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).
Energia per produrlo
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26-35
|
Energia ricavata dal biodiesel
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42-50
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Energia ricavata dai sottoprodotti
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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
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).
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.
