BIODIESELBIODIESELUN’ENERGIA PULITAUN’ENERGIA PULITA

a cura del dr. ing. Massimo Grottia cura del dr. ing. Massimo Grottiwww.program-risorse.com

Venezia, aprile 2002

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.

Di cosa si tratta?

Come si produce?

Si ottiene dalla spremitura di semi oleoginosi Si ottiene dalla spremitura di semi oleoginosi di di colza, soia, girasolecolza, soia, girasole e da una reazione detta e da una reazione detta di di transesterificazionetransesterificazione, che determina la , che determina la sostituzione dei componenti alcolici d’originesostituzione dei componenti alcolici d’origine (glicerolo) con alcool metilicocon alcool metilico (metanolo).

La “transesterificazione”!

catalizzatorcatalizzatoree

OlioOlio++

MetanoloMetanolo BIOBIOdieseldiesel++

GlicerinaGlicerina

R3-COOCH2

R2-COOCH

R1-COOCH2

3CH3OH

CH2-OH

+ +3 x R-COOCOH CH-OH

CH2-OH

catalizzatore

• 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.

• Per le zone povere del nostro territorio, (terreni marginali) in passato adibite a coltivazione ed attualmente abbandonate, che potrebbero fin da subito specializzarsi nella produzione di semi di colza, soia e girasole, dando così nuove opportunità al mercato del lavoro locale.

Le materie prime

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.

… e gli olii alimentari usati

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.

La Produzione

Estrazione olio dai semi di colza, soia

o girasole

Raffinazione dell’olio vegetale

fino a grado alimentare

Raccolta oli vegetali usati

Pretrattamento

Raffinazione oli vegetali

usati

PRODUZIONE Biodiesel

Vendita Biodiesel

Oli tecnici lubrificanti;

distaccanti; etc.

Sottoprodotto GLICERINA

semiraffinata 80%

Lavorazione dei sottoprodotti

Glicerina raffinata grado farmaceutico

F.U.

FILIERA DELLA PRODUZIONE DI BIODIESEL

Schema a blocchi semplificato

Vendita Glicerina

Il Biodiesel è utilizzabile direttamente 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.

Impieghi del biodiesel:

• Il Biodiesel può essere utilizzato direttamente sugli impianti esistenti, sia puro (al 100%) che in miscela con gasolio in qualsiasi proporzione.

Il biodiesel nel riscaldamento

CARATTERISTI CHE DEL BIODI ESEL PER RI SCALDAMENTO

Norma UNI 10947

Limiti PARAMETRO Unità di misura

min max

*Viscosità a 40 °C mm2/sec 3,5 5,0

*Massa volumica a 15 °C kg/m3 860 900

*Punto di infiammabilità °C 120

*Residuo carbonioso (sul 10% residuo distillazione) % m/m 0,3

*Contenuto di ceneri solfatate % m/m 0,01

Contenuto di 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 pecifico inferiore (calcolato) MJ /Kg 35

Il funzionamento, l'usura dei motori e le Il funzionamento, l'usura dei motori e le prestazioni sono del tutto assimilabili a quelle prestazioni sono del tutto assimilabili a quelle ottenute con gasolio tradizionale in termini di ottenute con gasolio tradizionale in termini di resa ed affidabilità.resa ed affidabilità.

Il biodiesel in autotrazione

• 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.

Il biodiesel in autotrazione

CARATTERISTI CHE DEL BIODI ESEL PER AUTOTRAZIONE

Norma UNI 10946

Limiti PARAMETRO Unità di misura

min max

Contenuto di estere % m/m 96,5

*Massa volumica a 15 °C kg/m3 860 900

*Viscosità a 40 °C mm2/sec 3,5 5,0

*Punto di infiammabilità °C 120

*Contenuto di zolfo mg/kg 10

*Residuo carbonioso (sul 10% residuo distillazione) % m/m 0,3

*Numero cetano 51

*Contenuto di ceneri solfatate % m/m 0,02

Contenuto di acqua mg/kg 500

*Contaminazione totale mg/kg 24

*Corrosione su lamina di rame (3 ore a 50 °C) indice classe 1

*Stabilità termico-ossidativa (110°C) ore 6

Valore di acidità mg KOH/g 0,50

*Valore di jodio gJ 2/100 g 120

Estere metilico linolenico % m/m 12,0

Contenuto di metanolo % m/m 0,2

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

Glicerolo totale % m/m 0,25

C.F.P.P. °C vedi nota

*Metalli alcalini (Na+ K) mg/kg 5

*Contenuto di fosforo mg/kg 10,0

(* ) additivato

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%);

Aspetti Ambientali

• non contiene sostanze pericolosissime per la salute quali gli idrocarburi non contiene sostanze pericolosissime per la salute quali gli idrocarburi aromatici (benzene, toluene ed omologhi) o policiclici aromatici;aromatici (benzene, toluene ed omologhi) o policiclici aromatici;

• giova al motore grazie ad un superiore potere detergente che previene le giova al motore grazie ad un superiore potere detergente che previene le incrostazioni;incrostazioni;

• non presenta pericoli, come l’autocombustione, durante la fase di non presenta pericoli, come l’autocombustione, durante la fase di trasporto e di stoccaggio;trasporto e di stoccaggio;

• la sua diffusione determina l’attivazione di un circuito virtuoso che la sua diffusione determina l’attivazione di un circuito virtuoso che promuove lo sviluppo di produzioni agricole non destinate alla promuove lo sviluppo di produzioni agricole non destinate alla alimentazione (non food), quindi non generatrici di eccedenze.alimentazione (non food), quindi non generatrici di eccedenze.

… ed ancora

INDICI DI EMISSIONI DELLE SOSTANZE INQUINANTI E RISCALDAMENTO DOVUTO ALL’EFFETTO SERRA DEI VARI COMBUSTIBILI (Minore è il valore minore è l’emissione/pericolosità dei gas emessi)

Utilizzo urbano Utilizzo extra urbano Carburante Emissioni Grado di rischio Emissioni Grado di rischio

Diesel 24 8 13 4 Diesel basso tenore di Zolfo

28 10 20 7

Diesel basso tenore Zolfo+add.

23 7 17 6

Diesel bassissimo tenore di Zolfo

31 11 N.D. N.D.

Diesel bassissimo tenore di Zolfo+add.

27 9 N.D. N.D.

Gas naturale liq. 20 6 23 8 Biodiesel miscelato 20-35%

9

3

16 (?)

5 (?)

Biodiesel puro

5

2

3

1

Fonte: Life-cycle Emissions Analysis of Alternative Fuels for Heavy Vehicles; CSIRO Atmospheric Research Report C/0411/1.1/F2 to the Australian Greenhouse Office - March 2000

Qualche confronto

• Ossido di Carbonio - CO - Perdita di 1 giorno di lavoro per 50.000 persone per un costo di $ 6 M/anno;

• Ossidi di Azoto - NO2 - Problemi respiratori per il 10-15% della popolazione per un costo di $ 5 M/anno;

• Particolato - Fino a 2.400 decessi l’anno con un costo per la società di $ 17.200 M/anno.

L’ NEPM per la Qualità dell’Aria (National Environment Protection Council, 1998) ha stimato l’effetto a breve-termine delle emissioni inquinanti in Australia.

• La valutazione economica per un combustibile dipende da molti fattori compresi i settori ad esso collegati.

Life-Cycle EmissionsLe Emissioni del Ciclo di Vita

Biodiesel Diesel

Produzione semi, fertilizzanti epesticidi

Estrazione petrolio

Produzione piante oleaginise TrasportoTrasporto Operazioni di raffineriaEstrazione dell’olio DistribuzioneTranseserificazione in biodieselDistribuzione

Confronto dei centri di costo in termini energetici per la produzione di biodiesel e dieselConfronto dei centri di costo in termini energetici per la produzione di biodiesel e diesel

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 contenu-to energetico del metanolo.

Life-Cycle Emissions - Il Bilancio energetico

Il bilancio energetico per la produzione di Biodiesel è Il bilancio energetico per la produzione di Biodiesel è riportato nella tabella seguente basandosi sul confronto di 26 riportato nella tabella seguente basandosi sul confronto di 26 studi disponibili in letteratura (Sharmer & Gosse, 1996).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

Life-Cycle Emissions - Il Bilancio energetico

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.

Life-Cycle Emissions - 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 1unità 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.

… segue Life-Cycle Emissions

Emissioni di Gas (effetto serra)

• 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 co-prodotti nobili dall’alto valore aggiunto, sia in termini energetici che economici.