CARBURANTI DA BIOMASSA

I principali combustibili tratti dalla biomassa sono biodiesel, metanolo, etanolo, idrogeno, gas naturale, propano, bio-crude oil. Conosciamoli meglio!

BIODIESEL

La reazione di transisterificazione richiede 1,05 t d’olio e 0,11 t d’alcol per ottenere 1 t d’estere 0,1 t di glicerina e 0,023 d’acidi grassi.

Circa 1,12 t di biodiesel pari a 1.273 l è prodotta da 1 ha coltivato a colza.

Il biodiesel comporta una riduzione delle emissioni di CO₂ di quasi 6 volte rispetto al gasolio ovvero 520 g CO₂/l rispetto a 2.960 g CO₂/l per il gasolio (Basosi, 2005 ).

Dal punto di vista del bilancio d’energia (Tab.1) l’energia prodotta dal biodiesel è doppia rispetto a quella spesa in energia fossile per la produzione.

Considerando tutti i co-prodotti, l’energia totale prodotta sarà 5,4 volte l’unità d’energia spesa per la sua produzione.

Il bilancio energetico del biodiesel secondo invece il Dipartimento di Chimica dell’università di Siena è di soli 0,31 unità d’energia fossile per produrre un’unità di biodiesel. La riduzione della CO₂ emessa è il 78% rispetto al gasolio fossile.

Le emissioni di particolato sono il 32% del gasolio, idem per il monossido di CO₂, gli ossidi di zolfo non superano mai l’8% rispetto al gasolio.

Possiamo stabilire per le coltivazioni terrestri d’oleaginose che l’estrazione e la coltivazione dell’olio di semi richiedono 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.

Tab 1. Bilancio energetico per la produzione di biodiesel (Gj/ha).

(Sharmer, Gosse 1996).

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

Nel caso d’impiego d’oli usati i vantaggi sono ulteriormente amplificati.

Secondo Lara Riello dell’università di Padova (2004) la CO₂ immobilizzata nel biodiesel (metilestere di girasole) è:

peso specifico del metilestere = 880,2 g*lˉ¹;

contenuto di carbonio nel metilestere = 78,7%;

coefficiente di liberazione CO₂ con il processo di combustione = 44/12.

Quindi dall’ossidazione d’un litro d’estere s’ottengono: (1 x 880,2 x 78,7/100 x 44/12) = 539,9 grammi di carbonio; La quantità di CO₂ immobilizzata nel metilestere fino al momento della combustione è pari alla resa in estere moltiplicata per il fattore d’emissione dell’anidride mentre la quota di CO₂ immobilizzata nelle farine si determina come valore di sostituzione ossia si valutano i singoli elementi (Bittante, 1990) in termini di C presente e se ne ipotizza la combustione.

Il biodiesel ottenuto dall’olio di colza consente d’ottenere un miglioramento degli effetti delle emissioni sulla salute umana del 120%.

L’utilizzo del biodiesel è notevole in Germania, Austria, Svezia.

In Germania il 50% del gasolio venduto è biodiesel, in Austria gli autobus della città di Graz vanno ad olio usato nella ristorazione transisterificato.

L’Unione Europea invece importerà dalla Malesia e Indonesia grandi quantità d’olio di palma per sostituire il 6% della propria quota di carburante con biocombustibili entro il 2010, obbligando i produttori a quintuplicare la propria produzione entro il 2010

(Mpoc, 2006).

Olio puro

Possiamo utilizzare anche olio vegetale puro come combustibile evitando il processo di transisterificazione e con svantaggi motoristici lievi se modifichiamo i motori.

E’ stato calcolato che per ogni kg di gasolio sostituto dall’equivalente quantità d’olio vegetale ho un risparmio sulle emissioni di CO₂ di 1,4kg (circa 2,6 applicando l’allocazione) mentre per ogni kg di gasolio sostituito dall’equivalente quantità di biodiesel si ha un risparmio sulle emissioni di circa 1,6 kg (2,4 se applichiamo l’allocazione) in questi termini la differenza sul risparmio d’emissioni usando olio puro invece di biodiesel è assente perchè nonostante il processo d’esterificazione industriale generi 11,41 grammi di CO₂/mj (CTI, 2006) nel bilancio bisogna tenere presente anche che il potere calorifico del biodiesel che è più vicino a quello del gasolio rispetto all’olio puro rispettivamente 37 mj/kg contro 40 Mj/kg e aumentando i consumi, questo riduce le differenze. Se invece ipotizziamo l’uso dell’olio vegetale per ottenere energia usandolo come combustibile per alimentare un generatore elettrico opportunamente modificato (350 Kwe, 35% rendimento), tralasciando l’aspetto economico non conveniente, vediamo invece che il consumo d’energia primaria per produrre un Kw elettrico da olio di girasole è di 2,77  Mj con un rapporto energia prodotta su energia primaria pari a 1,3. Per dare l’idea del valore di tale analisi cito i dati del Comitato Termotecnica Italiano secondo il quale per produrre 1 Kwh elettrico con il gasolio occorrono 2,2 Kwh d’energia primaria, per un rapporto energia prodotta su energia primaria pari a 0,45.  Se ne deduce che il bilancio energetico dell’olio vegetale, in specie di quello di girasole, è migliore del gasolio.

Metanolo

Il metanolo (CH3-OH)  prodotto principalmente dal gas naturale può essere anche ottenuto dal carbone o dalla biomassa.

Da 2 kg di biomassa o da 4,35 kg di carbone otteniamo 1 litro di metanolo.

Risulta che la biomassa è da prendere in considerazione per la produzione di biodiesel perché da rese migliori.

Recenti studi hanno confermato che circa il 50% del contenuto energetico del legno può essere convertito in metanolo ad un costo economico di produzione pari a 5 volte il metano. Il methyl-tertiary-butyl-ether (mtbe) è adesso utilizzato in Usa per la produzione delle benzine riformulate obbligatorie in alcune zone del paese per ridurre l’inquinamento atmosferico. L’aggiunta d’ mtbe permette nelle benzine riformulate d’innalzare il numero d’ottano e di creare benzina ossigenata: ciò promuove una migliore combustione e riduce le emissioni di CO₂  e altre sostanze tra cui il benzene.

Esistono però seri problemi d’inquinamento delle acque causato dal metanolo tali da far pensare ad un possibile ritiro dal mercato dell’mtbe e del metanolo entro breve tempo sostituendolo con l’etanolo e il suo derivato, l’etbe  (Renew, 2004).

Etanolo

L’etanolo è un combustibile liquido privo di calore e dall’odore caratteristico, utilizzato sia in miscela al 10% in veicoli tradizionali che all’85% o più in veicoli appositamente trasformati per permetterne l’uso.

Dall’etanolo si può inoltre produrre un etere l’etbe (ethyl tertiary butyl ether), additivo ossigenato per le benzine riformulate (RFG) solitamente al 10%.

Si stima che 90 litri d’etanolo siano in grado di sostituire un barile (circa 160 litri) d’olio combustibile (Basosi, 2005).

Assumendo un consumo di 15 miliardi di litri per anno (in Usa) ne deriverebbero circa 26 milioni di metri cubi di CO₂ non emessi e quindi d’emissioni evitate.

L’etanolo è ottenuto a partire da biomassa piante o alghe con  quantità d’amidi fermentabili o zuccheri elevato.

E’ possibile ottenere etanolo anche da risorse ligno-cellulosiche ma è ancora una tecnologia allo studio e costosa.

Una miscela d’etanolo al 5-7% permette di ridurre le emissioni di CO₂ del 15-20%. Dal punto di vista del bilancio energetico da 1,05 Kj (1 btu) d’energia fossile consumata per la produzione del combustibile, s’ottengono rispettivamente 7,17 Kj (6,8 btu) nel caso d’etanolo (da mais) e 0,833 Kj (0,79 btu) nel caso di benzina riformulata con etbe derivato ossigenato dell’etanolo.

Vi è quindi il fatto sperimentale che le benzine addizionate con etanolo riducono più di due volte le emissioni di CO₂ rispetto alle benzine addizionate di metanolo.

Vi è un progetto allo studio per la produzione integrata di bio-etanolo  dalla manioca e dal sorgo zuccherino in Cina.

Se il progetto è realizzato sono prodotte circa 600.000 t/anno d’etbe (da 280.000 t/ha) ed evitate circa 1.000.000 t/anno di CO₂.

Il bio-etanolo risparmia all’atmosfera valori di biossido di carbonio e ossido nitroso rispetto al petrolio tradizionale in percentuali del 30% usando etanolo ottenuto dal grano, del 78% usando etanolo ottenuto dalla cellulosa e dell’82% usando etanolo ottenuto dalla canna da zucchero.

I vantaggi dei biocombustibili si traducono anche in vantaggi economici, politici in quanto a differenza del petrolio non esiste al momento alcun paese che domina il mercato mondiale per la produzione d’etanolo o di biodiesel.

Nella classifica dell’utilizzo il primato spetta al Brasile con l’etanolo dalla canna da zucchero seguito dall’america con l’etanolo ottenuto dal mais.

In Brasile vi sono auto flex fuel in grado di funzionare esclusivamente con etanolo ad un costo pari alla metà della benzina tradizionale.

L’etanolo ha conquistato anche le compagnie aeree che sostituiscono il kerosene con etanolo tanto che l’Embrear prima  ditta costruttrice d’apparecchi ad etanolo non è in grado di soddisfare la richiesta.

Negli Stati Uniti l’utilizzo dell’etanolo dal mais è riuscito a prendere forza grazie alle ultime leggi ambientali e ad un generoso credito fiscale erogato e associato alla produzione e al consumo di questo carburante.

Tanto che tra il 2000 e il 2005 la quantità di biocombustibili prodotti dagli Usa è raddoppiata arrivando a coprire il 3% del consumo totale del combustibile da trasporto all’interno degli Stati Uniti.

in Svezia studi dell’Università di Stoccolma hanno provato ottime rese e  vantaggi dell’etanolo soprattutto nel caso dei trasporti pesanti.

Più di 30 paesi dalla Thailandia all’India all’Australia al Malawi hanno messo in piedi coltivazioni di palma da cocco e olio, soia e canna da zucchero destinate esclusivamente all’utilizzo come biocombustibili. 

Recentemente Venezuela e Indonesia  annunciano di voler seguire il Brasile nella direzione della conversione del paese all’utilizzo d’etanolo da trazione.  Il mercato mondiale ha bisogno di biocombustibili.

La Thailandia ha appena annunciato la costruzione di 12 impianti per la produzione d’etanolo dalla canna da zucchero e dalla lolla la parte esterna che contiene il chicco di riso. Questa produzione verrà in  parte destinata al consumo nazionale e in parte esportata in Giappone e Cina (www.ecoport.com, 2006).

Il governo di Pechino ha poi stanziato milioni di dollari per la realizzazione del più grande impianto di produzione d’etanolo nella città di Jilin, in questo caso il prodotto usato nella distillazione sarà estratto dalla fermentazione di mais, canna da zucchero, manioca e patate dolci. Come tutte le principali economie comunque anche la Cina sta considerando l’ipotesi d’importare etanolo dal Brasile che è il primo paese produttore a livello mondiale.

Il Giappone ha già intrapreso questa strada con la sottoscrizione d’un contratto per importare il 3% della benzina giapponese con etanolo brasiliano nella cifra di 15 milioni di litri d’etanolo, 1.880 milioni di litri l’anno.

Un barile d’etanolo costa  25 $  ma le quotazioni potrebbero impennarsi se la risposta dei mercati supererà la capacità d’adattamento del sistema produttivo all’aumento della domanda (Biofox.com; Renew, 2006).

G.N.