Ci sono vari problemi sociali, economici, ambientali e tecnici con la produzione e l’uso di biocarburanti, che sono stati discussi nei media popolari e nelle riviste scientifiche. Questi includono: l’effetto della moderazione del prezzo del petrolio, il dibattito “cibo vs carburante”, potenziale di riduzione della povertà, emissioni di carbonio, produzione sostenibile di biocarburanti, deforestazione ed erosione del suolo, perdita di biodiversità, effetto sulle risorse idriche, le possibili modifiche necessarie per la gestione il motore sul biocarburante, così come il bilancio energetico e l’efficienza.Il gruppo di risorse internazionali, che fornisce valutazioni scientifiche indipendenti e pareri di esperti su una varietà di temi relativi alle risorse, ha valutato le questioni relative all’uso di biocarburanti nella sua prima relazione Verso una produzione e un uso sostenibili delle risorse: Valutare i biocarburanti.In esso, ha delineato i fattori più ampi e correlati che devono essere considerati al momento di decidere i meriti relativi di perseguire un biocarburante rispetto ad un altro. Ha concluso che non tutti i biocarburanti funzionano allo stesso modo in termini di effetti sul clima, sulla sicurezza energetica e sugli ecosistemi e ha suggerito che gli effetti ambientali e sociali devono essere valutati lungo l’intero ciclo di vita.

Effetti sociali ed economici

Moderazione del prezzo del petrolio
Il World Energy Outlook 2006 dell’International Energy Agency conclude che l’aumento della domanda di petrolio, se non controllato, accentuerebbe la vulnerabilità dei paesi consumatori a una grave interruzione delle forniture e al conseguente shock dei prezzi. Il rapporto ha suggerito che i biocarburanti potrebbero un giorno offrire un’alternativa praticabile, ma anche che “le implicazioni dell’uso dei biocarburanti per la sicurezza globale, nonché per la salute economica, ambientale e pubblica devono essere ulteriormente valutate”.

Secondo Francisco Blanch, uno stratega delle materie prime per Merrill Lynch, il petrolio greggio sarebbe scambiato il 15 per cento in più e la benzina sarebbe più costosa del 25 per cento, se non fosse per i biocarburanti. Gordon Quaiattini, presidente della Canadian Renewable Fuels Association, ha affermato che un approvvigionamento sano di fonti energetiche alternative aiuterà a combattere i picchi della benzina.

Dibattito “cibo contro carburante”
Food vs fuel è il dibattito sul rischio di deviare terreni agricoli o coltivazioni per la produzione di biocarburanti a scapito dell’approvvigionamento alimentare su scala globale. In sostanza, il dibattito si riferisce alla possibilità che gli agricoltori aumentino la produzione di queste colture, spesso attraverso incentivi ai sussidi governativi, che il loro tempo e la loro terra siano spostati da altri tipi di colture non biocarburanti facendo salire il prezzo delle colture non biocarburanti a diminuzione della produzione. Pertanto, non è solo l’aumento della domanda di alimenti di prima necessità, come il mais e la manioca, che sostengono la maggior parte dei poveri del mondo, ma questo ha anche il potenziale di aumentare il prezzo delle restanti colture che altrimenti questi individui avrebbero bisogno di utilizzare per integrare le loro diete. Un recente studio per il Centro internazionale per il commercio e lo sviluppo sostenibile mostra che l’espansione guidata dal mercato dell’etanolo negli Stati Uniti ha aumentato i prezzi del mais del 21% nel 2009, rispetto a quelli che sarebbero stati i prezzi della produzione di etanolo congelati ai livelli del 2004. Uno studio del novembre 2011 afferma che i biocarburanti, la loro produzione e i loro sussidi sono le principali cause di shock dei prezzi agricoli. La contro-argomentazione include considerazioni sul tipo di mais che viene utilizzato nei biocarburanti, spesso mais di campo non adatto al consumo umano; la porzione di mais che viene utilizzata in etanolo, la porzione di amido; e l’effetto negativo di prezzi più elevati per mais e cereali hanno sul benessere del governo per questi prodotti. Il dibattito “cibo contro carburante” o “cibo o carburante” è a livello internazionale controverso, con disaccordo su quanto sia significativo, che cosa lo stia causando, qual è l’effetto e su cosa può o dovrebbe essere fatto al riguardo.

Riduzione della povertà
I ricercatori dell’Osse Development Institute hanno sostenuto che i biocarburanti potrebbero aiutare a ridurre la povertà nei paesi in via di sviluppo, attraverso un aumento dell’occupazione, più ampi moltiplicatori della crescita economica e stabilizzando i prezzi del petrolio (molti paesi in via di sviluppo sono importatori netti di petrolio). Tuttavia, questo potenziale è descritto come “fragile” e viene ridotto laddove la produzione di materie prime tende a essere su larga scala o causa pressioni su risorse agricole limitate: investimenti di capitale, terra, acqua e il costo netto del cibo per i poveri.

Per quanto riguarda il potenziale di riduzione della povertà o di esacerbazione, i biocarburanti si basano su molte delle stesse carenze politiche, normative o di investimento che ostacolano l’agricoltura come via per la riduzione della povertà. Poiché molte di queste carenze richiedono miglioramenti delle politiche a livello nazionale piuttosto che globale, esse sostengono un’analisi paese per paese dei potenziali effetti di povertà dei biocarburanti. Ciò prenderebbe in considerazione, tra l’altro, i sistemi di amministrazione territoriale, il coordinamento del mercato e l’assegnazione di priorità agli investimenti nel biodiesel, in quanto ciò “genera più lavoro, ha costi di trasporto inferiori e utilizza una tecnologia più semplice”. Sono inoltre necessarie riduzioni delle tariffe sulle importazioni di biocarburanti a prescindere dal paese di origine, soprattutto a causa della maggiore efficienza della produzione di biocarburanti in paesi come il Brasile.

Produzione sostenibile di biocarburanti
Politiche responsabili e strumenti economici contribuirebbero a garantire che la commercializzazione dei biocarburanti, compreso lo sviluppo di nuove tecnologie cellulosiche, sia sostenibile. La commercializzazione responsabile dei biocarburanti rappresenta un’opportunità per migliorare le prospettive economiche sostenibili in Africa, America Latina e Asia impoverita.

Effetti ambientali

Erosione del suolo e deforestazione
La deforestazione su larga scala di alberi maturi (che aiutano a rimuovere la CO2 attraverso la fotosintesi – molto meglio della canna da zucchero o della maggior parte delle altre colture di biocarburanti) contribuisce all’erosione del suolo, al riscaldamento globale non sostenibile dei gas atmosferici, alla perdita di habitat e ad una riduzione di preziosa biodiversità (sia a terra che negli oceani). La domanda di biocarburanti ha portato alla bonifica dei terreni per le piantagioni di olio di palma. Solo in Indonesia, oltre 9600 ettari (38.000 km2) di foresta sono stati convertiti in piantagioni dal 1996.

Una parte della biomassa deve essere conservata in loco per supportare la risorsa del suolo.Normalmente questo sarà sotto forma di biomassa grezza, ma la biomassa trasformata è anche un’opzione. Se la biomassa esportata viene utilizzata per produrre gas di sintesi, il processo può essere utilizzato per co-produrre biochar, un carbone a bassa temperatura utilizzato come emendamento del terreno per aumentare la materia organica del suolo in misura non pratica con meno recalcitrante forme di carbonio organico. Perché la co-produzione di biochar sia ampiamente adottata, la modifica del suolo e il valore del sequestro di carbonio del carbone coprodotto devono superare il suo valore netto come fonte di energia.

Alcuni commentatori sostengono che la rimozione di ulteriore biomassa cellulosica per la produzione di biocarburanti esaurirà ulteriormente i terreni.

Effetto sulle risorse idriche
L’aumento dell’uso dei biocarburanti esercita una crescente pressione sulle risorse idriche in almeno due modi: l’uso dell’acqua per l’irrigazione delle colture utilizzate come materie prime per la produzione di biodiesel; e l’uso dell’acqua nella produzione di biocarburanti nelle raffinerie, principalmente per l’ebollizione e il raffreddamento.

In molte parti del mondo è necessaria un’irrigazione supplementare o completa per coltivare materie prime. Ad esempio, se nella produzione di mais (mais) metà delle esigenze idriche delle colture sono soddisfatte attraverso l’irrigazione e l’altra metà attraverso la pioggia, sono necessari circa 860 litri di acqua per produrre un litro di etanolo. Tuttavia, negli Stati Uniti solo il 5-15% dell’acqua necessaria per il mais proviene dall’irrigazione, mentre l’altro 85-95% proviene da precipitazioni naturali.

Negli Stati Uniti, il numero di fabbriche di etanolo è quasi triplicato da 50 nel 2000 a circa 140 nel 2008. Altri 60 circa sono in costruzione, e molti altri sono in programma. I progetti vengono sfidati dai residenti nei tribunali del Missouri (dove l’acqua viene prelevata dalla falda acquifera di Ozark), Iowa, Nebraska, Kansas (che attingono acqua dalla falda di Ogallala non rinnovabile), nell’Illinois centrale (dove l’acqua viene prelevata dal Mahomet Aquifer) e Minnesota.

Ad esempio, le quattro colture di etanolo: mais, canna da zucchero, sorgo dolce e pino producono energia netta. Tuttavia, l’aumento della produzione al fine di rispettare i mandati degli Stati Uniti per l’Indipendenza energetica e la sicurezza energetica per i carburanti rinnovabili entro il 2022 richiederebbe un pesante tributo negli stati della Florida e della Georgia. Il sorgo dolce, che rappresentava il migliore dei quattro, avrebbe aumentato la quantità di prelievi di acqua dolce dai due stati di quasi il 25%.

Inquinamento
La formaldeide, l’acetaldeide e altre aldeidi sono prodotte quando gli alcoli sono ossidati. Quando solo una miscela al 10% di etanolo viene aggiunta alla benzina (come è comune nel gasolo americano E10 e altrove), le emissioni di aldeide aumentano del 40%. Alcuni risultati dello studio sono tuttavia contrastanti su questo fatto, e la riduzione del tenore di zolfo delle miscele di biocarburanti riduce i livelli di acetaldeide. La combustione di biodiesel emette anche aldeidi e altri composti aromatici potenzialmente pericolosi che non sono regolamentati dalle leggi sulle emissioni.

Molte aldeidi sono tossiche per le cellule viventi. La formaldeide incrocia irreversibilmente gli aminoacidi proteici, che produce la carne dura dei corpi imbalsamati. Ad alte concentrazioni in uno spazio chiuso, la formaldeide può essere un irritante respiratorio significativo che causa emorragie nasali, distress respiratorio, malattie polmonari e cefalee persistenti. L’acetaldeide, che è prodotta nell’organismo dai bevitori di alcool e si trova nella bocca dei fumatori e in quelli con scarsa igiene orale, è cancerogena e mutagena.

L’Unione europea ha vietato prodotti contenenti formaldeide, a causa delle sue caratteristiche cancerogene documentate. L’Agenzia per la protezione ambientale degli Stati Uniti ha etichettato la formaldeide come una probabile causa di cancro negli esseri umani.

Il Brasile brucia quantità significative di biocarburanti a base di etanolo. Sono stati condotti studi di gascromatografo di aria ambiente a San Paolo, in Brasile, e rispetto a Osaka, in Giappone, che non brucia combustibile a base di etanolo. La formaldeide atmosferica era più alta del 160% in Brasile e l’acetaldeide era superiore del 260%.

Problemi tecnici

Efficienza energetica ed equilibrio energetico
Nonostante la sua occasionale proclamazione di combustibile “verde”, i biocarburanti di prima generazione, principalmente l’etanolo, non sono privi delle loro emissioni di gas serra. Mentre l’etanolo produce meno emissioni di gas serra complessive rispetto alla benzina, la sua produzione è ancora un processo ad alta intensità energetica con effetti secondari. La benzina produce generalmente 8,91 kg di CO2 per gallone, rispetto a 8,02 kg di CO2 per gallone per E10 etanolo e 1,34 kg CO2 per gallone per etanolo E85. Basato su uno studio di Dias de Oliveira et al. (2005), l’etanolo a base di mais richiede 65,02 gigajoule (GJ) di energia per ettaro (ha) e produce circa 1236,72 kg per ha di anidride carbonica (CO2), mentre l’etanolo a base di canna da zucchero richiede 42,43 GJ / ha e produce 2268,26 kg / ha di CO2 sotto l’ipotesi di produzione di energia neutra rispetto al carbonio. Queste emissioni derivano dalla produzione agricola, dalla coltivazione e dalla lavorazione dell’etanolo. Una volta miscelato l’etanolo con la benzina, si ottiene un risparmio di carbonio di circa 0,89 kg di CO2 per gallone consumato (USDOE, 2011a).

Viabilità economica
Dal punto di vista della produzione, il miscanto può produrre 742 galloni di etanolo per acro di terra, che è quasi il doppio rispetto al mais (399 gal / acro, assumendo una resa media di 145 bushel per acro con normale rotazione mais-soia) e quasi tre volte tanto quanto il mais stover (165 gal / acro) e il panico verga (214 gal / acro). I costi di produzione sono un grosso impedimento all’implementazione su larga scala dei biocarburanti di seconda generazione e la loro domanda di mercato dipenderà principalmente dalla loro competitività di prezzo rispetto all’etanolo e alla benzina di mais. In questo momento, i costi di conversione dei combustibili cellulosici, a $ 1,46 per gallone, erano circa il doppio di quelli dell’etanolo a base di mais, a $ 0,78 per gallone. I biocarburanti cellulosici provenienti dal mais e dal miscanthus erano il 24% e il 29% più costosi rispetto all’etanolo di mais, rispettivamente, e il panico vergognoso è più del doppio rispetto all’etanolo di mais.

Descrizione (CASE) (‘000 US $)	Developed Nation (2G) CASE A	Developing Nation (2G) CASE B	Developed Nation (1G) CASE C	Developing Nation (1G) CASE D
Profitto operativo	209.313	-1.176.017	166.952	-91.300
Valore attuale netto	100.690	-1.011.217	40.982	39.224
Ritorno sull’investimento	1.41	0,32	1.17	0.73

Emissioni di carbonio
I biocarburanti e le altre forme di energia rinnovabile mirano a essere neutrali al carbonio o addirittura al carbonio. Carbon neutral significa che il carbonio rilasciato durante l’uso del combustibile, ad esempio attraverso la combustione per il trasporto di energia o la generazione di elettricità, viene riassorbito ed equilibrato dal carbonio assorbito dalla nuova crescita delle piante.Queste piante vengono poi raccolte per fare il prossimo lotto di carburante. I carburanti neutrali al carbonio non comportano aumenti netti dei contributi umani ai livelli di biossido di carbonio nell’atmosfera, riducendo i contributi umani al riscaldamento globale. Un obiettivo di carbonio negativo si ottiene quando una parte della biomassa viene utilizzata per il sequestro del carbonio.Calcolare esattamente la quantità di gas serra (GHG) prodotta nella combustione di biocarburanti è un processo complesso e inesatto, che dipende molto dal metodo con cui viene prodotto il carburante e da altre ipotesi fatte nel calcolo.

Le emissioni di carbonio (impronta di carbonio) prodotte dai biocarburanti sono calcolate utilizzando una tecnica denominata Life Cycle Analysis (LCA). Questo utilizza un approccio “dalla culla alla tomba” o “bene alle ruote” per calcolare la quantità totale di anidride carbonica e altri gas serra emessi durante la produzione di biocarburanti, dal mettere seme nel terreno all’utilizzo del carburante in auto e camion. Sono state fatte molte LCA diverse per diversi biocarburanti, con risultati ampiamente diversi. Diverse analisi well-to-wheel per i biocarburanti hanno dimostrato che i biocarburanti di prima generazione possono ridurre le emissioni di carbonio, con risparmi in base alla materia prima utilizzata e i biocarburanti di seconda generazione possono produrre risparmi ancora maggiori rispetto all’uso di combustibili fossili. Tuttavia, tali studi non hanno tenuto conto delle emissioni derivanti dalla fissazione dell’azoto o di ulteriori emissioni di carbonio dovute a cambiamenti indiretti della destinazione dei terreni. Inoltre, molti studi LCA non riescono ad analizzare l’effetto dei sostituti che potrebbero entrare nel mercato per sostituire gli attuali prodotti a base di biomassa. Nel caso di Crude Tall Oil, una materia prima utilizzata nella produzione di prodotti chimici di pino e ora deviata per l’uso nei biocarburanti, uno studio LCA ha rilevato che l’impronta globale di carbonio delle sostanze chimiche del pino prodotte da CTO è inferiore del 50% rispetto ai prodotti sostitutivi utilizzati nella stessa situazione compensando i guadagni derivanti dall’utilizzo di un biocarburante per sostituire i combustibili fossili. Inoltre, lo studio ha dimostrato che i combustibili fossili non vengono ridotti quando la CTO viene dirottata sull’uso di biocarburanti e i prodotti sostitutivi consumano in modo sproporzionato più energia. Questa diversione influenzerà negativamente un settore che contribuisce in modo significativo all’economia mondiale, producendo globalmente oltre 3 miliardi di chili di prodotti chimici di pino in raffinerie complesse e ad alta tecnologia e fornendo lavoro direttamente e indirettamente a decine di migliaia di lavoratori.

Un articolo pubblicato nel febbraio 2008 su Sciencexpress da un gruppo guidato da Searchinger dell’Università di Princeton ha concluso che una volta considerato l’uso indiretto della terra cambia gli effetti nella valutazione del ciclo di vita dei biocarburanti usati per sostituire la benzina, invece di risparmiare sia l’etanolo che il cellulosico aumentano le emissioni di carbonio come rispetto alla benzina del 93 e del 50% rispettivamente. Un secondo articolo pubblicato sullo stesso numero di Sciencexpress, da un team guidato da Fargione di The Nature Conservancy, ha scoperto che un debito di carbonio viene creato quando le terre naturali vengono ripulite e convertite in produzione di biocarburanti e coltivate la produzione quando la terra agricola viene deviata a produzione di biocarburanti, quindi questo debito di carbonio si applica sia ai cambiamenti diretti che indiretti della destinazione dei terreni.

Gli studi di Searchinger e Fargione hanno acquisito una notevole attenzione sia nei media popolari che nelle riviste scientifiche. La metodologia, tuttavia, ha attirato alcune critiche, con Wang e Haq dell’Argonne National Laboratory hanno pubblicato una lettera pubblica e inviato le loro critiche sul documento di Searchinger a Letters to Science. Un’altra critica di Kline e Dale dell’Oak Ridge National Laboratory è stata pubblicata su Letters to Science. Hanno sostenuto che Searchinger et al.e Fargione et al. “… non forniscono un sostegno adeguato alla loro affermazione che i biocarburanti causano alte emissioni a causa del cambiamento dell’uso del suolo. L’industria statunitense dei biocarburanti ha anche reagito, sostenendo in una lettera pubblica, che lo” studio Searchinger è chiaramente uno scenario peggiore ” “analisi …” e che questo studio “si basa su una lunga serie di ipotesi altamente soggettive …”.

Progettazione del motore
Le modifiche necessarie per far funzionare i motori a combustione interna sul biocarburante dipendono dal tipo di biocarburante utilizzato, nonché dal tipo di motore utilizzato. Ad esempio, i motori a benzina possono funzionare senza alcuna modifica sul biobutanolo. Sono tuttavia necessarie piccole modifiche per funzionare su bioetanolo o biometanolo. I motori diesel possono funzionare con questi ultimi carburanti, così come con oli vegetali (che sono più economici). Tuttavia, quest’ultimo è possibile solo quando il motore è stato previsto con iniezione indiretta. Se non è presente alcuna iniezione indiretta, il motore deve quindi essere dotato di questo.

campagne
Un certo numero di ONG ambientaliste si batte contro la produzione di biocarburanti come alternativa su larga scala ai combustibili fossili. Ad esempio, Friends of the Earth afferma che “l’attuale corsa allo sviluppo di agrocarburanti (o biocarburanti) su larga scala è mal concepita e contribuirà a un commercio già insostenibile pur non risolvendo i problemi del cambiamento climatico o della sicurezza energetica”. Alcuni gruppi ambientalisti tradizionali sostengono i biocarburanti come un passo significativo verso il rallentamento o l’arresto del cambiamento climatico globale.Tuttavia, i gruppi ambientalisti di sostegno generalmente ritengono che la produzione di biocarburanti possa minacciare l’ambiente se non viene fatto in modo sostenibile. Questa scoperta è stata sostenuta da rapporti dell’ONU, dell’IPCC e di alcuni gruppi ambientali e sociali minori come l’EEB e il Bank Sarasin, che in genere rimangono negativi per i biocarburanti.

Di conseguenza, le organizzazioni governative e ambientali si stanno rivoltando contro i biocarburanti fatti in modo non sostenibile (con la presente preferendo alcune fonti di petrolio come la jatropha e la lignocellulosa rispetto all’olio di palma) e stanno chiedendo un sostegno globale per questo. Inoltre, oltre a supportare questi biocarburanti più sostenibili, le organizzazioni ambientali stanno reindirizzando verso nuove tecnologie che non utilizzano motori a combustione interna come l’idrogeno e l’aria compressa.

Sono state avviate diverse iniziative di standardizzazione e certificazione sul tema dei biocarburanti.La “Tavola rotonda sui biocarburanti sostenibili” è un’iniziativa internazionale che riunisce agricoltori, aziende, governi, organizzazioni non governative e scienziati interessati alla sostenibilità della produzione e distribuzione di biocarburanti. Nel corso del 2008, la Tavola rotonda sta sviluppando una serie di principi e criteri per la produzione sostenibile di biocarburanti attraverso riunioni, teleconferenze e discussioni online. Allo stesso modo, lo standard Bonsucro è stato sviluppato come un certificato basato su metrica per prodotti e catene di fornitura, come risultato di un’iniziativa multi-stakeholder in corso incentrata sui prodotti della canna da zucchero, compreso il combustibile a base di etanolo.

La maggiore produzione di biocarburanti richiederà l’aumento delle aree terrestri da utilizzare per l’agricoltura. I processi di biocarburanti di seconda e terza generazione possono alleggerire la pressione sulla terra, perché possono utilizzare la biomassa di scarto e le fonti esistenti (non sfruttate) di biomassa come i residui colturali e potenzialmente anche le alghe marine.

In alcune regioni del mondo, una combinazione di crescente domanda di cibo e di aumento della domanda di biocarburanti sta causando la deforestazione e le minacce alla biodiversità. L’esempio migliore riportato di questo è l’espansione delle piantagioni di palma da olio in Malesia e Indonesia, dove la foresta pluviale viene distrutta per stabilire nuove piantagioni di palme da olio. È un fatto importante che il 90% dell’olio di palma prodotto in Malaysia è utilizzato dall’industria alimentare;pertanto i biocarburanti non possono essere ritenuti i soli responsabili di questa deforestazione. Vi è un’esigenza pressante per la produzione sostenibile di olio di palma per le industrie alimentari e dei combustibili; l’olio di palma è usato in un’ampia varietà di prodotti alimentari. La tavola rotonda sui biocarburanti sostenibili sta lavorando per definire criteri, standard e processi per promuovere i biocarburanti prodotti in modo sostenibile. L’olio di palma viene anche utilizzato nella produzione di detersivi e nella generazione di elettricità e calore sia in Asia che nel resto del mondo (il Regno Unito brucia l’olio di palma nelle centrali elettriche a carbone per generare elettricità).

È probabile che un’area significativa sia dedicata alla canna da zucchero negli anni a venire poiché la domanda di etanolo aumenta in tutto il mondo. L’espansione delle piantagioni di canna da zucchero eserciterà pressioni su ecosistemi autoctoni sensibili all’ambiente inclusa la foresta pluviale in Sud America. Negli ecosistemi forestali, questi stessi effetti minano i benefici climatici dei combustibili alternativi, oltre a rappresentare una grave minaccia per la biodiversità globale.

Sebbene i biocarburanti siano generalmente considerati in grado di migliorare la produzione netta di carbonio, il biodiesel e altri combustibili producono inquinamento atmosferico locale, inclusi gli ossidi di azoto, la causa principale dello smog.