- 6 -
Questi oli vegetali, una volta raffinati, subiscono un trattamento di transesterificazione, che consiste
nella sostituzione dei componenti alcolici d’origine (glicerolo) con alcool metilico (metanolo)
attraverso la rottura delle molecole del trigliceride in 3 più piccole, come descritto in figura 1.1.
TRIGLICERIDE METANO
DI ACIDI GRASSI
GLICEROLO ESTERI METILICI
Figura 1.1 Processo di transesterificazione
Per il processo è possibile definire il seguente bilancio di massa:
1000 kg di oli raffinati + 100 kg di metanolo → 100 kg di glicerolo + 1000 kg di biodiesel
Il biodiesel può essere miscelato nei veicoli diesel tradizionali con il gasolio; la tolleranza del
veicolo al biodiesel è molto variabile, in funzione del tipo di motore, quindi delle sue caratteristiche
specifiche e della sua anzianità.
La maggior parte delle garanzie sui LDV (light duty vehicles, veicoli commerciali leggeri) indicano
come massima concentrazione percentuale miscelabile con il diesel il 5% di biodiesel, anche se un
numero considerevole di test effettuati (IEA, 2004) su diversi tipi di veicoli indicano possibile
miscelare fino al 20% senza rischi di deterioramento del motore. L’orientamento generale in Europa
(tranne in Austria e in Germania, dove il biodiesel puro è distribuito liberamente in rete) è verso
l’utilizzazione in miscela con il gasolio in percentuali non particolarmente elevate, fino al 25-30%
(Pignatelli & Clementel, 2006), pur se ci sono diverse testimonianze di utenti (si veda ad esempio il
sito www.solaroilsystem.com) che da diverso tempo circolano con percentuali molto più alte (fino
al 100%), senza aver riportato nessun danno al veicolo.
L’impiego in percentuali elevate può provocare problemi di carattere tecnologico (Pignatelli &
Clementel, 2006), quali:
• intasamento degli iniettori, dovuto al possibile deterioramento di alcuni materiali plastici
(elastomeri) e guarnizioni per contatto con il combustibile, che a sua volta può dar luogo a
depositi in camera di combustione;
• fenomeni di corrosione nei serbatoi di stoccaggio, dovuti all’alto contenuto di acqua (fino a
500 ppm) del biodiesel;
• possibili problemi di scorrimento a basse temperature (inferiori a -9°C) e di intasamento dei
- 7 -
filtri.
Le caratteristiche tipiche del biodiesel, confrontate con quelle del diesel, sono elencate in tabella 1.1
e il processo di produzione è schematizzato in figura 1.2.
Tabella 1.1 Caratteristiche del biodiesel a confronto con il diesel
BIODIESEL DIESEL
Densità (kg/l) 0,86-0,9 0,85
PCI (MJ/kg) 37-38 42
N° cetani >51 46-49
Viscosità a 40°C (mm2/s) 3,5-5 2-3
Flash Point (°C) >120 76-140
Contenuto di ossigeno (%) 9-11 -
Zolfo (mg/kg) <10 50
Temperatura di ebollizione (°C) 330-350 282-338
COLTURE OLEAGINOSE
Colza-girasole-soia
Estrazione
Depurazione
OLI VEGETALI GREZZI
Esterificazione
BIODIESEL
Figura 1.2 Processo di produzione del biodiesel
1.1.2 Bioetanolo e bio-etbe
La biomassa utilizzata per questo tipo di biocarburanti è costituita da colture zuccherine quali canna
da zucchero, barbabietola da zucchero, mais, sorgo zuccherino, frumento, colture amidacee (patata),
o residui di coltivazioni agricole, e lavorazioni forestali.
- 8 -
Questa biomassa viene sottoposta a processo di fermentazione alcolica, un processo biochimico, che,
attraverso la fermentazione del glucosio presente nella biomassa, produce molecole di etanolo ed
anidride carbonica, come descritto in figura 1.3. Il bio-etbe (bio- Etil Ter Butil Etere), prodotto
aggiungendo isobutene al bioetanolo e considerato biocarburante al 47% in volume (CE, 2003a),
può essere aggiunto alla benzina per aumentare il numero di ottani, come il bioetanolo stesso,
sempre nel rispetto dei limiti determinati per le sostanze ossigenate (15% in volume, CEE, 1985).
Figura 1.3 Processo di fermentazione alcolica
I residui di lavorazione e produzione del bioetanolo e del bio-etbe sono costituiti da sostanze azotate
e minerali, quindi fertilizzanti che possono essere reinterrati nei terreni di coltura, e dal DDGS
(distiller’s dried grain solubles, ossia distillato di grani asciutti con sostanze solubili), utilizzabile
come mangime animale o come materia prima per l’industria cosmetica e farmaceutica.
Il bioetanolo può essere miscelato nei veicoli tradizionali con la benzina fino al 5% in volume come
fissato dalla normativa (D.Lgs, 1994), o fino al 10% come proposto nel progetto di parere
2007/0019(COD) (Parlamento Europeo, 2007), presentato il 12 luglio 2007 dal parlamento europeo,
come modifica alla direttiva 98/70/CE (CE, 2007a).
- 9 -
Nonostante questi limiti, alcuni studi dimostrano che il bioetanolo può essere miscelato in
percentuali più alte, fino al 15%, in veicoli tradizionali senza modifiche e senza comportare effetti
negativi significativi (Egebäck et al., 2005).
Per utilizzare miscele di benzina e bioetanolo ad alte percentuali (tipicamente 85%, 90% e 100%)
sono necessari veicoli particolari, denominati FFVs (flexi fuel vehicles) che in molti Paesi sono già
distribuiti su larga scala, sia per uso privato che nell’ambito del trasporto pubblico (Brasile, Svezia,
USA, Francia, Germania).
L’impiego in percentuali elevate può provocare problemi di carattere tecnologico, quali (RFA,
2002):
• difficoltà di accensione a freddo e in fase di riscaldamento, provocate dall’aumento della
volatilità, che a loro volta comportano rischi di formazione di depositi nel motore;
• problemi nel funzionamento dei veicoli più datati, dovuti alla tendenza dell’alcol a reagire
con le componenti di gomma;
• rischio di separazione delle fasi in presenza di acqua in fase liquida in una miscela di
etanolo-benzina, dovuto all’affinità dell’etanolo a legarsi all’acqua, che può ridurre la
capacità lubrificante dell’olio (soprattutto nei motori a due tempi);
• necessità di utilizzare particolari oli lubrificanti nei veicoli FFVs.
Le caratteristiche tipiche del bioetanolo e del Bio-etbe a confronto con quelle della benzina sono
elencate in tabella 1.2 e il processo di produzione è schematizzato in figura 1.4.
Tabella 1.2 Caratteristiche di bioetanolo, bio-etbe e benzina a confronto
BIOETANOLO BIO-ETBE BENZINA
Formula C2H5OH C4H9-OC2H5 C4-C12
Densità (kg/l) 0,8-0,82 0,74 0,75
N°ottani (RON) 109 118 91-100
N°ottani (MON) ~92 ~105 82-92
N° cetani 11 - 8
RPV a 15°C (Kpa) 15-20 25-30 60-90
Contenuto di ossigeno (%) 34,7 14,5 -
PCI (MJ/kg) 25-27 36 41,3
Temperatura di ebollizione (°C) 78 72 30-190
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COLTURE ZUCCHERINE
barbabietola-frumento-mais
Estrazione
succhi
ZUCCHERI
fermentazione
distillazione
BIOETANOLO
Isobutene
BIO-ETBE
Figura 1.4 Processo di produzione del bioetanolo e del bio-ETBE
1.1.3 Oli vegetali puri
Gli oli vegetali puri sono oli prodotti da piante oleaginose (sono le stesse usate per la produzione
del biodiesel), mediante pressione, estrazione o processi analoghi. Sono greggi o raffinati ma
chimicamente non modificati.
Da un punto di vista prettamente tecnico, gli oli vegetali, rispetto ai corrispondenti esteri metilici,
ossia il biodiesel corrispondente, sono più facili da produrre e sono perciò interessanti per quelle
realtà dove i principali obiettivi sono l'auto-produzione di energia a bassi costi e il massimo
vantaggio energetico (l'energia per estrarre l'olio è una minima parte rispetto all'energia contenuta
nell'olio). Ma anche nei paesi industrializzati l'olio grezzo può essere utilizzato in impianti di media
taglia (5-15 MWe) con motori diesel navali o turbine a gas per la produzione di calore e elettricità.
Attualmente è più diffuso l'utilizzo degli esteri dell'olio vegetale piuttosto che l'utilizzo dell'olio tal
quale e ciò sostanzialmente per due ragioni: minori problemi di utilizzo (maggiore flessibilità) e
elevato valore aggiunto del combustibile (CTI, 2007a).
- 11 -
Usati puri al 100% gli oli vegetali non sono compatibili con i motori diesel tradizionali: si possono
utilizzare solo in motori industriali e agricoli di vecchia concezione, previo il pagamento dell’accisa
sui carburanti.
Nei motori diesel moderni non possono essere utilizzati puri in queste percentuali a causa delle
caratteristiche fisico-chimiche che li rendono incompatibili: l’elevata viscosità, il contenuto di cere
e la tendenza a polimerizzare ad alte temperature, causando incrostazioni. Soprattutto nei motori di
nuova generazione ad alte prestazioni se presenti la tecnologia common rail e iniettore pompa a
lungo andare vi è la certezza di danneggiare l’impianto di iniezione nonché il motore
(http://it.wikipedia.org/wiki/Olio_carburante).
In conclusione l'olio vegetale grezzo può essere utilizzato nei motori sia puro che in miscela con
gasolio, ma obbliga ad eseguire alcune modifiche meccaniche e tecniche a causa della sua elevata
viscosità. Esistono alcuni motori concepiti per funzionare ad olio, ma sono di difficile reperimento
sul mercato, quindi allo stato attuale è conveniente (CTI, 2007a):
• utilizzare l'iniezione indiretta e iniettori autopulenti;
• prevedere un sistema di preriscaldamento del combustibile per non ostruire i filtri (attorno ai
60 °C);
• favorire l'accensione del motore con gasolio in ambienti freddi;
• aumentare il flusso di carburante per mantenere potenza e coppia simili a quelle
dell'alimentazione a gasolio;
• utilizzare olio lubrificante con alto potere detergente;
• evitare frequenti accensioni e spegnimenti che potrebbero causare problemi dovuti alla
particolare curva di distillazione dell'olio.
Le caratteristiche tipiche degli oli vegetali sono elencate in tabella 1.3.
Tabella 1.3 Caratteristiche degli oli vegetali
Densità (kg/l) 0,9-0,92
PCI (MJ/kg) 39-40
N° cetani 39-40
Viscosità a 40°C (mm2/s) 30-37
Flash Point (°C) 200-290
Contenuto di ceneri (%) <0,001-0,05
Zolfo (%) 0,01
- 12 -
1.2 NORMATIVA EUROPEA E ITALIANA
La Commissione europea nel 2001 stabilisce che entro il 2020 idrogeno, gas naturale e
biocarburanti dovranno sostituire ognuno il 5% dei carburanti tradizionali; con la “White Paper on
Renewables” del 2002 (CE, 2002a) si propone l’obiettivo di raddoppiare al 12% il contributo di
energia da fonti rinnovabili, delle quali il 3,7% da biomassa.
La direttiva Europea 2003/30/CE dell’8 maggio 2003 (CE, 2003a) ha stabilito che gli stati membri
(Europa 15 paesi, ossia Austria, Belgio, Germania, Danimarca, Regno Unito, Spagna, Finlandia,
Francia, Grecia, Irlanda, Italia, Lussemburgo, Paesi Bassi, Portogallo, Svezia) rimpiazzino entro il
2005 il 2% dei carburanti tradizionali con biocarburanti, entro il 2008 il 4,25%, entro il 2010 il
5,75%, ed entro il 2030 l’8%.
Con la Direttiva 2003/96/CE (CE, 2003b) il panorama degli stati europei si è ampliato all’Europa
25 paesi, costituita dagli stessi stati dell’Europa 15 paesi con l’aggiunta di Repubblica Ceca, Cipro,
Estonia, Ungheria, Lituania, Lettonia, Malta, Polonia, Slovenia, Slovacchia.
Ogni stato membro è libero di scegliere con quale strategia raggiungere tali obiettivi ed è tenuto a
presentare un rapporto annuale entro il 1 luglio di ogni anno, nel quale descriva lo stato di
raggiungimento degli obiettivi, le modalità ed eventualmente i motivi che non hanno permesso tale
raggiungimento.
Considerando le diverse potenzialità di produzione, ogni stato membro si è fissato degli obiettivi
differenti, che sono riassunti nel “Biofuel progress report” della Commissione Europea (CE, 2007b).
L’Italia ha recepito la direttiva europea prima con il D.Lgs 128/2005 (D.Lgs, 2005), con obiettivi
più bassi (1% nel 2005 e 2,5% nel 2010), poi aggiornati dal D.L 2/2006 (D.L, 2006) che prevede la
sostituzione, entro il 2010, del 5,75% di carburanti tradizionali con biocarburanti.
Gli obiettivi italiani e europei sono confrontati nella tabella 1.4: i valori percentuali sono da
calcolarsi sulla base del tenore energetico di tutta la benzina e del diesel per trasporti immessi sul
mercato entro il 31 dicembre 2005 o 2010.
Si noti come nel primo decreto legislativo non sia stato fissato alcun valore da raggiungere per il
2008, e come nel 2006 l’Italia abbia aggiornato i suoi obiettivi conformandoli a quelli europei.
- 13 -
Tabella 1.4 Obiettivi europei e italiani di sostituzione dei carburanti tradizionali con biocarburanti a confronto-
EUROPA ITALIA (D.Lgs 2005) ITALIA (D.Lgs 2006)
Obiettivi 2005 2% 1% 1%
Obiettivi 2006 2%
Obiettivi 2007 2%
Obiettivi 2008 4,25% 3%
Obiettivi 2009 4%
Obiettivi 2010 5,75% 2,5% 5,75%
1.3 PRODUZIONE E DIFFUSIONE DEI BIOCARBURANTI IN EUROPA
Un quadro riassuntivo dei consumi e delle produzioni di energia in Europa (25 paesi) è descritto
nella figura 1.5 (Eurostat, 2007), dalla quale si evince che l’Europa è fortemente dipendente dai
combustibili di origine fossile, che ammontano all’80% circa di consumo e produzione.
produzione interna
gas
24%
nucleare
15%
rinnovabili
6%
petrolio
37%
carbone
lignite
18%
consumo interno
petrolio
48%
gas
36%
rinnovabili
7%
carbone
lignite
9%
Figura 1.5 Quadro riassuntivo dei consumi e delle produzioni di energia in Europa (25 paesi)
La “white paper on renewable energy” presentata dalla Commissione europea nel 2002 (CE, 2002a),
si propone di aumentare il consumo di fonti rinnovabili (che includono l’idroelettrico, l’energia
solare ed eolica, le biomasse e il geotermico) dal 6% del 1995 al 12% nel 2010. Da allora fino al
2004 sia il consumo che la produzione di energie rinnovabili sono rimasti più o meno invariati,
mentre hanno visto un certo incremento nel periodo recente, come descritto nella figura 1.6 (Dati
Eurostat, 2007, espressi in PJOe, 1015 Joule di Oli equivalenti1). Per quanto riguarda il settore dei
1
1 PJOe =1015 Joule di Oli equivalenti, unità standardizzata definita come olio con il potere calorifico di 41864 KJ/kg
- 14 -
biocarburanti, essi occupano ancora una quota molto bassa nel consumo totale del settore trasporti
(1,5% nel 2005), tuttavia si è assistito negli ultimi anni a un forte tasso di aumento nell’uso dei
nuovi biocombustibili, come illustrato in figura 1.7 (Eurostat, 2007).
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
1994 1996 1998 2000 2002 2004
P
J
Oe
En. SOLARE BIOMASSE e RIFIUTI En. GEOTERMICA
En. IDROELETTRICA En. EOLICA
Figura 1.6 Aumento della produzione di energia da fonti rinnovabili in Europa (25 paesi)
10800
11200
11600
12000
12400
2000 2001 2002 2003 2004 2005
PJ
O
e
carburanti tradizionali biocarburanti
Figura 1.7 Consumo di carburanti nel settore trasporti in Europa (25 paesi)
In particolare la produzione di bioetanolo e biodiesel è cresciuta in soli due anni (dal 2004 al 2006)
rispettivamente del 60% e addirittura del 66% (EBB, 2008; eBIO, 2008), come mostrato in Tabella
1.5.
- 15 -
Tabella 1.5 Produzione di biocarburanti in EU 25 paesi (espressa in PJOe)
2004 2005 2006 2004 2005 2006
17,7 30,6 53,4 80,9 133,3 204,7
bioetanolo biodiesel
Il consumo di carburanti nel settore dei trasporti in Europa (25 paesi) nell’anno 2005 è stimato pari
a 12173 PJOe; mentre in Italia è stimato pari a 1615 PJOe (Eurostat, 2007). Sulla base di una stima
del consumo di carburanti nel settore dei trasporti nel 2010, effettuata sulla base dell’aumento
registrato dagli anni 1992 al 2005, pari a 13306 PJOe per l’Europa (25 paesi) e 1761 PJOe per
l’Italia, le quote di biocarburanti da immettere sul mercato per rispettare gli obiettivi sopra illustrati
sarebbero pari nel 2010 a circa 765 PJOe per l’Europa e 101 PJOe per l’Italia, come indicato in
tabella 1.6 (quantità espresse in PJOe e in KtOe, 103 tonnellate di oli equivalenti, calcolate sulla
base del PCI attribuito agli Oli equivalenti).
Tabella 1.6 Quantità di biocarburanti da introdurre sul mercato entro il 2005 e il 2010
EU(25 paesi) ITALIA EU(25 paesi) ITALIA
2005 243 32 5815 771
2010 765 101 18274 2418
PJOe ktOe
Tali quantitativi sono nettamente inferiori a quelli che secondo uno studio dell’European
Environment Agency (EEA, 2007a) sarebbero producibili in modo ambientalmente sostenibile
(vedi cap.2) sia in Italia che in Europa (Tabella 1.7). Secondo un altro studio (Ericsson & Nilsson,
2006), per l’Europa (25 paesi) la bioenergia ambientalmente sostenibile sarebbe pari a 3589 PJOe
(corrispondenti a 85000 ktOe) relativamente al decennio 2010-2020.
Tabella 1.7 Quantità di bioenergia sostenibile producibile secondo lo studio dell’EEA (2002a)
EU(25 paesi) ITALIA EU(25 paesi) ITALIA
2010 1959 172 46800 4100
2020 4011 373 95800 8900
2030 5962 636 142400 15200
ktOePJOe
In Italia la quantità di bioenergia da immettere nel settore trasporti entro la fine del 2010 coprirebbe
il 60% circa della bioenergia totale producibile in maniera sostenibile.
Gli obiettivi fissati dalla normativa non sono dunque irraggiungibili, il territorio europeo ha le
potenzialità per produrre tale energia.
In termini di produzione a livello mondiale la quota europea di bioetanolo rimane esigua a causa
della mancanza delle materie prime necessarie, e il consumo di etanolo è cresciuto in maniera più
- 16 -
rapida di quanto non abbia fatto la sua produzione. Pur se, come detto, l’Europa ha un ben maggiore
potenziale di produzione di biocarburanti, il consumo europeo di biodiesel e bioetanolo dipende
dall’importazione da altri paesi che ne sono forti produttori, quali Brasile e Stati Uniti soprattutto
(Eurostat, 2007).
1.4 PRODUZIONE E DIFFUSIONE DEI BIOCARBURANTI IN ITALIA
Il quadro riassuntivo dei consumi e delle produzioni di energia in Italia è mostrato in figura 1.8
(Eurostat, 2007) suddiviso nelle differenti fonti.
produzione interna
petrolio
20%
gas
38%
rinnovabili
42% carbone
lignite
0%
consumo interno
gas
36%
rinnovabili
7%
petrolio
48%
carbone
lignite
9%
Figura 1.8 Quadro riassuntivo dei consumi e delle produzioni di energia in Italia
Anche in Italia l’energia consumata è per la maggior parte di origine fossile: l’84% proviene da gas
e olio combustibile, il 9% da carbone e lignite, per un totale di 93% di energia da fonti non
rinnovabili; il restante 7% deriva da uso di biomasse (2%), fonti idriche (2%) e altro (3%).
La maggior parte delle materie prime è importata dall’estero: il 97% del petrolio, l’85% del gas e
quasi tutto il carbone.
La mancanza di risorse fossili nel territorio italiano rende il settore della produzione energetica di
strategica importanza per l’economia, che tenta di indirizzare il più possibile la produzione verso
quelle fonti delle quali è ricco il territorio, per questo negli ultimi anni si è assistito in Italia alla
crescita della produzione energetica nel settore delle fonti rinnovabili (come peraltro in tutta
l’Europa); in particolare nel settore delle biomasse (che copre il 26% della produzione) e nel
geotermico (nel quale l’Italia è leader europea), mentre il settore eolico e solare restano per ora
poco sfruttati, anche se se ne prevede la crescita nei prossimi anni. L’andamento della produzione di
energia rinnovabile è decritto in figura 1.9.
- 17 -
0
50
100
150
200
250
1994 1996 1998 2000 2002 2004
P
J
Oe
En. SOLARE BIOMASSE e RIFIUTI
En. GEOTERMICA En. IDROELETTRICA
En. EOLICA
Figura 1.9 Aumento della produzione di energia rinnovabile in Italia
Nel settore dei biocarburanti per il trasporto la quota occupata dai biocarburanti sul consumo totale
è molto esigua (solo lo 0,5% nel 2005). Diversa è la situazione della produzione: l’Italia è la terza
produttrice europea di biodiesel, dopo Germania e Francia (Figura 1.10; dati EBB, 2008) e la sua
produzione è cresciuta di quasi il 30% dal 2004 al 2006.
0
20
40
60
80
100
120
Germania Francia ITALIA Regno Unito
P
JO
e
2006
2005
2004
2003
Figura 1.10 Produzione di biodiesel (espressa in PJOe)
Per il bioetanolo invece solamente negli ultimi anni si è assistito ad una crescita nella produzione,
come si evince dai dati di Tabella 1.8 (EBB, 2008, eBIO, 2008).
- 18 -
Tabella 1.8 Produzione di biocarburanti in Italia (espressa in PJOe)
2004 2005 2006 2004 2005 2006
0 0 3 13,4 16,6 18,7
bioetanolo biodiesel
Leader europei nella produzione di etanolo restano Germania Spagna e Francia (eBIO, 2008) e solo
negli ultimi anni la produzione di etanolo in Italia ha raggiunto livelli confrontabili con quelli
europei, come descritto in figura 1.11.
0
2
4
6
8
10
12
14
16
G
e
rm
a
n
ia
Sp
a
g
n
a
Fr
a
n
c
ia
Po
lo
n
ia
Sv
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b
li
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Ce
c
a
Le
tt
o
n
ia
Fi
n
la
n
d
ia
PJ
O
e
2004
2005
2006
Figura 1.11 Panorama europeo della produzione di bioetanolo
Per quanto riguarda i consumi, al maggio 2008, i limiti all’utilizzo dei biocarburanti per l’Italia
sono definiti dal D.L. 280/94 (D.L, 1994), che fissa il limite massimo del 5% di aggiunta di
biodiesel nel gasolio per l’immissione delle miscele diesel-biodiesel alla libera distribuzione presso
le stazioni di servizio della rete stradale e autostradale; le miscele con tenori di biodiesel più elevati
e biodiesel puro possono essere utilizzati solo su veicoli di flotte, pubbliche o private, previa
omologazione degli stessi. Nel decreto non vengono citati limiti minimi e/o massimi per
l’additivazione delle benzine con etanolo o con l’ETBE; a tale proposito, è opportuno rammentare
che tali limiti sono stati fissati a suo tempo dalla Direttiva CEE n° 536/85 (CEE, 1985), che
stabiliva sia il tenore massimo di ossigeno nelle benzine (fissato al 2,5% in peso con facoltà dei
singoli Stati membri di arrivare fino al 3,7%), sia il tenore massimo ammissibile dei singoli
ossigenati permessi nei due diversi valori di concentrazione di ossigeno totale. Tale Direttiva è stata
recepita dall’ordinamento italiano con il D.L. n° 280/94 (D.L., 1994), che definisce i composti
organici ossigenati ammissibili quali componenti e/o stabilizzanti di carburanti e, per ciascuno di
- 19 -
essi, le percentuali massime di aggiunta (5% in volume per l’etanolo; da 2,5% a 3,7% in peso di
ossigeno per le miscele di ossigenanti organici; 15% in volume per l’ETBE).