Da oli esausti a biocarburanti di alta qualità: un esempio concreto di Economia Circolare
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UNIVERSITA' DEGLI STUDI DI ROMA TOR VERGATA
Macroarea di Ingegneria
Dipartimento di Ingegneria Civile e Ingegneria Informatica
Da oli esausti a biocarburanti di alta qualità: un
esempio concreto di Economia Circolare
Giovanni Biscardi
Manager Advanced Biofuels Business Development
Eni Refining & Marketing
Roma, 18 dicembre 2018
Indice
I biocarburanti
Come si producono i biocarburanti – la tecnologia EcofiningTM di Eni
La nascita delle bioraffinerie
Lo scenario normativo
La transizione energetica delle bioraffinerie Eni
L’utilizzo degli oli vegetali esausti come materia prima: un esempio concreto di Economia Circolare
I progetti allo studio:
Waste to Fuel
Advanced Feedstock
2
I Biocarburanti
I biocarburanti sono definiti vettori energetici liquidi o gassosi, adatti per l’uso
Cosa Sono nell’autotrazione, prodotti a partire da biomasse.
Sono considerati una risorsa rinnovabile, in quanto la loro produzione si basa
essenzialmente su materie prime in grado di rigenerarsi e riprodursi in breve tempo.
I biocarburanti si utilizzano per ridurre le emissioni di CO2.
Perché si Come nel caso dei prodotti di origine fossile, anche la combustione dei biocarburanti
utilizzano causa l’emissione di CO2, ma questa è riassorbita dalle piante mediante la fotosintesi
clorofilliana, producendo in questo modo nuova biomassa. Si ottiene così un ciclo
virtualmente a «emissione zero».
In Europa sono state introdotte normative che obbligano all’immissione in rete di quote
La normativa crescenti di biocarburanti. In particolare, le direttive RED e RED II (Renewable Energy
Directive) impongono l’utilizzo di almeno il 10% al 2020 e 14% al 2030 di biocarburanti
nel settore dei trasporti.
3
Tipologie di Biocarburanti
I biocarburanti sono attualmente classificati secondo due tipologie:
biocarburanti di «prima generazione» e biocarburanti «avanzati».
Si definiscono biocarburanti di «prima generazione» quelli
Prima prodotti a partire da materie prime agricole potenzialmente
generazione utilizzabili a fini alimentari (p.e. olio di palma, di mais, di
girasole, ecc.).
Si definiscono biocarburanti «avanzati» quelli prodotti a
partire da biomasse non utilizzabili per l’alimentazione umana
Avanzati o animale, che quindi non comportano sottrazione di terreno
agricolo alla produzione alimentare o cambi di destinazione
d’uso dei suoli (p.e. oli da microalghe, da rifiuti organici e
scarti alimentari, da scarti ligneocellulosici).
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I biocarburanti
Come si producono i biocarburanti – la tecnologia EcofiningTM di Eni
La nascita delle bioraffinerie
Lo scenario normativo
La transizione energetica delle bioraffinerie Eni
L’utilizzo degli oli vegetali esausti come materia prima: un esempio concreto di Economia Circolare
I progetti allo studio:
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Advanced Feedstock
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Perché migliorare i biocarburanti tradizionali
I biocarburanti tradizionali disponibili sul mercato sono il bio-etanolo per la benzina e il biodiesel (FAME) per il gasolio. Tali
componenti presentano alcune problematiche qualitative che ne limitano l’utilizzo:
• Bio-etanolo: max 10% nelle benzine (igroscopicità, basso PCI)
• Biodiesel (FAME): massimo 7% nei gasoli.
La presenza di ossigeno nel Biodiesel favorisce la contaminazione e proliferazione batterica. Ciò causa l’intasamento dei filtri.
•Igroscopico • Basso PCI
Bio FAME
•Basso PCI • Limite di miscelazione
Etanolo •Elevato contenuto in (Fatty acid methyl
ossigeno
esters) • Igroscopico (biofouling)
6
Il ruolo della ricerca sui nuovi biocarburanti
Nel 2006 Eni ha lanciato un importante progetto di ricerca per un nuovo biocomponente pro diesel.
Insieme a Honeywell UOP, Eni ha sviluppato la nuova tecnologia proprietaria EcofiningTM che supera i
problemi qualitativi del biodiesel tradizionale mediante un innovativo processo di idrogenazione, e
consente di ottenere un biocomponente rinnovabile completamente idrocarburico e con alto potere
energetico (HVO).
Biodiesel (FAME) Green Diesel (HVO)
Processo:
Metanolo Idrogeno Processo:
BioDiesel
10 % Transesterificazione
90 %
13 % Ecofining™ Green Diesel
Olio vegetale degli oli vegetali Glicerina Renewable
Feedstocks* Idrogenazione 75 %
90 % 10 %
87 % degli oli vegetali
*) Renewable Feedstocks: Oli Vegetali, UCO, Grassi Animali, Oli da alghe e rifiuti
7
Vantaggi del Green Diesel rispetto al Biodiesel tradizionale (FAME)
Biodiesel Green Diesel
(FAME)
Trigliceride + CH3OH Biodiesel + Glicerina Trigliceride + Idrogeno Green Diesel + H2O
Ottima stabilità chimica e totale compatibilità
Scarsa stabilità chimica
con diesel fossile: ottenuta con processo di
Variabilità nella qualità idrogenazione che elimina totalmente l'ossigeno
Favorisce la contaminazione Idrorepellente: evita il fenomeno della
batterica contaminazione batterica
Alto numero di cetano: miglioramento fluidità di
Basso contenuto energetico
marcia e partenze a freddo
Fenomeno della diluizione dell'olio Elevato contenuto di idrogeno ed elevato
lubrificante potere calorifico: effetto benefico sui consumi di
Limite di additivazione al 7% carburante
Additivabile fino al 100%
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I biocarburanti
Come si producono i biocarburanti – la tecnologia EcofiningTM di Eni
La nascita delle bioraffinerie
Lo scenario normativo
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L’utilizzo degli oli vegetali esausti come materia prima: un esempio concreto di Economia Circolare
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10Le criticità strutturali della raffinazione in Europa
Diminuzione della Competizione da
domanda di Middle East, Far East
carburanti e USA
Criticità strutturali delle raffinerie in
Vincoli Sbilanciamento del
ambientali e
Europa
mix produttivo
normativi Dal 2009 sono state chiuse oltre 20 raffinerie
Economie di scala e innovazioni di
processo nelle raffinerie più recenti nei
Paesi Emergenti
In questo contesto di mercato Eni nel 2014 ha realizzato a Venezia la prima conversione al mondo di una
raffineria petrolifera in una bioraffineria (Brevetto Eni n° MI2012A001465 – settembre 2012), impiegando
la tecnologia proprietaria EcofiningTM
3La storia della raffineria di Venezia
1926 1945 1947
1960s 1980s
2000s
12La conversione di raffinerie tradizionali in green refineries
Normativa UE e nazionale su impiego biocarburanti nei trasporti Investimenti 500 milioni di €
(inclusa ricerca)
Venezia
1a fase: capacità produttiva di circa 350 mila tonnellate/anno
2a fase: realizzazione impianto di trattamento olio di palma grezzo
e impianto idrogeno (capacità produttiva fino a 560 mila
tonnellate/anno)
Occupazione: 180 persone (oltre 200 persone di indotto)
Crisi Miglioramento Gela
raffinazione qualità bio
europea
trasformazione reattori in unità Ecofining e realizzazione nuovo
impianto produzione idrogeno da metano (entro giugno 2018);
ECOFINING TM
Bioraffineria realizzazione di impianto pre-trattamento biomasse (Biomass
Scenario
biofuels Technology Brevetto Eni n° MI2012A001465 – Sett 2012 Treatment Unit - BTU), con avvio a marzo 2019, per conseguire
flessibilità su materie prime
adeguamento logistica
Venezia 1° fase Gela Venezia 2° fase
Occupazione: 400 persone (inclusa logistica)
Capacità produttiva 350 kt/a Capacità produttiva 720 kt/a Capacità produttiva 560 kt/a
Avvio produttivo: 2014 Avvio produttivo: 2019 Completamento: 2020
EcofiningTM HVO Minori emissioni
tecnologia Biodiesel di Eni Diesel + Minori consumi
alta qualità Maggiori prestazioni
13 proprietariaCircular Economy: Venice’s water boats use Eni Diesel + 14
La conversione di raffinerie tradizionali in green refineries determina
una significativa riduzione delle emissioni di CO2
Uno studio effettuato dal Politecnico di Torino (LCA – Life Cycle Assessment) ha evidenziato che, nell’assetto attuale
della raffineria di Venezia alimentata da olio di palma, l’HVO prodotto con il processo Ecofining determina una
riduzione complessiva delle emissioni di CO2 del 48% rispetto al diesel minerale
Il contributo più rilevante all’impatto del ciclo di vita del
Green Diesel è associato alla produzione dell’olio di Olio di palma
palma raffinato (73%).
Trasporti
Trasporto (11%), processo Ecofining™ (10%) e idrogeno Idrogeno
(6%) costituiscono gli altri contributi. Ecofining
La progressiva sostituzione dell’olio di palma con
materie prime maggiormente sostenibili farà diminuire
ulteriormente le emissioni di CO2.
Gli ultimi dati a consuntivo mostrano che la riduzione effettiva della CO2 emessa è superiore al 50%
15Indice
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16Scenario Normativo Europeo
RED - Renewable Energy Directive (2009/28/EC):
Incentiva e regolamenta la produzione di energia da fonti rinnovabili e obbliga gli Stati membri ad
avere un contenuto energetico di almeno il 10% nei carburanti per trasporti al 2020.
FQD - Fuel Quality Directive (2009/30/EC):
Definisce le linee guida della qualità dei carburanti e introduce un meccanismo inteso a controllare
e ridurre le emissioni di gas a effetto serra dovute ai combustibili per trasporto (criteri di sostenibilità
per i biocarburanti).
Revisione della FQD e RED rilasciata nel 2015, cosiddetta ILUC DIRECTIVE
• Limite massimo per biofuels da coltivazioni edibili 7%
• Restante 3% deve derivare da alternative NON EDIBILI
17Normativa RED II di prossimo recepimento
l'obiettivo generale sulle energie rinnovabili nell'energy mix viene portato al 32% al 2030 con possibilità di revisione al rialzo nel 2023;
viene introdotto un target minimo del 14% di energie rinnovabili nell’energy mix trasporti al 2030. La Commissione deve valutare
questo obbligo nel 2023 e, se sussistono consistenti riduzioni di prezzo per le energie rinnovabili, rivedere tale target aumentandolo;
La quota di biocarburanti prodotti a partire da materie prime in competizione con il mercato agroalimentare sarà
progressivamente ridotta (con una traiettoria da definire) fino a zero nel 2030.
Per contro crescerà progresivamente la quota di biocarburanti prodotti a partire da materie prime cosiddette
«advanced» così come definite nell’Annex IX parte A della direttiva, fino al 3,5% nel 2030.
Nel calcolo della percentuale di energie rinnovabili al denominatore è riportato il quantitativo, espresso in termini
energetici, di tutti i carburanti utilizzati per i trasporti; al numeratore, sempre in termini energetici, la somma di:
biocombustibili di 1°generazione, biocombustibili advanced (double counting), biocombustibili da cariche presenti in
Annex IX parte B (UCO, Grassi animali, double counting), Energia Elettrica per trasporti (x 4), Recycled Carbon Fuel (a
discrezione dello Stato Membro);
sono considerati “recycled carbon fuels” i fuel liquidi o gassosi prodotti da rifiuti di origine non organica che non si
possono riciclare;
18 gli Stati Membri possono decidere se includere nell’obiettivo di cui sopra i “recycled carbon fuels”Indice
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19Il percorso della transizione energetica delle bioraffinerie Eni
1° STEP Conversione raffineria di Venezia in Bioraffineria.
(ieri) Materia prima: Olio di Palma
2° STEP Diversificazione materie prime: UCO, Grassi Animali, Scarti Agroindustria,
(oggi) Paste Saponose, Brassica Carinata, PFAD, POME, …
Avviati studi per:
• utilizzo di rifiuti non riciclabili (Plasmix, CSS) per la produzione
Prossimi STEP di H2 e metanolo;
• sostituzione dell’olio di palma con feedstock non in
competizione con food (materie prime advanced)
20Indice
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Come si producono i biocarburanti – la tecnologia EcofiningTM di Eni
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21Premessa: il mercato nazionale degli oli vegetali esausti
Consumo nazionale: in Italia vengono ogni anno immessi al consumo (direttamente come olio alimentare
o perché presente in altri alimenti) 1,4 Mton/a di olio vegetale. Tali volumi si sono mantenuti stabili negli
ultimi anni o in lieve diminuzione, a causa delle mutate abitudini alimentari e dei miglioramenti delle
tecniche industriali di utilizzo.
Residuo: su questa quantità si stima un residuo non utilizzato, derivante essenzialmente dalla cottura
(UCO – Used Cooking Oil), di circa il 20%, pari quindi a circa 280 Kton/a.
Industria
La provenienza è la seguente: domestico 14%
57%
Provenienza Kton
industria alimentare 40
ristorazione 80
settore domestico 160
TOTALE 280 ristorazio
ne
29%
22Premessa: il mercato nazionale degli oli vegetali esausti
Obbligo di
Industria e conferimento
Raccolti circa
ristorazione 25% del totale prodotto
70 Kton
120 kton CONOE*
UCO
280 Kton
Oggi quasi
Domestico interamente
160 kton Nessun obbligo disperso
di raccolta
*CONOE (Consorzio nazionale di raccolta e trattamento degli oli e dei grassi vegetali ed animali esausti)
23La Normativa sugli UCO
Normativa europea
Regolamento CE 1774/2002 che vieta l’impiego degli oli esausti nella alimentazione animale
Direttiva CE 2008/98 sui rifiuti che privilegia la prevenzione e il recupero dei rifiuti
Normativa nazionale
Il Dlgs 22 del 5 febbraio 1997, confluito nel Dlgs 3 Aprile 2006 n 152, prescrive l’obbligo della raccolta, del
recupero e del riciclaggio degli oli e grassi vegetali e animali esausti prodotti da attività professionali.
I produttori di oli esausti possono adempiere alla norma direttamente o tramite il CONOE
Vige quindi l’obbligo di conferimento: chiunque, in ragione della propria attività professionale, detiene oli e grassi
vegetali e animali esausti è obbligato a conferirli al Consorzio (art. 233, co. 12, D. Lgs. n. 152/06).
24Perché gli oli di frittura possono essere trasformati in gasolio
L'utilizzo di oli vegetali nei motori diesel non è un'idea nuova.
Rudolf Diesel iniziò lo sviluppo del motore diesel utilizzando olio di arachidi.
Durante l'Esposizione Universale di Parigi del 1900 la Otto Company presentò un
piccolo motore capace di funzionare sia con gasolio che con olio vegetale o animale.
Gli oli vegetali una volta idrogenati con il
processo Eni Ecofining presentano una
distribuzione idrocarburica centrata su
molecole C16-C18, del tutto analoghe a
quelle presenti in un taglio diesel fossile
25Il Progetto OilàTM - Raccolta di Oli Vegetali Esausti nei siti Eni in Italia
Perché recuperare gli oli di frittura ?
Eliminare gli oli di frittura attraverso la rete fognaria può comportare gravi conseguenze
ambientali:
intasamento del sistema di scarico domestico e delle reti fognarie con incremento dei costi di
manutenzione;
Sovraccarica i depuratori, aumentandone i costi operativi; un litro di olio genera fino a 4 kg di
fanghi di depurazione da smaltire;
può giungere alle falde e rendere l’acqua non potabile;
crea inquinamento delle acque superficiali (laghi, fiumi, mare) con danni all’ecosistema, alla
flora e alla fauna. Se disperso in acqua forma un “velo” che impedisce ai raggi solari di
penetrare causando ingenti danni all’ambiente.
Inoltre si disperde l’alto contenuto energetico presente negli oli vegetali
26Il Progetto OilàTM - Raccolta di Oli Vegetali Esausti nei siti Eni in Italia
Installazione su ogni sito Eni in Italia di sistemi di raccolta
degli oli vegetali esausti prodotti dalle famiglie dei
dipendenti.
Distribuita ad ogni dipendente una tanichetta nella quale
potrà raccogliere l’olio alimentare esausto generato a livello
familiare. L’olio raccolto viene inviato, dopo rigenerazione,
alla bioraffineria di Venezia, ove viene trasformato in Green
Diesel,
Con il Green Diesel si produce Eni Diesel + che può essere
utilizzato nei mezzi di raccolta e di trasporto pubblico locale
e consente di ridurre le emissioni inquinanti.
A regime si stima un recupero di oli esausti di c.a 100.000
litri/anno.
27Il Progetto OilàTM - Raccolta di Oli Vegetali Esausti nei siti Eni in Italia
Il Progetto Oilà prevede la stipula di accordi di
«economia circolare» con i Comuni e le aziende
che curano la raccolta e il trattamento dei rifiuti.
Ad oggi già sottoscritti accordi con:
• Comune di Torino, GTT e AMIAT (Gruppo IREN)
• Comune di Venezia, ACTV, Veritas
• AMA Roma
• Hera Bologna
• Città del Vaticano
Ad oggi Eni acquista per la Bioraffineria di Venezia
oltre il 50% degli UCO raccolti in Italia.
28La raccolta fa notizia… 29
…anche all’estero 30
…e sui social 31
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32Economia Circolare in Eni R&M: Waste to fuels Rifiuti come risorsa energetica
Liquefazione
idrotermale
Bi-olio pro marina
FORSU: scarti alimentari
Biomasse e scarti agricoli Digestione
anaerobica / Biometano per mobilità
purificazione CH4
Plastiche non
(da utilizzare nei Processi di
riciclabili e CSS * Idrogeno raffinazione e nella mobilità)
Metanolo (componente Benzine)
*CSS: combustibile solido secondario
Impianto dimostrativo FORSU a Gela. In corso studi per produzione idrogeno o metanolo dalle plastiche
non riciclabili e/o rifiuti solidi urbani e per produzione biometano per le stazioni di servizio Eni.
33Progetti waste to fuel
Progetti focalizzati sul recupero a fini energetici di rifiuti non riciclabili, quali il CSS
(Combustibile Solido Secondario) e le plastiche di scarto, attualmente destinate a
distruzione termica o in discarica, per la produzione di fuel advanced
Il ciclo della plastica
Emissioni nocive
34Progetti waste to fuel
Progetti focalizzati sul recupero a fini energetici di rifiuti non riciclabili, quali il CSS
(Combustibile Solido Secondario) e le plastiche di scarto, attualmente destinate a
distruzione termica o in discarica, per la produzione di fuel advanced
Il ciclo della plastica
Gas di sintesi
(H2, Metanolo, etc)
Nessuna emissione
nociva in atmosfera
Materiali inerti
35Il Progetto Produzione H2 da Rifiuti
Il progetto, attualmente in fase di valutazione
tecnico-economica, prevede la produzione di
CSS idrogeno a partire da rifiuti quali le plastiche
non riciclabili (Plasmix) e il CSS (Combustibile
Solido Secondario).
Il processo utilizzato è la Gassificazione ad Alta
Temperatura, che assicura la completa
decomposizione della materia prima senza
emissione di diossine o altre sostanze nocive.
I materiali non combusti sono trasformati in
inerti e possono essere utilizzati in edilizia.
Il bilancio complessivo della CO2 è
Plasmix
ampiamente favorevole.
36Indice
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La transizione energetica delle bioraffinerie Eni
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37Progetto Dimostrativo Produzione di Olio vegetale Sostenibile per le bioraffinerie Eni a
partire da colture in aree predesertiche del Nord Africa
Direttiva RED II: riduzione di materie prime in conflitto con il food; sviluppo ed utilizzo cariche advanced e renewable.
Progressiva sostituzione olio di palma nelle bioraffinerie Eni.
L’olio ottenuto può rappresentare una possibile alternativa all’olio di palma perché:
Non è edibile.
È coltivabile su terreni predesertici incolti e non utilizzabili per colture edibili, di
cui c’è enorme disponibilità in tutta l’area del Maghreb.
La coltivazione su terreni predesertici rappresenta un valido contrasto alla
desertificazione dei suoli.
È una pianta autoctona che cresce in ambienti caldo-aridi. È quindi idonea alla
coltivazione in tali aree.
Ha limitata necessità di acqua. E’ irrigabile anche con acque reflue non potabili.
La qualità dell’olio che si estrae è compatibile con la tecnologia Ecofining e
potrebbe essere lavorato nella bioraffineria di Gela, a pochi chilometri dalle
coste Nordafricane.
38Progetto Dimostrativo Produzione di Olio vegetale Sostenibile per le bioraffinerie Eni a partire
da colture in aree predesertiche del Nord Africa
39Conclusioni
Il forte impegno di Eni nelle attività di R&D e gli ingenti investimenti mirati al miglioramento della qualità e
della sostenibilità della produzione consentono ad Eni di mantenere alto il livello di competitività dei propri
asset industriali e, nel contempo, danno un contributo immediato e tangibile alla riduzione delle emissioni.
In particolare la Green Refining rappresenta un modello vincente di economia circolare, poiché permette di
utilizzare materie prime provenienti da scarti e rifiuti prodotti localmente. Costituisce inoltre un singolare
esempio di sostenibilità integrata:
Ambientale: per la produzione di carburanti bio da materie prime rinnovabili, con innesco di buone
economie circolari;
Sociale: per la salvaguardia dell’assetto industriale e quindi dei posti di lavoro. Si è riusciti a ridurre la
capacità di raffinazione tradizionale senza perdere il know-how tecnico e scientifico, mantenendo in vita
il tessuto industriale del settore della raffinazione.
Tecnologica: è il risultato del continuo impegno di Eni nella ricerca e sviluppo tecnologico, che ha
generato una importante innovazione di processo (prima conversione al mondo di una raffineria
convenzionale in una Bioraffineria, mediante la tecnologia proprietaria EcofiningTM).
Economica: investire in attività innovative e maggiormente sostenibili può rappresentare un business
economicamente redditizio.
40“The fact that fat oils from vegetable sources can be used may seem
insignificant to-day, but such oils may perhaps become in course of
time of the same importance as some natural mineral oils and the tar
products are now.”
(Rudolph Diesel, The Diesel oil-engine. Engineering, 93, 395-406 (1912). Chem. Abstr., 6, 1984 (1912).
Grazie dell’attenzione
giovanni.biscardi@eni.com
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