Progetto Lauree Scientifiche

SINTESI DEL BIODIESEL

Dipartimento di Scienze Chimiche di Padovae

ITT G. Marconi di PadovaIndirizzo Chimica, Materiali e Biotecnologie

SOMMARIO

I Parte: Introduzione e Sintesi del Biodiesel in laboratorio

II Parte: Esempio di Produzione Industriale del Biodiesel

III Parte: Impatto ambientale del Biodiesel

Introduzione eSintesi del Biodiesel in laboratorio

a cura di:

Benetazzo Matteo

Brazzo Ilaria

Fiorito Lorenzo

Nacchi Elena

Pizzoccaro Isabel

Volpin Sebastiano

Nellambito del Progetto Lauree Scientifiche abbiamo partecipato ad un laboratorio organizzato dal

Dipartimento di Scienze Chimiche dellUniversit di Padova riguardante la Sintesi del Biodiesel

Guidati dal professore Paolo Centomo, abbiamo affrontato ilproblema dellinquinamento atmosferico dovuto ai combustibilifossili trovando nelluso del biodiesel un modo possibile per ridurretale inquinamento.

Abbiamo analizzato come si pu sintetizzare il Biodiesel da olialimentari usati e lo abbiamo sintetizzato e caratterizzato nelLaboratorio Didattico del Dipartimento di Scienze Chimiche diPadova.

Che cos il BiodieselIl biodiesel un combustibile rinnovabile che si pu produrre a partire dalle biomasse o dagli oli alimentari ottenuti dalla raccolta

differenziata dei rifiuti. Il suo uso riduce le emissioni di CO2, particolato e gas serra altrimenti emessi dai combustibili fossili.

Chimicamente il biodiesel una miscela di esteri alchilici di acidi grassi che si ottiene per trans-esterificazione di oli vegetali

con alcoli alchilici.

Il Biodiesel viene gi prodotto da colture dedicate che, per,oltre a sottrarre terreno per le colture edibili, ha costi di produzioneelevati.

Rimane comunque una valida alternativa ai combustibili fossiliavendo come obiettivo principale la salvaguardia dellambiente.

Sintesi Del Biodiesel

Per produrre il Biodiesel in modo pi sostenibile si vuoleincrementare luso di oli vegetali di scarto. Questi oli contengonouna maggiore quantit di acidi grassi liberi che si formano nellolioquando scaldato ad alte temperature e per un tempo prolungatoin presenza dellacqua rilasciata dagli alimenti durante la cottura.

La reazione che provoca la formazione degli acidi un idrolisi deitrigliceridi dellolio.

Il primo stadio della sintesi lesterificazione di Fischer degliacidi grassi liberi, reazione di equilibrio con Keq1 per cui necessario lavorare con un eccesso di metanolo (alcolmaggiormente utilizzato per la sua economicit) al fine di favorirela formazione dellestere con una resa elevata.Il catalizzatore della reazione lacido solforico.

La seconda reazione della sintesi la trans-esterificazione deitrigliceridi, principali componenti degli oli vegetali, effettuata conmetanolo in eccesso e in presenza di sodio metossido comecatalizzatore basico.

Si ottengono come prodotti gli esteri metilici degli acidi grassi eglicerolo.Il Biodiesel, composto dalla miscela di esteri metilici, vieneseparato dal glicerolo destinato ad altri impieghi.

Parte SperimentaleIn laboratorio la miscela di partenza costituita da un olio di semia cui stata aggiunta una certa quantit di acido oleico persimulare la presenza di acidi liberi in maggiore quantit come neglioli di scarto.

La parte sperimentale si suddivide in due fasi:-Esterificazione acido-catalizzata-Trans-esterificazione base-catalizzata.Nella prima fase si esterifica la miscela conuna soluzione di Metanolo in Acido Solforicoalla temperatura di 60C per unora.Successivamente si separano le due fasi percentrifugazione: si tiene la fase inferiore perprocedere alla seconda parte.La registrazione di uno spettro IR con ATR permette di seguire ilcorretto esito della reazione.

Nella seconda fase si effettua la trans-esterificazione dei trigliceridicon una soluzione di Metossido di Sodio in Metanolo.La trans-esterificazione avviene alla temperatura di 60C per 20minuti.

La miscela finale viene centrifugata:si separano le due fasi e il Biodieselrappresenta lo strato superiore.

Si registra un altro spettro IR peridentificare qualitativamente i prodottie verificare che la reazione siaeffettivamente avvenuta.

Spettro dellAcido Oleico

Spettro del Biodiesel

Spettro degli scarti

Separazione del BiodieselQuesto il cromatogramma effettuato con tecnica GC-MS che cipermette di definire quali composti sono presenti allinterno delBiodiesel prodotto.

Esempio di Produzione Industriale

del Biodiesela cura di:

Bortolato CarloCrespan NicolaPeraro Simone

Pressato FedericoSardella Sofia

Lazienda

Lo schema, raffigurato nelle slide che seguono, quello dellazienda DP Lubrificanti, avente sede ad Aprilia, nei pressi di Roma, che produce biodiesel venduto in Italia ed anche in

molti paesi europei.

Si producono circa 160.000 tonnellate allanno di Biodiesel, utilizzando oli esausti, oleine, ossia sottoprodotti della

raffinazione degli oli vegetali, e grassi animali.

Schema a blocchi dellimpianto

Limpianto, rappresentato nello schema 1, si sviluppa in 4 aree destinate a:

Reazione di esterificazione Reazione di transesterificazione Digestione anaerobica Trattamento biologico acque reflue e fanghi attivi

Il biodiesel e la glicerina raffinata vengono ottenuti comeprodotti da una serie di processi di trattamento e reazione di oliesausti, oleine vegetali e grasso animale.

Dallimpianto di digestione anaerobica si ha la produzione dibiogas ed energia elettrica.

Schema 1

Schema 2

Gli oli esausti dopo essere stati lavati con acidi deboli,subiscono una centrifugazione per separare la fase acquosadalla fase organica.

Successivamente viene eseguita unessiccazione e una deacidificazione in corrente di vapore e sotto vuoto.

Con questo processo vengono separati gli acidi grassidallolio neutro.

Gli acidi grassi liberi e le oleine, miscelati, sono destinatiallesterificazione. Dopo lesterificazione sono uniti allolioneutro per la transesterificazione insieme al grasso animale.

Tutte le acque utilizzate in questi trattamenti vengonoraccolte e quindi inviate al digestore anaerobico per laproduzione finale di energia elettrica.

Schema 2

Schema 3

La transesterificazione avviene con metanolo anidro in largo eccesso in presenza di metossido di sodio come catalizzatore.

Dalla reazione si ottiene biodiesel, metanolo, glicerina e saponi.

Tutti i prodotti finali, suddivisi per fasi, subiscono un processo di demetanolizzazione in modo da recuperare una buona parte del metanolo in eccesso.

Il metanolo ottenuto subir una rettifica e si riutilizzer come metanolo anidro per lesterificazione.

Schema 3

Trattamento dei prodotti in uscita

La miscela di biodiesel e saponi subisce un processo dilavaggio e centrifugazione con acqua e acido acetico. Pereliminare lacqua rimanente viene fatto unessicazione,seguita da una distillazione per la completa eliminazionedellacqua. Gli scarti peciosi vengono eliminati.

Invece, la miscela di glicerina e saponi viene inviataallimpianto di purificazione della glicerina.

Trattamento glicerina

Ci sono due processi, uno di seguito allaltro, che prevedono iltrattamento della glicerina: schema 4.La glicerina grezza in ingresso viene trattata con acidocloridrico e poi centrifugata, per separare e recuperare leoleine presenti nella fase organica. Laltra fase viene depurata,filtrata e poi concentrata per distillazione insieme ai fondi delladistillazione del biodiesel contenenti glicerina e saponi. Infinela glicerina viene decolorata e stoccata come glicerinaraffinata.

Schema 4

Digestione anaerobica eTrattamento biologico acque reflue e fanghi

attivi Le acque industriali, ricche di sostanze organiche, e la

glicerina grezza sono sottoposte a digestione anaerobica.Questo processo permette di produrre biogas, miscela dimetano (50-80%) e anidride carbonica, che viene utilizzatoquindi come combustibile riutilizzabile allinterno dellimpianto.

Le acque e i fanghi in uscita dal digestore subiscono untrattamento biologico che permette da un lato lo scarico infognatura e dallaltro fanghi pi consistenti.

Impatto Ambientale del Biodiesel

a cura di:

Barutta FilippoBiasion Diego

Dian IreneScopel Gioele

Xu Fabio

Lo scopo del Biodiesel quello di sostituire altre fonti energetiche per migliorare limpatto ambientale.

Il Biodiesel si pu ottenere da: Oli vegetali Oli alimentari di scarto

Produzione da Oli vegetali

Vantaggi un prodotto ad impatto zero perch vengono

utilizzate materie prime completamente rinnovabili. privo di metalli pesanti, zolfo e altri idrocarburi

aromatici che lo rendono del tutto biodegradabile,quindi disperso nellambiente non provoca alcuntipo di inquinamento.

Secondo uno studio dellHealth and SafetyInstitute, limpatto del particolato fine (PM10) vieneabbattuto del 58%.

Emissioni di idrocarburi aromatici ridotte del 71% Non ha emissioni di diossido di zolfo

Produzione da Oli vegetali

Svantaggi

Lintero ciclo di produzione ha effetti collaterali: produce gas serra a causa della lavorazione del

terreno, della produzione e delluso di diserbanti efertilizzanti per aumentare la resa delle colture dibiomasse e delle emissioni dei capi dallevamento ilcui letame viene utilizzato in alcune regioni.

Le sostanze chimiche utilizzate concorronoallinquinamento dei corsi dacqua in cui finiscono perlazione dilavante delle piogge

Emissioni del ciclo di vita

Il valore delle emissioni di gas serra nel ciclo di vita del biodiesel dipende dal tipo coltivazione degli oli.

Produzione da Oli alimentari di scarto

VantaggiLutilizzo degli oli di scarto per la produzione delbiodiesel riduce le emissioni di gas serra dell88%,molto di pi rispetto alla produzione dagli oli vegetali.

Provenienza del Biodiesel

Riduzione di emissioni di gas serra

Olio di Colza 45%

Olio di Girasole 58%

Olio di Soia 40%

Olio di Palma 36%

Oli alimentari di scarto 88%

Produzione da Oli alimentari di scarto

Svantaggi

Il processo per produrre Biodiesel da oli di scarto pi complesso e costoso rispetto a quello da olivegetali.Infatti gli oli di scarto devono essere pretrattati pereliminare i residui solidi in sospensione e perdiminuire lacidit libera

Il Biodiesel rispetto ad altri combustibili

Rendimento nellautotrazione e nel riscaldamento delbiodiesel uguale a quello del gasolio

Minore infiammabilit del biodiesel e conseguentefacilitazione nello stoccaggio e nel trasporto

La biodegradabilit del biodiesel lo rende un prodottopoco pericoloso per l'ambiente qualora siverificassero perdite concentrate o diffuse, adifferenza del gasolio, che non riesce ad esseredegradato dai batteri privi di enzimi.

Venezia ha considerato la possibilit di utilizzare il biodiesel al postodel gasolio. Infatti, nei prossimi sette mesi tutta la flotta deltrasporto pubblico veneziano (Actv) sfrutter il biodiesel comecarburante.

http://www.itismarconipadova.gov.it/images/Documenti/Attivit%C3%A0_Didattiche/PLS/Digital_Edition_Corriere__10_marzo_2018_Ora_ivaporetti_viaggianocon_olio_da_cucina_usato.pdf

Il Biodiesel rispetto ad altri combustibili

Il problema degli ossidi di azoto, attualmente consideratitra i composti maggiormente pericolosi, il punto dolentedel biodiesel. Si dice che il biodiesel aumenti le emissionidi NOx del 10-13% rispetto al gasolio a causadell'elevato contenuto di ossigeno del biocombustibile. Inquesto caso le miscele causano un aumento minoredella emissione di NOx che si attesta attorno al 2-3%

Grafico1

FumositFumositFumosit

COCOCO

NoxNoxNox

Idrocarburi IncombustiIdrocarburi IncombustiIdrocarburi Incombusti

ParticolatoParticolatoParticolato

Gasolio

Biodiesel

.

Emissioni

1

0.25

1

0.85

1

1.05

1

0.55

1

0.65

Foglio1

GasolioBiodiesel.

Fumosit10.25

CO10.85

Nox11.05

Idrocarburi Incombusti10.55

Particolato10.65

Conclusione

In conclusione, possiamo affermare che il Biodiesel un combustibile che riesce ad alimentare automobilie mezzi di trasporto pubblici in modo efficace, con unimpatto sullambiente inferiore rispetto ai combustibilifossili.Si pu perci considerare il Biodiesel come unpotenziale valida alternativa al gasolio.

.

Incrementiamo la raccolta differenziata degli oli alimentari di scarto !

Sondaggio sulla raccolta differenziata di oli alimentari esausti

Per completare lesperienza svolta grazie al PLSabbiamo deciso di svolgere un sondaggio allinternodellIstituto Marconi per testare le abitudini dellanostra popolazione scolastica riguardo alla raccoltadifferenziata degli oli alimentari esausti e laconoscenza del loro possibile utilizzo.I risultati del sondaggio sono consultabili qui

http://www.itismarconipadova.gov.it/images/Documenti/Attivit%C3%A0_Didattiche/PLS/Risultati_del_Sondaggio_Oli_Alimentari_esausti.pdf

Diapositiva numero 1Diapositiva numero 2Diapositiva numero 3Diapositiva numero 4Diapositiva numero 5Diapositiva numero 6Sintesi Del BiodieselDiapositiva numero 8Diapositiva numero 9Diapositiva numero 10Diapositiva numero 11Spettro dellAcido OleicoSpettro del BiodieselSpettro degli scartiDiapositiva numero 15Esempio di Produzione Industriale del BiodieselLaziendaSchema a blocchi dellimpiantoDiapositiva numero 19Diapositiva numero 20Diapositiva numero 21Diapositiva numero 22Diapositiva numero 23Trattamento dei prodotti in uscitaTrattamento glicerinaDiapositiva numero 26Digestione anaerobica eTrattamento biologico acque reflue e fanghi attivi Impatto Ambientale del Biodiesela cura di:Barutta FilippoBiasion DiegoDian IreneScopel GioeleXu FabioDiapositiva numero 29Produzione da Oli vegetaliProduzione da Oli vegetaliEmissioni del ciclo di vitaProduzione da Oli alimentari di scartoProduzione da Oli alimentari di scartoIl Biodiesel rispetto ad altri combustibiliIl Biodiesel rispetto ad altri combustibiliConclusioneSondaggio sulla raccolta differenziata di oli alimentari esausti