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Il ruolo del biogas nella transizione energetica europea

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Sicuro, sostenibile, a basse emissioni. Il biogas può essere l’​alleato nella decarbonizzazione dell'economia e nella transizione energetica europea. Lo dimostrano Paesi come Italia e Germania.​

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​​​​​​​​Di Rudi Bressa – giornalista ambientale

La lotta ai cambiamenti climatici è diventata una parte fondamentale dell'agenda politica internazionale dopo l'entrata in vigore dell'Accordo di Parigi, oggi al centro del dibattito politico internazionale. Di conseguenza sarà necessario ridurre ulteriormente le emissioni nel settore energetico, nei trasporti e nell'edilizia, nonché in tutto il comparto industriale. Una produzione di energia da fonti rinnovabili e l'efficienza energetica sembrano essere le strade maestre da seguire. Analisti e scienziati sono concordi nell'affermare che sarà fondamentale dare un rapido impulso a questi settori per raggiungere gli obiettivi prefissati. Secondo uno studio congiunto presentato recentemente dall'Agenzia Internazionale dell'Energia (IEA) e dall'Agenzia Internazionale per le Energie Rinnovabili (IRENA), sarà possibile ridurre le emissioni di CO2 legate al settore energetico del 70% entro il 20501 ), puntando decisamente sulla decarbonizzazione dell'energia e dell'economia. Ma per raggiungere questi obiettivi le Agenzie avvertono che sarà necessario “una profonda trasformazione del modo in cui produciamo e usiamo l'energia”. Secondo il rapporto serviranno 29 mila miliardi di investimenti da qui al 2050. Investimenti che però porteranno i loro frutti:

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  • un maggiore impulso alla crescita del PIL globale dello 0,8% entro il 2050;
  • la creazione di nuovi posti di lavoro nel settore delle energie rinnovabili e in quello dedicato all'efficienza energetica che, secondo le stime, sarà maggiore di quelli persi nel settore delle energie fossili durante il periodo di transizione;
  • e, soprattutto, un incremento del benessere globale attraverso la riduzione dell'inquinamento dell'aria, insieme a indubbi benefici nel settore ambientale e della salute.

In questo scenario anche il biogas giocherà un ruolo determinante. Sempre secondo la “Remap 2050” dell'IRENA (programma dell'Agenzia che determina il potenziale per i paesi e le regioni del mondo nell'aumento della propria quota di rinnovabili al fine di garantire un futuro energetico accessibile e sostenibile), la percentuale di energie rinnovabili nel 2050 sarà quattro volte maggiore a quella di oggi (che si attesta intorno al 15% della produzione primaria di energia a livello globale). Di questa, il 40% sarà impiegato nel settore energetico, mentre quello del riscaldamento e di altri usi si attesterà sul 44%. L'industria del biogas ha quindi le potenzialità per coprire una buona quota sia nel settore della produzione di energia elettrica, sia in quello dei trasporti. E, considerando esclusivamente il settore dei trasporti, la percentuale di emissioni a effetto serra in Europa si attesta intorno al 23,2% (aviazione civile inclusa)2. Inoltre, se ci si limita ai trasporti pesanti, la percentuale scende ulteriormente al 5-7% delle emissioni totali3.

Il biogas. Un alleato nella transizione energetica e nella decarbonizzazione dei trasporti

Il biogas è una fonte rinnovabile prodotta durante il processo di digestione anaerobica delle biomasse, provenienti da residui agricoli, reflui zootecnici, reflui fognari, da colture di integrazione e dalla frazione organica dei rifiuti urbani provenienti dalla raccolta differenziata. È composto dal 45 al 70 per cento di metano e nella parte restante da anidride carbonica; in piccole percentuali contiene vapore acqueo, idrogeno solforato e ammoniaca. Il biogas prodotto a partire da biomasse organiche viene prima pulito dalle impurità e poi, nel processo definito di upgrading (in cui viene estratta l'anidride carbonica), può essere trasformato in biometano. Il sistema di raffinazione, che avviene attraverso membrane e speciali filtri, è in grado di produrre metano purificato, capace di sostituire in tutto e per tutto quello proveniente da fonti fossili.

In Europa esistono oggi tre grandi settori legati alla produzione di biometano. Quello della digestione anaerobica, quello della gassificazione della materia organica con la conversione syngas in biometano e la cosiddetta tecnologia “Power to gas”, pensata per la produzione di idrogeno e lo stoccaggio di energia. “Il primo è il processo classico, più conosciuto e diffuso. La gassificazione, invece, è un processo più complesso, molto utilizzato nei paesi del Nord Europa dove vengono impiegati i residui della lavorazione del legno”, spiega Andrea Gerini, Segretario Generale di NGVA (European Natural and bio Gas Vehicle Association)​. “Il terzo settore è quello che più guarda al futuro. Si tratta di una forma di stoccaggio dell'energia elettrica proveniente da fonte rinnovabile, che impiega l'idrogeno come vettore energetico per la produzione di metano nei momenti di maggior richiesta”. Secondo gli ultimi dati forniti dall'EBA (European Biogas Association), oggi in Europa sono operativi 17.376 impianti per la produzione di biogas e 459 per la produzione di biometano4. Ciò si traduce in 60,6 TWh di produzione di energia elettrica, pari ai consumi di 13,9 milioni di utenze domestiche. Il paese leader rimane la Germania che ospita ben 185 impianti per la produzione di biometano. Crescono però gli impianti anche in Gran Bretagna (43 nuove installazioni), in Francia (12), in Svizzera (11) e Danimarca (6).

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Andrea Gerini,​ Segretario Generale NGVA

Il biometano prodotto a partire dal biogas ben rappresenta il concetto di economia circolare: dagli scarti e dai rifiuti dei processi produttivi classici è possibile ottenere ulteriori benefici – in questo caso un carburante sostenibile – evitando sprechi di materia e di energia. Un'economia basata su quest'ottica è un'economia sostenibile, capace di valorizzare i rifiuti, abbandonare la filosofia del “produci-consuma-butta” e di ridurre le emissioni di carbonio. Per questo motivo il biometano è considerato oggi un alleato nella decarbonizzazione dell'economia, in particolare nel settore dei trasporti. “L'interesse della nostra associazione per la promozione del biometano parte dal fatto che si tratta di un combustibile estremamente pulito in termini di particolato ed emissioni allo scarico”, sottolinea Gerini. “Diciamo che si tratta di un combustibile 'near to zero emissions', soprattutto confrontandolo con i motori tradizionali e più evoluti. Dobbiamo fare una distinzione tra emissioni di particolato ed emissioni di CO2, soprattutto quando parliamo di traffico cittadino e di problemi di inquinamento atmosferico”. In termini di emissioni infatti, in una prospettiva “well-to-wheel”, cioè considerando tutta la filiera, dalla produzione all’utilizzo, i veicoli a biometano producono pressoché le stesse emissioni di CO2 di un veicolo elettrico alimentato con energia da fonti rinnovabili, mentre si ha una riduzione dell'80-90% rispetto ai carburanti tradizionali. Per quanto riguarda il particolato sono praticamente assenti le emissioni di PM10 e di NOX sono ridotti del 70%. Considerando invece una miscela metano-biometano al 40%, le emissioni di CO2 si allineano a quelle di un veicolo elettrico alimentato con energia proveniente dal mix energetico degli impianti di produzione europei. “Nel settore dei mezzi pesanti sia il gas naturale liquido che quello gassoso hanno avuto un grosso impulso, in particolare per i mezzi che trasportano merci, per il trasporto pubblico locale o per la raccolta differenziata”, sottolinea Gerini. “Col gas naturale, i livelli di rumorosità e di vibrazione vengono quasi azzerati: accanto alla riduzione dell'inquinamento atmosferico abbiamo anche una riduzione dell'inquinamento acustico”.

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Piero Gattoni, Presidente CIB

Oggi sono circa 1,3 milioni i veicoli a gas naturale circolanti in Europa, la maggior parte dei quali in Italia, paese con una lunga storia nell’utilizzo di questo carburante. “Germania, Svezia, Austria e Svizzera sono gli altri paesi che hanno creduto per primi e investito per creare un’infrastruttura di distribuzione del gas naturale sufficiente a sostenere il mercato, ma anche altri come Bulgaria, Repubblica Ceca e Romania”, conclude Gerini. “Diversa è la situazione relativa al gas naturale liquefatto – LNG – dove la Spagna, grazie alla presenza di numerosi terminal sulle coste, ha per prima creduto e spinto per l’impiego di tale soluzione per i camion a lunga percorrenza. Anche altri Paesi, come Francia e Belgio, stanno investendo parecchio nell’utilizzo del metano per lo sviluppo dei trasporti pubblici e della distribuzione delle merci, con esempi di best practice nel campo di utilizzo del biometano”.

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Jan Š​tambaský, Presidente ​EBA (European Biogas Association)

​Jan Štambaský: “L'industria del biogas è ormai matura”
Riduzione delle emissioni climalteranti, mobilità sostenibile, economia circolare. Sono queste le implicazioni positive dello sviluppo di questo settore, non solo in Europa. Jan Štambaský, presidente dell'EBA (European Biogas Association), spiega come.

Come può l'industria del biogas contribuire nel raggiungere gli obiettivi climatici posti dall'Accordo di Parigi?
Il principale vantaggio dell'industria del biogas è la vasta gamma di possibili applicazioni, in particolare in quei settori dove vengono efficacemente ridotte le emissioni. Il biogas svolge un ruolo importante non solo nel settore energetico, ma anche in quello legato all'agricoltura, dove la produzione di biogas si traduce in un trattamento efficace dei vari effluenti e dei prodotti inadatti per un ulteriore trattamento. Si tratta di una grande opportunità verso gli obiettivi globali sul clima delineati nell'Accordo di Parigi. Naturalmente c'è il biogas stesso, un vettore di energia ampiamente utilizzato nella produzione combinata di calore e di potenza, ma anche come carburante automobilistico. Questa è una caratteristica unica se comparata con altri biocarburanti.

Qual è e quale sarà dunque il ruolo del biogas nella riduzione delle emissioni del settore dei trasporti?
Il biogas può essere trattato ulteriormente per produrre biometano, tecnicamente equivalente al gas naturale, ma con una ridotta produzione di emissioni. Il biometano potrebbe così alimentare i trasporti a CNG (Gas Naturale Compresso). Non ci sono limiti di miscelazione o requisiti diversi per le infrastrutture. Il biometano è il biocarburante più semplice da realizzare su larga scala. Naturalmente, il biometano nei trasporti dovrà andare di pari passo con lo sviluppo di un'infrastruttura e di un parco veicoli a CNG.

L'industria del settore è quindi un perfetto esempio di economia circolare, ovvero sfrutta risorse altrimenti sotto utilizzate, per produrre nuovo valore.
Certamente. La produzione di biogas è un perfetto esempio di economia circolare, in particolare se si considera l’intero ciclo di produzione, trasformazione e utilizzo del prodotto. La produzione di biogas inizia con una vasta gamma di biomasse, trasformate in biogas, mentre il residuo della fermentazione, chiamato digestato, a sua volta è un perfetto fertilizzante organico contenente tutti i nutrienti originariamente presenti nella biomassa. Quindi possiamo vedere due cicli completi:

  • il ciclo del carbonio, che inizia con l'anidride carbonica atmosferica e il carbonio del suolo trasformato in materiale vivente, a sua volta trasformato successivamente in biogas e digestato. L'impiego di energia da biogas rilascia l'anidride carbonica in atmosfera, mentre il digestato va a supplire alla mancanza di carbonio nel terreno.
  • Il ciclo delle sostanze nutritive presenti nel suolo, assorbite e integrate nella​ biomassa che, dopo tutte le trasformazioni, vengono nuovamente rilasciate nel terreno dal digestato.

Oggi Germania e Italia sono i leader in Europa. Qual è la situazione fuori dai confini dell'Europa a 27?
L'industria del biogas sta crescendo globalmente. In generale i progressi maggiori li stiamo vedendo nelle applicazioni per il trattamento dei rifiuti urbani e agricoli, dove la produzione di biogas offre numerosi vantaggi. Ricordiamo inoltre gli Usa e i Paesi dell'Europa sudorientale, dove sta avvenendo un rapido sviluppo.

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Il biogas italiano che fa scuola nel mondo

La filiera italiana del biogas in agricoltura valorizza ogni anno 20 milioni di tonnellate di sottoprodotti e reflui zootecnici trasformandoli in energia elettrica rinnovabile e coprendo il fabbisogno di 6 milioni di persone. Nel suo complesso il settore, che conta oltre 1500 impianti sul territorio nazionale - dei quali circa 1200 in ambito agricolo -, produce ogni anno 9.37 TWh di energia elettrica. La produzione di biometano è invece pari a 2,4 miliardi di metri cubi l’anno, numeri che mettono l'Italia tra i principali produttori di biogas in agricoltura, quarta al mondo dopo Germania, Cina e Stati Uniti. Secondo il CIB (Consorzio Italiano Biogas), il nostro Paese potrebbe produrre entro il 2030 fino a 8,5 miliardi di metri cubi di biometano, pari a circa il 12-13% dell’attuale fabbisogno annuo di gas naturale. Non solo, ma la filiera del biogas-biometano risulta il settore a maggiore intensità occupazionale tra le rinnovabili, con 6,7 addetti per MW installato. Fino ad oggi ha già favorito la creazione di oltre 12 mila posti di lavoro stabili e specializzati.

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​In questi anni il CIB ha però fatto un passo ulteriore nella creazione di un modello produttivo sostenibile e di qualità, sfociato in quello definito come “Biogasdoneright®” (letteralmente Biogas Fatto Bene). Principalmente si tratta di un modello che prevede l'impiego dei sottoprodotti e dei doppi raccolti, in modo da non essere in competizione con le produzioni alimentari e foraggere, che consentirebbe di aumentare la produzione in chiave sostenibile. Per rendere potenzialmente replicabile questo sistema agricolo, il CIB in collaborazione con Ecofys, società di  consulenza energetica e climatica focalizzata sul tema dell’energia sostenibile, ha realizzato il primo studio che dimostra come le produzioni agricole possano essere incrementate grazie all’introduzione delle colture di integrazione. La collaborazione continuerà con l’Università di Wageningen (Paesi Bassi), con il CRPA (Centro Ricerche Produzioni Animali di Reggio Emilia), e con 5 docenti internazionali che ne valuteranno la replicabilità. Il caso studio preso in esame è situato nell'area geografica del Nord Italia, dove vengono coltivati il mais come coltura estiva dedicata al foraggio, e il triticale come coltura di copertura invernale da destinare al digestore. Gli esperti hanno analizzato quanta biomassa addizionale viene così prodotta e quali impatti essa abbia sui nutrienti presenti nel terreno, sull’erosione del suolo, sulla disponibilità di acqua, sulla biodiversità dell’ecosistema dell’azienda agricola ed anche sul bilancio di carbonio.

“Il Biogas Fatto Bene è un modello di produzione di biogas in agricoltura che consente di ottenere benefici che vanno oltre la produzione di energia rinnovabile”, spiega Piero Gattoni, presidente del CIB. “Il nuovo mercato dell’energia permette alle aziende agricole di aumentare la propria competitività e soprattutto di aumentare le superfici aziendali destinate alle doppie colture. Applicando correttamente i principi del Biogas Fatto Bene, da un lato l’impresa agricola produce di più e in modo più sostenibile le sue eccellenze agroalimentari, dall’altro opera di fatto come una bioraffineria in grado di produrre energia rinnovabile, sia elettricità che gas naturale, biofertilizzanti e di integrarsi con la chimica verde”. Lo studio ha mostrato che si tratta di un modello economico interessante, che potrebbe essere diffuso vantaggiosamente anche in altre regioni. “Lo sviluppo di questo modello non può prescindere dall’utilizzo di tecnologie di agricoltura di precisione, minima lavorazione e strip tillage (la lavorazione a strisce del terreno), combinate con l’utilizzo efficiente del digestato. In questo senso le aziende del Biogas Fatto Bene italiano sono diventate dei grandi laboratori a cielo aperto, in cui si applicano soluzioni agronomiche efficienti e meccanizzazioni agrarie innovative, che rappresentano una delle eccellenze industriali del made in Italy”.

Da un lato l'alta vocazione agricola del Paese, dall'altra la necessità di una indipendenza energetica, concorreranno a fare dell'Italia una nazione leader nel biogas. “Lo sviluppo di un parco rinnovabile aggregato biogas/biometano su tutto il territorio nazionale migliorerebbe la sicurezza della rete e la sua capacità di adeguarsi agli andamenti altalenanti dei consumi”, conclude Gattoni. “Il nuovo decreto sul biometano, che auspichiamo verrà approvato a breve, consentirà di valorizzare il parco mezzi a metano in Italia, contribuendo al percorso di riduzione delle emissioni del settore dei trasporti mediante l’utilizzo di un biocarburante avanzato di produzione nazionale. Senza contare che grazie a questi impianti si potranno avere stazioni diffuse di erogazione di biometano compresso e liquefatto GNL. Il ruolo della nostra filiera è centrale sotto diversi aspetti: riduzione delle emissioni dell’agricoltura e dei trasporti ed incremento della sostenibilità della rete del gas nazionale”.

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Il biogas in Germania, fonte rinnovabile per ridurre le emissioni

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Nel 2016 le rinnovabili hanno coperto il 29% nel mix elettrico tedesco. Di queste il 7,9% proviene dalle biomasse[5]. Oggi la Germania, con i suoi 10.846 impianti di biogas e una capacità installata di quasi 4.000 MW, è il Paese leader del settore in Europa. Si tratta di impianti gestiti per la maggior parte da agricoltori, i quali trasformano reflui zootecnici, insieme a una quota prodotti agricoli in un gas costituito per circa la metà da metano. Gas che viene combusto per generare elettricità e calore. Una volta immessa l'energia in rete, il produttore riceve un corrispettivo secondo le tariffe calcolate nel Renewable Energy Act (EEG), entrato in vigore nel 2000. Oggi, dei 6,17 centesimi per chilowattora pagati dai consumatori, 2,66 centesimi vanno al solare, 1,57 centesimi alle centrali a biomassa e 1,17 centesimi agli impianti eolici onshore[6] ). “Il biogas svolgerà un ruolo molto importante nell'Energiewende (la transizione energetica tedesca, ndr)”, spiega Andrea Horbelt, portavoce della Fachverband Biogas, Associazione tedesca del biogas. “Si tratta infatti di una fonte energetica capace di soddisfare la domanda quando non c'è né vento né sole. Il biogas può produrre energia quando è più necessario. Inoltre non solo può produrre elettricità, ma anche calore e carburante. Per questo motivo molti proprietari stanno aumentando la capacità dei propri impianti per essere in grado di produrre elettricità in maniera più rapida e variabile”. Ma dal Governo federale viene la richiesta di dare un impulso al biogas come combustibile da utilizzare nel settore dei trasporti. “Il biogas può essere utilizzato in qualsiasi veicolo alimentato a metano. Quando usiamo il biometano al posto della benzina, le emissioni di CO2 si riducono del 90%”, continua Horbelt​. “Si tratta di una grande chance per la mobilità sostenibile, ma oggi il numero di veicoli è ancora basso, così come le stazioni di rifornimento”. L'obiettivo della Germania è quello di ridurre le proprie emissioni di carbonio dall'80% al 95% entro il 2050. Evidentemente il ruolo delle biomasse e del biogas in particolare, rimane determinante negli obiettivi di decarbonizzazione dell'economia tedesca.

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​​​​[1]​   Dati: Perspective for the energy transition. http://www.irena.org/DocumentDownloads/Publications/Perspectives_for_the_Energy_Transition_2017.pdf

[2]    Dati: Eurostat/Greenhouse gas emission statistics. http://ec.europa.eu/eurostat/statistics-explained/index.php/Greenhouse_gas_emission_statistics

[3]    Dati: Eurostat. https://ec.europa.eu/clima/policies/transport/vehicles_en

[4]    Dati riferiti al 2015.​

[5]    Dati: Renewable Energies Agency. https://www.bmwi.de/Redaktion/EN/Dossier/renewable-energy.html

[6]    Dati: Clean Energy Wire Fact Sheet. https://www.cleanenergywire.org/dossiers/bioenergy-germany