Secondo i dati della European Environmental Agency, in Europa a partire dagli anni ‘90 le emissioni di gas a effetto serra dovute al trasporto aereo sono cresciute dal 1.2% al 3.7% del totale derivante da tutti i settori.
Con l’arrivo della pandemia di COVID-19 tale dato si è ridotto bruscamente, per poi crescere di pari passo con la ripresa dei volumi di traffico. È utile osservare che nei suddetti ultimi tre decenni, mentre l’aereo diventava un mezzo accessibile ad un pubblico sempre più vasto impattando in modo crescente sui consumi e sull’ambiente, altri settori come quello della produzione di energia, dell’industria manifatturiera, dell’agricoltura o dello smaltimento dei rifiuti, hanno fatto registrare un taglio delle emissioni compreso tra il 20% e il 40%.
Solo il trasporto marittimo, altro settore in cui le emissioni sono definite hard-to-abate a causa delle elevate potenze dei sistemi propulsivi utilizzati, ha visto nello stesso lasso di tempo un incremento come per il caso aeronautico. Tale contesto fornisce le motivazioni alla base di tutti gli impegni assunti, a livello internazionale e nazionale da istituzioni e industria, al fine di raggiungere la cosiddetta “neutralità netta”, ossia la condizione in cui le emissioni prodotte nell’intero ciclo di vita del prodotto – tenendo quindi conto non solo della fase operativa ma anche di quella di produzione e, ove applicabile, di smaltimento – sono nulle.
L’applicazione di questo concetto ai carburanti aeronautici ha portato alla definizione dei Sustainable Aviation Fuels (SAF), ossia idrocarburi di origine non fossile che compensano gran parte delle emissioni prodotte dalla loro combustione con quelle assorbite in fase di produzione.
Il report dell’International Civil Aviation Organization (ICAO) sulla possibilità di raggiungere un Long-Term global Aspirational Goal, LTAG in breve, per la riduzione delle emissioni di CO2, disegna scenari futuri in cui, pur considerando una continua crescita del traffico aereo, le emissioni possono essere ridotte attraverso l’integrazione di vari fattori quali la riduzione del consumo di carburante da parte dei velivoli, l’adozione di procedure di volo più efficienti e, soprattutto, l’introduzione di carburanti sostenibili.
Tali scenari integrati, detti IS1, IS2 e IS3 e ordinati per livelli di ambizione e investimenti crescenti, mostrano quanto i SAF nel loro insieme possano fare per raggiungere l’obiettivo di ridurre le emissioni di CO2.
I SAF trovano diverse definizioni a seconda del quadro regolatorio preso a riferimento, tuttavia essi appartengono alla più ampia categoria dei carburanti alternativi per l’aviazione, così definiti in contrapposizione a quelli convenzionali derivanti da fonti fossili.
Per poter entrare nel dettaglio, è utile citare due possibili classificazioni di carburanti alternativi per l’aviazione:
- quella adottata dall’ICAO nell’ambito del programma Carbon Offsetting and Reduction Scheme for International Aviation (CORSIA);
- quella adottata in Europa nell’ambito del Regolamento RefuelEU Aviation (Reg. EU 2023/2405).
Circa il primo punto, La classificazione ICAO è il frutto del dibattito internazionale iniziato a Montréal nel 2009 circa l’inserimento degli Alternative Fuels nel “Basket of measures” previsto dall’ICAO Global Market-Based Measure (GMBM) Scheme, di cui il programma CORSIA rappresenta il primo caso di implementazione.
La documentazione principale relativa a quest’ultimo è rappresentata dal Volume IV dell’Annesso 16 ICAO, interamente dedicato a CORSIA, nonché dai CORSIA Implementation Elements che forniscono dettagli sui criteri di sostenibilità. Questi non includono esclusivamente i SAF o forme di alimentazione innovative come quella elettrica o quella basata sull’idrogeno, ma tutte le possibili “aviation cleaner energies” tra cui anche i cosiddetti Lower Carbon Aviation Fuels (LCAF), ossia carburanti di origine fossile prodotti in modo meno impattante rispetto ai metodi tradizionali (ad esempio catturando la CO2 emessa).
I seguenti schemi semplificativi mostrano l’origine delle emissioni di gas a effetto serra nell’intero ciclo di vita (life-cycle emissions o in gergo “well-to-wake”) da parte di carburanti convenzionali, LCAF e SAF, espresse in termini di CO2 equivalente (CO2eq) per tener conto sia della CO2 che di altre sostanze, come il metano e gli ossidi d’azoto.
Il Fuel Task Group, gruppo di lavoro istituito nell’ambito dell’ICAO Committee on Aviation Environmental Protection (CAEP), ha determinato che il valore di emissioni “well-to-wake” dei combustibili ricavati dal petrolio (fra cui il kerosene) è pari a 89 gCO2eq/MJ (grammi di CO2 equivalente per ogni MegaJoule di energia prodotta).
Nel quadro fornito dall’ICAO, SAF e LCAF appartengono entrambi alla più ampia categoria dei CORSIA Eligible Fuels (CEF), in cui l’elegibilità è determinata dal soddisfacimento dei seguenti criteri di sostenibilità:
Circa il secondo punto, la classificazione adottata in Europa nell’ambito del Regolamento RefuelEU Aviation distingue i SAF in:
- carburanti sintetici per l’aviazione, detti anche e-fuel o RFNBO (Renewable Fuels of Non-Biological Origin), derivanti da processi che sfruttano l’idrogeno prodotto da fonti non fossili e il carbonio già presente in atmosfera, ad esempio sottoforma di CO2;
- biocarburanti per l’aviazione, derivanti principalmente da biomasse, da grassi animali o vegetali oppure da rifiuti organici;
- carburanti per l’aviazione derivanti da carbonio riciclato, ossia da sostanze di scarto ad elevato contenuto di carbonio – prodotte non intenzionalmente e non altrimenti eliminabili – derivanti da processi industriali (ad esempio, gas di scarico prodotti negli altoforni).
A questi si aggiungono ulteriori tipi di carburanti, anch’essi elegibili ai fini del soddisfacimento degli obblighi introdotti dal Regolamento. Questi sono:
- carburanti per l’aviazione a basse emissioni di carbonio, prodotti utilizzando idrogeno di origine non rinnovabile, ma comunque non fossile (ad es. da energia elettrica prodotta da fonti nucleari);
- idrogeno rinnovabile per l’aviazione, prodotto esclusivamente da fonti rinnovabili di origine non biologica.
Tutti i carburanti elegibili ai fini del Regolamento RefuelEU Aviation sono accomunati da due elementi:
- sono carburanti per l’aviazione, o “drop-in fuels”, ovvero sono tali da poter essere usati in sicurezza, ossia secondo gli standard certificativi in vigore, negli attuali motori per aeromobili;
- devono soddisfare i criteri di sostenibilità forniti dalla RED (Direttiva EU 2018/2001 «RED» e emendamento 2023/2413).
La RED, inoltre, fornisce anche la metodologia per l’esecuzione del Life Cycle Assessment (LCA) ossia del processo necessario per determinare l’impatto ambientale “well-to-wake” del carburante considerato. La stessa direttiva, infine, fornisce nell’allegato IX l’elenco delle materie prime ammissibili per la produzione dei SAF appartenenti al gruppo dei biocarburanti per l’aviazione.
A prescindere dalla classificazione adottata, i vari tipi di SAF, sebbene molto diversi tra loro, hanno la caratteristica comune di non necessitare di un processo di estrazione di idrocarburi dal sottosuolo, ma di riuscire a riciclare composti organici già presenti in atmosfera o in sostanze che li hanno precedente assorbiti dall’atmosfera, come ad esempio nel caso delle biomasse.
Diversi sono gli aspetti di cui bisogna tener conto nello sviluppo di un LCA. Naturalmente i valori di emissione causati durante l’intero ciclo di vita di un Alternative Fuel dipendono sicuramente dalla materia prima utilizzata per ottenerlo (feedstock), ma anche dal tipo di processo di conversione (pathway) impiegato per trasformare la materia prima in biofuel. Nel LCA sono altresì da valutare l’impatto, sia diretto (Direct Land Use Change, DLUC) che indiretto (Indirect Land Use Change, ILUC), sulla destinazione d’uso dei terreni utilizzati per l’ottenimento della materia prima.
La capacità dei SAF di ridurre le emissioni rispetto all’utilizzo del kerosene tradizionale varia molto a seconda della tipologia di materia prima e del processo di trasformazione: valori tipici sono nell’intorno del 70% per biocarburanti derivanti da grassi attraverso il processo HEFA (Hydroprocessed esters and fatty acids), quello ad oggi industrialmente più diffuso, e possono raggiungere il 100% nel caso di carburanti sintetici prodotti con energia rinnovabile.
Tale capacità è tuttavia ridotta oggigiorno poiché nella fase attuale, i SAF non possono, per ragioni di sicurezza legati ai motori a getto di più vecchia generazione ancora in uso, essere utilizzati al 100% ma devono essere miscelati con kerosene convenzionale. Tale limitazione è principalmente dovuta al minor effetto di “seal swelling” indotto dai carburanti di origine non-fossile sulle guarnizioni dei motori, che consiste nell’aumento del volume e della capacità di tenuta di queste ultime derivante dall’assorbimento delle sostanze volatili rilasciate dai carburanti. Pertanto, ad oggi, la frazione massima di SAF consentita dalle normative è pari al 50%, ma sono già in fase di sviluppo propulsori di nuova concezione in grado di essere alimentati con SAF puro, senza inficiare la sicurezza del volo.
Parlando di motori a turbina, l’attuale standard certificativo per i carburanti contenenti idrocarburi di origine non-fossile è rappresentato dalla norma ASTM D7566 (Standard Specification for Aviation Turbine Fuel Containing Synthesized Hydrocarbons). Una volta approvato un combustibile alternativo, una nuova specifica viene creata come allegato della suddetta norma e all’interno di esso viene indicato – tra le varie cose – il limite di miscelazione (blend rate) di quel carburante con jet-fuel tradizionale.
La miscela di SAF e jet-fuel tradizionale ottenuta secondo ASTM D7566, dovrà a sua volta soddisfare i requisiti della norma ASTM D1655 (Standard Specification for Aviation Turbine Fuels) – o equivalente (ad es. DEF-STAN Stan 91-091) – che rappresenta l’ultimo passo prima di poter certificare quel carburante per uso aeronautico.
Ad oggi la norma ASTM D7566 contiene 7 allegati, ognuno relativo ad un diverso processo di conversione (pathway).
A questi si aggiunge la modifica della norma ASTM1655 ai fini della certificazione del co-processing fino al 5 % all’interno di raffinerie tradizionali (non bio-raffinerie) di:
- lipidi (oli vegetali e grassi animali), a condizione che la desolforazione sia una delle fasi di lavorazione;
- olio pirolitico ottenuto da sintesi Fischer-Tropsch.
Per ulteriori approfondimenti:
- Sustainable Aviation Fuels e ruolo dell’ENAC
- ICAO “Long Term global Aspirational Goal (LTAG)” per la riduzione della CO₂ prodotta dal trasporto aereo internazionale:
https://www.icao.int/environmental-protection/Pages/LTAG.aspx - CORSIA Implementation Elements: https://www.icao.int/environmental-protection/CORSIA/Pages/implementation-elements.aspx
- RefuelEU Aviation: Regolamento (EU) 2023/2405 del parlamento Europeo e del Consiglio del 18 ottobre 2023 sulla garanzia di condizioni di parità per un trasporto aereo sostenibile: http://data.europa.eu/eli/reg/2023/2405/oj
- RED: Direttiva (UE) 2023/2413 2405 del parlamento Europeo e del Consiglio del 18 ottobre 2023 che modifica la direttiva (UE) 2018/2001, il regolamento (UE) 2018/1999 e la direttiva n. 98/70/CE per quanto riguarda la promozione dell’energia da fonti rinnovabili e che abroga la direttiva (UE) 2015/652 del Consiglio: http://data.europa.eu/eli/dir/2023/2413/oj
- ETS: Direttiva (UE) 2023/959 2405 del parlamento Europeo e del Consiglio del 10 maggio 2023 recante modifica della direttiva 2003/87/CE, che istituisce un sistema per lo scambio di quote di emissioni dei gas a effetto serra nell’Unione, e della decisione (UE) 2015/1814, relativa all’istituzione e al funzionamento di una riserva stabilizzatrice del mercato nel sistema dell’Unione per lo scambio di quote di emissione dei gas a effetto serra: https://eur-lex.europa.eu/eli/dir/2023/959/oj
- Beginner’s Guide to Aviation Biofuels (Air Transport Action Group, 2023): https://aviationbenefits.org/downloads/beginners-guide-to-sustainable-aviation-fuel/
Ultimo aggiornamento: 13/11/2024