Bio-carburanti

I biocarburanti sono prodotti derivati dalla biomassa che, oltre a prestarsi per produrre calore e/o energia elettrica, possono essere usati in autotrazione. Il loro utilizzo può essere esclusivo in motori appositamente progettati, o possono essere miscelati con i carburanti di origine fossile ottenendo liquidi che, con opportuni accorgimenti, possono alimentare senza problemi i motori normalmente in circolazione.

I biocarburanti possono essere divisi in due grandi categorie produttive:
    1) di prima generazione
    2) di seconda generazione
Nella prima categoria rientrano tipologie produttive semplici e ampiamente collaudate quali la transesterificazione per la produzione di biodiesel o la fermentazione per quanto riguarda la produzione di bioetanolo come sostituto della benzina.
Nella seconda categoria ritroviamo invece metodi produttivi più complessi ed ancora in fase di implementazione e sviluppo che porteranno sempre più ad ottenere biocombustibili liquidi e gassosi a partire dall'intera massa lignocellulosica e non solo dalle parti più ricche in oli e carboidrati.

La crescente ed ormai esplosiva produzione e uso di bio-combustibili potrebbe determinare un impatto ambientale positivo o negativo a seconda delle regole che verranno introdotte o meno in ambito ecologico. Osserviamo che, se l'espansione della coltivazione di biomassa per produrre bio-combustibili dovesse procedere come adesso, in assenza di regole, come sta succedendo in Asia e in America latina, e se inoltre, si impiegassero i metodi di produzione tradizionali quali la coltivazione con fertilizzanti derivati da fonti fossili, allora è possibile che si andranno ad ottenere più danni che benefici. Avremo una riduzione di biodiversità e, globalmente, le emissioni di gas serra potrebbero addirittura aumentare anzichè diminuire.  L'uso dei biocombustibili va quindi sostenuto da una robusta politica che limiti fortemente l'uso dei fertilizzanti e che permetta, il più possibile, recuperi di territori marginali e lo sviluppo delle nuove tecniche produttive che non necessitano di terreni fertili.

Per recuperare dati aggiornati sulle quantità, costi, tendenze, approfondimenti, consigliamo di leggere la pubblicazione del WWI "Biofuels for Transportation: Global Potential and Implications for Sustainable Agriculture and Energy in the 21st Century".

Per quanto riguarda la legislazione attualmente vigente in Italia è possibile consultare tutte le leggi che sono state raccolte nella sez. Biocarburanti del sito Progettomeg.it

E' attualmente in fase di pubblicazione il primo libro che parla di biocarburanti in maniera divulgativa ma approfondita e che tocca tutti gli aspetti tecnici, legislativi e di utilizzo pratico di questi nuovi combustibili. Sarà edito dalla casa editrice Aam Terranuova di Firenze.

sezione aggiornata al 04/06/2007 a cura di Roy Virgilio


Bio-etanolo

La fermentazione alcoolica è un processo di tipo micro-aerofilo che opera la trasformazione dei glucidi contenuti nelle produzioni vegetali in bioetanolo (alcool etilico) . Risulta un prodotto utilizzabile anche nei motori a combustione interna normalmente di tipo “dual fuel”, come riconosciuto fin dall’inizio della storia automobilistica. Se, però, l’iniziale ampia disponibilità ed il basso costo degli idrocarburi avevano impedito di affermare in modo molto rapido l’uso di essi come combustibili, dopo lo shock petrolifero del 1973 sono stati studiati numerosi altri prodotti per sostituire il carburante delle automobili (benzina e gasolio); oggi, tra questi prodotti alternativi, quello che mostra il miglior compromesso tra prezzo, disponibilità e prestazioni è proprio il bioetanolo.

In alcuni paesi del sudamerica il bioetanolo viene utilizzato puro in normali motori a combustione interna opportunamente tarati.

Nell' immediato potrebbe essere utilizzato additivato alla benzina fino al completo sfruttamento delle risorse agricole disponibili senza dover lasciare improduttive le vaste aree per le quale oggi si incentiva il non sfruttamento in base alle vigenti norme sulle eccedenze agroalimentari. I residui di lavorazione e produzione sono sostanze azotate e minerali quindi fertilizzanti che riimmessi nei terreni di coltura completano e chiudono il ciclo energetico; in pratica si sfrutta il potere dei vegetali di produrre energia per azione della fotosintesi clorofilliana.

Le materie prime per la produzione di etanolo possono essere racchiuse nelle seguenti classi:

  • Residui di coltivazioni agricole
  • Residui di coltivazioni forestali
  • Eccedenze agricole temporanee ed occasionali
  • Residui di lavorazione delle aziende agricole
  • Residui di lavorazione delle industrie agro-alimentari
  • Coltivazioni ad- hoc
  • Rifiuti urbani.
Per quanto riguarda le coltivazioni ad- hoc, quelle più sperimentate e diffuse sono la canna da zucchero (si veda l'esperienza Brasiliana), il grano, il mais. Ci sono poi altre colture, quali la bietola, il sorgo zuccherino, il topinambur ed altre, che rimangono ancora in fase sperimentale. Secondo la loro natura, le materie prime possono essere classificate in tre tipologie distinte:
  • Materiali zuccherini: sostanze ricche di saccarosio come la canna da zucchero, la bietola, il sorgo zuccherino, taluni frutti, ecc.
  • Materiali amidacei: sostanze ricche di amido come il grano, il mais, l'orzo, il sorgo da granella, la patata,
  • Materiali lignocellulosici: sostanze ricche di cellulosa come la paglia, lo stocco del mais, gli scarti legnosi, ecc.
    Fonte: www.itabia.it

Per distillazione dalla biomassa si può ottenere da 300 a 1500 kg di etanolo per tonnellata  di materiale grezzo, tra le colture a più alta resa si distingue il Switchgrass, una pianta infestante e resistente alla siccità, con buone caratteristiche di adattamento a diversi climi
Fonte: en.wikipedia.org/wiki/Switchgrass

Una società  statunitense ha realizzato un impianto pilota per la produzione di  bioetanolo da sostanze lignocellulosiche  in Lousiana ed un altro impianto in Giappone.
La biomassa viene trattata con microorganismi per poter utilizzare la lignina, la cellulosa e l'emicellulosa per la produzione di etanolo.
www.celunol.com

Un altro sistema per ottenere etanolo dal legno è sviluppato da una società canadese ed è basato su una tecnologia avanzata del frazionamento a vapore (steam fractionation), è un frazionamento sequenziale della biomassa con autoidrolisi.
I sottoprodotti di produzione sono fertilizzanti, materiali polimerici biodegradabili e altri prodotti utili nell'industria chimica.
www.biovisiontech.ca 
www.herald.ns.ca

Secondo il dipartimento per l'energia (USA) il bioetanolo costerà, entro pochi anni, meno dei carburanti derivati dal petrolio
www1.eere.energy.gov

ciclo del bioetanolo
Attuale ciclo di produzione del bioetanolo ad uso energetico

1
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Esempi della quantità di etanolo ottenibile con le tecnologie standard per ettaro di coltura:
Canna da zucchero: 7 tonn.
Mais: 3 tonnellate
Barbabietola: 4 tonnellate
Patate: 3 tonnellate

1

1
distillatore

Schema minimo del processo di distillazione

1) fonte di calore
2) boccetta di distillazione
3) testa di distillazione 
4) termometro
5) condensatore
6) entrata del liquido refrigerante
7) uscita del refrigerante
8) boccetta di raccolta del distillato
9) presa per il sottovuoto
10) adattatore di sottovuoto
Fonte:
en.wikipedia.org


Negli USA sono stati effettuati alcuni interessanti studi sulle potenzialità del bioetanolo tra i quali:

Minor costo della benzina se additivata con bioetanolo, tenendo presente che in quel paese la benzina ha un costo nettamente inferiore al nostro.

Maggior profitto per i coltivatori delle colture adatte ad ottenere bioetanolo, riduzione del deficit commerciale, 13.000 nuovi posti di lavoro

L'ultimo studio sul bilancio energetico nella produzione del bioetanolo segnala un attivo del 34%. Questo studi si basano sull'odierna tecnologia e non tengono in conto le innovazioni che sicuramente ci saranno nei prossimi anni.

Un rapporto governativo indica che le sovvenzioni date all'industria petrolifera sono maggiori di quelle concesse all'industria del bioetanolo. Altri rapporti indicano molte sovvenzioni nascoste concesse all'industria petrolifera.

Qualora i carburanti fossero additivati con bioetanolo ci sono studi che dimostrano il minor inquinamento dell'aria, la non contaminazione dei terreni e delle falde freatiche nel caso di sversamento incidentale.
Fonte: www.ethanol.org

Secondo l'Itabia, l'Ises, l'Università di Roma, ma anche secondo fonti provenienti dai sostenitori del nucleare, si possono ottenere 15 tonnellate/anno di biomasse per ettaro, corrispondenti a circa 5 tonnellate di bioetanolo.

Attualmente la disponibilità di biomasse residuali (legno, residui agricoli e dell’industria agroalimentare, rifiuti urbani e dell’industria zootecnica ecc.), in Italia, corrisponde ad un ammontare di circa 66 milioni di t di sostanza secca l’anno.
Tenuto conto di usi alternativi della biomassa, della difficoltà di accesso a molti luoghi di produzione e di raccolta, la quantità utilizzabile per fini energetici è di 45 milioni di tonnellate.

Da evidenziare che i terreni non utilizzati perchè poco produttivi per produzioni agricole, oppure perché incolti per effetto dell'applicazione delle norme comunitarie sulle eccedenze agroalimentari, sono almeno 20.000 km² che se utilizzati a fini energetici potrebbero produrre circa 30 milioni di tonnellate di biomassa.  In definitiva con le biomasse disponibili si potrebbero ottenere 25 milioni di tonnellate di bioetanolo, corrispondenti a circa un terzo dei combustibili oggi necessari per autotrazione.

Attualmente in Italia è presente un solo distributore di bioetanolo (a Sarzana) ma è riservato ad alcuni autobus speciali. Per tanto, di fatto, l'uso di alcool come carburante nei veicoli è illagale in quanto, se non acquistato da rivenditori in possesso di prodotto esente da accisa o ad accisa assolta, si vanno ad evadere le tasse praticate sui carburanti.

sezione aggiornata al 07/06/2007 a cura di Roy Virgilio

Bio-metanolo

Chimica del metanolo (acool metilico)

L'alcool metilico (o spirito di legno o carbinolo o metanolo), di formula CH3OH, venne scoperto nel 1661 da Boyle nei prodotti di distillazione del legno. Nel 1812 Taylor notò che le proprietà chimiche dell'alcool metilico e quelle dell'alcool etilico erano molto simili. Da qui la frode alimentare che portò all'uso del metanolo nella vinificazione, con esiti spesso mortali. Nel 1835 Dumas e Péligot ne determinarono la costituzione. In natura si trova sotto forma di estere: salicilato nell'essenza di fiori di arancio; oppure come etere con numerosi fenoli (eugenolo, vanillina, ecc.). L'alcool metilico era ottenuto industrialmente per distillazione secca del legno. Il distillato, detto acido pirolegnoso, contiene il 3-5% di alcool metilico la cui separazione è molto laboriosa. Attualmente tutto l'alcool metilico si ottiene per idrogenazione dell'ossido di carbonio secondo la reazione CO+2H2DCH3OH. Bisogna operare a 350-400 °C e a circa 200 atm. in presenza di ossido di cromo e ossido di zinco. Il prodotto così ottenuto è puro e le rese sono pressoché quantitative. Il metanolo è un liquido mobile che bolle a 67 °C, miscibile in acqua e in numerosi solventi. Industrialmente viene impiegato come solvente per la produzione di eteri metilici degli acidi organici e inorganici. Per ossidazione con aria in presenza di rame o argento dà la formaldeide.

Il syngas o il woodgas, ottenibili per gassificazione delle biomasse, possono essere trasformati in metanolo, ottenendo così un carburante compatibile ad alte percentuali con gli attuali motori a benzina

Il metanolo può, per altro, essere raffinato per ottenere benzina sintetica, oppure impiegato nella produzione del biodiesel, o anche alimentare le pile a combustibile di tipo mdfc.

Dopo la crisi energetica, la necessità di sostituire il petrolio con combustibili alternativi ha risvegliato notevoli interessi verso l'uso energetico dell'alcool metilico o metanolo, specie nel settore dei trasporti dove può essere usato puro o mescolato alla benzina, senza porre eccessivi problemi di riprogettazione dei motori, oppure nelle centrali termiche o con tecnologie avanzate (ad esempio nelle pile a combustibile, in sostituzione dell'idrogeno). Fino agli anni Settanta tutto Il metanolo commercializzato nel mondo è stato ricavato da sintesi (CO+H2) o da gas naturale. Dopo la crisi energetica, vi è stata una notevole ripresa d'interesse per la produzione di metanolo a partire dalla biomassa. Il processo per la produzione di metanolo rappresenta una fase successiva, per esempio, al trattamento delle sostanze di rifiuto per via biologica. In un altro tipo di trattamento, per esempio del gas d'acqua, miscela di CO, CO2 e H2 a partire da carbone e acqua, il gas è raffreddato, depurato dagli inerti e dai componenti dello zolfo e introdotto in un reattore intermedio per aumentare il rapporto fra idrogeno e ossido di carbonio, mediante la reazione H2O+CO -> H2+CO2. Il prodotto risultante è infine immesso in un convertitore dove, in presenza di catalizzatori, avviene la reazione esotermica principale CO + 2H2 -> CH2 OH. In questo passaggio circa l'80% del valore energetico del gas iniziale viene trasferito al metanolo. Il rendimento del processo di liquefazione per gli impianti attualmente commercializzati, con gassificatori ad aria e del tipo a letto fisso, è del 35÷38%. Tuttavia la notevole attività di ricerca e sviluppo sul processo di gassificazione con ossigeno a letto fluido condotto sia in Germania sia negli USA ha messo a punto processi con rendimenti superiori al 50%. Un impianto americano, che utilizza tali processi, produce 428 t/giorno di metanolo partendo da 910 t/giorno di materiale lignocellulosico.

La coltivazione di colture adeguate, con alto valore lignocellulosico, permetterebbe di supplire all'attuale domanda di petrolio e gas utilizzando meno del 10% del terreno disponibile per tali colture, alcune specie vegetali non abbisognano di terreni particolarmente fertili, non richiedono diserbanti e hanno bisogno di modeste quantità d'acqua, praticamente solo quella delle precipitazioni atmosferiche.

Associazione statunitense Methanol Institute methanol.org

La Daimler Chrysler ha sviluppato una tecnologia che usa il metanolo per risolvere il problema dell'accumulo di idrogeno in modo da renderlo disponibile "al distributore" senza dover creare una apposita rete di distribuzione.

auto a metanolo

Il metanolo viene "volatilizzato" insieme ad acqua ed inserito nel "reformer". Qui, la miscela viene in contatto con un catalizzatore (della Basf ) a base di ossido di rame ed altri ossidi di metallo . Ad una temperatura di funzionamento che varia da 200°C a 350°C, il metanolo e l'acqua sono convertiti in idrogeno ed in anidride carbonica.Questa miscela di gas "attiva" una fuel cell per ottenere l'energia elettrica.Questo processo genera meno anidride carbonica dei motori a combustione interna.
Il prototipo è dotato del reattore ATR (Reformer AutoTermico). In questo "dispositivo d'avviamento" il metanolo, insieme ad acqua e ad aria, è riformato parzialmente in idrogeno e parzialmente "combusto". Ciò porta rapidamente il sistema d' avviamento alla giusta temperatura di funzionamento, come con i veicoli diesel nel passato.

E' chiamata "Necar5", ha una autonomia di 500 Km e una velocità superiore ai 150Km/h

Una società tedesca mette a punto piccoli sistemi portabili a pile a combustibile di tipo DMFC www.smartfuelcell.de

 


 

Olio Vegetale

Tutti gli oli vegetali sono dei potenziali carburanti, anche tali e quali, attualmente è possibile utilizzarli in motori diesel in percentuali variabili dal tipo di sistema di iniezione, gli ultimi sistemi ad alta pressione sono più vulnerabili, data la maggiore viscosità dell'olio rispetto al gasolio.

Generalmente è possibile utilizzare dal 5 al 30% di olio in gasolio d'inverno e dal 30 al 70% in estate, dipende ancora dal tipo di motore diesel, l'olio di colza è quello maggiormente sperimentato.

Il potere calorifico è di 9.000 kcal/Kg per l'olio e 10.000 kcal/kg per il gasolio, un litro di olio pesa 0,9 kg, il gasolio ha un peso specifico di 0,82 ; questi dati più una certa presenza di ossigeno nella composizione chimica dell'olio, che ne migliora il rendimento, fa si che i chilometri percorsi con un litro (unità di misura commerciale sia per il gasolio che per l'olio) siano simili.

Attualmente non è lecito utilizzare olio alimentare come carburante in proporzioni superiori al 5%, in quanto si evaderebbero le accise praticate sui carburanti stessi, le emissioni in atmosfera dell'olio combusto non sono molto dissimili da quelle del gasolio, mentre l'apporto di CO2 è nullo in quanto rientra nel ciclo del carburante-olio.

In rete:

Scheda del Comitato Termotecnico Italiano
www.cti2000.it/uso_oli_motore.htm 

Scheda di Wikipedia
wikipedia.org/wiki/Olio_(carburante)

Dal Forum di discussione
Database esperienze www.forumcommunity.net/?t=1214321
Discussione generale
www.forumcommunity.net/?f=168344




 

Bio-diesel

Il Biodiesel è un prodotto naturale utilizzabile come carburante in autotrazione e come combustibile nel riscaldamento, 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, cioè se disperso si dissolve nell’arco di pochi giorni, mentre gli scarti dei consueti carburanti permangono molto a lungo;
  • garantisce un rendimento energetico pari a quello dei carburanti e dei combustibili minerali ed un’ottima affidabilità nelle prestazioni dei veicoli e degli impianti di riscaldamento.
Si ottiene dalla spremitura di semi oleoginosi di colza, soia, girasole ecc.. e da una reazione detta di transesterificazione , che determina la sostituzione dei componenti alcolici d’origine ( glicerolo ) con alcool metilico ( metanolo ).
La transesterificazione
La transesterificazione del biodiesel

Le materie prime necessarie sono olii vegetali, anche usati, aspetto questo che rende molto interessante l' utilizzo del biodiesel.

  • 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.
  • Le zone povere del nostro territorio, (terreni marginali) in passato adibite a coltivazione ed attualmente abbandonate, 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 olii vegetali usati, il cui recupero è stato disciplinato dal DLgs 5 febbraio 1997, n° 22.
Questo consente di sottrarre definitivamente gli olii vegetali usati dal circuito dell’alimentazione zootecnica o da utilizzi ancora più pericolosi per la salute umana.

La sua produzione è del tutto ecologica, poiché non presuppone la generazione di residui, o scarti di lavorazione. La reazione di transesterificazione prevede la generazione di glicerina quale “sottoprodotto” nobile dall’elevato valore aggiunto, della quale sono noti oltre 800 diversi utilizzi.

L'utilizzo può essere diretto poiché non richiede alcun tipo d’intervento sulla produzione dei sistemi che lo utilizzano (motori e bruciatori).
  • Nell’autotrazione (motori diesel) sia puro che miscelato con il normale gasolio.
  • 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.

Parametro Unità di misura Limiti
min max
* Viscosità a 40° mm2/sec 3,5 5,0
* Massa volumica a 15° kg/m3 860 900
* Punto di infiammibilità °C 120  
* Residuo carbonioso (sul 10% residuo distillazione) % m/m   0,3
* Contenuto in ceneri solfate % m/m   0,01
Contenuto in acqua mg/kg   500
* Contaminazione totale mg/kg   24
Valore di acidità (a) mg KOH/g   0,50
Contenuto di estere % m/m 96,5  
Contenuto di monogliceridi % m/m   0,80
Contenuto di digliceridi % m/m   0,20
Contenuto di trigliceridi % m/m   0,20
Glicerolo libero % m/m   0,02
C.F.P.P. (b) °C   vedi nota
Punto di scorrimento °C   0
* Calore specifico inferiore (calcolato) MJ/Kg 35  

Il biodiesel in autotrazione
Il funzionamento, l'usura dei motori e le 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 (sostituzione di guarnizioni e condotti il gomma, 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.
Aspetti Ambientali
In confronto con il gasolio, il Biodiesel determina numerosi effetti positivi per l’ambiente:
  • non contribuisce all’« effetto serra» poiché restituisce all’aria solo la quantità di anidride carbonica utilizzata da colza, soia e girasole durante la loro crescita;
  • riduce le emissioni di monossido di carbonio (- 35%) e di idrocarburi
  • incombusti (- 20%) emessi nell’atmosfera;
  • non contenendo zolfo, il Biodiesel non produce una sostanza altamente inquinante come il biossido di zolfo e consente maggiore efficienza alle marmitte catalitiche;
  • diminuisce, rispetto al gasolio, la fumosità dei gas di scarico emessi dai motori diesel e dagli impianti di riscaldamento (-70%)
  • non contiene sostanze, pericolosissime per la salute, quali gli idrocarburi
  • aromatici (benzene, toluene ed omologhi) o policiclici aromatici;
  • giova al motore grazie ad un superiore potere detergente che previene le incrostazioni;
  • non presenta pericoli, come l’autocombustione, durante la fase di di trasporto e di stoccaggio;
  • la sua diffusione determina l’attivazione di un circuito virtuoso che promuove lo sviluppo di produzioni agricole non destinate alla alimentazione (non food), quindi non generatrici di eccedenze.
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 oleoginose
Trasporto Trasporto
Estrazione dell’olio Operazioni di raffineria
Transeserificazione 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 olii usati, i vantaggi sono ulteriormente amplificati.

Tavola bilancio energetico www.biofox.com

Alcune considerazioni economiche
In Germania si sono voluti stimare i potenziali effetti socio - economici della produzione di biodiesel (Ifo Institute, Monaco). Ipotizzando di investire a colza 300.000 ha, si produrrebbero, con una resa media di 3 t/ha, 900.000 t/anno di semi oleosi, trasformabili in 350.000 t di olio e 531.000 t di panello proteico. Conseguentemente, sono producibili 336.300 t di biodiesel (oltre a 40.356 t di glicerina), che sostituirebbero una quantità praticamente equivalente di gasolio. In questa ipotesi, verrebbero creati
quasi 5.000 posti di lavoro (1 ogni 70t/anno di produzione). I minori introiti per il fisco derivati dalla necessaria defiscalizzazione del combustibile (che altrimenti non risulterebbe competitivo con il gasolio) risulterebbero compensati per circa il 70% dalla tassazione dell'aumento del fatturato globale indotto dalla produzione del biodiesel. La rimanente parte (circa 36 milioni di Euro) potrebbe essere considerata a carico dei vantaggi ambientali acquisiti (corrispondenti a circa 0,09 € per litro di biodiese

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 particolato risultano essere complessivamente il 32% di quelle del gasolio (il particolato sotto ai 10 µm -altamente nocivo- 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 e le sue proprietà chimico- fisiche suggeriscono l’impiego del Biodiesel come additivo al gasolio fino a specifiche ULS (Ultra Low Sulfur).
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, essendo in proposito l’Italia il fanalino di coda della UE.
  • In ultimo, ma non per importanza, è bene porre l’attenzione sul valore dei “sottoprodotti” dell’intero processo di produzione che, anzichè imbarazzanti e scomodi scarti di lavorazione, costituiscono coprodotti nobili dall’alto valore aggiunto, sia in termini energetici che economici.

Relazione Biodiesel a cura del Dr. Ing. Massimo Grotti (Venezia, Aprile 2002)
Articolo pubblicato a cura di Roy Virgilio, webmaster di progettomeg.it 


Oltre al biodiesel ottenibile per esterificazione dell'olio vegetale si parla di biodiesel  anche riferendosi al carburante ottenibile dal gas di sintesi prodotto in un gassificatore da biomasse con umidità inferiore al 35%, tale carburante è denominato Btl (Biomass to liquid) o anche biodiesel di 2° generazione.

Una società tedesca che stà impiantando una unità produttiva di Btl
www.choren.com

Bio-gas

Il biogas viene prodotto da residui organici, ad esempio come prodotto di processo nel trattamento dei reflui fognari. Può essere adoperato in veicoli progettati per essere alimentati a metano, il gas deve essere prima purificato per poterlo usare come carburante per autovetture. Il rimanente materiale proveniente dal trattamento dei residui organici, può essere utilizzato come fertilizzante di alta qualità.
Biogas a Stoccolma

L’uso del biogas prodotto localmente è un esempio di un processo energetico a catena chiusa.

La città di Stoccolma sviluppò inizialmente impianti per la produzione di biogas per ridurre la generazione di gas responsabili dell’effetto serra, provenienti dalle discariche e dagli impianti fognari. Adesso, il biogas viene purificato ed utilizzato come carburante sostituendo circa 360.000 litri di benzina all’anno.

Dal 1997 la quantità di biogas annualmente venduta a Stoccolma è più che triplicata, portandosi a più di 180.000 Nm3 L’utilizzo di questa quantità di biogas fa risparmiare ogni anno 850 GJ di energia da combustibili fossili. A partire dal 2001, a Stoccolma saranno prodotti circa 4,5 milioni Nm3 di biogas sufficienti per alimentare 3.000 auto. (fonte: http://www.zeus-europe.org)

Sempre a Stoccolma è in funzione su una tratta di 80 km un treno alimentato a biogas. Composto da un solo vagone  il treno può trasportare una sessantina di passeggeri,.
.www.repubblica.it/2005/j/sezioni/tecnologia/biogas.html

Dal 1 gennaio 2001 i camion della Migros (la più grossa catena di supermercati della svizzera, che non vende sigarette o alcool ) fa girare i propri camion a biogas prodotto con i resti dei propri ristoranti, supermercati, impianti di produzione. (fonte: http://www.alcatraz.it)

 distributore di biogas

Distributore di biogas a Stoccolma
volvo a biogas
Esistono in commercio auto predisposte  all'alimentazione con biogas


 

Bio-idrogeno

Un progetto integrato, che vede coinvolti l’ENEA e diverse società industriali (Ansaldo, Fiat, Peugeot, Renault), nonchè università italiane e straniere (L’Aquila, Vienna, Londra, Belfast, Patrasso) ed enti di ricerca europei (VTT, ECN), si propone di:

  • sviluppare processi e tecnologie per la produzione di biocarburanti liquidi (etanolo) da destinare alla produzione di H2 per autotrazione on board;
  • sviluppare processi e tecnologie per la produzione di idrogeno mediante reforming catalitico di oli di pirolisi;
  • sviluppare, mettere a punto e caratterizzare un processo di gassificazione a vapore di biomasse per la produzione di syngas ad alto contenuto di idrogeno per la generazione distribuita di energia elettrica mediante celle a combustibile;
  • sviluppare e caratterizzare un processo di gassificazione con ossigeno per la produzione di un syngas ad alto contenuto di idrogeno da utilizzare in combustori di turbine a gas e in caldaie di post combustione;
  • sviluppare processi e tecnologie di separazione dell’idrogeno dal gas prodotto da impianti di gassificazione che sfruttano differenti tecnologie.
Le attività ENEA previste, svolte presso il Centro Ricerche Trisaia, sono così articolate:
  • ottimizzazione dei processi di pretrattamento delle biomasse, dell’idrolisi enzimatica e della fermentazione per rendere competitiva la produzione di etanolo mediante processi biologici;
  • upgrading degli oli ottenuti dalla pirolisi delle biomasse mediante stabilizzazione del prodotto;
  • messa a punto di differenti tecnologie per la gassificazione da biomasse con produzione di syngas ad alto tenore di idrogeno;
  • sviluppo di tecnologie innovative per il cleaning e l’arricchimento in idrogeno del syngas prodotto;
  • sperimentazione dell’integrazione dell’impianto di gassificazione con cella combustibile a carbonati fusi (MCFC).
Una delle possibilità più concrete per ridurre i costi è l’utilizzo delle parti lignocellulosiche delle piante (fusto, foglie ecc.) che spesso costituiscono un residuo delle coltivazioni e processi industriali. L’etanolo prodotto può a sua volta essere utilizzato in motori a combustione interna, miscelato con la benzina o sotto forma di ETBE.

Un’altra possibilità consiste nella produzione on board di idrogeno e utilizzazione in celle a combustibile, eliminando quindi tutti i problemi connessi allo stoccaggio dell’idrogeno.

La produzione di biocombustibili gassosi rende molto più versatile l’impiego delle biomasse e permette di utilizzarle direttamente in motori a combustione interna e in cicli combinati, con sensibili incrementi dei rendimenti energetici di conversione e con possibilità di produrre direttamente energia elettrica per potenze e richieste specifiche.
Auto ad idrogeno
Tra i numerosi prototipi di auto ad idrogeno la Honda ha realizzato una vettura interessante se non altro per la contenuta potenza proposta
 
In particolare la gassificazione con ossigeno e/o vapore permette di produrre gas ad alto tenore di idrogeno che si presta ad essere utilizzato anche in celle a combustibile e/o per la produzione diretta di idrogeno.

Fonte: enea.it/progetti/vettori
Idrogeno da biomasse e rifiuti organici
  epa.gov/biomass  


Bio-butanolo

Il bio-butanolo soppianterà il bio-etanolo?

 Combustibile Energia specifica in volume MJ/dm³
Rapporto stechiometrico kgaria/kgcom Energia specifica miscela in peso d’aria
MJ/kg aria
Energia vaporizzazione MJ/kg
Benzina  32,0  14,6 2,9 0,36
Bio-Butanolo  29,2  11,2 3,2 0,43
Bio-Etanolo  19,6  9,0 3,0 0,92
Gasohol E-10 (10% etanolo  90% benzina)
28,1 nd nd nd
Bio-metanolo 16 6,5 3,1 1,20

In passato il Biobutanolo era noto come un solvente ma, da qualche tempo, si propone anche come combustibile. Esso si ricava sia dal petrolio che dalle biomasse ed è più facilmente miscelabile o più affine alla benzina al punto che gli esperti intravendono potenzialità maggiori per il bio-butanolo rispetto ad altri bio-combustibili (bio-etanolo e bio-metanolo e bio-diesel).

 

Il Butanolo si produce dalla fermentazione di varie biomasse per effetto del batterio Clostridum-Acetobutilicum della famiglia dei batteri del tetano e botulino. La materia prima per produrre biobutanolo è la stessa utilizzata per la produzione di altri biocombustibili come le barbabietole, il grano e il mais nei climi temperati, la canna da zucchero e le radici di manioca nei climi tropicali. Non solo, si possono adoperare paglia, fieno e i residui delle produzioni agricole. La produzione di butanolo è accompagnata da sottoprodotti quali: acido acetico, acido lattico e propionico, idrogeno, acetone, isopropanolo ed etanolo.

Il butanolo ha svegliato l'interessi delle multinazionali per i minori problemi posti dall'integrazione dei biocombustibili (bioetanolo in primis) negli attuali combustibili. La BP ormai dopo aver dichiarato in modo esplicito la propria strategia nei confronti della transizione dai combustibili fossili verso i biocombustibili, puntando sul bioetanolo per i vantaggi evidenti di miscelazione e, inoltre, perché stima di produrre bio-combustibile a costi di produzione più bassi rispetto al bioetanolo. Sembra che altre multinazionali si stiano adeguando rapidamente: un chairo segnale è dato dalla decisione si DuPont, BP, BPC di riconvertire gli impianti di produzione di bioetanolo in biobutanolo. Per il 2007 le tre aziende hanno in previsione di produrre circa 30.000 tep di energia da biocombustibile. Recentemente sembra che la notizia abbia smosso la borsa delle tre aziende.

In questi ultimi anni è stato messo a punto un processo (Environmental Energy, Inc.) in cui si impiegano due batteri in serie (Clostridium-Acetobutilicum e Clostridium-Tirobutiricum) con l’effetto di raddoppiare la produttività di bioetanolo. Da un m³ di mais in granella si ottengono 260-270 litri di biobutanolo (pari a circa 30% in peso) più o meno come per il bioetanolo.

Il costo di produzione del biobutanolo del processo della Environmental Energy, Inc. è leggermente inferiore a quello del bioetanolo. Da aggiungere che tale costo può essere abbassato ulteriormente se si conteggiano i realizzi nell’uso dei vari sottoprodotti, come l'idrogeno, l’etanolo.

Anche la BP e la Du Pont stanno lavorando sugli enzimi delle fermentazione per migliorare il processo e renderlo definitivamente più vantaggioso economicamente.

Il bio-butanolo 4nelle sue quattro forme isomeriche, è meno chimicamente agressivo rispetto il bio-etanolo ed è più facilmente miscelabile con la benzina e altri combustibili.

Il butanolo è 6 volte meno volatile dell'etanolo e 13,5 volte meno rispetto la benzina. Per tale ragione il bio-butanolo ha la possibiltà di sostituirsi al bio-etanolo perchè se ne può impiegare in quantità % maggiori.

Infatti il bio-butanolo è miscelato con l'etanolo e la benzina in quantità variabili da 8 e 32 %.

La BP sta per introdurre nel mercato inglese una benzina con 16% di biobutanolo.  Tra poco vedremo quindi affiancarsi ai combustibili con etanolo E15,..., E85 anche Bu15, …, Bu85 

L'impiego del butanolo, come di altri biocombustibili, comporta un adeguamento dei sistemi di alimentazione, materiali, sensori di livello.

Riferimenti

http://www.butanol.com/ - Sito della Environmental Energy Inc. per approfondimenti e per recupero letteratura

http://www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?artid=373084&tools=bot - Acetone-butanol fermentation revisited, Microbiol Rev. 1986 December; 50(4): 484–524 -Articolo di riferimento per ricercatori e addetti ai lavori

http://www.dupont.com/ag/news/releases/BP_DuPont_Fact_Sheet_Biobutanol.pdf - Biobutanol a better biofuel- Biobutanol fact sheet - Scheda sintetica della DuPont pro biobutanolo – La scheda è un buon esempio di dati e fatti da utilizzare per attività di lobbying e di promozione.

dupont_pressoffice_italy@bt-media.net - News apparsa il 20 giugno 2006 sulle iniziative intraprese sul butanolo da parte della BP, Du Pont e BPS.