy, 34 (2010 ) VII - 19 EU15 EU12 Ukraine 37% Ene - Energia 40% 23% EU15 EU12 Ukraine

21 Risultati - energia Territorio dedicabile a coltivazione energetica al Ucraina EU12 Env Base Ene EU Mha G. Fischer, S. Prieler, H.van Velthuizen, G. Berndes, A. Faaij, M. Londo, M. de Wit, Biofuel production potentials in Europe: Sustainable use of cultivated land and pastures. Part II: Land use scenarios, Biomass and Bioenergy, 34 (2010 ) VII - 20

22 Risultati - residui I residui sono considerati in diminuzione per il miglioramento del rapporto tra prodotto utilizzato e prodotto residuo. Mt (peso secco) E (PJ) EU EU Ucraina Il valore energetico dei residui trasformati in biocombustibile, è supposto pari a 9.3 GJ/t in termini di gassificazione seguita da un processo Fischer-Tropsch (il valore calorifico dei residui bruciati va da 15 a 17 GJ/t). Al 2030, questa quantità di residui corrisponde a Mha di colture lignocellulosiche dedicate (ipotesi: GJ/ha). G. Fischer, S. Prieler, H.van Velthuizen, G. Berndes, A. Faaij, M. Londo, M. de Wit, Biofuel production potentials in Europe: Sustainable use of cultivated land and pastures. Part II: Land use scenarios, Biomass and Bioenergy, 34 (2010 ) VII - 21

23 Energia producibile da EU27 (no Ucraina) Disponibilità di terreno: da 22 Mha (scenario Env) a 45 Mha (scenario Ene) Energia ricavabile: ipotesi 1: tutto il terreno disponibile a olio ipotesi 2: tutto il terreno disponibile con la migliore coltivazione 1 a generazione ipotesi 3: tutto il terreno disponibile con coltivazioni 2 a generazione (solo biocombustibile) 10% del consumo europeo di combustibili per trasporti Env Base Ene ipotesi 3 ipotesi 2 ipotesi PJ con i residui Energia (PJ) G. Fischer, S. Prieler, H.van Velthuizen, G. Berndes, A. Faaij, M. Londo, M. de Wit, Biofuel production potentials in Europe: Sustainable use of cultivated land and pastures. Part II: Land use scenarios, Biomass and Bioenergy, 34 (2010 ) VII - 22

24 Conclusioni sulla produttività L Europa dell est è fondamentale per ridurre la dipendenza energetica dell Europa nei combustibili per i trasporti. Un mix di trattamento di 1 a e di 2 a generazione è indispensabile. La completa indipendenza ai consumi attuali non è comunque raggiungibile da un punto di vista pratico. Bisogna cercare alternative (elettricità, mobilità collettiva, ecc.). VII - 23

25 Costi M. de Wit, A. FAAIJ, European biomass resource potential and costs, Biomass and Bioenergy, 34 (2010 ) VII - 24

26 Costi - terreno CT = CC + CL + CLab + CF capitale terreno lavoro fertilizzante CT = CT c + CT r + CT s crop specific establishment and planting ( /ha) crop specific storage and miscellaneous ( /ha) crop specific harvesting and field transport ( /ha) M. de Wit, A. FAAIJ, European biomass resource potential and costs, Biomass and Bioenergy, 34 (2010 ) VII - 25

27 Costi - terreno CT = CC + CL + CLab + CF capitale terreno lavoro fertilizzante CL = LCF ΣP ia i A prezzo area,i=1, 3 i = tipologia 1=molto adatto 2=adatto 3=poco adatto land cost factor for CEEC differenza tra prezzo attuale nelle Western European Countries e prezzo attuale nelle Central and Eastern European Countries LCF = CLWEC,t=0 CL CEEC,t=0 T CL CEEC,t=0 t + CL CEEC,t=0,t=0 T M. de Wit, A. FAAIJ, European biomass resource potential and costs, Biomass and Bioenergy, 34 (2010 ) VII - 26

28 Costi - lavoro CT = CC + CL + CLab + CF capitale terreno lavoro fertilizzante CL = LI W differenza tra costo orario attuale nelle Western European Countries e costo attuale nelle Central and Eastern European Countries WWEC,t=0 W CEEC,t=0 T W CEEC,t=0 t + W CEEC,t=0,t=0 T crop specific labour input (h/ha y) hourly wage ( /h) (sulla base di 160 ore/mese) fattore correttivo per le CEEC M. de Wit, A. FAAIJ, European biomass resource potential and costs, Biomass and Bioenergy, 34 (2010 ) VII - 27

29 Costi - fertilizzante CT = CC + CL + CLab + CF capitale terreno lavoro fertilizzante dry biomass yield (t/ha) fertilizer cost ( /kg): N, K 2 O, P 2 O 5 fertilizer factor: 1 kg N (kg N) -1, 1.21 kg K 2 O (kg K) -1, 2.29 kg P 2 O 5 (kg P) -1 crop intake composition (kg/t) nitrogen uptake factor=70% CF = HC[P N FF N (CC N αd N )+ P K FF K CC K + P P FF P CC P ] natural nitrogen deposition (kg N/ha/y) M. de Wit, A. FAAIJ, European biomass resource potential and costs, Biomass and Bioenergy, 34 (2010 ) VII - 28

30 Costi Country Wages Fertilizer prices Land costs N P2O5 K2O VS S MS /h /100 kg /ha y Austria Belgium Cyprus Denmark Finland France Germany Greece Italy Ireland Luxembourg Malta Netherlands Norway Portugal Spain Sweden Switzerland UK Bulgaria Czech Republic Estonia Hungary Latvia Lithuania Poland Romania Slovakia Slovenia Ukraine Average WEC Average CEEC M. de Wit, A. FAAIJ, European biomass resource potential and costs, Biomass and Bioenergy, 34 (2010 ) WEC CEEC VII - 29

31 Risultati curve cost/supply scenario di base includendo le praterie variabilità con i vari scenari Una riduzione globale del 20% legata all apprendimento è applicata tra il 2005 e il M. de Wit, A. FAAIJ, European biomass resource potential and costs, Biomass and Bioenergy, 34 (2010 ) VII - 30

32 Risultati M. de Wit, A. FAAIJ, European biomass resource potential and costs, Biomass and Bioenergy, 34 (2010 ) VII - 31

33 Risultati - lignocellulosa Le disponibilità a costi minori è in Ucraina e negli altri Paesi dell Europa dell Est M. de Wit, A. FAAIJ, European biomass resource potential and costs, Biomass and Bioenergy, 34 (2010 ) VII - 32

34 Curva Cost/Supply per il petrolio Costi medi estrazione petrolio (2012): 25 US$/barile 20 /barile 159 l/barile 0.85 kg/l kcal/kg J/kg J/l GJ/l 5.66 GJ/barile 3.5 /GJ Necessità al 2030 Fonte: IEA EOR: Enhanced Oil Recovery GTL: Gas To Liquid CTL: Coal To Liquid BTL: Biomass To Liquid VII - 33

35 Risultati confronto con il petrolio Il consumo annuale di petrolio in Europa nel 2009 è stato di circa 16 milioni di barili al giorno, cioè di 33 EJ/anno. Le disponibilità a prezzi concorrenziali potranno coprire una frazione significativa delle necessità solo se verranno utilizzate le colture lignocellulosiche Petrolio 2030 Petrolio oggi M. de Wit, A. FAAIJ, European biomass resource potential and costs, Biomass and Bioenergy, 34 (2010 ) VII - 34