Combustibili sintetici e biocombustibili sono sempre più presenti nelle discussioni sul futuro dell’energia. Quali sono le loro reali caratteristiche?
Si parla sempre più spesso di combustibili sintetici e di biocombustibili. Prima di tutto le definizioni: un biocombustibile è un combustibile ottenuto mediante il trattamento di residui organici non fossili di natura vegetale o animale. Un combustibile sintetico invece è definito come qualsiasi combustibile liquido ottenuto dal carbone o dal gas naturale. Questa ultima definizione è abbastanza vecchia: i tedeschi durante la Seconda guerra mondiale ottenevano buona parte della benzina dal carbone, dato che non avevano produzione di petrolio. La definizione più moderna comprende (e sono questi i combustibili che interessano ora) combustibili liquidi ottenuti dalla combinazione di idrogeno gassoso e CO2. Si tratta quindi in entrambi i casi di combustibili diversi dai combustibili fossili, che possono essere considerati a emissioni nulle di CO2, e sono quindi proposti come alternativa rispettosa dell’ambiente.
Le caratteristiche di questi combustibili
Occorre approfondire le caratteristiche di questi due tipi di combustibili, sia dal punto di vista della loro composizione, sia dal punto di vista energetico.
In effetti, come evidenziano alcuni studi (Wilson, IA Grant & Styring, Peter -2017. Why Synthetic Fuels Are Necessary in Future Energy Systems? Frontiers in Energy Research), si può pensare che sarà molto difficile riuscire a eliminare velocemente tutti i combustibili liquidi usati per le automobili, soprattutto se si pensa di sostituirli con l’elettricità, come propongono i politici. I combustibili liquidi hanno grossi vantaggi pratici, come per esempio la facilità di trasporto, di stoccaggio e di distribuzione. La facilità di stoccaggio rende possibile conservare il combustibile nei periodi di minor consumo, per poi usarlo quando è necessario. E la conservazione di un fluido tipo benzina, diesel oppure anche gas richiede soltanto un serbatoio adeguato, molto più semplice da costruire e gestire di quanto siano le batterie per accumulare energia elettrica, almeno con la tecnologia odierna. Per di più, la rete di distribuzione è già funzionante e capillare, e non sarà facile né poco costoso sostituirla con una analoga rete di punti di ricarica per auto elettriche.
Dal punto di vista energetico, i combustibili fossili sono un sistema di accumulo di energia chimica che è vantaggioso dal punto di vista economico, ed ha anche un buon ritorno in termini di energia, nonostante la bassa efficienza dei motori a combustione interna. Abbiamo già avuto occasione di presentare il concetto di EROI (Energy Return Over Investment), che è abbastanza elevato per la maggioranza dei combustibili fossili, perché in poche parole si spende relativamente poca energia per raccogliere ed utilizzare il combustibile fossile. L’elevato EROI dei combustibili fossili è stato alla base della crescita economica e demografica sin dalla rivoluzione industriale. Tutte le società a qualsiasi livello di avanzamento dipendono dal loro accesso all’energia. Se non c’è energia sufficiente a disposizione, le società collassano (Hall, C., Balogh, S., and Murphy, D – 2009. What is the minimum EROI that a sustainable society must have? Energies 2, 25–47. doi:10.3390/en20100025). Il periodo attuale della storia umana, che ha portato a un aumento senza precedenti del benessere e della popolazione, è direttamente collegato a questo ritorno sull’energia investita (McKevitt, S., and Ryan, T – 2014. T he Solar Revolution. London: Icon Books).
Il calcolo del EROI
Si possono trovare molti esempi di calcolo di EROI, i cui risultati non sono perfetti né tutti uguali come valore assoluto (perché il risultato dipende dai modelli utilizzati), ma sono sicuramente utili per paragonare tra loro i diversi modi di ottenere energia. Un esempio è riportato nella figura che segue, dove si vede che i biocombustibili hanno un basso ritorno energetico, e ancora inferiore è quello dell’idrogeno prodotto per elettrolisi, che è utilizzato come materia prima per i combustibili sintetici.
EROI dei combustibili fossili, pur essendo sempre tra i più alti, tende a diminuire nel tempo. Questo avviene perché i giacimenti che si sfruttano per primi sono di solito i più “facili”. Considerando ad esempio il petrolio, mentre una volta ci si limitava a perforare un pozzo sulla superficie terrestre, solitamente a profondità relativamente bassa, oggi si deve spesso lavorare a diverse centinaia se non migliaia di metri sotto il mare.
I combustibili fossili “Non convenzionali”, come l’olio di scisto (Shale Oil) e le sabbie bituminose, sono intrinsecamente meno favorevoli, anche meno delle cosiddette fonti rinnovabili (“cosiddette” perché anche queste fonti sono limitate dalla necessità di usare grandi quantità di metalli e altri minerali, certamente non disponibili in quantità infinita e spesso non rinnovabili). Le rinnovabili stanno invece migliorando le loro prestazioni e si potrebbe arrivare a una situazione competitiva almeno dal punto di vista economico. Questo però non sembra possibile, o almeno non così vicino, per i combustibili sintetici; dopo diverse decine di anni di studio e moltissimi dollari investiti nello studio e nella ricerca, è ancora impossibile che i combustibili sintetici siano a costi competitivi con i combustibili fossili (Pérez-Fortes, M., Schöneberger, J. C., Boulamanti, A., and Tzimas, E – 2016. Methanol synthesis using captured CO2 as raw material: techno-economic and environmental assessment. Appl. Energy 161, 718–732. doi:10.1016/j.apenergy.2015.07.067).
E la resa energetica è molto inferiore a quella di qualsiasi tipo di combustibile fossile. Si può ritenere che continuando con investimenti significativi si potrà ridurre la differenza, ma certo non azzerarla. Perché possiamo fare questa affermazione? Perché dipende dalla chimica. Trasformare una miscela di idrogeno e CO2 in molecole più grandi, come quelle contenute in un combustibile liquido, richiede molta energia. Quindi non soltanto ci troviamo di fronte a un problema di tipo economico, ma possiamo anche anticipare che ricaveremo meno energia di quella utilizzata per produrre il combustibile.
E i biocombustibili? Per ottenerli si parte da residui organici non fossili, di natura vegetale oppure animale.
I biocombustibili hanno anche loro un livello di EROI piuttosto basso, che solitamente è inferiore a 1, a meno che non si utilizzino materiali di partenza abbastanza pregiati, come il mais, la canna da zucchero e i grassi animali. In questi casi possiamo arrivare ad un valore tra 2 e 3, da confrontare con almeno 20 per i combustibili fossili.
Quindi i biocombustibili sono in competizione con il cibo. Nei Paesi ricchi comunque vengono usati; un dato del 2012 dice che il mais utilizzato negli Stati Uniti per produrre biocombustibili avrebbe potuto sfamare 500 milioni di persone. In Europa c’è una legge che impone una percentuale del 10% di biocombustibili nel diesel, e non sembra particolarmente sostenibile se si considerano gli aspetti energetici e quelli sociali – il basso valore di EROI e la competizione con il cibo.
D’altro canto, può essere che sia intelligente mantenere i motori a combustione interna almeno per un certo tempo, perché il passaggio alle auto elettriche richiede modifiche infrastrutturali (e disponibilità di materiali) che non sembrano né facili né veloci da ottenere. Oppure sarebbe bene immaginare qualcosa di veramente nuovo e innovativo nell’ambito dei trasporti: aumento dei trasporti pubblici, veicoli condivisi e altre cose del genere. Non dimentichiamo che l’auto elettrica esiste già, ed è il treno.