BIODIESEL
UN’ENERGIA PULITA
a cura del dr. ing. Massimo Grotti
www.program-risorse.com
Venezia, aprile 2002
Di cosa si tratta?
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.
Come si produce?
Si ottiene dalla spremitura di semi oleoginosi
di colza, soia, girasole e da una reazione detta
di transesterificazione, che determina la
sostituzione dei componenti alcolici d’origine
(glicerolo) con alcool metilico (metanolo).
La “transesterificazione”!
R1-COOCH2
R2-COOCH
CH2-OH
catalizzatore
+
3CH3OH
3 x R-COOCOH
+ CH-OH
CH2-OH
R3-COOCH2
catalizzatore
+
Olio
+
Metanolo
BIOdiesel
Glicerina
Le materie prime
• 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.
… e gli olii alimentari usati
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.
La Produzione
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.
FILIERA DELLA PRODUZIONE DI BIODIESEL
Schema a blocchi semplificato
Estrazione olio dai
semi di colza, soia o
girasole
Raccolta oli
vegetali usati
Raffinazione dell’olio
vegetale fino a grado
alimentare
Pretrattamento
Raffinazione oli
vegetali usati
Lavorazione dei
sottoprodotti
PRODUZIONE
Biodiesel
Vendita Biodiesel
Oli tecnici
lubrificanti;
distaccanti; etc.
Sottoprodotto
GLICERINA
semiraffinata 80%
Glicerina raffinata
grado farmaceutico
F.U.
Vendita Glicerina
Impieghi del biodiesel:
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.
Il biodiesel nel riscaldamento
• Il Biodiesel può essere utilizzato
direttamente sugli impianti esistenti, sia
puro (al 100%) che in miscela con gasolio
in qualsiasi proporzione.
CARATTERISTICHE DEL BIODIESEL PER
RISCALDAMENTO
Norma UNI 10947
PARAMETRO
*Viscosità a 40 °C
Unità di misura
Limiti
min max
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
Contenuto di estere
% m/m
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
0,50
96,5
35
Il biodiesel in autotrazione
Il funzionamento, l'usura dei motori e le
prestazioni sono del tutto assimilabili a quelle
ottenute con gasolio tradizionale in termini di
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.
CARATTERISTICHE DEL BIODIESEL PER
AUTOTRAZIONE
Norma UNI 10946
PARAMETRO
Contenuto di estere
*Massa volumica a 15 °C
*Viscosità a 40 °C
Unità di misura
% m/m
kg/m
*Residuo carbonioso (sul 10% residuo distillazione)
max
96,5
860
900
mm /sec
3,5
5,0
°C
120
mg/kg
10
% m/m
0,3
*Numero cetano
*Contenuto di ceneri solfatate
min
2
*Punto di infiammabilità
*Contenuto di zolfo
3
Limiti
51
% m/m
0,02
Contenuto di acqua
mg/kg
500
*Contaminazione totale
mg/kg
*Corrosione su lamina di rame (3 ore a 50 °C)
indice
*Stabilità termico-ossidativa (110°C)
Valore di acidità
*Valore di jodio
ore
mg KOH/g
2
24
classe 1
6
0,50
gJ /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
vedi
nota
*Metalli alcalini (Na+ K)
mg/kg
5
*Contenuto di fosforo
mg/kg
10,0
C.F.P.P.
(*) additivato
Aspetti Ambientali
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%);
… ed ancora
• non contiene sostanze pericolosissime per la salute quali gli idrocarburi
aromatici (benzene, toluene ed omologhi) o policiclici aromatici;
• giova al motore grazie ad un superiore potere detergente che previene le
incrostazioni;
• non presenta pericoli, come l’autocombustione, durante la fase di
trasporto e di stoccaggio;
• la sua diffusione determina l’attivazione di un circuito virtuoso che
promuove lo sviluppo di produzioni agricole non destinate alla
alimentazione (non food), quindi non generatrici di eccedenze.
Qualche confronto
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)
Carburante
Diesel
Diesel basso tenore
di Zolfo
Diesel basso tenore
Zolfo+add.
Diesel bassissimo
tenore di Zolfo
Diesel bassissimo
tenore di Zolfo+add.
Utilizzo urbano
Emissioni
Grado di rischio
24
8
28
10
Utilizzo extra urbano
Emissioni
Grado di rischio
13
4
20
7
23
7
17
6
31
11
N.D.
N.D.
27
9
N.D.
N.D.
20
6
23
8
Biodiesel
miscelato 20-35%
9
3
16 (?)
5 (?)
Biodiesel puro
5
2
3
1
Gas naturale liq.
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
L’ NEPM per la Qualità dell’Aria (National Environment
Protection Council, 1998) ha stimato l’effetto a breve-termine
delle emissioni inquinanti in Australia.
• 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.
Life-Cycle Emissions
Le Emissioni del Ciclo di Vita
• La valutazione economica per un combustibile dipende da molti fattori
compresi i settori ad esso collegati.
Confronto dei centri di costo in termini energetici per la produzione di biodiesel e diesel
Biodiesel
Produzione semi, fertilizzanti e
pesticidi
Produzione piante oleaginise
Trasporto
Estrazione dell’olio
Transeserificazione in biodiesel
Distribuzione
Diesel
Estrazione petrolio
Trasporto
Operazioni di raffineria
Distribuzione
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 contenuto energetico del metanolo.
Life-Cycle Emissions - Il Bilancio energetico
Il bilancio energetico per la produzione di Biodiesel è
riportato nella tabella seguente basandosi sul confronto di 26
studi disponibili in letteratura (Sharmer & Gosse, 1996).
Bilancio energetico del Biodiesel
Energia per produrlo
Energia ricavata dal
Biodiesel
Energia ricavata dai
sottoprodotti
[GJ/ha]
26-35
42-50
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.