Biocarburante: definizione
I biocarburanti sono combustibili derivati direttamente o indirettamente dalla biomassa.
La biomassa è materiale organico, non fossile, di origine biologica (piante e animali). Include un’ampia gamma di materiali raccolti in natura o provenienti dalla frazione biologica dei rifiuti.
I biocarburanti possono essere suddivisi in tre categorie:
- biocarburanti solidi (legna da ardere, residui legnosi, pellet di legno, rifiuti animali, materiale vegetale, …)
- biocarburanti liquidi (biobenzina, biodiesel, bio-cherosene per aviazione, …)
- biogas (da fermentazione anaerobica e da processi termici)
In particolare:
i biocarburanti liquidi comprendono tutti i combustibili liquidi di origine naturale (ad es. prodotti da biomassa e/o dalla frazione biodegradabile dei rifiuti), idonei a essere miscelati con o a sostituire i combustibili liquidi di origine fossile. Nelle statistiche energetiche, i biocarburanti liquidi costituiscono un aggregato di prodotto pari alla somma di biobenzina, biodiesel, bio-cherosene per aviazione e altri biocarburanti liquidi.
Le materie prime da biomassa rappresentano una fonte chiave di energia rinnovabile, essenziale per la produzione sostenibile di elettricità, calore e carburanti per i trasporti.
È una questione di Green Deal
Nel contesto del Green Deal, l’energia rinnovabile rappresenta un pilastro fondamentale della transizione verso un’energia più pulita.
I biocarburanti, i bioliquidi e il biometano rientrano tra le fonti rinnovabili contemplate dalla Direttiva Europea, a condizione che soddisfino specifici requisiti di sostenibilità. Tali requisiti servono a distinguere quali biocarburanti e bioliquidi generano un reale beneficio ambientale, ad esempio attraverso la riduzione delle emissioni di gas serra, il rispetto del territorio, ecc.
I criteri di sostenibilità devono essere rispettati da tutti gli operatori economici delle filiere di produzione di biocarburanti, bioliquidi e biometano, come coltivatori, frantoi, raffinerie, commercianti, produttori di rifiuti e sottoprodotti e impianti di produzione.
Queste fonti energetiche alternative svolgono un ruolo chiave nella transizione dai combustibili ad alta intensità di gas serra verso un futuro più sostenibile e a basse emissioni di carbonio.
Nel settore dei carburanti, la produzione di miscele di biocarburanti a partire da risorse di biomassa riduce l’impatto dell’anidride carbonica (CO2) sull’ambiente, consentendo al contempo ai produttori di carburanti di ottenere crediti d’imposta e di dimostrare la conformità alle iniziative normative.
Non solo automobili
Settore marittimo
L’IMO ha già avviato nuove misure, investimenti e incentivi a breve, medio e lungo termine nell’ambito della Strategia Iniziale:
- Estensione della regolamentazione ETS al settore marittimo
- Pagamento dei crediti di carbonio
- Promozione di combustibili alternativi sostenibili
- Revisione delle direttive sulla tassazione dell’energia
FuelEU Maritime è il regolamento europeo che mira a decarbonizzare il settore marittimo.
Settore dell’aviazione
Il programma CORSIA dell’ICAO richiede all’industria aeronautica di compensare le emissioni di gas serra legate alla crescita a partire dal 2021. CORSIA, attualmente volontario, prevede una seconda fase obbligatoria (2027–2035), che interesserà direttamente la maggior parte delle compagnie aeree.
RefuelEU Aviation è il regolamento europeo volto a decarbonizzare il settore dell’aviazione.
Settore automotive
La legislazione europea ha imposto requisiti specifici per l’intera catena di approvvigionamento di biocarburanti, bioliquidi e biometano nel settore del trasporto su strada. Per dimostrare la conformità ai requisiti di sostenibilità della Direttiva (e dei relativi atti delegati) e, ove applicabile, per accedere alle agevolazioni, gli operatori economici devono ottenere specifiche certificazioni.
Certificazione dei biocarburanti
La produzione su larga scala di biocarburanti solleva interrogativi in merito alla loro sostenibilità: reali emissioni di gas serra, perdita di biodiversità, cambiamenti nell’uso del suolo, aspetti sociali e competizione con le colture alimentari.
Molti biocarburanti vengono miscelati con il corrispondente combustibile fossile per garantire compatibilità e prestazioni.
Le percentuali di miscelazione dipendono sia da limitazioni tecnologiche sia da requisiti normativi.
Quando i biocarburanti vengono miscelati con combustibili fossili, le informazioni sulla sostenibilità e le caratteristiche GHG (Gas a Effetto Serra) attribuite alla miscela devono riflettere la quota fisica di biocarburante presente nella miscela.
Carbonio fossile o biogenico?
Il carbonio fossile si trova nei combustibili fossili come petrolio, carbone e gas naturale, formatisi milioni di anni fa dalla decomposizione di materiale organico sottoposto a elevate pressioni e temperature.
Il carbonio biogenico proviene da fonti biologiche recenti, come piante e animali, ed è parte del ciclo naturale del carbonio.
Impatto ambientale
Le emissioni di CO2 derivanti dal carbonio fossile sono sbilanciate e contribuiscono al cambiamento climatico. Al contrario, le emissioni di CO₂ da carbonio biogenico sono bilanciate dall’assorbimento durante la crescita delle piante, rendendolo una fonte energetica più sostenibile.
L’importanza dell’analisi isotopica
Il carbonio presente sulla Terra esiste in tre principali forme isotopiche: carbonio-12 (isotopo stabile), carbonio-13 (isotopo stabile) e carbonio-14 (debolmente radioattivo).
Con la transizione globale verso fonti energetiche più sostenibili, l’identificazione e la quantificazione accurate del contenuto di origine biologica nelle materie prime e nei combustibili sono diventate sempre più importanti. Uno dei metodi più affidabili a questo scopo è il test del Carbonio-14 (C-14).
L’analisi del C-14, o datazione al radiocarbonio, è un metodo utilizzato per determinare l’età dei materiali organici misurando la quantità residua dell’isotopo radioattivo carbonio-14 (¹⁴C). Il principio si basa sul fatto che gli organismi viventi assorbono il ¹⁴C dall’atmosfera e, una volta morti, l’apporto di ¹⁴C si interrompe e l’isotopo inizia a decadere a una velocità nota (la sua emivita è di circa 5.730 anni). Confrontando il rapporto tra ¹⁴C e il carbonio stabile ¹²C in un campione con quello presente nell’atmosfera, gli scienziati possono stimare quanto tempo è trascorso dalla morte dell’organismo.
Durante la sua vita, una pianta o un animale è in equilibrio con l’ambiente circostante, scambiando carbonio sia con l’atmosfera sia attraverso la propria alimentazione. Di conseguenza, presenterà la stessa proporzione di ¹⁴C dell’atmosfera, oppure, nel caso di animali o piante marine, dell’oceano. Una volta morto, cessa di acquisire ¹⁴C, ma il ¹⁴C presente nel materiale biologico al momento della morte continuerà a decadere, e quindi il rapporto tra ¹⁴C e ¹²C nei suoi resti diminuirà gradualmente. Poiché il ¹⁴C decade a una velocità nota, la proporzione di radiocarbonio può essere utilizzata per determinare da quanto tempo un campione ha smesso di scambiare carbonio: più il campione è antico, meno ¹⁴C rimarrà.
L’analisi del rapporto tra Carbonio-12 e Carbonio-14 rappresenta attualmente il metodo più semplice e accurato per determinare il contenuto rinnovabile dei biocarburanti, considerando l’elevata variabilità delle fonti di biomassa che li compongono.
Come misurare il ¹⁴C
La rilevazione del ¹⁴C è estremamente complessa a causa della sua concentrazione naturale molto bassa: la sensibilità richiesta è di 1 parte su 10¹⁵.
Attualmente, sono disponibili diverse tecniche analitiche per la determinazione del radiocarbonio; tra le più conosciute ci sono AMS (Accelerator Mass Spectrometry) e LSC (Liquid Scintillation Counting).
Lo spettrometro ¹⁴C SCAR (Saturated-absorption CAvity Ring-down) è uno strumento nuovo e innovativo per la misurazione del ¹⁴C.
È in grado di misurare la frazione molare di radiocarbonio in qualsiasi campione utilizzando la tecnica SCAR, che migliora i limiti del CRD (Cavity Ring-Down) di oltre un ordine di grandezza.
Lo strumento ¹⁴C SCAR analizza il gas CO₂ prodotto dalla combustione del campione e ricava la concentrazione di ¹⁴C misurando l’area spettrale di una specifica transizione molecolare della molecola ¹⁴CO₂. Se il campione proviene da un organismo vivente moderno, la concentrazione di ¹⁴C misurata sarà vicina alla cosiddetta Abbondanza Naturale o Concentrazione di Carbonio Moderno (MC).
Per fornire una misurazione del radiocarbonio accurata e precisa, è spesso necessario correggere i dati ottenuti per il “frazionamento isotopico” utilizzando gli isotopi ¹³C e ¹²C. Questa correzione elimina l’errore introdotto dalle differenze nei percorsi metabolici e nella respirazione tra il campione e il materiale di riferimento moderno. Per questo motivo, molti utenti finali tendono a accoppiare il rivelatore ¹⁴C SCAR con un IRMS per determinare il rapporto isotopico δ¹³C.
A seconda della natura del campione da misurare e dei requisiti analitici, il 14C SCAR deve essere associato a uno o più dispositivi periferici adeguati:
