Biocombustibili e biodiesel

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I biocombustibili e
il biodiesel

Il problema dell’ inquinamento…

Con gli anni l’inquinamento ambientale sta salendo vertiginosamente! Gran parte di questo inquinamento (soprattutto atmosferico) deriva dai gas di emissione delle automobili.
Fino ad oggi le auto sono andate sempre a carburanti fossili (diesel, benzina, metano, GPL) e poiché non è possibile eliminare l’automobile dalla nostra società si è tentato di renderle meno velenose per il nostro sistema ambientale.
Il primo tentativo nel ‘95 fu di inserire la benzina senza piombo nella rete di distribuzione e successivamente di avere solo benzina “verde”(senza piombo) nei distributori, un altro fu di sperimentare delle marmitte che arrivassero a temperature più elevate in modo da ossidare i gas incombusti e ridurre la produzione di CO (marmitta catalitica).
Questi tentativi andarono a segno riuscendo a contenere un po’ l’inquinamento atmosferico ma purtroppo questo non è abbastanza.
Le ultime ricerche si sono basate sulla sostituzione dei combustibili fossili poiché oltre che estremamente inquinanti sono fonti di energia non rinnovabili e fra circa cinquanta-cento anni finiranno (anche se su questo punto gli scienziati sono in disaccordo).

Perché è impossibile non inquinare per produrre ed utilizzare combustibili???

Con il termine inquinamento ci si riferisce ad un'alterazione di una caratteristica ambientale causata, in particolare, dalle attività umane.
Prendiamo per esempio il combustibile fossile a minor impatto ambientale: il metano (CH4) dalla sua combustione derivano anidride carbonica vapor d’ acqua e calore. Poiché l’anidride carbonica è un gas che danneggia fortemente l’equilibrio ambientale poiché provoca l’effetto serra bruciando il metano noi inquiniamo.
Dagli ultimi studi sembrerebbe però che l unica reazione di combustione non inquinante sia quella dell’ idrogeno, infatti 2 H2 + O2 = 2 H2O + calore.
Ma analizziamo bene la situazione: è vero che la reazione per se stessa produce solo acqua e quindi innocua al sistema ambiente ma è anche vero che l idrogeno non si trova nelle “miniere” ma bisogna produrlo e per produrre idrogeno c’è bisogno di creare strutture, di trasportarlo e fabbricare elettrodi per isolarlo dagli altri elementi a cui è legato e questo, se riprendiamo il concetto di inquinamento, è estremamente inquinante. È per questo motivo che l uomo non riuscirà mai a non inquinare ma dovrà solo attenersi a limitare l’inquinamento in modo che l’ambiente riesca ad assorbirlo ed adattarsi ad esso.

Che cos’è un biocombustibile?

Un biocombustibile è un combustibile non fossile rinnovabile che viene prodotto da fermentazione di microrganismi o dalla lavorazione di estratti vegetali.
I più comuni sono bioetanolo, biometanolo e biodiesel che rappresentano veri e propri sostituti dei combustibili fossili e potrebbero essere utilizzati nel settore dei trasporti con notevole beneficio dell'ambiente.
Bioetanolo e biometanolo sono carburanti utilizzabili al posto della benzina con poche e rapide modifiche del sistema di accensione dell'auto: da anni in Brasile il bioetanolo viene utilizzato con successo per la mobilità urbana. Tra i carburanti derivati dalle coltivazioni il più promettente è il Biodiesel.

Il biodiesel

Il biodiesel è un carburante alternativo sostitutivo al gasolio ottenuto da fonti rinnovabili quali oli vegetali e grassi animali, analogo al gasolio, derivato dal petrolio.
Di cosa si tratta?
Il Biodiesel è un prodotto naturale utilizzabile come carburante e come combustibile, con le caratteristiche indicate rispettivamente nelle norme UNI 10946 ed UNI 10947.
• è rinnovabile, in quanto ottenuto dalla coltivazione di piante oleaginose di ampia diffusione;
• è biodegradabile, perchè può essere decomposto (trasformato) da organismi viventi, normalmente batteri e miceti nell’arco di pochi giorni, mentre gli scarti dei consueti carburanti permangono molto più a lungo;

Come si produce?
Si ottiene dalla spremitura di semi oleaginosi di colza, soia, girasole e da una reazione detta di transesterificazione.

La “ transesterificazione ”

Le materie prime

• Il Biodiesel è una fonte energetica rinnovabile e come tale comporta anche un ciclo produttivo che interessa altri settori come l’agricoltura.
• Parte dell’olio da trasformare può essere fornito da paesi del Centro- est Europa (futuri paesi UE) che dispongono di immense superfici scarsamente utilizzate. Se destinate a queste produzioni non genererebbero ulteriori eccedenze in ambito Comunitario.
• Per le zone povere del nostro territorio, (terreni marginali) in passato adibite a coltivazione ed attualmente abbandonate, che potrebbero fin da subito specializzarsi nella produzione di semi di colza, soia e girasole, dando così nuove opportunità al mercato del lavoro locale.
Può essere anche ottenuto da oli vegetali usati, il cui recupero è stato disciplinato dal DLgs 5 febbraio 1997, n° 22.
Questo consente di sottrarre definitivamente gli oli vegetali usati dal circuito dell’alimentazione zootecnica o da utilizzi ancora più pericolosi per la salute umana.

La Produzione
La sua produzione è del tutto ecologica, poiché l unico materia di scarto è il glicerolo che ha ben 800 utilizzi e che quindi, dopo essere raffinato può essere reintrodotto sul mercato.
Impieghi del biodiesel
Il Biodiesel è utilizzabile direttamente poiché non richiede, alcun tipo d’intervento sulla produzione dei sistemi che lo utilizzano (motori e bruciatori).
• Nell’autotrazione (motori diesel).
• Nel riscaldamento.

Il Biodiesel nel riscaldamento può essere utilizzato direttamente sugli impianti esistenti, sia puro (al 100%) che in miscela con gasolio in qualsiasi proporzione.

Il biodiesel in autotrazione
Il funzionamento, l'usura dei motori e prestazioni sono del tutto assimilabili a quelle ottenute con gasolio tradizionale in termini di resa ed affidabilità.
• puro al 100 % od in miscela con gasolio in qualunque proporzione, in tutti i mezzi di trasporto dotati di motore diesel di recente concezione, i quali possono usufruirne senza accorgimenti tecnici;
• puro al 100 % in tutti i mezzi di trasporto dotati di motore diesel di produzione antecedente, con lievi modifiche da eseguire in officina (eventuali semplici modifiche al circuito di iniezione);
• in miscela con gasolio fino al 30- 40% su tutti i mezzi di trasporto dotati di motore diesel, di qualunque età, senza la necessità di accorgimenti tecnici.

Qualche confronto tra biodiesel e gasolio

Le Emissioni del Ciclo di Vita
Confronto dei centri di costo in termini energetici per la produzione di biodiesel e diesel:

Biodiesel	Diesel
Produzione semi, fertilizzanti e pesticidi	Estrazione petrolio
Produzione piante oleaginose
Trasporto	Trasporto
Estrazione dell’olio	Operazioni di raffineria
Transesterificazione in biodiesel e Distribuzione	Distribuzione

Approssimativamente è possibile stabilire che l’estrazione/ coltivazione dell’olio di semi
richiede circa il 41% dell’energia dell’intero processo, la raffinazione ne richiede il 23%
mentre la transesterificazione ne richiede il 5% ed il restante 31% rappresenta il contenuto energetico del metanolo.
Il bilancio energetico per la produzione di Biodiesel è riportato nella tabella seguente basandosi sul confronto di 26 studi disponibili in letteratura (Sharmer & Gosse , 1996).
Bilancio energetico del Biodiesel[GJ/ ha]

Energia per produrlo	26- 35
Energia ricavata dal Biodiesel	42- 50
Energia ricavata dai sottoprodotti	31- 37

Le variabilità dei valori dipende dalla raffinatezza del processo produttivo adottato.
Trattandosi di una fonte energetica rinnovabile il bilancio risulta essere sempre più che positivo.
Importantissimo inoltre il contributo ai fini energetici dei “sottoprodotti” che già da soli renderebbero il processo vantaggioso.
Nel caso di impiego di oli usati, i vantaggi sono ulteriormente amplificati.

Perché i biocombustibili hanno meno impatto ambientale rispetto ai combustibili fossili???

• non contribuiscono all’« effetto serra» poiché restituiscono all’aria solo la quantità di anidride carbonica utilizzata dalle piante da cui sono estratti durante la loro crescita;
• riducono le emissioni di monossido di carbonio (- 35%) e di idrocarburi incombusti (- 20%) emessi nell’atmosfera;
• non contenendo zolfo, i Biocombustibili non producono una sostanza altamente inquinante come il biossido di zolfo (piogge acide) so2 so4??ìì
• non contengono sostanze pericolosissime per la salute quali gli idrocarburi aromatici (benzene, toluene ed omologhi) cancerogeni;

• la sua diffusione determina l’attivazione di un circuito che promuove lo sviluppo di produzioni agricole non destinate alla alimentazione (non food), quindi non generatrici di eccedenze.
• il Biodiesel diminuisce, rispetto al gasolio, la fumosità dei gas di scarico emessi dai motori diesel e dagli impianti di riscaldamento (- 70%);
• Il Biodiesel non presenta pericoli, come l’autocombustione, durante la fase di trasporto e di stoccaggio;
Emissioni di Gas (effetto serra)
In uno dei più completi studi sulle fonti energetiche, realizzato da Sheehan e colleghi (1998) sono emersi molti aspetti vantaggiosi nella valutazione del Biodiesel come valida fonte di energia rinnovabile:
• Il bilancio energetico nel life- cicle è di soli 0.31 unità di energia fossile per produrre 1 unità di Biodiesel.
• Le emissioni di CO2 nel suo ciclo di vita sono particolarmente basse ( una riduzione del 78% rispetto al gasolio fossile), suggerendone un utilizzo urbano.
• Le emissioni di microparticelle risultano essere complessivamente il 32% di quelle del gasolio (le microparticelle sotto ai 10 µm -altamente nocive- inferiore del 68%).
• Il monossido di carbonio CO è il 35% rispetto al gasolio.
• Gli ossidi di zolfo SOx non superano mai l’8% rispetto al gasolio.
• La quasi totale assenza di zolfo, le sue proprietà chimico- fisiche e le norme UNI suggeriscono l’impiego del Biodiesel come sostituto al gasolio.

Efficienza alghe

Studi recenti su una specie di alga con un contenuto di olio che può arrivare al 50% hanno concluso che potrebbero bastare appena 28.000 Km² del territorio statunitense (corrispondenti allo 0,3% del totale) per produrre il biodiesel necessario per sostituire tutto il carburante da autotrazione che viene attualmente utilizzato nel paese. Un ulteriore incoraggiamento arriva dal fatto che il terreno più adatto alla crescita delle alghe avrebbe caratteristiche di tipo desertico a forte irraggiamento solare, quindi con basso valore economico per qualunque altro utilizzo, e che si potrebbero utilizzare gli scarti agricoli e l'eccesso di CO2 prodotto dalle industrie per velocizzare la crescita delle alghe stesse.

Ripulendo i depuratori possiamo ricavare biodiesel?!?
Ma come???
Gli scarichi domestici che finiscono nei grandi depuratori sono ricchi di nutrienti e danno luogo ad un grande sviluppo di alghe nelle vasche per il trattamento delle acque reflue. Queste alghe costituiscono un problema per gli impianti e sono maleodoranti. Un azienda americana ha messo a punto un processo per estrarre oli da queste alghe che poi vengono tranesterificati in biodiesel. La rimozione delle alghe contribuisce inoltre a rendere più pulite le acque che i depuratori rilasciano nell’ambiente.
Dopo una prima fase sperimentale per mettere a punto i processi produttivi, la società conta di arrivare a produrre entro il prossimo aprile circa 1 milione di litri di biodiesel all’anno a partire da un solo impianto di depurazione.

Smaltire oli esausti è molto costoso…

ecco un alternativa :

Gli oli alimentari esausti posso essere transesterificati ma con alcuni accorgimenti in più: aumentare la dose di catalizzatore (in questo caso NaOH) che facilita l eliminazione di eventuale umidità presente nell’ olio, si deve filtrare da eventuali residui di cibi e dopo la reazione va lavato con acqua per eliminare residui pericolosi per la salute del motore(acidi grassi liberi, mono e di gliceridi, saponi, metanolo e soda caustica…).

Conclusioni
Da tutti gli studi ed i dati emerge quanto sia vantaggioso e auspicabile l’utilizzo di fonti energetiche PULITE e RINNOVABILI come il Biodiesel.
Il Biodiesel oltre ad essere pulito ed economicamente conveniente, rappresenta una valida via per la differenziazione delle fonti energetiche. In ultimo, ma non per importanza, è bene porre l’attenzione sul valore dei “sottoprodotti” dell’intero processo di produzione che, anziché imbarazzanti e scomodi scarti di lavorazione, costituiscono co-prodotti nobili dall’alto valore aggiunto, sia in termini energetici che economici.

Fonte: http://www.divini.net/chimica/tesine/Biocombustibili_e_biodiesel_Rogani_07.doc
Autore: Rogani

Biocombustibili e biodiesel