Biofuel production and agricultural waste valorization in CAP 2023-2027: policy and practice assessment in Southern Europe

Following the issuing of the Renewable Energy Directive (RED) III and the Common Agricultural Policy (CAP) 2023-2027, European Member States have set targets for renewable energy shares in various sectors. In particular, the renewable energy targets for the transport sector set by RED III often rely heavily on biofuels from agricultural biomass, which are in turn impacted by the CAP 2023-2027. This study evaluates biofuel production feasibility under Italian and French conventional (1G) and advanced (2G) biofuel targets for the transport sector. Specific best-case scenarios were developed based on the national targets with a focus on biodiesel, hydrogenated vegetable oil (HVO), biomethane and biomethanol. Thereby, the targets per biofuel type were determined. Based on the best available technology, rapeseed, sunflower, Camelina sativa and rice bran oils, as well as sugar beet leaves and corn stover, were selected as potential feedstock for biofuel production. The main idea of the present study was then to quantify the required agricultural output to satisfy these best-case scenarios and evaluate the ultimate feasibility of the national biofuel targets. Using MAPSPAM-2020 and MIRCA-OS datasets, the potential agricultural production was modelled for 2030. WATNEEDS has been used to model crop water requirements on the harvested areas. Additionally, the ARMOSA model has been used to simulate Camelina yields as those were not available in MAPSPAM. For higher Camelina yields, crop growth simulation was done in rotation with barley. It was concluded that the 1G biofuel targets are practically unattainable based on the local agricultural output and the present legislative framework. Rapeseed and sunflower yields are insufficient to meet the 1G biofuel feedstock demand and are highly water-intensive. On the other hand, the Italian and French advanced biofuel demands can be satisfied, despite the very low rice bran oil production rates. These demands may be satisfied by usage of corn stover and sugar beet leaves. Moreover, Camelina could meet 68% of the Italian and 84% to 100% of the French 2G HVO targets. The probable constraint for Camelina cultivation is the lack of available croplands. The production of biomethanol was concluded to be unattainable through the local production of biomass. Data validation confirmed model consistency with national reports on agricultural production. Overall, while CAP and RED III advanced biofuel targets are achievable, efficient land and water use is critical.

A seguito dell'emanazione della Direttiva sulle Energie Rinnovabili (RED) III e della Politica Agricola Comune (PAC) 2023-2027, gli Stati Membri europei hanno stabilito obiettivi per le quote di energia rinnovabile in vari settori. In particolare, gli obiettivi di energia rinnovabile per il settore dei trasporti definiti da RED III dipendono spesso fortemente dai biocarburanti derivati dalla biomassa agricola, che a loro volta sono influenzati dalla PAC 2023-2027. Questo studio valuta la fattibilità della produzione di biocarburanti in base agli obiettivi italiani e francesi per i biocarburanti convenzionali (1G) e avanzati (2G) destinati al settore dei trasporti. Sono stati sviluppati specifici scenari ottimistici in linea con i target nazionali, con un focus su biodiesel, olio vegetale idrogenato (HVO), biometano e biometanolo. Di conseguenza, sono stati determinati gli obiettivi per tipo di biocarburante. Basandosi sulla migliore tecnologia disponibile, sono stati selezionati oli di colza, girasole, Camelina sativa e crusca di riso, nonché foglie di barbabietola da zucchero e residui di mais come potenziali materie prime per la produzione di biocarburanti. L’obiettivo principale del presente studio è stato quindi quantificare la produzione agricola richiesta per soddisfare questi scenari ottimistici e valutare la fattibilità degli obiettivi nazionali per i biocarburanti. Utilizzando i dataset MAPSPAM-2020 e MIRCA-OS, è stata modellata la potenziale produzione agricola per il 2030. WATNEEDS è stato utilizzato per modellare i requisiti idrici delle colture sulle aree raccolte. Inoltre, il modello ARMOSA è stato impiegato per simulare le rese di camelina, non disponibili in MAPSPAM. Per incrementare le rese della camelina, è stata effettuata una simulazione di crescita in rotazione con l’orzo. Si è concluso che gli obiettivi per i biocarburanti di prima generazione (1G) sono praticamente irraggiungibili basandosi sull'output agricolo locale e sul quadro legislativo attuale. Le rese di colza e girasole risultano insufficienti per soddisfare la domanda di materie prime per i biocarburanti 1G e sono altamente idro-intensive. D'altra parte, la domanda di biocarburanti avanzati in Italia e Francia può essere soddisfatta, nonostante i tassi di produzione molto bassi dell’olio di crusca di riso. Queste richieste possono essere soddisfatte utilizzando residui di mais e foglie di barbabietola da zucchero. Inoltre, la camelina potrebbe coprire il 68% degli obiettivi italiani e tra l'84% e il 100% degli obiettivi francesi per i biocarburanti HVO di seconda generazione (2G). Il principale vincolo per la coltivazione della camelina sembra essere la scarsità di terreni agricoli disponibili. La produzione di biometanolo è risultata irrealizzabile attraverso la produzione locale di biomassa. La validazione dei dati ha confermato la coerenza del modello con i rapporti nazionali sulla produzione agricola. Complessivamente, mentre gli obiettivi della PAC e di RED III per i biocarburanti avanzati sono raggiungibili, è fondamentale un uso efficiente delle risorse di terra e acqua.