Combustibili sostenibili per trasporti: facciamo chiarezza sulle definizioni

Come noto, decarbonizzare il settore dei trasporti rappresenta una delle priorità strategiche e delle principali sfide a livello globale, e quindi anche dell’Unione Europea e degli Stati Membri. Le soluzioni sono necessariamente diverse a seconda del comparto in esame: trasporto privato, mezzi pesanti, settore marittimo ed aeronautico. In particolare, il ricorso ai combustibili alternativi sostenibili si pone, almeno nel breve-medio termine, come un’opzione necessaria per gli ambiti dove l’introduzione dell’energia elettrica e dell’idrogeno rinnovabili risulta più complessa, e cioè – appunto – sui mezzi aerei, nelle navi e nei mezzi pesanti.

Tali contesti, però, differiscono significativamente tra loro, sia per quanto concerne le caratteristiche tecniche dei combustibili fossili di riferimento, che per i costi di produzione, valori di valore di mercato e fiscalità. È opportuno innanzi tutto chiarire, sulla base delle normative Europee, come sono classificati e chiamati i principali combustibili alternativi per trasporti:

• Biofuels (Biocarburanti): carburanti liquidi [e gassosi] per il trasporto ricavati dalla biomassa. All’interno di questa categoria sono definiti “Biocarburanti Avanzati” quelli prodotti a partire dalle materie prime elencate nell'allegato IX, parte A, della Direttiva REDII.  
• RCF (Recycled Carbon Fuels, cioè “Carburanti derivanti da carbonio riciclato”): combustibili liquidi e gassosi che sono prodotti da flussi di rifiuti liquidi o solidi di origine non rinnovabile che non sono idonei al recupero di materie ai sensi dell'articolo 4 della direttiva 2008/98/CE o dal gas derivante dal trattamento dei rifiuti e dal gas di scarico di origine non rinnovabile che sono prodotti come conseguenza inevitabile e non intenzionale del processo di produzione negli impianti industriali.
• RFNBO (Renewable Fuels of Non Biological Origin, “Carburanti rinnovabili liquidi e gassosi di origine non biologica per il trasporto”): i carburanti liquidi o gassosi che sono utilizzati nel settore dei trasporti, diversi dai biocarburanti o dai biogas, il cui contenuto energetico proviene da fonti rinnovabili diverse dalla biomassa. In questo ambito, ad esempio, si collocano l’idrogeno prodotto da elettrolisi alimentata tramite energia fotovoltaica od eolica, ed i carburanti derivati dal reforming della CO₂ tramite l’idrogeno rinnovabile.

In Aviazione, inoltre, si utilizzano i termini SAF ed LCAF per indicare Sustainable Aviation Fuels e Low Carbon Aviation Fuels. Secondo ICAO (International Civil Aviation Organization) ed il programma CORSIA (SARP-AnnexIV vol.16), questi sono:

• CORSIA Sustainable Aviation Fuels: un combustibile per aviazione rinnovabile o derivato da rifiuti che risponde ai criteri di sostenibilità definiti da CORSIA.
• CORSIA Lower Carbon Aviation Fuels: un combustibile per aviazione di origine fossile che rispetta i criteri di sostenibilità definiti da CORSIA.

È opportuno osservare come in CORSIA (cioè ambito aviazione internazionale) gli RFNBO della Direttiva Europea RED siano definiti PtL (Power to Liquid), mentre il termine eFuels non è formalmente presente nelle Direttive Europee (dove appunto ci si riferisce agli RFNBO), pur essendo ampiamente impiegato nell’uso comune.

A sua volta, anche il settore Marittimo andrà ed in parte sta già utilizzando queste tipologie di combustibili alternativi, al fine di ridurre le emissioni di gas serra e raggiungere nei prossimi decenni la neutralità carbonica.

Le principali filiere di processo

Le due principali famiglie di processi impiegate per la produzione di Biofuels e RCF sono quelle dei processi termochimici e quelli biochimici. In realtà, la possibilità di integrare queste due soluzioni è sempre più di interesse, in particolare nelle configurazioni di impianto maggiormente innovative.

• Nella filiera termochimica si collocano la gassificazione, la pirolisi veloce (Fast Pyrolysis) dei solidi e di gas quali il metano, i processi di reforming catalitici, il coprocessamento di lipidi ed oli pirolitici per la produzione di HVO e di HEFA (per aviazione), l’HydroThermal Processing HTP (Liquefazione e Carbonizzazione, HTL ed HTC).
• In ambito biochimico si trovano, invece, le soluzioni che impiegano microorganismi, quali la digestione anaerobica, i processi fermentativi di zucchero ed altre sostanze organiche, la fermentazione di gas etc.

Le due filiere possono poi combinarsi in sistemi integrati, dove prodotti generati dall’una entrano nell’altra come materie prime, per ulteriori step di conversione.

Schema principali processi per la produzione di biocombustibili

Fonte: rielaborazione da IEA Bioenergy

Le recenti tendenze nella produzione industriale di carburanti sostenibili

Come mostrato in figura, le diverse soluzioni si collocano in posizioni diverse della cosiddetta Mountain of Death. Questa curva, come noto, rappresenta lo stadio di maturità industriale delle filiere e delle tecnologie: le maggiori criticità nella maturazione di un processo industriale si trova allo stadio Demo/First Of A Kind, dove gli investimenti divengono rilevanti e la loro bancabilità estremamente difficile.

Mountain of Death dei processi e delle tecnologie per la produzione industriale di biocombustibili e RCF

Fonte: elaborazione da K.Maniatis, 2017 e 2021

Le stime possono variare in funzione delle materie prime e delle applicazioni.

Attualmente le principali soluzioni tecnologiche dove le industrie sono maggiormente impegnate nel realizzare impianti di produzione di combustibili alternativi per trasporti, sono:

• Pirolisi veloce: coprocessing di oli pirolitici da biomasse (biocrudes) in raffinerie esistenti, upgrading a marine fuels.
• HVO ed HEFA: realizzazione di nuova capacità produttiva, con particolare focus alla produzione di jet fuels, ed impiego di lipidi per coprocessing in raffineria.
• Gassificazione: conversione di syngas tramite reforming catalitico, Fische-Tropsch, in combustibili rinnovabili o riciclati per trasporti, quali metanolo, etanolo, idrogeno, jet e marine fuels.
• HydroThermalProcessing: trattamento di biomasse lignocellulosiche, algali, lignina e fanghi in biocrudes per successivo upgrading e blend.
• Fermentazione di offgas industriali (es di acciaieria) in etanolo ed altre biomolecole.
• Produzione di Idrogeno, Carbonio, e altre molecole rinnovabili o riciclati, tramite soluzione Power-to-X (gas o liquid).

Conclusioni

Tutti i sistemi brevemente illustrati richiedono non solo di essere sviluppati attraverso impianti demo o FOAK, ma di essere replicati a grande scala ed in elevato numero, così da generare l’impatto atteso sul sistema energetico e sull’azione di decarbonizzazione complessiva richiesta dalle politiche Europee e globali. I prossimi anni richiederanno pertanto un enorme impegno di risorse, che dovranno concentrarsi in un tempo molto ristretto, vista l’urgenza del problema climatico. Il volume di investimenti richiesto sarà, quindi, ingente, e la sfida sarà quella di mobilizzarli, condizione che richiede politiche stabili e durature nel tempo.

Vista la dimensione della sfida che abbiamo davanti, ed il suo concentrarsi in un arco temporale così breve, sarà necessario impiegare tutte le opzioni e le soluzioni che già oggi sono a disposizione, svilupparne di nuove, ed impiegarle in larga scala ed in modo integrato. Non ultimo, percorrendo anche le strade che possono portare a filiere Carbon-Negative, e non solo Carbon-Neutral, come raccomandato da tutte le ultime COP (a partire da quella di Parigi). Ad esempio, quelle del Biogas Done Right o del Biochar (carbone vegetale che si ottiene dalla pirolisi di diversi tipi di biomassa vegetale).