L’ENERGIA DEL
FUTURO
UN RIMEDIO NATURALE ALL’UTILIZZO
DEI COMBUSTIBILI FOSSILI
Luca Beltrami
5smA
Daniele Caminati 5smB
I COMBUSTIBILI FOSSILI
Origine: dai resti delle sostanze organiche sottoposte ad alte
pressioni e temperature
Vantaggi
• PETROLIO
• CARBONE
• GAS NATURALE
• Compatti
• Facilmente trasportabili
e stoccabili
• Utilizzabili con
macchine semplici
• Bassi costi
Svantaggi
• Pericolosi per la salute
e l’atmosfera
• Non rinnovabili
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
Si rigenerano nella scala dei tempi umani
Vantaggi
•
•
•
•
•
EN. IDROELETTRICA
EN. GEOTERMICA
EN. SOLARE
EN. EOLICA
EN. DA BIOMASSE
• 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)
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
Dalle sostanze di origine animale e vegetale non fossili
• 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
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 centromeridionale
• 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
Calore di combustione:
5300 kcal/kg (12% umidità)
Costo dell'energia in funzione del combustibile
€/MWh
140
120,4
120
115,54
100
80
67,76
60
40,95
40
29,49
24,34
20
0
Metano
GPL
Gasolio
Legna
Mais
Pellet
UNA STUFA A MAIS
EMISSIONI DI UNA
STUFA A MAIS
ANALISI DELLE CENERI
Conducibilità:
3,36 mS
Variazione di massa:
-37%
Titolazione acido base:
1,9x10-5 eq H+
pH:
10,37
Assorbimento atomico:
Mg=7,41%
K=31,95%
SOSTENIBILITÀ AMBIENTALE
ED EDILIZIA
•Recupero di calore
•Utilizzo di ventole
termostatiche
•Riscaldamento a
pavimento
• 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
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
Europa:
• BIODIESEL: Germania (50%), Francia
e Italia (da barbabietola da zucchero);
• BIOETANOLO: Spagna, Polonia,
Francia, Svezia, Repubblica Ceca;
Mondo:
• BIOETANOLO: Brasile (da Canna da
zucchero) e USA (da Granturco);
UNA STORIA SVEDESE CHE
STA CONTAGIANDO L’EUROPA
• SVEZIA: ruolo guida nel rispetto
dell’ambiente;
• Saab: 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 PROGETTO
ECUADOREGNO
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
industrializzazione per litro di
etanolo
COSTO TOTALE PRODUZIONE
$0.05
$0.33
$0.38
Utile mensile
Prezzo di vendita al litro accettato da
PETROECUADOR
Costo di produzione per litro
$0.60
Utile per litro
$0.22
Utile giornaliera riferita a 200.000 litri
US $ 44.000
Utile mensile
US $ 1.320.000
$0.38
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
Aspetti ambientali
• 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;
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;
VANTAGGI
• 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;
SVANTAGGI
• 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.
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