15/03/2010 21:14
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
| 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. |
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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:
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 Una società statunitense ha realizzato un impianto pilota per la produzione di bioetanolo da sostanze lignocellulosiche in Lousiana ed un altro impianto in Giappone. 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. Secondo il dipartimento per l'energia (USA) il bioetanolo costerà, entro pochi anni, meno dei carburanti derivati dal petrolio |
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Negli USA sono stati effettuati alcuni interessanti studi sulle potenzialità del bioetanolo tra i quali: 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. sezione aggiornata al 07/06/2007 a cura di Roy Virgilio |
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Chimica del metanolo (acool metilico) |
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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. 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. Una società tedesca mette a punto piccoli sistemi portabili a pile a combustibile di tipo DMFC www.smartfuelcell.de
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| 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 Scheda di Wikipedia Dal Forum di discussione |
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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.
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| 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 | |
| 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 |
| Energia per produrlo | 26- 35 |
| Energia ricavata dal biodiesel | 42- 50 |
| Energia ricavata dai sottoprodotti | 31- 37 |
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
| 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,. |
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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:
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| 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. |
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| 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 |
Il bio-butanolo soppianterà il bio-etanolo?
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.
Riferimentihttp://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. |
