7 cose da sapere sul gas naturale rinnovabile

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La produzione e l'utilizzo di gas naturale rinnovabile ottenuto da rifiuti organici è in rapida crescita negli Stati Uniti. Negli ultimi cinque anni, il numero di impianti di produzione è cresciuto di circa tre volte, con circa 115 impianti che producono il combustibile – che è intercambiabile con il gas naturale fossile – da rifiuti di discarica, letame animale, acque reflue, rifiuti alimentari e altre materie prime organiche.

A causa dei potenziali benefici del gas naturale rinnovabile come alternativa ai combustibili fossili, una manciata di stati, tra cui California, Washington e Oregon, l'hanno integrato negli obiettivi climatici. Sia le valutazioni statali che quelle nazionali rilevano che una quantità sufficiente di combustibile derivato dai rifiuti potrebbe essere prodotta per sostituire dal 4 al 7% dell'attuale consumo di gas fossile, offrendo allo stesso tempo altri vantaggi collaterali legati alla gestione dei rifiuti.

Tuttavia, i responsabili delle politiche in tutto il paese devono ancora affrontare domande sulla misura in cui il gas naturale rinnovabile può aiutare gli stati a raggiungere obiettivi ambiziosi sul cambiamento climatico.

Un nuovo documento di ricerca di WRI esamina il potenziale del gas naturale rinnovabile come strategia climatica. Il documento fornisce una guida dettagliata sulla valutazione del potenziale del gas naturale rinnovabile e degli impatti climatici, sulla valutazione del suo ruolo nella decarbonizzazione e sull'identificazione di quadri politici efficaci per lo sviluppo del progetto.

Il gas naturale rinnovabile può apportare significativi contributi alla decarbonizzazione nella misura in cui si traduce in una netta riduzione delle emissioni di metano.

Nel complesso, il documento rileva che il gas naturale rinnovabile potrebbe svolgere un ruolo unico e prezioso negli sforzi di decarbonizzazione statale. Tuttavia, i benefici variano e dovrebbero essere valutati caso per caso al fine di impiegare le risorse in modo sostenibile, efficiente e in modo da integrare altre misure di riduzione dei gas a effetto serra.

1. Quali sono le maggiori fonti di gas naturale rinnovabile?

Le fonti comuni di gas naturale rinnovabile (noto anche come biometano o biogas potenziato) includono discariche, letame animale, scarti alimentari e fanghi di acque reflue. I batteri abbattono la materia organica in questi rifiuti "umidi" e producono metano, anidride carbonica e altri gas e solidi attraverso un processo denominato digestione anaerobica. Il biogas risultante può quindi essere elaborato o "potenziato" per eliminare le impurità, in modo che sia quasi metano puro.

Attualmente, le discariche rappresentano oltre il 90% della produzione di gas naturale rinnovabile e sono spesso più economiche rispetto ad altri flussi di rifiuti. Molte discariche dispongono già di meccanismi di raccolta del metano e tendono a produrre più gas in un'area concentrata.

Risorse meno concentrate, come il letame animale e lo spreco alimentare, sono diventate fonti crescenti di gas naturale rinnovabile, ma devono affrontare maggiori barriere economiche e potrebbero richiedere ulteriore sostegno politico o incentivi.

Il gas naturale rinnovabile può anche essere derivato da rifiuti organici "secchi" sotto forma di residui agricoli e forestali – come piante di mais dopo il raccolto, erba tagliata, potatura di alberi e gusci di noci. Queste materie prime hanno un potenziale energetico significativo alla pari o superiore ai rifiuti umidi, ma al momento non sono fonti significative di gas naturale rinnovabile a causa degli ostacoli tecnologici ancora in fase di superamento.

2. Come viene utilizzato il gas naturale rinnovabile e quali sono gli impatti sul clima?

Attualmente, il gas naturale rinnovabile è più spesso utilizzato come carburante per i trasporti, in particolare come sostituto del diesel nei veicoli pesanti. Questa tendenza è stata guidata in gran parte da mandati, come il Low Carbon Fuel Standard della California e il Renewable Fuel Standard federale, che accreditano gli attributi ambientali della produzione di gas naturale rinnovabile.

Tuttavia, data la sua intercambiabilità con il gas naturale, il gas naturale rinnovabile può essere utilizzato in un'ampia gamma di applicazioni. Il suo potenziale come fonte di calore in edifici esistenti o in applicazioni industriali in particolare ha visto un crescente interesse negli ultimi anni.

I benefici delle emissioni di gas serra associati alla produzione e all'uso di gas naturale rinnovabile derivano principalmente da:

  • Evitare le emissioni di gas serra che altrimenti si verificherebbero con le tipiche pratiche di gestione dei rifiuti (ad esempio, le emissioni di metano da letame animale in lagune scoperte); e
  • Spostamento dell'uso di combustibili fossili (ad esempio, nei veicoli pesanti che altrimenti utilizzerebbero il gasolio).

Non esistono due progetti esattamente uguali perché è possibile un'ampia gamma di materie prime, tecnologie e usi. Tuttavia, una precedente ricerca WRI ha scoperto che il gas naturale rinnovabile ha maggiori probabilità di produrre benefici significativi in ​​termini di emissioni di gas serra quando sono soddisfatte due condizioni di base:

  • Il gas è ricavato da rifiuti reali (al contrario di colture coltivate appositamente per il combustibile, o biomasse deviate che hanno altri usi); e
  • La sua produzione e utilizzo si traduce in una netta riduzione delle emissioni di metano.

Per calcolare l'impatto delle emissioni di gas a effetto serra del gas naturale rinnovabile, gli esperti in genere utilizzano un approccio basato sul ciclo di vita per quantificare tutte le fonti di emissioni da un determinato progetto, inclusa l'energia utilizzata per convertire i rifiuti organici in biometano e qualsiasi perdita di metano lungo la catena di approvvigionamento. come tutte le emissioni evitate derivanti dal progetto.

In molti casi, il gas naturale rinnovabile evita più emissioni di quelle che genera, portando a un'intensità di carbonio netta negativa (in termini di emissioni di anidride carbonica evitate per quantità di carburante consumato).

È importante sottolineare che gli approcci di contabilità del ciclo di vita non sono privi di limitazioni.

Il conteggio di tutte le fonti di emissioni e dei crediti per un dato progetto richiede una raccolta rigorosa dei dati e l'approccio si basa su ipotesi che possono essere incerte o cambiare nel tempo (ad esempio, che altrimenti le emissioni di metano si verificherebbero in un'azienda agricola o in una discarica). Tuttavia, se applicato in modo efficace, l'approccio può aiutare i responsabili delle decisioni a identificare i progetti che producono i benefici climatici più significativi.

3. Quali sono le preoccupazioni comuni riguardo al gas naturale rinnovabile?

Con la crescita della produzione e dell'utilizzo di gas naturale rinnovabile, è anche vero che ci si deve preoccupare se abbia davvero vantaggi significativi per il clima e l'ambiente. Il gas naturale rinnovabile è composto principalmente da metano, che emette anidride carbonica quando viene bruciato come combustibile. Il rilascio di questo carbonio è tipicamente compensato da altri vantaggi come descritto sopra. Tuttavia, poiché il metano stesso è un gas serra 84-86 volte più potente dell'anidride carbonica (su un periodo di 20 anni), eventuali perdite di metano lungo la catena di approvvigionamento RNG prima della combustione rischiano di minare i potenziali benefici climatici.

La possibilità di utilizzare gas naturale rinnovabile nelle infrastrutture del gas esistenti potrebbe renderlo un'opzione conveniente nel breve termine.

Poiché il gas naturale rinnovabile utilizza alcune delle stesse infrastrutture (come gasdotti e stazioni di rifornimento) del gas naturale fossile, ulteriori preoccupazioni includono il rischio di espandere o "bloccare" infrastrutture che consentono un maggiore utilizzo di combustibili fossili. Inoltre, si teme che usi alternativi per alcuni rifiuti organici possano essere più vantaggiosi.

Per ridurre al minimo il rischio che i progetti producano più danni che benefici, il gas naturale rinnovabile dovrebbe essere valutato caso per caso. Le domande importanti da porre includono:

  • La produzione di gas naturale rinnovabile cattura le emissioni di metano che altrimenti sarebbero state emesse in atmosfera?
  • La produzione di RNG risolve i problemi di gestione dei rifiuti o produce benefici collaterali insieme ai benefici delle emissioni?
  • Quali sono gli usi o le pratiche di gestione concorrenti per i flussi di rifiuti utilizzati e il gas naturale rinnovabile integra soluzioni come il compostaggio, l'alimentazione animale o il fertilizzante del suolo?
  • Il progetto evita di costruire nuove infrastrutture basate sui combustibili fossili?

Se la risposta a queste domande è "sì", i progetti RNG possono contribuire molto bene agli obiettivi climatici e ambientali globali e locali. Tuttavia, le risposte potrebbero non essere sempre chiare.

Per rispondere a queste domande, il documento di WRI guida i lettori attraverso approcci comuni, metriche di valutazione e considerazioni per materia prima che possono utilizzare per condurre una valutazione locale.

4. Quanto gas naturale rinnovabile possono effettivamente produrre gli Stati Uniti?

Mentre gli Stati Uniti generano ogni anno milioni di tonnellate di scarti alimentari, liquami, oli e grassi, letame di bestiame e altri rifiuti, questi flussi di rifiuti sono limitati, così come la quantità di gas naturale rinnovabile che può essere prodotto da essi.

E gli Stati Uniti stanno già utilizzando molti di questi flussi di rifiuti. Ad esempio, le strutture per le acque reflue spesso bruciano biogas in un generatore per fornire calore ed energia all'impianto e i rifiuti alimentari possono essere deviati al compostaggio o all'alimentazione animale.

Tuttavia, esiste ancora un potenziale significativo inutilizzato e alcuni di questi rifiuti possono essere convertiti in gas naturale rinnovabile in modo da mantenere o migliorare le applicazioni esistenti. Ad esempio, i sottoprodotti solidi avanzati della digestione anaerobica possono essere usati come lettiera per animali o come ammendante per il suolo ricco di sostanze nutritive.

Le stime suggeriscono che 780-1.400 miliardi di piedi cubi (BCF) di biometano (equivalente al 4-7% dell'attuale consumo di gas naturale negli Stati Uniti) potrebbero essere prodotti da fonti che richiedono digestione anaerobica, come discariche e letame.

Includendo anche i residui colturali e forestali, i ricercatori stimano che si potrebbero produrre fino a 2.200 BCF (11% del consumo di gas naturale). Tuttavia, la conversione di questi rifiuti si basa su una tecnologia nascente nota come gassificazione termica e potrebbe essere più vantaggioso utilizzarli per produrre idrogeno.

5. Quale ruolo può svolgere il gas naturale rinnovabile nella decarbonizzazione dell'economia?

Alcune critiche al gas naturale rinnovabile come strategia climatica derivano dalla preoccupazione che possa "distrarre" da altre strategie di decarbonizzazione vitali come l'elettrificazione e l'aggiunta di generazione rinnovabile alla rete elettrica. In effetti, il gas naturale rinnovabile derivato dai rifiuti organici ha un potenziale relativamente modesto di ridurre le emissioni rispetto a queste strategie, e da solo non può sostituire abbastanza combustibili fossili per decarbonizzare completamente qualsiasi settore dell'economia.

Tuttavia, il gas naturale rinnovabile può apportare contributi significativi alla decarbonizzazione nella misura in cui si traduce in una riduzione netta delle emissioni di metano e sostituisce l'uso di combustibili fossili in settori altrimenti difficili da abbattere. Piuttosto che considerare il gas naturale rinnovabile come un sostituto di altre strategie di decarbonizzazione, è importante considerare i vantaggi comparativi del combustibile alternativo e il potenziale per integrare altre soluzioni.

Ad esempio, la capacità di utilizzare il gas naturale rinnovabile nell'infrastruttura del gas esistente potrebbe renderlo un'opzione conveniente nel breve termine, anche se gli sforzi per l'elettrificazione accelerano. Le industrie che richiedono combustibili ad alta densità basati sulla combustione, come i trasporti pesanti e il riscaldamento industriale, possono essere candidati particolarmente buoni per il gas naturale rinnovabile. Queste considerazioni possono aiutare i decisori a identificare le opportunità per il gas naturale rinnovabile di contribuire alla decarbonizzazione a lungo termine.

6. Quali sono i maggiori ostacoli all'impiego di gas naturale rinnovabile?

Il gas naturale rinnovabile deve affrontare molte barriere alla produzione, inclusi i costi iniziali del progetto; disponibilità di materie prime; e rischi regolamentari, operativi e di mercato. L'installazione di apparecchiature e il collegamento delle condutture possono costare ai progetti milioni di dollari in anticipo.

La disponibilità di materie prime è influenzata dalla variabilità stagionale della produzione di rifiuti. Ad esempio, i residui colturali sono disponibili solo alla fine della stagione di crescita. Inoltre, usi concorrenti possono influenzare la disponibilità di materie prime, come la domanda di residui colturali per la ritenzione del suolo e il miglioramento dei nutrienti del suolo.

Il gas naturale rinnovabile sostituisce l'uso di combustibili fossili in settori altrimenti difficili da abbattere.

I rischi associati allo sviluppo del progetto aumentano anche l'effetto dei costi iniziali del progetto, poiché questi rischi smorzano le aspettative di entrate future. Il rischio normativo derivante da un panorama politico incerto scoraggia i nuovi progetti, poiché una modifica normativa potrebbe alterare i livelli di finanziamento o le specifiche per i progetti idonei.

Il mutamento della volontà politica può comportare il defunding dei programmi o l'abrogazione della legislazione. Molte politiche si basano su estensioni di finanziamento regolari attraverso le bollette degli stanziamenti federali. Infine, alcune politiche contengono disposizioni di sospensione condizionale che stabiliscono condizioni – come l'importo del finanziamento fornito o il numero di progetti finanziati – che, una volta soddisfatte, determinano l'interruzione delle politiche.

I rischi operativi includono l'incoerenza delle materie prime: la composizione specifica dei rifiuti nelle materie prime (dalle discariche, ad esempio) varia nel tempo o tra diverse fonti, il che può influire sulle apparecchiature negli impianti RNG.

Infine, il rischio di mercato dovuto alle fluttuazioni dei prezzi del credito e delle materie prime porta a entrate incerte dalle vendite di gas naturale rinnovabile. Dal 2016 al 2019, i prezzi del credito per lo standard a basse emissioni di carbonio della California sono raddoppiati, mentre i prezzi del credito nell'ambito dello standard federale sui combustibili rinnovabili sono diminuiti di due terzi e i prezzi del gas naturale sono diminuiti di un terzo.

7. Come possono gli Stati USA attuare politiche e misure per distribuire gas naturale rinnovabile?

Un dato stato o regione può benissimo avere opportunità pratiche per la distribuzione di gas naturale rinnovabile che producono significativi benefici per il clima. Tuttavia, l'impatto di varie opzioni politiche e il modo in cui si collegano alle attuali barriere di mercato lungo la catena di approvvigionamento della termovalorizzazione spesso non sono ben compresi.

Ad esempio, le normative sulla gestione dei rifiuti come i divieti sui rifiuti alimentari nel Massachusetts e nel Connecticut possono migliorare la disponibilità di materie prime per i progetti di digestione, mentre gli standard sui combustibili puliti come quelli dell'Oregon e della California possono creare maggior valore per gli attributi ambientali della produzione di gas naturale rinnovabile.

La giusta combinazione di incentivi e altri meccanismi di sostegno dipenderà dal contesto politico ed economico locale, dalla disponibilità di materie prime e dalle priorità politiche.

Sebbene non esista un approccio unico per tutti, l'efficace diffusione del gas naturale rinnovabile è in genere il prodotto di una serie di meccanismi di sostegno politico sovrapposti che affrontano le barriere del mercato e promuovono contemporaneamente le priorità climatiche e ambientali. La visualizzazione di questi fattori insieme può quindi guidare lo sviluppo delle risorse che sia efficiente, appropriato per le priorità economiche e politiche locali e benefico per l'ambiente.

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