1. Documentazione di progetto della soluzione: produzione di biofuel destinato all’aviazione civile
tramite l’utilizzo di alghe e messa in opera di un impianto dimostrativo.
INDICE
1. Descrizione progetto;
2. Descrizione del team e delle proprie risorse e competenze;
3. Descrizione dei bisogni che si intende soddisfare;
4. Descrizione dei destinatari della misura;
5. Descrizione della tecnologia adottata;
6. Indicazione dei valori economici in gioco (costi, risparmi ipotizzati, investimenti necessari);
7. Tempi di progetto.
1. Descrizione del progetto
L’aviazione è il mezzo di trasporto più veloce per persone e cose sulle lunghe distanze e il suo
notevole sviluppo negli ultimi anni è sicuramente uno degli aspetti che caratterizzano la società
contemporanea, con effetti che hanno però un impatto sull’intero pianeta.
La problematica del riscaldamento globale e la lotta al cambiamento climatico sono tematiche la
cui importanza è ampiamente riconosciuta dalla comunità internazionale.
Nella lotta al cambiamento climatico la normativa ambientale è stata influenzata dallo spartiacque
del Protocollo di Kyoto del 1997, che ha stabilito un piano di interventi indispensabili alla
riduzione delle emissioni dei gas ad effetto serra e al contenimento del riscaldamento globale.
L’impegno politico a livello internazionale è stato condiviso man mano da tutti i Paesi,
consapevoli dell’impatto e delle conseguenze negative dell’inquinamento gassoso sull’ambiente.
Uno degli strumenti che è possibile impiegare ai fini del contenimento/riduzione delle emissioni di
gas serra nell’atmosfera è l’utilizzo di carburanti alternativi rispetto a quelli ricavati da fonti non
rinnovabili come il petrolio, che assicurino, nel bilancio totale riguardante il ciclo di produzione ed
utilizzo finale, dei livelli di emissione di CO2 inferiori (il CO2 è uno dei principali gas ad effetto
serra); tali carburanti devono ovviamente rispondere anche a criteri di sostenibilità stabiliti a
livello internazionale.
2. In via generale i carburanti alternativi possono essere classificati come segue in ragione del tipo di
materia prima di base:
Carburanti
sintetici (fossili)
Derivati dal carbone Carbon to Liquid (CTL)
Derivati da gas naturali Gas to Liquid (GTL)
Biofuels (origine
vegetale)
Convenzionali Derivati da piante per alimentazione
umana: soia, mais, olio di palma
Avanzati da biomasse dedicate Derivati da piante no-food e piante a
basso ILUC: Camelina, Jathropa, Alghe
Avanzati da residui e rifiuti Oli alimentari usati, rifiuti organici,
residui agricoli, rifiuti
Considerati gli studi condotti a livello internazionale sui carburanti alternativi e sulla loro
sostenibilità economica e ambientale, il progetto che viene presentato supporta l’attività di
ricerca, studio e sviluppo inerente la produzione e l’impiego nell’aviazione civile di carburanti
alternativi derivanti dalla trasformazione delle alghe, al fine di valutarne gli aspetti tecnici, la
sostenibilità economica e i benefici conseguibili sul piano ambientale: nell’ottica della riduzione di
CO2, l’utilizzo di un carburante alternativo alla portata economica degli Operatori Aerei, al posto di
un carburante di tipo fossile, risulta essere strumento necessario.
2. Descrizione del team e delle proprie risorse e competenze
Il team coinvolto possiede competenze che coprono tutte le aree e le fasi di sviluppo del
progetto, dall’individuazione del ceppo algale con miglior rendimento per la produzione di olio alla
possibile messa in opera di un impianto dimostrativo per la produzione di biofuel, tenendo
ovviamente conto degli aspetti di certificazione e safety (impiego in condizioni di sicurezza) legati
all’utilizzo del biofuel in questione nelle operazioni degli aeromobili civili. Nella fattispecie, le
competenze tecniche sono messe a disposizione da:
- Ente Nazionale per l’Aviazione Civile (ENAC);
- Dipartimento di Biologia e Biotecnologie “Charles Darwin” dell’Università di Roma Sapienza;
- Dipartimento di Biotecnologie dell’Università degli Studi di Verona;
- Centro Ricerca Energie Alternative e Rinnovabili dell’Università degli Studi di Firenze.
3. 3. Descrizione dei bisogni che si intende soddisfare
La 21ma Conferenza delle Parti che aderiscono alla Convenzione quadro delle Nazioni Unite sui
cambiamenti climatici (UNFCCC), tenuta a Parigi nel 2015 (COP-21), ha deliberato di contenere
l’aumento della temperatura del pianeta nel prossimo futuro sotto i 2 °C rispetto al periodo
preindustriale; a questo scopo è necessario realizzare nella seconda metà del secolo la completa
decarbonizzazione della produzione di energia in tutto il mondo.
Gli Operatori Aerei (ad. es. le Compagnie Aeree) ad oggi impiegano principalmente carburante di
tipo convenzionale (petroleum-based) e il bisogno che si intende soddisfare consiste nel poter
mettere a disposizione degli interessati un carburante che dia la possibilità di essere competitivo
in termini di costi con i carburanti convenzionali ad oggi disponibili sul mercato (cherosene) e che
garantisca al contempo, tramite il suo utilizzo, una riduzione sostanziale delle emissioni di gas
serra, essendo ciò perfettamente in linea con gli attuali obiettivi di protezione ambientale che si
cerca di raggiungere a livello internazionale.
4. Descrizione dei destinatari della misura
Il progetto è rivolto principalmente alla produzione di biocherosene che potrà essere impiegato in
aviazione civile dagli Operatori Aerei che impiegano aeromobili civili da trasporto equipaggiati con
motore a turbina.
Il progetto potrebbe inoltre consentire, in una successiva fase di sviluppo, di ottenere un prodotto
utilizzabile eventualmente anche per la produzione di biodiesel e dunque in quel caso fruibile non
solo dal trasporto aereo, ma anche per tutti gli altri tipi di trasporto.
5. Descrizione della tecnologia adottata
La tecnologia adottata si basa sull’utilizzo di microalghe lipidiche come materia prima (feedstock)
per la produzione di biocarburante. Tali microalghe sono alghe microscopiche, che vivono in
ambiente acquatico, che producono naturalmente lipidi (olii). Possono essere coltivate in
condizioni autotrofe, cioè per la loro crescita usano solo acqua, sali minerali, CO2 e luce solare,
oppure in modalità eterotrofa, con una “dieta” a base di zuccheri.
4. Come le piante terrestri, fissano CO2 usando l'energia solare attraverso il meccanismo della
fotosintesi.
Coltivate in determinate condizioni possono iniziare a produrre e accumulare lipidi, principalmente
trigliceridi, il cui contenuto può raggiungere elevate percentuali della massa algale.
Delle molte di specie di alghe esistenti, alcuni ceppi sono già stati identificati per la loro ricchezza
di olio.
Le alghe possono essere coltivate su superfici che non competono con le superfici agricole utilizzate
per la produzione alimentare ed appaiono avere rendimenti per ettaro più elevati e con un
maggiore contenuto di olio rispetto alle piante oleaginose come la colza o addirittura la palma da
olio.
Un altro vantaggio che si ha nella fase di crescita delle alghe lipidiche è che richiedono grandi
quantità di CO2, per cui è possibile considerare tale quantitativo di CO2 “assorbito
dall’atmosfera” nel bilancio complessivo delle emissioni prodotte durante tutto il processo di
trasformazione ed utilizzo, che va dalla fase di crescita delle microalghe alla combustione del
biocherosene in un motore aeronautico a getto. Tale bilancio, calcolato tramite un Life Cycle
Assessment fra CO2 emesso durante tutto il processo di produzione e utilizzo, potrebbe addirittura
essere pari a zero.
In aggiunta a quanto sopra, come considerazione aggiuntiva, la biomassa algale può fornire anche
prodotti accessori ad alto valore aggiunto - come proteine, vitamine o oligoelementi - che
potrebbero essere di interesse per altri tipi di mercati (prodotti alimentari, cosmetici, farmacia,
ecc.).
Le microalghe selezionate sulla base del loro maggior rendimento per la produzione di olio,
possono essere coltivate in modo massiccio sia in grandi vasche all'aperto, sia in fotobioreattori
(tubi trasparenti). Le alghe vengono raccolte regolarmente e l'olio può essere estratto con metodi
diversi (centrifugazione, trattamento con solventi, pirolisi, ecc.).
Possiamo considerare due tipi di processi di trasformazione dell'olio in biocarburanti, identici a
quelli usati per gli oli vegetali convenzionali:
- La transesterificazione, che fa reagire l'olio di alghe con metanolo o etanolo e che produce
un estere di olio di alghe o biodiesel, del tutto paragonabile a quello ottenuto dagli altri tipi
di oli vegetali.
5. - L'idrogenazione catalitica con cui reagisce l'olio in presenza di idrogeno, seguita
dall'idrocracking, producendo idrocarburi che possono essere incorporati in grandi quantità
al gasolio o al cherosene.
Il biofuel ottenuto, al fine di poter essere impiegato in sicurezza in aviazione civile, dovrà essere
certificato in accordo alla Specifica Tecnica ASTM D7566.
6. Indicazione dei valori economici in gioco (costi, risparmi ipotizzati, investimenti
necessari)
Il progetto è attualmente in fase di sviluppo studio, essendo stato finanziato di recente.
Le microalghe appaiono essere una delle materie prime fra le migliori per la loro possibile
produzione in Italia, visto il clima essenzialmente soleggiato presente sulla maggior parte della
nostra penisola.
I problemi principali per l’esito positivo del progetto di ricerca sono comunque rappresentati dai
bilanci ambientali ed energetici. In effetti, per garantire la redditività economica della catena di
produzione di biocarburanti dalle microalghe, è necessario ridurre significativamente il consumo di
energia lungo tutta la catena; questo è uno degli obiettivi principali del progeto di ricerca in
questione: la ricerca mira innanzitutto a selezionare in laboratorio ceppi ad alto contenuto
lipidico e a basso dispendio di energia per l’estrazione dell’olio. Lo studio in corso è indirizzato
anche ad identificare i processi di coltivazione ottimali, garantendo un'elevata produttività per
lunghi periodi e per grandi volumi, concentrando altresì gli sforzi sul processo di separazione
acqua/biomassa e sui processi di estrazione dell’olio, che sono particolarmente “energivori”.
7. Tempi di progetto
Il progetto è suddiviso in due fasi:
- la prima fase, di identificazione di microrganismi ottimizzati per le diverse fasi del processo
e la produzione di una piccola quantità di olio (da concludersi entro il 2018);
- la seconda fase (della durata di 3-4 anni), dedicata alla realizzazione di un impianto
pilota.
