L’ENERGIA DEL FUTURO

UN RIMEDIO NATURALE ALL’UTILIZZO UN RIMEDIO NATURALE ALL’UTILIZZO DEI COMBUSTIBILI FOSSILIDEI COMBUSTIBILI FOSSILI

Luca Beltrami 5smA

Daniele Caminati 5smB

I COMBUSTIBILI FOSSILI

• PETROLIO• CARBONE• GAS NATURALE

Vantaggi• Compatti• Facilmente trasportabili

e stoccabili• Utilizzabili con

macchine semplici• Bassi costi

Svantaggi• Pericolosi per la salute

e l’atmosfera• Non rinnovabili

Origine: dai resti delle sostanze organiche sottoposte ad alte pressioni e temperature

PETROLIO• Estratto dagli strati

superficiali della crosta terrestre

• Composizione: idrocarburi lineari, ramificati e aromatici, composti dell’O, S, N e metalli

• Trasformato tramite distillazione in combustibili, asfalti, bitumi, paraffina ecc.

• Riserve disponibili per altri 40 anni

• Impatti ambientali: da esplorazione sismica, scarti, estrazione in mare, consumo

CARBONE

• Estratto da miniere anche a cielo aperto

• Composizione: carbonio, idrocarburi, composti dello S e metalli

• Trasformato in gas o liquefatto per trasportarlo

• Utilizzato come combustibile pronto all’uso

• Riserve disponibili per 300 anni

• Impatti ambientali: da smaltimento sostanze filtrate, CO2, anidride solforosa, As, Hg, U e altri isotopi radioattivi

GAS NATURALE

• Estratto solitamente insieme al petrolio

• Composizione: idrocarburi lineari fino a 4 atomi di C, solfuro d’idrogeno, Hg

• Trasportato tramite gasdotti o conservato in bombole

• Utilizzato come combustibile o per produrre elettricità

• Riserve disponibili per 60 anni

• Impatti ambientali: da diminuzione della pressione nel pozzo, CO2, CO, O3, ossidi di azoto

IL PROTOCOLLO DI KYOTO• Sottoscritto da 160 paesi nel 1997• Entrato in vigore il 16 febbraio 2005• Obbiettivo: ridurre le emissioni di almeno il 5,2%

dal 2008 al 2012

LE ENERGIE RINNOVABILI

• EN. IDROELETTRICA• EN. GEOTERMICA• EN. SOLARE• EN. EOLICA• EN. DA BIOMASSE

Vantaggi• Non inquinano• Alcune prodotte in

impianti domestici

Svantaggi• Non possono soddisfare

tutto l'attuale fabbisogno energetico del pianeta (in Italia il 15,2% della richiesta)

Si rigenerano nella scala dei tempi umani

ENERGIA IDROELETTRICA

• Dal movimento di masse d’acqua con dighe o condotte forzate

• Centrali a salto o ad acqua fluente

• Sfruttano l’induzione elettromagnetica con un alternatore collegato alle turbine

• Per immagazzinare energia centrali di pompaggio

• La costruzione di dighe può provocare lo sconvolgimento dell'ecosistema della zona

• 12,6% del fabbisogno energetico italiano

ENERGIA GEOTERMICA

• Dai vapori provenienti dalle sorgenti d'acqua calda del sottosuolo

• +3°C per ogni 100m di profondità nella crosta terrestre o da fenomeni vulcanici o tettonici

• Per produrre energia elettrica tramite turbine o per il riscaldamento tramite tubature

• Sfruttano l’induzione elettromagnetica con un alternatore collegato alle turbine

• Immissione di acqua fredda in profondità per avere vapore costante

• Problemi da impatto paesaggistico e odore

ENERGIA SOLARE

• Dall’irraggiamento del sole

• Produzione da pannelli solari, a concentrazione o fotovoltaici

• Per riscaldamento o per alimentare dispositivi distanti dalle reti elettriche dotati di accumulatori

• Bassa efficienza e alti costi delle tecnologie

• Discontinuità nella produzione

ENERGIA EOLICA

• Dalla conversione dell'energia cinetica del vento in energia elettrica

• Generatori eolici ad asse verticale o orizzontale

• Prima per rapporto costo/produzione

• Discontinuità nella produzione

• Impatto paesaggistico sgradevole, inquinamento acustico

ENERGIA DA BIOMASSE

• Biocarburanti: etanolo dalla fermentazione dei vegetali ricchi di zuccheri e biodiesel dalle oleaginose

• Biocombustibili: dalla combustione diretta della biomassa

• Alcune già pronte all’uso

• Si rigenerano in tempi brevi

• L’anidride carbonica emessa viene riutilizzata dalle piante per la loro crescita

• 2-3% del fabbisogno italiano

Dalle sostanze di origine animale e vegetale non fossili

BIOMASSE PER IL RISCALDAMENTO

• CIPPATO• PELLET• GUSCI E SEMI• MAIS

Vantaggi• Neutralità rispetto alla

CO2

• Costi contenuti• Impiego dei prodotti di

scarto agroindustriali• Sviluppo dell’economia

locale

Svantaggi• Caratteristiche non

uniformi• Stoccaggio

IL MAIS

• Proveniente dall'America centro-meridionale

• Sia come alimento tal quale sia come ingrediente

• Utilizzato nell’alimentazione animale

• Chicchi utilizzati come combustibile

• Bruciare il mais contaminato da micotossine

IL MAIS COME COMBUSTIBILE

67,76

120,4115,54

29,4924,34

40,95

0

20

40

60

80

100

120

140

€/MWh

Metano GPL Gasolio Legna Mais Pellet

Costo dell'energia in funzione del combustibile

Calore di combustione:

5300 kcal/kg (12% umidità)

UNA STUFA A MAIS

EMISSIONI DI UNASTUFA A MAIS

ANALISI DELLE CENERI

Conducibilità: 3,36 mSVariazione di massa: -37%Titolazione acido base: 1,9x10-5 eq H+

pH: 10,37Assorbimento atomico: Mg=7,41% K=31,95%

SOSTENIBILITÀ AMBIENTALE ED EDILIZIA

• Isolamento delle strutture

• Scambiatore di calore interrato

• Esposizione solare ottimale

• Ottimizzare l’illuminazione naturale

• Cellule fotovoltaiche per gli utilizzatori

• Utilizzare più di una fonte di energia

•Recupero di calore

•Utilizzo di ventole termostatiche

•Riscaldamento a pavimento

CONCLUSIONI

• Mais non solo fonte di vita

• Combustibile naturale• Non inquinante• Facilmente reperibile• Bassi costi• Fertilizzante dalle ceneri

I BIOCARBURANTI

• Sono carburanti liquidi o gassosi prodotti con materiali e residui vegetali di varia natura, come le colture agricole ed i rifiuti urbani.

• Possono sostituire, totalmente o parzialmente (come componenti di una miscela), i carburanti convenzionali nei veicoli a motore.

TIPI DI BIOCARBURANTI

• ETBE (Etere Etil Ter Butilico)

• Biodiesel

• Biogas

• Biocarburanti da materiale forestale

• Bioetanolo

ETBE

• E utilizzato come miscela, fino al 15%, nella benzina convenzionale.

• È meno volatile dell’etanolo.

• Ha il vantaggio di essere un composto ad elevato potere antidetonante.

BIODIESEL

• È prodotto principalmente da piante oleaginose come la colza e il girasole.

• È utilizzato nei motori diesel, sotto forma di miscela:

• al 5% nelle autovetture;• fino al 30% negli autobus urbani;• in forma pura nei motori modificati;

BIOGAS

• È il risultato della fermentazione anaerobica di materia organica, che produce una miscela di metano (fino al 60%) e anidride carbonica;

• È prodotto da:• Residui organici (letame);• Residui della produzione di prodotti alimentari;• Recupero dei gas di discarica;

BIOETANOLO

• È ottenuto tramite un processo di fermentazione alcolica

C6H12O6 2CH3CH2OH + 2CO2

• Si utilizzano prodotti agricoli ricchi di carboidrati e zuccheri quali:– i cereali (mais, frumento, orzo)– le colture zuccherine (canna da zucchero, barbabietola),– frutta, vinacce e patate

• Ogni 100 Kg di cereali fermentati si ottengono circa 30 Kg di etanolo.

DIRETTIVE COMUNITARIE …

Gli Stati membri dell’UE devono:• favorire la promozione delle fonti

rinnovabili; • ridurre le proprie emissioni di gas serra;• coprire, mediante misure fiscali, il

differenziale di prezzo tra biocarburanti e prodotti di origine fossile.

… E NAZIONALI• Finanziarie 2001 e 2004: è stato reso

operativo il progetto per la produzione di bioetanolo;

• Finanziaria 2005: tale progetto è traslato al triennio 2005-2007;

• 11 Marzo 2006: emanata legge per l’integrazione obbligatoria del bioetanolo nelle benzine;

I PROCESSI DI PRODUZIONE DEL BIOETANOLO

• Bioetanolo da amidi e zuccheri

• Bioetanolo da biomasse ligneo-cellulosiche

BIOETANOLO DA AMIDI E ZUCCHERI

Operazioni da effettuare:

• Conversione materia prima in soluzione zuccherina;

• Trasformazione di questa in etanolo e CO2 (utilizzo lieviti);

• Distillazione etanolo;• Disidratazione etanolo

acquoso;

BIOETANOLO DA BIOMASSE LIGNEO-CELLULOSICHE

• La trasformazione di biomasse ligneo-cellulosiche è più difficile rispetto a quella che utilizza amidi e zuccheri a causa dei differenti tipi di legame tra le unità di glucosio (α nell’amido, β nella cellulosa)

• Operazioni da effettuare:• Separare cellulosa e lignina tramite processo “iogen”• Idrolisi della cellulosa

PRINCIPALI PRODUTTORI DI BIOCARBURANTI

EuropaEuropa:• BIODIESEL: Germania (50%), Francia

e Italia (da barbabietola da zucchero);• BIOETANOLO: Spagna, Polonia,

Francia, Svezia, Repubblica Ceca;Mondo:Mondo:• BIOETANOLO: Brasile (da Canna da

zucchero) e USA (da Granturco);

UNA STORIA SVEDESE CHE STA CONTAGIANDO L’EUROPA

• SVEZIASVEZIA: ruolo guida nel rispetto dell’ambiente;

• SaabSaab: partecipa al BEST (Bioetanolo per un Trasporto Sostenibile);

SAAB BIOPOWER 100

ESEMPIO DI IMPIANTO PER LA PRODUZIONE DI

ETANOLO IN ECUADOR

L’incentivazione della produzione di biocombustibili potrebbe

consentire lo sviluppo industriale di paesi economicamente

svantaggiati come ad esempio l’Ecuador

LA CANNA DA ZUCCHERO• Cellule ricche di

zucchero;• Ha bisogno di:

• Alte temperature• Molta H2O

• Fonte di bioetanolo:• Frantumazione pianta• Fermentazione zuccheri• Distillazione• Riutilizzo bagasse

IL PROGETTOECUADOREGNO

OBIETTIVI DEL PROGETTO

• Uso di etanolo per combattere emissioni gas inquinanti;

• Utilizzo industria dello zucchero, contribuendo anche al suo sviluppo;

• Creazione regolamento nazionale che sostenga la produzione di etanolo carburante;

ESPORTAZIONI

Esiste la possibilità di entrare nel mercato asiatico dove il Giappone

richiede quantità significative di etanolo

FATTORI DI REDDITO

• Commercializzazione dei sottoprodotti di produzione: alcol e melassa ;

• Cogenerazione elettrica;

• Conseguimento certificati di riduzione delle emissioni di gas inquinanti (GEI: Gas Effect Invaded);

REDDITTIVITA DERIVANTE DALLA PRODUZIONE DI

ETANOLO

[Le seguenti somme si riferiscono ad una piantagione che produce 200.000 litri di etanolo al giorno]

Costo produzione etanolo al litro

materia prima $0.05

industrializzazione per litro di etanolo

$0.33

COSTO TOTALE PRODUZIONE $0.38

Utile mensile

Prezzo di vendita al litro accettato da PETROECUADOR

$0.60

Costo di produzione per litro $0.38

Utile per litro $0.22

Utile giornaliera riferita a 200.000 litri US $ 44.000

Utile mensile US $ 1.320.000

Redditività totale mensile

Produzione di etanolo US $ 1.320.000

Produzione energia elettrica (15Mw ) US $ 727.500

Vendita certificati GEI US $ 83.000

TOTALE ENTRATE US $ 2.130.500

COSTI E SPESE D’INTERVENTO US $ 1.023.256

UTILE NETTO MENSILE US $ 1.107.244

COSTO DEL PROGETTO

Il costo totale per la realizzazione dell’impianto si aggira intorno ai

72.482.203 dollari americani, ammortizzabili in 3 anni

• Rispetto accordi della Conferenza Internazionale sul Cambio Climatico (Ecuador sottoscrittore);

• Riduzione emissioni di gas come CO e PM10;

• Limitazione uso additivi contenenti benzene (tossico per l’uomo);

• Miglioramento combustione nei motori;

Aspetti ambientali

Il futuro dei biocarburanti: Luci ed Ombre

I biocarburanti hanno due caratteristiche che ne favoriscono

l’adozione rapida:

• Sono utilizzabili nei motori moderni senza necessità di modifiche;

• Possono essere distribuiti avvalendosi del sistema di distribuzione esistente;

• Sono di origine vegetale;• Basso contenuto di zolfo: azzera

emissioni di SO2;• Sono totalmente biodegradabili;• La CO2 emessa durante l’utilizzo del

combustibile è bilanciata dall’assorbimento di carbonio durante la crescita delle colture;

VANTAGGI

• Sottraggono terreno alle colture alimentari;• Sono impiegati fertilizzanti sintetici, pesticidi

ed erbicidi;• Produzione biologica materia prima: alti costi;• Il valore globale delle emissioni di gas serra è

fortemente dipendente da:• materia prima impiegata;• tecnologie di produzione;• caratteristiche delle aree coltivate.

SVANTAGGI

ASPETTI ECONOMICI

• Costi di produzione elevati:1 litro etanolo costa 3 volte 1 litro benzina,

ma con il costante aumento del prezzo del petrolio e con la diffusione della produzione di etanolo, tale gap si potrebbe ridurre o addirittura si potrebbero invertire le posizioni.

POLITICA AMBIENTALE

• L’avvio di un programma di bioenergia richiede ai governi una politica strategica, in campo:– Ambientale

• Ampliamento superfici coltivabili• Creazione di piani di gestione dei terreni adibiti a

coltivazione per fini bioenergetici;• Protezione risorse idriche;

– Finanziario– Lo sviluppo di tale politica, nonostante sia

all’attenzione di paesi come USA, Cina e Comunità europea, richiede tempi lunghissimi.

Fine