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"Guardiamo al futuro
rispettando l'Ambiente"
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BIODIESEL
Il Biodiesel è un carburante alternativo, più precisamente
un biocarburante, ottenuto da fonti rinnovabili quali olii vegetali,
grassi animali, analogo al gasolio derivato dal petrolio.
Precisazioni:
Contrariamente a quanto si crede comunemente, il biodiesel non è
un olio vegetale puro e semplice, come ad esempio l'olio di colza, bensì
il risultato di un processo chimico a partire da questi o altri componenti
biologici (processo di trans-esterificazione - aggiunta di alcool metilico).
L'uso diretto degli olii vegetali nei motori e bruciatori diesel normali
o turbocompressi può danneggiare gravemente questi ultimi, in quanto
dalla loro combustione derivano maggiori impurità o residui, come
morchie o residui carboniosi. A lungo andare, se usati puri, gli olii vegetali
causano danni al motore o al sistema di alimentazione, tanto che in Germania,
Canada e USA sono in vendita kit per risolvere completamente o in parte
i problemi dovuti al loro incauto utilizzo.
La reazione di trans-esterificazione con alcool metilico "spezza"
le molecole dell'olio vegetale rendendole chimicamente e fisicamente diverse
da quelle di origine e molto simili alla miscela di idrocarburi che costituisce
il gasolio minerale.
Avvertenze:
La produzione e la vendita di carburanti è regolata da una severa
normativa. Per la legge italiana è prevista una sanzione amministrativa
per chi evade l'Accisa sui carburanti: infatti il decreto legislativo
n. 504 del 26 ottobre 1995, il Teso Unico in materia di Accise,
all'art. 40 prevede:
" è punito con la reclusione da sei mesi a tre anni e con
la multa dal doppio al decuplo dell'imposta evasa, non inferiore in ogni
caso a euro 7.746,00 chiunque: ...omissis... destina ad usi soggetti ad
imposta od a maggiore imposta prodotti esenti od ammessi ad aliquote agevolate
".
Qualità del carburante,
specifiche e proprietà
Il Biodiesel è un biocombustibile liquido, trasparente e di
colore ambrato, ottenuto interamente da olio vegetale (colza, canapa,
girasole, soia o altri). Il biodiesel ha una viscosità simile a quella
del gasolio per autotrazione ottenuto per distillazione frazionata del petrolio
grezzo.
Per l'identificazione delle miscele si ricorre alla siglatura BD (analoga
alla BA per le miscele contenenti bio-alcool). Al biodiesel puro viene
assegnata la sigla BD100, alle miscele un numero corrispondente alla
percentuale di biodiesel contenuto (ad esempio, BD20 per un gasolio tagliato
al 20% con biodiesel). Negli Stati Uniti la siglatura è simile, ma
senza la D (B100, B20, B50, eccetera.)
Le specifiche internazionali standard per il biodiesel sono fissate dalla
norma ISO 14214; nell'Unione Europea EN 14214; gli Stati Uniti fanno riferimento
inoltre alla specifica ASTM D 6751; la Germania ad una apposita specifica
DIN che identifica tre tipi di biodiesel:
- RME (esteri metilici dell'olio di colza - DIN E 51606);
- PME (esteri metilici di soli olii vegetali - DIN E 51606);
- FME (esteri metilici di grassi vegetali ed animali - DIN V 51606);
Le specifiche fissano alcuni punti importanti nei processi di produzione del biodiesel:
- Completezza della reazione;
- Rimozione del glicerolo residuo;
- Rimozione del catalizzatore;
- Rimozione degli alcoli;
- Assenza di acidi grassi liberi;
La conformita a queste caratteristiche viene generalmente verificata tramite gascromatografia.
Il carburante ottenuto secondo questi standard qualitativi risulta molto
poco tossico; la dose letale LD50 è maggiore di 50 ml/kg, ben
dieci volte superiore a quella del sale da cucina.
Il biodiesel puro può essere mescolato con gasolio in ogni proporzione
ed impiegato nei moderni motori diesel aspirati o turbocompressi, anche
se alcuni vecchi autoveicoli possono subire una degradazione di tubi e giunti
in gomma per via del maggior potere solvente del biodiesel rispetto al gasolio
tradizionale. La gomma sciolta dal biodiesel può poi formare depositi
o intasare le linee di alimentazione del veicolo. L'adozione di gomme più
resistenti nei veicoli di recente fabbricazione (dal 1992 in poi) ha risolto
questo inconveniente, senza contare che il maggior potere solvente del biodiesel
aiuta a mantenere pulito il motore sciogliendo residui eventualmente presenti.
Dal punto di vista ambientale, il biodiesel presenta alcune differenze rispetto
al gasolio:
- Il biodiesel, rispetto al gasolio, riduce le emissioni nette di ossido
di carbonio (CO) del 50% circa e di anidride carbonica del 78,45% perchè
il carbonio delle sue emissioni è quello che era già presente
nell'atmosfera e che la pianta ha fissato durante la sua crescita e
non, come nel caso del gasolio, carbonio che era rimasto intrappolato
in tempi remoti nella crosta terrestre;
- Il biodiesel praticamente non contiene idrocarburi aromatici; le emissioni
di idrocarburi aromatici polinucleati (benzopireni) sono ridotte fino
al 71%;
- Il biodiesel non ha emissioni di diossido di zolfo (SO2), dato che
non contiene zolfo;
- Il biodiesel riduce l'emissione di polveri sottili fino al 65%;
- Il biodiesel produce più emissioni di ossidi di azoto (NOx)
del gasolio; inconveniente eliminato dall'uso di marmitte catalitiche;
- Il biodiesel ha un numero di cetano superiore a quello del gasolio,
si incendia quindi più facilmente quando viene iniettato nel
motore che ha così un rendimento più elevato e consumo
minore.
Il biodiesel puro (BD100 o B100) può essere utilizzato in qualsiasi motore
diesel aspirato o turbocompresso a gasolio minerale di recente produzione
, anche se è stato ed è spesso utilizzato in concentrazioni
inferiori solo per motivi di costo.
Nelle aree urbane è stato richiesto l'uso di diesel a bassissimo
contenuto di zolfo (BTZ) che riduce la naturale viscosità e lubrificazione
del carburante poichè sono stati rimossi lo zolfo e certe altre sostanze
fluidificanti. Per far si che scorresse propriamente nei motori si sono
resi necessari degli additivi, e il biodiesel è stata una popolare
alternativa. Concentrazioni fino al 5% (BD5 0 B5) si sono mostrate in grado
di restituire la lubrificazione. Inoltre, molte municipalità hanno
iniziato ad usare il biodiesel al 20% (BD20 o B20) nei mezzi per la rimozione
della neve ed in altri sistemi. Usato quindi come additivo al gasolio, ne
migliora il potere lubrificante.
Con l'aumento dei prezzi di produzione del petrolio greggio, il biodiesel
sta attirando sempre più l'interesse di grosse compagnie ed avendo
un costo industriale ormai uguale ed a volte inferiore (dipende dall'olio
di partenza) a quello del gasolio minerale (in aumento) i prezzi alla pompa
dei due carburanti in questo momento si pareggiano.
BIODIESEL E GASOLIO IN COMPETIZIONE
Situazione nell'Unione
Europea
Nell'ambito del programma ALTENER l'Unione Europea ha finanziato il progetto
ALERR - Biodiesel innovativo locale, uno degli strumenti allestiti dalla
Commissione UE per ottenere che nel 2010 almeno il 5,75% dei combustibili
liquidi venduti nell'Unione sia costituito da cosiddetti biocombustibili,
cioè da combustibili liquidi ricavati da fonti rinnovabili. Al momento
la proporzione è ferma al 2%. Il progetto della durata di due anni
termina nella primavera del 2006, funziona come un consorzio formato da
15 entità europee, ed è dedicato ai trasporti, settore che
la UE considera secondo più importante consumatore di energia ma
principale fonte di inquinanti.
La Commissione europea ha avviato di recente una procedura d'infrazione
contro l'Italia che ostacola l'uso del biodiesel non rivedendo le politiche
ministeriali in proposito.
In Autria ed in Germania il vantaggio competitivo concesso al biodiesel
è illimitato e la sostituzione del gasolio minerale è accelerata,
un sempre maggior numero di stazioni di servizio sta rendendo il biodiesel
disponibile ai consumatori ed un numero crescente di compagnie di trasporto
usa una percentuale di biodiesel nel loro carburante.
Situazione in Italia
Da 16 anni, cioè da quando il biodiesel è reperibile in Italia,
tutti i governi in Italia succedutisi lo hanno sempre tenuto gravato dall'Accisa
(ad eccezione di un piccolo quantitativo oggi di 200.000 tonnellate). In
questo modo i governi mantengono parità di prezzo tra biodiesel e
gasolio al consumo, anche se il primo combustibile causa minori danni sanitari
ed ambientali del secondo.
La pressochè totale assenza di punti di vendita di biodiesel nel
nostro paese, è in oltre aggravata dalle sovvenzioni (in notevole
corso di riduzione) che in Italia esistono per il gasolio in agricoltura,
pesca, trasporti ferroviari e marittimi, riscaldamento di abitazioni classificate
montane. Tutti settori dove il biodiesel potrebbe essere impiegato massicciamente.
In oltre si pensi ai soli vantaggi mancati che potrebbero derivare dalle
produzioni di elettricità effettuate con biodiesel, carburante ecologico
ed a ciclo chiuso di CO2.
In Italia il biodiesel è miscelato spesso in raffineria al gasolio
(fino al 5%) per migliorarne il potere lubrificante e poi queste miscele
vengono vendute come carburanti ecologici "verdi" largamente pubblicizzati
nelle stazioni di servizio.
Quindi, dov'è contingentato il biodiesel che ormai per costi di produzione
è competitivo con il gasolio, produttori e distributori di combustibili
fluidi ne diventano i maggiori consumatori e lo miscelano al gasolio per
rallentare l'eliminazione dal mercato di questo combustibile.
Poco biodiesel aggiunto, permette al gasolio di rispettare gli aggiornamenti
dei limiti di legge sui residui di combustione, e naturalmente riduce le
spese di produttori e distributori di gasolio.
Tendenza: attualmente per quanto riguarda il costo del petrolio ci troviamo
sul valore di "soglia" oltre il quale con i prezzi del greggio
in costante crescita stanno diventando economicamente vantaggiosi i carburanti
alternativi, anche senza riduzioni delle accise. C'è interesse quindi
a produrre e vendere biodiesel.
Storia
La trans-esterificazione dell'olio vegetale era stata condotta già
nel 1853, dagli scienziati E.Duffy e J.Patrick, molti anni
prima che il primo motore diesel diventasse funzionale.
Il primo modello di Rudolf Diesel, un singolo cilindro in ferro di
tre metri con un volano alla base, funzionò per la prima volta ad
Augusta (Germania) il 10 agosto 1893. In ricordo di questo evento, il 10
agosto è stato chiamato Giornata Internazionale del Biodiesel.
Diesel successivamente presentò il suo motore all'Esposizione Mondiale
di Parigi del 1898.
Questo motore rimase come sempio nella visione di Diesel, poichè
era alimentato da olio di arachidi - un biocarburante, anche se non strettamente
biodiesel, in quanto non era trans-esterificato. Diesel credeva che l'utilizzo
di un carburante ottenuto dalla biomassa fosse il vero futuro del suo motore.
In un discorso del 1912, Rudolf Diesel disse, "l'uso di olii vegetali
per il carburante dei motori può sembrare insignificante oggi, ma
tali olii possono diventare, nel corso del tempo, importanti quanto i derivati
dal petrolio e dal carbone dei nostri giorni".
Nel corso degli anni 20, i produttori di motori diesel modificarono i loro
propulsori per sfruttare la minore viscosità del carburante fossile
(petroldiesel) a scapito dell'olio vegetale, un carburante di biomassa.
Le industrie petrolifere furono in grado di far breccia nel mercato dei
carburanti perchè il loro prodotto era più economico da produrre
rispetto alle alternative ricavate dalla biomassa. Il risultato fu, per
molti anni, la quasi completa eliminazione dell'infrastruttura di produzione
del carburante di biomassa.
Solo recentemente le preoccupazioni circa l'impatto ambientale e una differenza
di costo in diminuzione hanno reso i carburanti di biomassa come il biodiesel
un'alternativa sempre più valida.
Negli anni '90 la Francia ha lanciato la produzione locale di biodiesel
(nota localmente come diester) ottenuto dalla trans-esterificazione dell'olio
di colza. Viene mischiato in proporzione del 5% nel normale carburante diesel
ed in proporzione del 30% nel carburante diesel di alcune flotte di mezzi
(trasporto pubblico). Renault, Peugeot ed altri produttori hanno certificato
dei motori da camion per l'utilizzo con bidiesel.
Dal 1998 tutte le Volkswagen ed altre case del gruppo (Audi, Seat, ecc.)
hanno certificato i propri motori per l'alimentazione con biodiesel. La
stessa cosa è avvenuta per Mercedes-Benz, BMW, VOLVO ed è
in corso anche per in gruppo FIAT ed IVECO.
In italia si riporta l'utilizzo in 19 città (tra le quali Milano,
Ravenna, Cremona, Genova e Roma) di 72 bus funzionanti a biodiesel. Il test
è cominciato nel 1991 e fino ad ora ha portato a percorrere centinaia
di migliaia di km. I risultati finora raccolti indicano che la potenza espressa
è rimasta invariata ed i costi sono inferiori di quelli del diesel
minerale. Si osserva una marcata riduzione nelle emissioni di fumi, idrocarburi
incombusti e particolato, ed una leggerissima diluizione dell'olio lubrificante
nel motore (mezzi con motore antecedente il 1999).
Negli Stati Uniti il biodiesel da olio di semi di soia è stato utilizzato
per fare funzionare 1200 veicoli in 400 città, per un chilometraggio
totale di oltre cinque milioni di chilometri. Le osservazioni sono state
le medesime di quelle ottenute nei test europei. Molti privati, conduttori
di fattorie, ecc., hanno preso a produrre in maniera artigianale in biodiesel.
Lo stesso esercito USA attraverso il TACOM (Tank, Automotive and Armament
Command) acquista il biodiesel per i mezzi militari. Le compagnie petrolifere
hanno mostrato interesse per la tecnologia del biodiesel ed il governo stanzia
fondi per la costruzione di impianti e per la ricerca. Si aggiunge che il
Sig. Graziano Rinaldini, "illuminato" titolare della Pulix Coop
di Forlì iniziò nel 1999 la sperimentazione del biodiesel
su sei dei suoi automezzi. Ora sono 42 compresa la sua auto personale: "Prima,
quando al mattino in deposito si accendevano i motori, dal fumo si metteva
in funzione l'impianto antincendio" - ricorda Rinaldini - :"oggi
al massimo si sente un forte odore di patatine fritte".
PRODUZIONE
Sintesi chimica
Chimicamente il biodiesel è un carburante composto da una miscela
di esteri alchilici di acidi grassi a lunga catena. Un processo di trans-esterificazione
dei lipidi viene usato per convertire l'olio base nell'estere desiderato
e per rimuovere gli acidi grassi liberi.
Dopo questo procedimento, contrariamente al semplice olio vegetale, il biodiesel
possiede proprietà di combustione simili al diesel ricavato dal petrolio
e può sostituirlo nella maggior parte dei suoi impieghi.
Il processo produttivo più diffuso effettua la trans-esterificazione
di un trigliceride mediante aggiunta all'olio di alcool metilico (metanolo)
in presenza di un catalizzatore alcalino come idrossido di sodio (NaOH).
Dalla lavorazione del biodiesel si ottiene come sottoprodotto o coprodotto
glicerina grezza che, dopo raffinazione, viene venduta principalmente all'industria
farmaceutica ed una elevata quantità di mangime ad alto contenuto
proteico.
Il meccanismo globale della reazione può essere così rappresentato;
- TG(Trigliceride) + CH3OH + cataliz. =====> DG(Digliceride) + ME(Metilestere)
- DG(Digliceride) + CH3OH + cataliz. =====> MG(Monogliceride) + ME(Metilestere)
- MG(Monogliceride) + CH3OH + cataliz. =====> GLICERINA + ME(Metilestere)
mentre il meccanismo molecolare, molto più complesso, può essere così semplificato:
La reazione di trans-esterificazione avviene in batch (cicloo discontinuo)
miscelando, in un reattore agitato, l'olio con il metanolo ed aggiungendo
poi, al raggiungimento della temperatura impostata, il catalizzatore (NaOH).
R è una catena lineare generalmente lunga da 16 a 22 atomi di carbonio
la cui esatta struttura dipende dalla specie vegetale o animale. Il primo
prodotto indicato è il glicerolo, il secondo è il generico
estere metilico che costituisce il biodiesel.
Olii base
Una varietà di biolipidi può essere usata per produrre il
biodiesel. Tra questi troviamo:
- Olii vegetali vergini; l'olio di colza o di soia è quello più
comunemente usato, anche se altre coltivazioni come, girasole, canapa, senape,
olio di palma e alghe sono promettenti;
- Olio vegetale di rifiuto;
- Grassi animali;
Molti sostenitori suggeriscono che l'olio vegetale di scarto sia la miglior
fonte di olio per la produzione di biodiesel. Comunque, le forniture disponibili
sono decisamente meno della quantità di carburante derivato dal petrolio
che viene bruciato per i trasporti ed il riscaldamento domestico nel nostro
paese. Tuttavia , produrre biodiesel con olii e grassi animali di rifiuto
non è un problema e può contribuire a sostituire una piccola
percentuale del diesel di petrolio salvando l'ambiente da un rifiuto inquinante.
Per avere una fonte veramente rinnovabile di olio, deve essere considerata
una serie di coltivazioni apposite. Le piante utilizzano la fotosintesi
per convertire parte dell'energia del sole in energia chimica. Parte di
questa energia chimica viene immagazzinata nel biodiesel e rilasciata quando
bruciata. Ne risulta che le piante possono fornire una fonte sostenibile
per la produzione di biodiesel. Ecco una stima media di alcune piante (in
metri cubi per chilometro quadrato):
- Soia: da 40 a 50;
- Senape: 130;
- Colza: da 100 a 140;
- Olio di Palma: 610;
- Alghe: da 10.000 a 20.000;
La coltivazione di alghe unicellulari per estrarre olio per biodiesel non
è ancora stata intrapresa commercialmente, ma studi condotti per
stimarne l'efficacia sono arrivati ai numeri preindicati. Varietà
specialmente selezionate di Senape possono produrre quantità di olio
ragionevolmente elevate, e hanno il valore aggiunto di poter utilizzare
alcuni scarti della produzione come pesticida biodegradabile.
Ci sono filoni di ricerca per trovare coltivazioni con una rendita di olio
più elevata, ma con le tecniche attuali vaste aree di terreno dovrebbero
essere messe in produzione per ottenere abbastanza olio per sostituire l'utilizzo
attuale dei combustibili fossili, entrando in competizione con le coltivazioni
alimentari o comunque esponendo ulteriori aree di terreno all'erosione ed
al rischio di desertificazione. Tuttavia, se teniamo presenti i vasti appezzamenti
di terreno dell'Unione Europea lasciati incolti o non sfruttati, la sempre
più bassa redditività delle colture abituali in alcuni paesi
UE anzichè in altri, appare evidente che se si produce localmente
biodiesel si può bilanciare la resa commerciale delle coltivazioni
e dare un contributo significativo all'utilizzo delle energie rinnovabili
ed alla qualità dell'aria.
Efficienza ed economia
Attualmente i costi di produzione del biodiesel stanno rendendo competitivo
il prezzo rispetto al gasolio minerale.
In Italia la Coldiretti ha pubblicato un documento in cui afferma che la
resa media del biodiesel italico da colza e girasole è di circa 996
litri per ettaro (850 kg/ha).
Visto che la superficie agricola utile (SAU) è di circa 13 milioni
di ettari, in Italia non vie è la possibilità di soddisfare
interamente il fabbisogno del parco veicoli nostrano che si aggira sui 34
milioni di mezzi (consumo medio annuale di 1000 litri per mezzo), ma comunque
si ritiene il biodiesel una valida alternativa per risollevare le sorti
della nostra agricoltura e per contribuire validamente ad abbattere l'inquinamento
atmosferico nei centri urbani.
E.R.O.E.I
Per valutare se il dispendio energetico per produrre un litro di biodiesel
abbia senso (cioè se venga consumato meno di un litro di carburante
per produrre un litro di biodiesel), occorre rifarsi a concetti come l'
EROEI (rapporto tra energia ottenuta (ricavata) ed energia spesa (investita)).
Comunemente viene considerata come resa energetica (EROEI) del biodiesel
un valore pari a circa 3, questo significa che dal puro punto di vista energetico
con l'energia di un litro di biodiesel si ricavano dopo un anno di coltivazione
tre litri di biodiesel. Esattamente non passa un anno per ottenere i tre
litri di biodiesel partendo da un litro ma passa un numero di anni pari
all' Energy Pay Back ratio del biodiesel.
Nell' EROEI non sono conteggiate le spese economiche ma sono solo computate
le energie, quindi gli stipendi dei contadini non sono considerati. Un valore
di resa energetica pari a 3 è un valore molto più basso dell'EROEI
di un impianto eolico (20-30) o quello del petrolio (10-100) ma è
un valore più che accettabile per le coltivazioni agricole. Se invece
si facesse un bilancio puramente economico, risulterebbe che l'investimento
da effettuare per ottenere un ricavo dalla produzione di biodiesel è
più basso ripetto agli impianti eolici o fotovoltaici.
In oltre dalla coltivazione di piante oleaginose si ricavano molti prodotti
utili e importanti (proteine per mangimi, biomassa per riscaldarsi, coprodotti
di elevato valore (glicerolo), ecc) che rendono utile la produzione di biodiesel
oltre il valore del suo EROEI.
Un altro vantaggio è che lo smaltimento dell'olio vegetale usato
produce una materia prima, mentre se distrutto o stoccato rappresenta solo
un costo, quindi in questo caso qualunque guadagno, se pur piccolo, è
meglio di nulla.
Da una superficie di un ettaro coltivato a colza si ottengono circa 2,5
– 3 tonnellate di semi la cui spremitura fornisce circa una tonnellata di
olio. Da quest'olio si può ricavare una quantità quasi equivalente
di biodiesel, utile sia per il riscaldamento che per l'autotrazione.
Come sottoprodotto della macinazione della colza si ottengono circa 2 tonnellate
di mangime di alto valore proteico, e dal processo che porta al biodiesel
100 - 150 kg di glicerina.
La diffusione di questo biocarburante determina l'attivazione di un circuito
virtuoso che promuove lo sviluppo di produzioni agricole non destinate alla
alimentazione (non food) e che quindi non generano eccedenze in ambito Comunitario.
Conclusioni
Riassumendo quanto sopra esposto possiamo concludere che il biodiesel è:
- un biocarburante ecologico a ciclo chiuso di CO2 ampiamente sperimentato,
affidabile e che per il suo utilizzo nell'autotrazione non richiede modifiche
ai moderni motori diesel aspirati o turbocompressi,
- un combustibile alternativo che non può sostituire interamente
la quantità di gasolio minerale consumata annualmente a livello nazionale
(circa 20 miliardi di litri) ma solo in una quota massima del 10% ,circa
2 miliardi di litri,
- un sistema vantaggioso per promuovere l'economia agricola locale (visti
i prezzi sempre più alti dei prodotti petroliferi).
- una soluzione per abbattere l'inquinamento dell'aria nei centri urbani.
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