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Biocarburanti

Cosa sono i biocombustibili e come funzionano

    I biocombustibili rappresentano l’alternativa più promettente al petrolio, che oggi copre la quasi totalità degli utilizzi finali nel settore dei trasporti.

    Essi derivano dal materiale organico che costituisce la biomassa, una forma di risorsa rinnovabile che può essere convertita direttamente in combustibile.

    Secondo l’IEA, le materie prime di origine agricola o, più in generale biologica (la cosiddetta bioenergia), utilizzate sia a scopi di generazione elettrica che nel settore dei trasporti, hanno la potenzialità di soddisfare il 50% della domanda mondiale di energia nel prossimo secolo, contribuendo allo stesso tempo a raggiungere gli obiettivi di riduzione delle emissioni di CO2.

    I biocarburanti utilizzati a scopi di autotrazione possono dare un contributo importante al problema della dipendenza energetica dalle fonti fossili. Questo settore, infatti, è responsabile del consumo del 30% di energia e del 20% circa delle emissioni di gas serra nell’Unione Europea.

    Allo stato attuale, gli unici biocarburanti prodotti e utilizzati su larga scala sono:

    • Biodiesel – in sostituzione del gasolio nei motori diesel
    • Bioetanolo – in sostituzione della benzina

    BIODIESEL

    Il biodiesel è un biocombustibile ottenuto dal trattamento chimico (trans esterificazione) di oli vegetali quali colza, girasole, palma, noce di cocco, soia, … ed anche di grassi animali provenienti dall’industria della carne. Esso può essere utilizzato, puro o in miscela (5-20%), come sostituto del gasolio nel settore dei trasporti e del riscaldamento senza modificare motori e caldaie, consentendo una riduzione significativa di emissioni rispetto al gasolio minerale.

    La transesterificazione è un processo chimico in cui si rompono le molecole degli acidi grassi degli oli vegetali, responsabili della sua elevata viscosità; il processo avviene utilizzando un reagente alcolico (metanolo o etanolo) e, in aggiunta, soda caustica. L\’alcol, reagendo con gli acidi grassi, produce da un lato biodiesel e dall\’altro glicerolo (o glicerina), che trova spazio nell’industria alimentare e farmaceutica.

     

    I vantaggi ambientali offerti dal biodiesel sono:

    • Emissioni nulle di CO2 considerando l’intero ciclo di vita perché essendo di origine vegetale la quantità di anidride carbonica immessa in atmosfera è pari a quella immagazzinata dalla pianta, quindi il bilancio è complessivamente pari a zero. L’European Biodiesel Board stima che l’utilizzo di 1 kg di biodiesel comporta la riduzione di 3 kg di CO2 in atmosfera. Rispetto al diesel tradizionale la riduzione delle emissioni di CO2 in fase di combustione può arrivare al 90%;
    • Minori emissioni di CO (- 30/50%);
    • Minore produzione di idrocarburi incombusti (-20%);
    • Migliore combustione dovuta a una maggiore presenza di ossigeno nella molecola;
    • Assenza di zolfo quindi emissioni nulle di SO2;
    • Minore produzione di particolato fine (-30/40 %);
    • Biodegradabilità;
    • Punto di infiammabilità più alto rispetto al diesel e quindi limitato pericolo di autocombustione durante il trasporto e lo stoccaggio;
    • Accensione del motore più rapida.

    Il biodiesel, essendo un prodotto ossigenato, migliora la combustione nei motori e riduce le emissioni proporzionalmente alla sua concentrazione in miscela fino a circa il 20%.

    Se utilizzato puro, però, può ridurre le prestazioni nei motori fino al 15% rispetto al diesel tradizionale a causa delle diverse caratteristiche. Alle basse temperature, per esempio, può succedere che il biodiesel provochi problemi in fase di alimentazione a causa delle maggiore difficoltà a scorrere (viscosità). Oppure potrebbe rovinare le guarnizioni e le tenute con conseguenti perdite di combustibile.

    L’utilizzo di miscele contenenti biodiesel in proporzione superiori al 20% richiede, dunque, una maggiore attenzione alla movimentazione del carburante, una manutenzione più accurata del veicolo e, in alcuni casi, un adeguamento del veicolo per questo tipo di miscele.

    BIOETANOLO

    L’uso di carburanti di origine vegetale per autotrazione – in particolare di etanolo – risale ai primi del ‘900 quando Henry Ford ne promosse l’utilizzo, tanto che nel 1938 gli impianti del Kansas producevano già 18 milioni di galloni/anno di etanolo (circa 54.000 t/anno).

    L’interesse americano per l’etanolo scemò dopo la seconda guerra mondiale in conseguenza dell’enorme disponibilità di olio e gas, ma negli anni ’70, a seguito della prima crisi di petrolio, si ricominciò a parlare di etanolo e, alla fine del decennio, diverse compagnie petrolifere misero in commercio benzina contenente il 10% di etanolo, il cosiddetto gasohol, avvantaggiandosi del cospicuo sussidio fiscale concesso all’etanolo.

    Oggi il bioetanolo è ritornato al centro dell’interesse della politica mondiale come biocombustibile utile per ridurre le emissioni di CO2, essendo di origine vegetale.

    Il bioetanolo è prodotto mediante un processo di fermentazione alcolica di prodotti agricoli ricchi di zucchero o amido (per esempio la canna da zucchero, la barbabietola da zucchero, il mais, l’orzo, il grano, le patate, ecc..) o da residui ricchi di cellulosa.

    Quotidianamente abbiamo a che fare con la fermentazione alcolica, perché questo è il processo che sta alla base della produzione del vino. Sulla buccia degli acini d’uva, infatti, si trovano dei lieviti responsabili di questa reazione, Che avviene in un lasso di tempo che va dai 6 agli 8 giorni. Altro esempio comune è la birra ,ottenuta aggiungendo al malto d’orzo o di altri cereali luppolo e particolari lieviti (saccaromiceti).

    Il bioetanolo presenta caratteristiche fisico-chimiche simili alla benzina e questo permette un suo utilizzo nelle miscele in percentuali fino al 20% (senza modificare il motore) o anche un utilizzo puro nel caso di motori Flex come succede in Brasile, grazie anche all’impegno dell’azienda italiana Magneti Marelli che ha sviluppato la tecnologia Flexible Fuel Vehicles.

    La canna da zucchero è la materia prima principalmente utilizzata per la produzione di questo combustibile grazie a:

    • Una resa per ettaro di gran lunga superiore rispetto a quello di altre colture;
    • Un elevato contenuto di zucchero;
    • Minore richiesta di energia per la coltivazione e un ridotto uso di fertilizzanti;
    • Gli steli, le foglie e il residuo della lavorazione (bagasse) hanno un elevato contenuto energetico da sfruttare per scopi cogenerativi.

    Il processo di produzione del bioetanolo genera, a seconda della materia prima agricola utilizzata, diversi sottoprodotti con valenza economica destinabili alla produzione di mangimi o alla cogenerazione.

    Il bioetanolo oggi rappresenta il biocarburante di maggiore interesse, essendo la sua produzione mondiale stimabile tra 11 e 11,5 milioni di t/anno (di cui la stragrande maggioranza negli USA e in Brasile).

    Tuttavia il suo impiego pone problematiche di natura etica sul reale vantaggio di destinare i terreni agricoli alla produzione di “prodotti energetici” rispetto alla produzione di “prodotti alimentari”. Il rincaro dei prezzi delle materie prime agroalimentari ha accentuato il divario tra Paesi ricchi e Paesi tanto che il direttore della FAO Jacques Diouf ha affermato che le politiche agroenergetiche mondiali hanno cannibalizzato circa 100 milioni di tonnellate di cereali, togliendole al consumo umano.

    Per questo motivo alcune ricerche in questo campo si stanno orientando verso la produzione di “biofuel di seconda generazioneche non derivano da materie prime agroalimentari (materiali ligneocellulosici, oli e grassi non commestibili .. ). Questa tipologia di biocarburanti, nati dall’esigenza di non entrare in conflitto con le produzioni alimentari, presenta bilanci energetici ed ambientali molto più vantaggiosi rispetto ai biocombustibili di prima generazione perché è possibile sfruttare una frazione maggiore della biomassa prodotta e in certi casi tutta la pianta.

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