I biocarburanti: un’alternativa
ecologicamente sostenibile ai
combustibili fossili
Vittorio Bartolelli e Vito Pignatelli
ITABIA - Italian Biomass Association
Convegno
"Il ruolo delle biotecnologie nella conversione delle
biomasse a vettori energetici e chemical"
Rich Mac, MilanoEnergia e Aqua
Milano, 5 ottobre 2005
Principali riferimenti bibliografici

Ministero dell’Ambiente e della Tutela del Territorio e
ITABIA: Rapporto 2003 “Le biomasse per l’energia e
L’ambiente

ENEA: Rapporto Energia e Ambiente 2004

IEA Bioenergy Agreement: Biofuels for Transport - 2004
ITABIA per lo sviluppo della bioenergia
in Italia


ITABIA, Associazione indipendente e senza fini di lucro,
opera fin dal 1985 per aggregare esperienze, promuovere
attività di ricerca e sviluppo, orientare e supportare la
programmazione, assistere la nascita di iniziative territoriali
per la produzione di energia, carburanti e altri prodotti
rinnovabili dalle biomasse
ITABIA è fortemente impegnata nella definizione di
metodologie mirate a massimizzare le ricadute positive
sull’ambiente e la società derivanti dallo sviluppo della
bioenergia e della valorizzazione industriale delle biomasse a
livello locale e nazionale
Il contesto globale dello sviluppo della
bioenergia



Il Protocollo di Kyoto ha dato impulso al settore delle
biomasse sia per l’apporto all’assorbimento del carbonio, sia
per la sostituzione di combustibili fossili
L’Unione Europea ha definito strumenti concreti per aprire il
mercato e favorire gli investimenti nel settore tra cui la
Direttiva sull’energia elettrica da fonti rinnovabili, quella sui
biocarburanti, le specifiche misure per le colture da energia
nella P.A.C. e nei Fondi Strutturali
Le biomasse coprono attualmente il 2-3% del fabbisogno
energetico nazionale
Biocarburanti


Il termine biocarburanti indica tutti i carburanti
liquidi o gassosi per i trasporti ricavati dalla
biomassa
Per biomassa si intende la parte biodegradabile dei
prodotti, rifiuti e residui provenienti dall’agricoltura,
comprendente sostanze vegetali e animali, dalla
silvicoltura e dalle industrie connesse, nonché la
parte biodegradabile dei rifiuti industriali e urbani
Fonte: D.L. 30 maggio 2005, n. 128
Principali motivazioni per l’uso dei
biocarburanti nel settore dei trasporti



Riduzione dell’inquinamento nelle aree
urbane e dell’emissione di gas serra
Risparmio energetico e riduzione della
dipendenza energetica
Nuovi mercati per le produzioni agricole
Il settore trasporti e la “Questione
energetica”


Dipendenza energetica dell’Italia nel 2003: 84,6 %
Dipendenza dalle importazioni del settore trasporti
italiano nel 2003: > 95 %

Trasporto merci su strada: 73 % del totale

Trasporto passeggeri su strada: 93 % del totale
Consumi finali di energia per settore
in Italia. Anni 1990 - 2003 (ktep)
1990
Agricoltura e pesca
1995
2000
2003
3.122
3.294
3.226
3.300
Industria
36.454
36.826
39.484
39.600
Trasporti
34.453
38.776
41.862
43.800
Terziario e residenziale
34.593
36.325
39.338
43.600
Altri usi
11.972
12.316
10.126
7.200
2.607
2.440
2.729
3.300
123.191
129.977
139.348
140.800
Bunkeraggi
Totale
Fonte: ENEA - Rapporto Energia e Ambiente 2004
Consumi finali di energia per settore
in Italia. Anni 1990 - 2003 (%)
% dei consumi energetici
50
Agricoltura e pesca
Industria
Terziario e residenziale
Trasporti
40
29,6
30
28,3 27,9
28,1 28
29,8
28,6 28,8
31 31,1
30,6
28,1
20
10
2,5
2,5
2,4
2,3
0
1990
1995
2000
Fonte: ENEA - Rapporto Energia e Ambiente 2004
2003
Consistenza del parco autoveicoli in Italia.
Anni 1990 - 2002 (migliaia di veicoli)
1990
1995
2000
2002
Autovetture circolanti
27.416
30.301
32.584
33.706
Auto a benzina
22.502
25.769
26.194
25.759
Auto a gasolio
3.600
3.099
4.798
6.404
Auto a GPL o metano
1.314
1.433
1.592
1.543
2,11
1,89
1,78
1,72
2.349
2.709
3.378
3.751
77
75
88
92
33.555
36.877
40.745
42.950
N° abitanti per autovettura
Autocarri
Autobus
Totale
Fonte: ENEA - Rapporto Energia e Ambiente 2004
(elaborazione dati ACI)
Consistenza del parco auto in Italia.
Anni 1990 - 2002 (milioni di veicoli)
Auto a benzina
Milioni di veicoli
Auto a gasolio
48
Auto a GPL o metano
44
Totale
40
36
32
28
24
20
16
12
8
4
0
1990
1995
2000
Fonte: ENEA - Rapporto Energia e Ambiente 2004
(elaborazione dati ACI)
2002
Consumi di carburanti per autotrazione in
Italia. Anni 1996 - 2003 (migliaia di t)
1996
1998
2000
2003
Benzina con e senza piombo
17.600
17.877
16.775
15.431
Gasolio auto
15.974
17.121
18.304
22.385
2.497
3.792
3.893
3.714
GPL
Fonte: ENEA - Rapporto Energia e Ambiente 2004
Consumi di carburanti per autotrazione in
Italia. Anni 1996 - 2003
Milioni di tonnellate
Benzina
32
Gasolio
GPL
28
24
20
16
12
8
4
0
1996
1998
2000
Fonte: ENEA - Rapporto Energia e Ambiente 2004
2003
Il settore trasporti e la “Questione
ambientale”


Inquinamento locale: effetti sulla salute (danni acuti e
cronici) e sui manufatti
Effetti su scala globale: alterazione degli ecosistemi
acidificazione, eutrofizzazione, danni alla vegetazione
spontanea, perdite di raccolti) e del clima (effetto
serra)
Principali emissioni inquinanti provenienti
dagli autoveicoli

Monossido di carbonio - CO

Biossido di zolfo (anidride solforosa) - SO2

Ossidi di azoto - NOx

Idrocarburi incombusti - COV (o HC)

Ammoniaca - NH3

Particolato ≤ 10 μ - PM10

Particolato ≤ 2,5 μ - PM2,5

Inquinanti non regolamentati (aldeidi, Cl, metalli
pesanti)
Principali provvedimenti per la riduzione
delle emissioni inquinanti degli autoveicoli
in Italia

1 gennaio 1993: obbligo catalizzatore, recepimento
normativa europea per adozione standard “Euro I” sui
veicoli di nuova immatricolazione

1 gennaio 1997: adozione standard “Euro II”

1 gennaio 2001: adozione standard “Euro III”


31 dicembre 2001: termine distribuzione benzina con
piombo
1 gennaio 2006: adozione standard “Euro IV”
Emissione dei principali inquinanti atmosferici
del settore trasporti. Anni 1990 - 2001 (kt)
Migliaia di tonnellate
Nox
1400
COV
1200
1000
800
600
400
200
0
1990
1995
Fonte: ENEA - Rapporto Energia e Ambiente 2004
(elaborazione dati APAT)
2001
Variazione delle emissioni di CO2 in Italia
per settore. Anni 1990 - 2002 (%)
% emissioni di CO2
Industrie energetiche
25
Industria manufatturiera
Altri settori
20
Trasporti
15,3
15
10
5
2,2
0
-5
-3,3
Fonte: ENEA - Rapporto Energia e Ambiente 2004
(Elaborazione su dati APAT)
22,7
Emissioni totali di gas ad effetto serra
(milioni di t di CO2 equivalente)
Milioni di t
700
Obiettivo Kyoto
Scenario tendenziale
Scenario di riferimento
650
608
600
570
550
500
508
475
450
400
350
300
1990
Fonte: ENEA - Rapporto Energia e Ambiente 2004
2010
La Direttiva 2003/30/CE (8 maggio 2003)


Introduzione progressiva, negli stati membri dell’Unione
Europea, di una quota percentuale di biocarburanti e altri
carburanti da fonti rinnovabili (idrogeno) in sostituzione di
analoghi quantitativi di benzina e gasolio per autotrazione
Recepita dalla legislazione italiana con il D.L. 30/05/2005
n° 128 che fissa gli obiettivi indicativi nazionali di
immissione al consumo di biocarburanti
Biocarburanti esplicitamente citati nella
Direttiva 2003/30/CE

Bioetanolo

Biodiesel

Biogas

Biodimetiletere

Bio-ETBE (basato sul bioetanolo, il 47% è considerato
rinnovabile)

Biocombustibili di sintesi derivanti da biomasse (FT-liquids)

Bioidrogeno

Oli vegetali puri
Percentuali di aggiunta di biocarburanti
previste dalla Direttiva 2003/30/CE e dal
DL n° 128 del 30/05/2005
Anno
Direttiva 2003/30/CE
(%)
D.L. 128 30/05/2005
(%) *
2005
2
1
2006
2,75
2007
3,5
2008
4,25
2009
5
2010
5,75
* Sulla base del tenore energetico
2,5
Contenuto energetico dei carburanti
per autotrazione
MJ / kg
Benzina
43,96
Gasolio
42,50
MJ / m3
GPL
45,55
Gas naturale
34,12
Biodiesel
37,70
Metanolo
19,80
Etanolo
27,00
MTBE
35,28
ETBE
36,00
Biocarburanti attualmente in uso



Oli vegetali, ottenuti a partire da colture oleaginose e
utilizzati generalmente sotto forma di derivati modificati
chimicamente (esteri metilici) con il nome di biodiesel
Alcool etilico (bioetanolo), ottenuto da colture
zuccherine o amidacee, e suoi derivati chimici come
l’etere etil ter-butilico (ETBE)
Tecnologie di produzione da colture agricole dedicate
consolidate e mercato in costante espansione
Vantaggi ambientali legati all’uso
dei biocarburanti

Assenza di zolfo

Assenza di idrocarburi policiclici aromatici



Migliore combustione per la presenza di un maggiore
quantitativo di ossigeno (riduzione delle emissioni di
CO, HC e PM10)
Riduzione delle emissioni di CO2 (riduzione media di
2,5 kg di CO2 emessa per kg di gasolio sostituito nel
caso del biodiesel)
Totale biodegradabilità
Riduzione delle emissioni inquinanti per
miscele benzina-eteri al 10-15% in volume
Riduzione % delle
emissioni
CO (ossido di carbonio)
20 -25
COV (o HC) (idrocarburi incombusti)
10 -15
Benzene
20 - 30
NOx (ossidi di azoto)
Formaldeide
Emissioni evaporative
Fonte: ARCO Chemical Europe - 1996
5
6 -8
15
I biocarburanti in Europa e in Italia (2003)


Produzione Europea di biocarburanti: 1.743.500 t, di cui:
- 1.433.160 t di biodiesel (principali produttori: Germania,
Francia e Italia)
- 309.500 t di bioetanolo (destinato per la maggior parte
alla trasformazione in ETBE, maggiore produttore Spagna)
Produzione Italiana biodiesel: 273.000 t
Utilizzazione del biodiesel
Uso
Biodiesel puro
Paese
Veicolo
modificato
Germania, Austria
No
Additivo fino al 5% senza Francia, Italia
etichetta
No
Additivo fino al 5% con
etichetta
No
Regno Unito
Miscele fino al 30% extra Italia
rete
No
Miscele al 30-40 % con
etichetta
No
Repubblica Ceca
La filiera di produzione del biodiesel
La reazione di transesterificazione degli
oli vegetali
1 molecola
trigliceride
3 molecole
metanolo
R–CO–O–CH2
CH3–OH
|
R–CO–O–CH + CH3–OH
|
R–CO–O–CH2
CH3–OH
100 kg
olio vegetale
11 kg
metanolo
3 molecole
metilestere
R–CO–O–CH3
R–CO–O–CH3
R–CO–O–CH3
100 kg
metilestere
1 molecola
glicerina
CH2–OH
|
+ CH–OH
|
CH2–OH
11 kg
glicerina
Produzione di biodiesel in Europa (UE15).
Anni 1998 - 2003 (kton)
Migliaia di t
Francia
800
Germania
700
Italia
Altri
600
500
400
300
200
100
0
1998
1999
Fonte: Assobiodiesel
2000
2001
2002
2003
Il biodiesel in Italia




Il biodiesel è un combustibile di elevata qualità oggi
richiesto soprattutto dal mercato del gasolio senza zolfo
In Italia operano attualmente 7 impianti industriali, con
una capacità produttiva di 500.000 - 600.000 t/anno, più
2 importatori
Gli oli di colza e girasole impiegati per la produzione del
biodiesel provengono in parte dall’agricoltura italiana e
parte dalle importazioni
Mercato garantito dall’esistenza di un “contingente”
defiscalizzato
Utilizzazione del biodiesel in Italia.
Anni 1999 - 2004 (kton)
Migliaia di t
350
Additivo fino al 5%
300
Additivo fino al 30%
100% per riscaldamento
250
Totale
200
150
100
50
0
1999
2000
2001
2002
2003
2004
Il mercato mondiale del bioetanolo




Produzione mondiale di bioetanolo (2003): 18,3 milioni di t,
maggiore produttore Brasile con 11,3 Mt
Mercato mondiale in continua crescita, Brasile maggior
esportatore (maggio 2005: accordo commerciale con il
Giappone per l’acquisto a regime di 1,4 Mt di etanolo/anno
per sostituire il 3% dei consumi di benzina)
6 miliardi di US$ di investimenti previsti in Brasile nei
prossimi 5 anni per nuove piantagioni e 50 nuovi impianti
Valore stimato del mercato mondiale del bioetanolo: 20
miliardi di US$ / anno
Utilizzazione del bioetanolo
Uso
Paese
Etanolo puro
Brasile
E85
Percentuale
Veicolo
di aggiunta modificato
(% volume)
95,5
Si
Nord America, Svezia
85
Si
Aggiunta alla
benzina > 20%
Brasile
24
No
E5 - E10
Nord America, Svezia
5 - 10
No
ETBE (8-10%)
Francia, Spagna
3,6 - 4,4
No
Le reazioni di sintesi di ETBE ed MTBE
CH3
|
C=CH2
|
CH3
+
Isobutene
CH3
|
C=CH2
|
CH3
Isobutene
CH3–CH2–OH
Etanolo
+
CH3–OH
Metanolo
CH3
|
CH3–C–O–CH2–CH3
|
CH3
ETBE
CH3
|
CH3–C–O–CH3
|
CH3
MTBE
I vantaggi dell’ETBE

Caratteristiche chimiche simili a quelle degli idrocarburi

Insolubilità in acqua

Nessun incremento di volatilità delle benzine

Riduzione delle emissioni inquinanti

Produzione industriale negli stessi impianti che producono
MTBE
La filiera di produzione del bioetanolo
Produzione di bioetanolo da cereali

Processo continuo (4 - 5 fermentatori in cascata) con
saccarificazione enzimatica

Distillazione a multiplo effetto

Disidratazione con setacci molecolari


Essiccazione dei DDGS con tempi di permanenza
brevi per non degradare le proteine
Co-prodotti fondamentali per l’economia del processo
Previsioni di sviluppo della filiera biodiesel
600
500
400
Migliaia di t (quantità) o ha (superfici)
Biodiesel
Colture per biodiesel
300
200
100
0
1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012
Fonte: MiPAF - Programma Nazionale per la Valorizzazione
delle Biomasse Agricole e Forestali (PNVBAF) - 1999
Produzione di biodiesel in Italia
600
500
400
Migliaia di t
Previsioni PNVBAF
Produzione reale
300
200
100
0
1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012
Il bioetanolo in Italia



Esiste un generale orientamento verso la produzione di
bio-ETBE in luogo dell’MTBE
La disponibilità potenziale di biomasse zuccherine ed
amidacee e la presenza di una significativa industria
distillatoria sono la premessa per l’avvio di una filiera
nazionale
La defiscalizzazione di un primo contingente, prevista
dalla legislazione fin dal 2001, è ora attiva con la legge
finanziaria del 2005
Previsioni di sviluppo della filiera bioetanolo
800
Migliaia di t (quantità) o ha (superfici)
700
600
Bioetanolo
Colture per bioetanolo
500
400
300
200
100
0
1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012
Fonte: MiPAF - Programma Nazionale per la Valorizzazione
delle Biomasse Agricole e Forestali (PNVBAF) - 1999
Materie prime impiegate per la produzione
italiana di bioetanolo nel 2003 (118.000 t)
%
60
Cereali
Frutta
50
47
Materie vinose
Vino
40
Melasso
28
30
20
14
9
10
2
0
Fonte: ENEA - Rapporto Energia e Ambiente 2004 (dati
ASSODISTIL)
Produzione di bioetanolo in Italia
800
Migliaia di t
700
600
Previsione PNVBAF
Produzione 2003
500
400
300
200
100
0
1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012
Conclusioni



La crescita del mercato dei biocarburanti (e, più in
generale, della bioenergia) in Italia mostra una dinamica
ancora limitata
Il trend attuale non consentirebbe di raggiungere gli
obiettivi fissati né a livello di sostituzione di fonti fossili, né
di riduzione delle emissioni di gas serra
Appare quindi necessario rimuovere rapidamente e con
determinazione le numerose barriere che tuttora
permangono a livello nazionale e locale
Ulteriori informazioni sulle biomasse e
sui programmi per lo sviluppo della
bioenergia in Italia su:
WWW.itabia.it
ITABIA - Italian Biomass Association
Via Acireale 19
00182 ROMA
Tel./Fax 067021118
E-mail: [email protected]