Le regole dell'UE potrebbero rendere i carburanti per l'aviazione privi di combustibili fossili inutilmente costosi e ad alta intensità energetica

L'anno scorso sono state introdotte norme che impongono una miscela minima del 2% di carburante sostenibile per l'aviazione negli aeroporti dell'UE. Questo requisito di miscelazione aumenterà gradualmente, fino a raggiungere almeno il 70% entro il 2050. Entro tale data, metà del carburante sostenibile per l'aviazione dovrà essere costituito da una categoria nota come RFNBO: Renewable Fuel of Non-Biological Origin. Si tratta di carburanti sintetici, noti anche come elettrocarburanti, prodotti a partire da idrogeno rinnovabile e anidride carbonica catturata.

I ricercatori della Chalmers University of Technology dimostrano ora che le norme RFNBO favoriscono una "deviazione" nella produzione di carburanti sintetici, che rischia di aumentare sia i costi che il consumo di energia.

"Le norme influenzano non solo gli investimenti dell'industria nella tecnologia, ma anche le priorità di ricerca e sviluppo. Invece di spingere l'innovazione verso le soluzioni più efficienti, rischiamo di bloccarci in metodi di produzione meno efficienti dal punto di vista delle risorse", afferma Henrik Thunman, professore di Tecnologia energetica presso Chalmers e coautore dell'articolo scientifico.

Per soddisfare la crescente domanda di carburanti sostenibili per l'aviazione nei prossimi decenni saranno necessari migliaia di nuovi impianti a livello globale. Ciò richiederà investimenti molto ingenti in impianti con una lunga durata di vita.

Grandi differenze tra percorsi alternativi per lo stesso prodotto utilizzando la stessa materia prima

Il team di ricerca di Chalmers ha studiato la produzione di metanolo sintetico, che è un esempio di molecola combustibile che può essere convertita in carburante per l'aviazione sostenibile. Si tratta di un caso rappresentativo per analizzare come i diversi percorsi di produzione influenzino l'uso delle risorse nella produzione di tali molecole di carburante.

Queste molecole ricche di energia possono essere prodotte combinando atomi di carbonio e idrogeno in processi chimici. Nello studio, i ricercatori hanno confrontato tre diversi percorsi di produzione del metanolo in cui gli atomi di carbonio provengono dalla biomassa - il cosiddetto carbonio biogenico. Due di questi metodi si basano sulla combustione della biomassa, dove l'anidride carbonica viene catturata dai gas di scarico e poi mescolata con l'idrogeno prodotto separatamente con l'elettricità. Il terzo si basa sulla gassificazione, dove la biomassa riscaldata viene convertita direttamente in gas di sintesi, che contiene sia carbonio che idrogeno.

Tutti e tre i percorsi produttivi sono tecnicamente fattibili e sia la materia prima che il prodotto finale possono essere gli stessi. Tuttavia, si differenziano nettamente in termini di utilizzo di energia, costi e domanda di elettricità.

Il percorso di produzione diretta è svantaggiato dalla normativa UE

"Il percorso di gassificazione si è rivelato l'opzione più efficiente dal punto di vista delle risorse nella nostra analisi, con un costo di produzione inferiore del 46% e un fabbisogno di elettricità inferiore del 30% rispetto alle due alternative basate sulla combustione. La differenza dimostra quanto grandi possano essere le perdite di energia quando la biomassa viene prima combusta in anidride carbonica, che viene poi ricostruita in molecole di combustibile utilizzando grandi quantità di elettricità e idrogeno", afferma Johanna Beiron, ricercatrice in Teoria delle risorse fisiche presso Chalmers e prima autrice dell'articolo.

Nonostante ciò, il quadro normativo dell'UE favorisce la combustione molto più della gassificazione. La categoria RFNBO - che si prevede si espanderà da quasi zero oggi al 35% di tutto il carburante per l'aviazione nell'UE entro il 2050 - comprende tutto il carburante delle alternative basate sulla combustione, ma esclude circa la metà del carburante prodotto tramite gassificazione.

Il motivo è che i carburanti RFNBO non possono essere prodotti utilizzando energia e atomi di carbonio che provengono direttamente dalla biomassa, come avviene in gran parte nella produzione basata sulla gassificazione. Al contrario, è consentito utilizzare gli atomi di carbonio della biomassa nei percorsi basati sulla combustione, a condizione che ciò avvenga catturando l'anidride carbonica che si forma quando la biomassa viene utilizzata per altri scopi energetici. Un esempio è la combustione di materiale residuo dell'industria forestale in impianti di cogenerazione.

Ma questo materiale residuo può essere utilizzato in modo più efficiente dal punto di vista delle risorse attraverso la gassificazione.

"Una delle alternative basate sulla combustione che abbiamo analizzato è il processo nelle centrali di cogenerazione", spiega Johanna Beiron. "Ha costi ed efficienza energetica inferiori rispetto alla gassificazione, anche se includiamo l'elettricità aggiuntiva necessaria per sostituire, ad esempio, il teleriscaldamento che il processo di combustione può apportare".

La regolamentazione rischia di lavorare contro i suoi stessi obiettivi

Uno degli scopi della classificazione RFNBO è quello di stimolare una maggiore generazione di elettricità rinnovabile per la produzione di idrogeno verde e di ridurre la dipendenza dalla biomassa, che è una risorsa limitata.

Ma gli atomi di carbonio per il carburante sintetico per l'aviazione devono provenire da qualche parte. La biomassa dovrebbe essere la fonte di carbonio esente da fossili meno costosa per la produzione di RFNBO, e i ricercatori prevedono che l'attuale quadro normativo comporterà una domanda molto elevata di anidride carbonica dalla combustione della biomassa. Invece di ridurre il fabbisogno di biomassa, i regolamenti dell'UE rischiano di portare a un uso meno efficiente dal punto di vista energetico della limitata risorsa biomassa.

"Il quadro normativo non tiene sufficientemente conto dell'efficienza con cui i diversi sistemi utilizzano l'energia e le risorse", afferma Henrik Thunman. "Lo studio evidenzia quindi una questione strutturale nella politica energetica e industriale dell'UE: la regolamentazione rischia di lavorare contro i suoi stessi obiettivi quando le definizioni di combustibili sostenibili non sono allineate con i principi energetici fondamentali o con le più ampie ambizioni dell'Unione in materia di efficienza delle risorse".

Per consentire una transizione efficace potrebbe essere necessaria una regolamentazione adeguata

I ricercatori sperano che i loro risultati contribuiscano a una maggiore conoscenza delle tecnologie e dei sistemi disponibili.

"È sorprendente che le norme dell'UE non forniscano incentivi più chiari per le alternative più efficienti", afferma Johanna Beiron. "L'attuale quadro normativo rischia di bloccare i sistemi energetici basati sulla combustione, anche se esistono già processi tecnicamente maturi che consentirebbero di ridurre il consumo di energia e i costi, come la gassificazione e l'elettrificazione del teleriscaldamento".

"Il nostro studio mostra che probabilmente alcune parti del quadro normativo devono essere modificate se l'UE vuole raggiungere i suoi obiettivi a lungo termine", afferma Henrik Thunman. "È necessario un migliore coordinamento tra gli obiettivi climatici, l'efficienza delle risorse e la fattibilità industriale per affrontare l'incertezza che esiste attualmente. Questa incertezza rende difficile prendere decisioni di investimento razionali per l'espansione su larga scala dei carburanti sostenibili per l'aviazione nei prossimi anni".