Oggi:

2024-04-25 14:11

Il Futuro dei Carburanti è Bio?

DECARBONIZZAZIONE DEI TRASPORTI

di: 
Carlotta Basili

Al fine di raggiungere gli obiettivi europei del Fit for 55 sono state prese in considerazione e dibattute per ogni settore le tecnologie con il potenziale necessario per raggiungere la decarbonizzazione. Nel campo dei trasporti il dibattito si è concentrato sull’uso di soluzioni tutto-elettrico, che richiedono una rivoluzione completa del settore, contro soluzioni applicabili a breve termine come i biocarburanti o gli e-fuels. L’autrice spiega di cosa si parla quando ci si riferisce a combustibili “sostenibili” e quale possa essere il loro contributo, attraverso le attuali politiche europee, alla decarbonizzazione dei trasporti.

In Copertina: immagine dal film “Cars”, diretto da John Lasseter, 2006

 

Il settore dei trasporti è responsabile per circa il 25% delle emissioni di gas serra dell’UE. La riduzione delle sue emissioni è quindi determinante per il raggiungimento degli obiettivi climatici delle politiche europee avviate con l’“European Green Deal” e sviluppate attraverso i provvedimenti del pacchetto “Fit for 55” in tutti i settori.

Un contributo significativo per la decarbonizzazione dei trasporti, in particolare in settori hard-to-abate come l’aviazione, deriva dallo sviluppo dei biocarburanti che possono fornire una soluzione a basse emissioni di carbonio per le tecnologie esistenti, spesso senza o con poche modifiche necessarie.

Con carburante si intende (secondo la definizione Treccani) un “combustibile gassoso o liquido capace di dare, una volta mescolato intimamente con l’aria, una miscela infiammabile, prevalentemente usato per alimentare motori a combustione interna”. I biocarburanti sono una classe di carburanti ricavati dalla lavorazione di materie prime di origine biogenica, a differenza dei carburanti tradizionali che derivano da combustibili fossili. Comunemente vengono classificati in due generazioni, ma occorre tener presente che tale distinzione può essere sfumata, poiché alcuni biocarburanti possono avere caratteristiche di entrambe le categorie a seconda delle loro materie prime e dei processi di produzione utilizzati.

Dal punto di vista normativo, la Direttiva europea sulle energie rinnovabili del 2018 (RED II) distingue tre categorie principali di biocarburanti in base alla materia prima o alla tecnologia utilizzata: biocarburanti da colture alimentari e foraggere, biocarburanti avanzati che utilizzano materie prime non alimentari e vengono prodotti tramite tecnologie avanzate, e biocarburanti prodotti da materie prime non alimentari che utilizzano tecnologie mature. Per ciascuna delle ultime due, la RED II contiene una lista di materie prime e gruppi di materie prime specifiche. Inoltre, la normativa europea introduce anche convenzioni statistiche su come conteggiare questi biocarburanti ai fini del calcolo per il raggiungimento degli obiettivi di energie rinnovabili nel settore trasporti.

Tutti i biocarburanti offrono vantaggi in termini di impatti ambientali rispetto ai carburanti di origine fossile, ma presentano sfide legate all’origine delle materie prime (concorrenza per le terre agricole con la produzione alimentare e foraggera), alle tecnologie di produzione e ai loro costi.

 

Biocarburanti di Prima Generazione

I biocarburanti di prima generazione sono principalmente ottenuti da colture alimentari come mais, canna da zucchero e colture oleaginose (come l'olio di colza, soia o olio di palma). I processi di produzione per questa generazione sono principalmente processi di fermentazione e transesterificazione che producono biodiesel e bioalcoli (in particolare bioetanolo).

Il bioetanolo, prodotto da materie prime come mais, canna da zucchero e cereali, è il principale biocarburante nel mercato globale (la cui produzione è concentrata in Stati Uniti e Brasile), ampiamente utilizzato come additivo per la benzina (la miscela di bioetanolo nella benzina migliora l'ottano e riduce le emissioni di CO2 durante la combustione) o come combustibile autonomo. A partire dal bioetanolo, tramite reazione catalitica con isobutilene si ottiene il bio-ETBE, acronimo di "bioethyl tertiary-butyl ether", un combustibile sostenibile utilizzato principalmente come componente aggiuntivo per la benzina.

Il biodiesel, invece, ottenuto principalmente da oli vegetali, essendo compatibile con i motori diesel esistenti, è spesso miscelato con il diesel tradizionale per ridurre le emissioni di gas serra offrendo una migliore ignizione e riducendo le particelle in sospensione.

La transesterificazione di oli vegetali (ad esempio olio di palma e mais) permette di ottenere il biokerosene, simile al kerosene convenzionale in termini di composizione chimica e prestazioni, che offre un’alternativa a minor impatto ambientale per il settore dell’aviazione.

Attraverso la digestione anaerobica di materie organiche è possibile ottenere anche un altro combustibile, il biogas, una miscela di metano e anidride carbonica, che può essere utilizzato come carburante per la generazione di elettricità o come carburante per veicoli.

Sebbene l’uso dei biocombustibili possa portare ad una riduzione delle emissioni di gas serra rispetto ai combustibili fossili, l’uso di colture alimentari per la produzione in competizione con la produzione di cibo ha sollevato preoccupazioni legate alla sicurezza alimentare.

Inoltre, la conversione dei terreni agricoli per la produzione di biocarburanti di prima generazione può avere un impatto negativo su biodiversità, suolo e acqua, soprattutto se queste colture richiedono terreni aggiuntivi sottratti ad aree che presentano elevate scorte di carbonio, come foreste, zone umide e torbiere, causando ulteriori emissioni di gas a effetto serra (fenomeno noto come cambiamento indiretto della destinazione del suolo, Indirect Land Use Change “ILUC”).

 

Biocarburanti di Seconda Generazione

Per rispondere alle problematiche della prima generazione e poiché in molti paesi le normative limitano l’uso di colture alimentari per la produzione di biocarburanti, sono stati sviluppati i biocarburanti di seconda generazione che utilizzano materiali lignocellulosici da materie prime non alimentari come rifiuti organici, residui agricoli, paglia, scarti boschivi, alghe.

La produzione di questi biocarburanti impiega tecnologie avanzate come gassificazione e pirolisi, i cui processi devono essere ottimizzati per garantire che la conversione sia efficiente ed ecocompatibile.

Rientrano tra i biocarburanti di seconda generazione il bioetanolo cellulosico, ottenuto dalla cellulosa delle biomasse non alimentari, il biodiesel avanzato, prodotto da oli estratti da alghe, microorganismi o biomasse lignocellulosiche, il biokerosene, prodotto da biomasse non alimentari o da scarti e rifiuti organici (ad esempio alghe, residui agricoli o grassi animali) e il biometano, ottenuto dalla digestione anaerobica di biomasse non alimentari.

Con la seconda generazione di biocarburanti gli impatti ambientali negativi associati alla prima vengono mitigati, sfruttando risorse meno concorrenziali con la produzione alimentare e foraggera ed evitando anche impatti negativi come la deforestazione. Gli impatti sul cambiamento indiretto della destinazione del suolo possono essere mitigati, inoltre, utilizzando terreni degradati o marginali per la coltivazione di biomasse destinate alla produzione di biocarburanti. Inoltre, le tecnologie di produzione, come la gassificazione e la pirolisi, migliorano l'efficienza di conversione delle biomasse in biocarburanti (consentendo di ottenere un rendimento energetico superiore), riducendo le emissioni di gas serra e l'impatto ambientale complessivo.

Tuttavia, questi processi di produzione comportano attualmente costi più elevati sia rispetto alla prima generazione che rispetto ai combustibili fossili. Per raggiungere nel tempo una maggiore competitività economica, occorrerà attendere che la tecnologia si sviluppi attraverso la ricerca di catalizzatori più efficienti e lo sviluppo di tecnologie di pretrattamento avanzate.

 

I combustibili rinnovabili di origine non biologica e gli e-fuels

Anche se non sono biocarburanti è necessario, per completezza, nominare un’altra categoria di combustibili che offre un’alternativa ai combustibili fossili e che spesso si trova a confrontarsi nel dibattito politico con i biocarburanti. Si tratta dei combustibili rinnovabili di origine non biologica (Renewable Fuels of Non-Biological Origin, RFNBO) tra cui i cosidetti e-fuels (electrofuels).

I combustibili rinnovabili di origine non biologica sono definiti dalla normativa europea (RED II) come “carburanti liquidi o gassosi utilizzati nel settore dei trasporti diversi dai biocarburanti o dal biogas, il cui contenuto energetico deriva da fonti rinnovabili diverse dalla biomassa”. Rientrano quindi in questa classe tutti quei combustibili che hanno alla base la produzione di idrogeno tramite elettrolisi alimentata da elettricità rinnovabile. L’idrogeno può in seguito ad essere combinato ad esempio con azoto per produrre ammoniaca o con carbonio per produrre vari idrocarburi sintetici (i cosidetti e-fuels)

Gli e-fuels o carburanti sintetici (si parla anche di Power-to-Liquids o Power-to Gas), sono combustibili liquidi o gassosi ottenuti attraverso processi chimici che combinano l'idrogeno con l’anidride carbonica (CO2) per produrre molecole organiche simili a quelle dei combustibili fossili. Affinché rientrino nella categoria degli RFNBO e il processo sia globalmente neutro in termini di emissioni di CO2, l’energia deve derivare da fonti rinnovabili.

Il processo di produzione degli e-fuels prevede tre fasi: la produzione di idrogeno mediante elettrolisi, la cattura di anidride carbonica dall'atmosfera o da fonti industriali; la combinazione, ad esempio attraverso il procedimento di sintesi Fischer-Tropsch, di idrogeno e anidride carbonica per produrre e-fuels come e-metanolo, e-diesel, e-gasolio, e-benzina ed e-gas naturale sintetico. Poiché l’energia necessaria è fornita da fonti rinnovabili e se la CO2 è catturata da fonti che altrimenti la riverserebbero in atmosfera, gli e-fuels possono avere un impatto ambientale davvero ridotto ed essere un aiuto per la decarbonizzazione. Tuttavia, la loro produzione rimane costosa e richiede un'energia rinnovabile abbondante per essere veramente sostenibile. Anche questi combustibili possono essere utilizzati per veicoli a motore convenzionali senza la necessità di modifiche significative ai motori o all'infrastruttura esistente.

 

I biocarburanti in Europa

Con l'obiettivo di ridurre le emissioni di gas serra e promuovere fonti energetiche sostenibili, l'Unione Europea ha adottato politiche specifiche per incentivare la produzione e l'uso di biocarburanti. Nel 2009, con l’adozione della Direttiva 2009/28 sulle energie rinnovabili (RED), veniva stabilito un obiettivo al 2020 del 10% per la quota di energia da fonti rinnovabili, tra cui erano previsti i biocarburanti, nel consumo energetico del settore dei trasporti di ogni Stato membro. La Direttiva RED introduceva inoltre un insieme di criteri di sostenibilità per i biocarburanti, affinché potessero essere conteggiati ai fini degli obiettivi fissati, tra cui requisiti minimi relativi alla riduzione delle emissioni di gas serra e principi di tutela per terreni con un elevato valore in termini di biodiversità e terreni con elevate scorte di carbonio.

La Direttiva RED non aveva però affrontato la questione del cambiamento indiretto della destinazione d'uso dei terreni, per cui nel 2015 fu adottata la Direttiva 2015/1513 (Direttiva ILUC) che forniva una prima distinzione tra carburanti ad alto e a basso rischio di cambiamento indiretto di destinazione dei terreni e introduceva un limite del 7% per il contributo dei biocarburanti convenzionali all’obiettivo del 10% stabilito dalla Direttiva RED. La Direttiva promuoveva, considerando pari a due volte il loro contenuto energetico, l’uso di biocarburanti (denominati per questa ragione “double counting”, a differenza dei biocarburanti che utilizzano materie prime alimentari denominati “single counting”) che utilizzavano materie prime elencate nell'allegato IX, parte A (quali alghe, rifiuti organici, paglia, concime animale, fanghi di depurazione, effluente da oleifici che trattano olio di palma, rifiuti e residui dell'attività e dell'industria forestale, altre materie cellulosiche e lignocellulosiche di origine non alimentare, carburanti rinnovabili liquidi e gassosi di origine non biologica, cattura e utilizzo del carbonio, batteri) e parte B (olio da cucina usato e grassi animali).

La Direttiva RED II (Renewable Energy Directive, Direttiva 2018/2001), adottata nel 2018, manteneva i limiti fissati dalla direttiva ILUC sulla quantità di biocombustibili convenzionali (prevendo che la quota dei biocombustibili ad alto rischio di cambiamento indiretto di destinazione dei terreni dovesse poi decrescere fino ad annullarsi entro 2030) e definiva obiettivi ambiziosi per la quota di biocarburanti avanzati (1% entro il 2025 e 5,5 % entro il 2030 per i biocarburanti avanzati, il biogas e i combustibili rinnovabili di origine non biologica nel settore dei trasporti), incentivando la ricerca e lo sviluppo nel settore. I “biocarburanti avanzati” sono definiti come i biocarburanti “double counting” prodotti da materie prime elencate nell’allegato IX, parte A (quasi tutte quelle incluse nella Direttiva ILUC ad eccezione dei carburanti rinnovabili liquidi e gassosi di origine non biologica, della cattura e utilizzo del carbonio e dei batteri). La Direttiva definiva inoltre nuovi criteri di sostenibilità per i biocarburanti e, per i biocarburanti di prima generazione, imponeva la riduzione delle emissioni di gas serra e la garanzia di non indurre cambiamenti indiretti nell'uso del suolo.

Il recente aggiornamento (2023) della Direttiva sulle energie rinnovabili (Direttiva 2023/2413, RED III) fissa un sotto-obiettivo combinato vincolante del 5,5% per i biocarburanti avanzati e i combustibili rinnovabili di origine non biologica.

Inoltre, con il piano REPowerEU si è posto l’obiettivo di promuovere gas rinnovabili come idrogeno e biometano e, in particolare, di aumentare la produzione di biometano a 35 miliardi di metri cubi entro il 2030 per sostituire le importazioni di gas naturale.

L’utilizzo dei biocarburanti come mezzo per la decarbonizzazione dei trasporti è stato, inoltre, argomento di acceso dibattito durante le discussioni riguardo alle normative sulle emissioni di anidride carbonica (CO2) delle auto e dei veicoli pesanti. Uno schieramento, guidato tra gli altri anche dall’Italia, sosteneva l’importanza di includere i biocarburanti come strumento per ridurre le emissioni, contro l’idea di considerare i biocarburanti ormai superati e di puntare invece su gli e-fuels o sul tutto elettrico.

L’Agenzia europea dell’Ambiente riporta (“Greenhouse gas emission intensity of fuels and biofuels for road transport in Europe”, European Environent Agency, 24 ottobre 2023) che tra il 2017 e il 2021 in Europa, la quota dei biocarburanti nelle vendite complessive di carburanti è cresciuta dal 4,5% al 6,7%, comportando una riduzione del 5,5% delle emissioni dei carburanti venduti nell’UE.

In base ai dati della Commissione europea di ottobre 2023 (“ANNEX 1 to the  Report from the Commission to the European Parliament, the Council, the European Economic and Social Committee and the Committee of the Regions State of the Energy Union Report 2023”) nel 2021, il consumo finale di biocarburanti nel settore dei trasporti nell’UE ha rappresentato un totale di 16,5 milioni di tonnellate equivalenti di petrolio (Mtep), con un aumento del 39% rispetto al 2013. Circa l’80% del consumo totale di biocarburanti nel settore dei trasporti è rappresentato dal biodiesel, mentre il bioetanolo è al secondo posto con una quota del 18%. Il biometano e altri biocarburanti liquidi ammontano a meno dell’1%.

La maggior parte dei biocarburanti usati e prodotti in Europa sono biocarburanti convenzionali, prodotti principalmente da oli vegetali, ma una quantità crescente è prodotta da materie prime non alimentari. Nel 2021, i biocarburanti avanzati e altri biocarburanti prodotti a partire dalle materie prime elencate nell’allegato IX della Direttiva RED II (prodotti principalmente da rifiuti e residui) detenevano la quota più elevata di energia rinnovabile nei trasporti, pari al 4,2% (con moltiplicatori “double counting”), tuttavia, in termini di energia rinnovabile fornita (senza moltiplicatori, “single counting”), i biocarburanti prodotti da colture alimentari e foraggere hanno continuato ad avere la quota più alta tra tutti i vettori energetici rinnovabili (3,9% del consumo totale di energia nei trasporti).

 

I biocarburanti in Italia

L'Italia ha recepito le direttive europee, adottando politiche specifiche per favorire lo sviluppo dei biocarburanti e ha introdotto iniziative per attivare incentivi fiscali e finanziari con lo scopo di promuovere la produzione e l'uso sostenibile di biocarburanti.

Nel 2021 in Italia, secondo i dati GSE (dal rapporto “Energia nel settore trasporti 2005-2021”), sono stati consumati 1,7 milioni di tonnellate di biocarburanti (1552 ktep), di cui circa il 91% è costituito da biodiesel, l’1,8% da bio-ETBE è assai più contenuta (1,8%), poco meno del 7% da biometano, mentre la quota di bioetanolo è trascurabile.  Nel 2021, l’incidenza dei biocarburanti single counting sul totale dei biocarburanti immessi in consumo si attesta al 14%, di cui più della metà è prodotto a partire da olio palma, seguiti da soia, mais e colza, mentre i biocarburanti double counting, che costituiscono l’86%, sono prodotti principalmente da oli alimentari esausti e da oli e i grassi animali, da effluenti da oleifici che trattano olio di palma (POME) e da rifiuti agroindustriali.

Tabella: biocarburanti immessi al consumo in Italia nel 2021 per materia prima

Tipologie biocarburanti

(ktep)

(%)

Biocarburanti Single counting

214

13,8%

Palma

116

7,4%

Soia

54

3,5%

Mais

24

1,6%

Colza

11

0,7%

Derivati dalla lavorazione di oli vegetali

5

0,3%

Grano

1

0,1%

Orzo

1

0,1%

Altri SOA

0

0,0%

Girasole

0

0,0%

Biocarburanti Double counting

1.338

86,2%

Biocarburanti Double Counting - Avanzati

538

34,7%

Effluente da oleifici che trattano olio di palma (POME)

220

14,2%

Rifiuti agroindustriali e altri rifiuti

187

12,0%

FORSU

105

6,8%

Concime animale e fanghi di depurazione

13

0,8%

Altre materie cellulosiche di origine non alimentare

4

0,3%

Fraz. biomassa corrispond. ai rifiuti urbani non diff.

3

0,2%

Feccia da vino e/o vinaccia

2

0,2%

Pece di tallolio

2

0,1%

Batteri

1,5

0,1%

Paglia

1,4

0,1%

Alghe

0,3

0,0%

Pule

0,2

0,0%

Tutoli ripuliti dei semi di mais

0,0

0,0%

Biocarburanti Double Counting - Non avanzati

800

51,6%

Oli alimentari esausti (UCO)

410

26,4%

Oli e grassi animali di categoria 1 e 2

390

25,1%

Totale Biocarburanti Sostenibili

1.552

100%

Fonte: “Energia nel settore trasporti 2005-2021”, GSE

Nel 2021, dei biocarburanti immessi in consumo in Italia, il 36% era prodotto nazionalmente, il resto è stato importato da altri paesi, per lo più europei (complessivamente il 93% dei biocarburanti usati in Italia è prodotto in Europa), tra cui i principali sono Spagna (27,8%), Paesi Bassi (6,4%) e Bulgaria (5,8%).

Per quanto riguarda invece l’origine delle materie prime, solo il 12,2% dei biocarburanti immessi in consumo in Italia nel 2021 è stato prodotto con materie prime di origine nazionale e, sebbene complessivamente il 43% delle materie prime provenga da Paesi europei, i fornitori principali sono la Cina (20,8%) e l’Indonesia (16,9%).

I progressi in queste produzioni dipendono anche dalla capacità e qualità delle raffinerie. In questa prospettiva, la chiusura in Italia di molti stabilimenti tradizionali ma con forti potenzialità di innovazione rappresenta motivo di preoccupazione, soprattutto perché, in proposito, sembra scarsa la consapevolezza dei decisori e del pubblico.


Conclusioni

I biocarburanti di prima generazione hanno rappresentato una tappa iniziale nella transizione verso fonti energetiche più sostenibili per i trasporti, mentre la seconda generazione emerge come una possibile soluzione tecnologicamente più avanzata e meno impattante. La ricerca e lo sviluppo continuo saranno cruciali per ottimizzare l'efficienza, ridurre i costi e massimizzare il beneficio ambientale derivanti non solo dall’utilizzo dei biocombustibili ma anche dei combustibili rinnovabili di origine non biologica.

L’importanza di queste due alternative risiede nel fatto che sia i biocarburanti che gli e-fuels possono fornire una soluzione a basse emissioni di carbonio per le tecnologie esistenti (non necessitano, quindi, l’introduzione nel mercato di veicoli dedicati come nel caso dei motori elettrici), come i veicoli leggeri nel breve termine e gli autocarri pesanti, le navi e gli aerei con poche soluzioni alternative ed economicamente vantaggiose nel lungo termine. Tuttavia, presentano diverse criticità, a partire dai costi di produzione, la competitività con terreni agricoli per la produzione alimentare e foraggera e la produzione limitata rispetto alla richiesta attuale e futura.

Lo sviluppo e la diffusione di questi combustibili richiede un approccio integrato, sviluppato attraverso politiche che ne garantiscano sostenibilità e tracciabilità. Per garantire l'efficacia delle politiche settoriali sarà necessario implementare metodologie di valutazione dell’efficienza (in termini di resa energetica complessiva del processo di produzione e combustione dei biocarburanti), dell’impatto ambientale del ciclo di vita completo e attivare sistemi di monitoraggio e reporting.

Per una decarbonizzazione del settore dei trasporti che sia attuabile e sostenibile (in termini ambientali ma anche economici e sociali) è fondamentale considerare sia gli aspetti tecnologici che quelli ambientali di entrambe le generazioni di biocarburanti e delle altre alternative come gli RNFBO e l’elettrico, al fine di sviluppare un approccio sinergico e bilanciato che possa evolversi nel tempo.