Il biodiesel è un liquido ottenuto da lipidi naturali come oli vegetali o animali grassi, con o senza uso, uno da processi industriali di esterificazione e transesterificazione e applicato nella preparazione di sostituzione totale o parziale di petrodiésel o gasolio ottenuto dal petrolio. Il biodiesel può essere miscelato con olio diesel dalla raffinazione del petrolio in quantità diverse.
Produzione
Il biodiesel viene comunemente prodotto dalla transesterificazione dell’olio vegetale o da materie prime di grassi animali e altre materie prime non commestibili come l’olio per friggere, ecc. Esistono diversi metodi per eseguire questa reazione di transesterificazione, compreso il processo batch comune, i catalizzatori eterogenei, i supercritici processi, metodi ultrasonici e anche metodi a microonde.
Il biodiesel chimicamente e transesterificato comprende una miscela di esteri monoalchilici di acidi grassi a catena lunga. La forma più comune utilizza metanolo (convertito in metilato di sodio) per produrre esteri metilici (comunemente indicato come estere metilico degli acidi grassi – FAME) poiché è l’alcool più economico disponibile, sebbene l’etanolo possa essere usato per produrre un estere etilico (comunemente riferito a come biodiesel acido etilico – FAEE) sono stati utilizzati anche biodiesel e alcoli superiori come isopropanolo e butanolo. L’uso di alcoli di peso molecolare più elevato migliora le proprietà del flusso freddo dell’estere risultante, al costo di una reazione di transesterificazione meno efficiente. Un processo di produzione di transesterificazione lipidica viene utilizzato per convertire l’olio di base negli esteri desiderati. Tutti gli acidi grassi liberi (FFA) nell’olio di base vengono convertiti in sapone e rimossi dal processo oppure vengono esterificati (producendo più biodiesel) utilizzando un catalizzatore acido. Dopo questa lavorazione, a differenza dell’olio vegetale puro, il biodiesel ha proprietà di combustione molto simili a quelle del diesel di petrolio e può sostituirlo nella maggior parte degli usi attuali.
Il metanolo utilizzato nella maggior parte dei processi di produzione di biodiesel è realizzato utilizzando i combustibili fossili. Tuttavia, ci sono fonti di metanolo rinnovabile realizzate utilizzando biossido di carbonio o biomassa come materia prima, rendendo i loro processi di produzione esenti da combustibili fossili.
Un sottoprodotto del processo di transesterificazione è la produzione di glicerolo. Per ogni 1 tonnellata di biodiesel prodotto, vengono prodotti 100 kg di glicerolo. In origine, esisteva un prezioso mercato per il glicerolo, che aiutava l’economia del processo nel suo insieme. Tuttavia, con l’aumento della produzione mondiale di biodiesel, il prezzo di mercato di questo glicerolo grezzo (contenente il 20% di acqua e residui di catalizzatore) si è schiantato. La ricerca è condotta a livello globale per utilizzare questo glicerolo come un componente chimico (vedi intermedio chimico sotto l’articolo di Wikipedia “Glicerolo”). Un’iniziativa nel Regno Unito è The Glycerol Challenge.
Di solito questo glicerolo grezzo deve essere purificato, tipicamente effettuando la distillazione sotto vuoto. Questo è piuttosto energivoro. Il raffinato glicerolo (98% + purezza) può quindi essere utilizzato direttamente o convertito in altri prodotti. Nel 2007 sono stati annunciati i seguenti annunci: Una joint venture di Ashland Inc. e Cargill hanno annunciato piani per la produzione di glicole propilenico in Europa dal glicerolo e Dow Chemical ha annunciato piani simili per il Nord America. Dow inoltre progetta di costruire una pianta in Cina per produrre l’epicloridrina dal glicerolo. L’epicloridrina è una materia prima per le resine epossidiche.
Livelli di produzione
Nel 2007, la capacità di produzione di biodiesel stava crescendo rapidamente, con un tasso di crescita medio annuo dal 2002-06 di oltre il 40%. Per l’anno 2006, l’ultimo dei quali è possibile ottenere dati sulla produzione effettiva, la produzione mondiale di biodiesel è stata di circa 5-6 milioni di tonnellate, con 4,9 milioni di tonnellate lavorate in Europa (di cui 2,7 milioni di tonnellate dalla Germania) e la maggior parte del resto Dagli Stati Uniti d’America. Nel 2008 la produzione in Europa era salita a 7,8 milioni di tonnellate. Nel luglio 2009 è stato aggiunto al biodiesel americano importato nell’Unione europea un dazio per bilanciare la concorrenza dei produttori europei, in particolare tedeschi. La capacità per il 2008 in Europa è stata di 16 milioni di tonnellate. Ciò si confronta con una domanda totale di diesel negli Stati Uniti e in Europa di circa 490 milioni di tonnellate (147 miliardi di galloni). La produzione mondiale totale di olio vegetale per tutti gli scopi nel 2005/06 è stata di circa 110 milioni di tonnellate, con circa 34 milioni di tonnellate ciascuna di olio di palma e olio di soia. A partire dal 2018, l’Indonesia è il primo fornitore mondiale di biocarburanti a base di palmi con una produzione annua di 3,5 milioni di tonnellate e prevede di esportare circa 1 milione di tonnellate di biodiesel.
La produzione di biodiesel negli Stati Uniti nel 2011 ha portato l’industria a un nuovo traguardo. Nell’ambito dello standard EPA per i combustibili rinnovabili, sono stati realizzati degli obiettivi per gli impianti di produzione di biodiesel al fine di monitorare e documentare i livelli di produzione rispetto alla domanda totale. Secondo i dati di fine anno pubblicati dall’EPA, la produzione di biodiesel nel 2011 ha raggiunto oltre 1 miliardo di galloni. Questo numero di produzione ha superato di molto l’obiettivo di 800 milioni di galloni fissato dall’EPA. La produzione prevista per il 2020 è di circa 12 miliardi di galloni.
Disponibilità e prezzi
La produzione mondiale di biodiesel ha raggiunto 3,8 milioni di tonnellate nel 2005. Circa l’85% della produzione di biodiesel proviene dall’Unione Europea.
Nel 2007, negli Stati Uniti, i prezzi medi al dettaglio (alla pompa), comprese le tasse federali e statali sul carburante, di B2 / B5 erano inferiori a quelli del diesel di petrolio di circa 12 centesimi, e le miscele B20 erano le stesse di Petrodiesel. Tuttavia, come parte di un drastico cambiamento dei prezzi del diesel, entro il luglio 2009, il DOE degli Stati Uniti riportava i costi medi di B 15 15 centesimi per gallone rispetto al diesel di petrolio ($ 2,69 / gall contro $ 2,54 / gal). B99 e B100 generalmente costano più di petrodiesel eccetto dove i governi locali forniscono incentivi fiscali o sussidi. Nel mese di ottobre 2016, il biodiesel (B20) era di 2 centesimi inferiore / gallone rispetto a petrodiesel.
Materie prime biodiesel
Una varietà di oli può essere utilizzata per produrre biodiesel. Questi includono:
Le materie prime petrolifere vergini – gli oli di semi di colza e di soia sono più comunemente usati, l’olio di soia rappresenta circa la metà della produzione degli Stati Uniti. Può anche essere ottenuto da Pongamia, campo pennycress e jatropha e altre colture come senape, jojoba, lino, girasole, olio di palma, cocco e canapa (per maggiori informazioni consultare l’elenco degli oli vegetali per i biocarburanti);
Rifiuti di olio vegetale (WVO);
Grassi animali tra cui sego, strutto, grasso giallo, grasso di pollo e sottoprodotti della produzione di acidi grassi Omega-3 derivati dall’olio di pesce.
Le alghe, che possono essere coltivate utilizzando materiali di scarto come le acque reflue e senza spostare le terre attualmente utilizzate per la produzione alimentare.
Olio di alofite come la Salicornia bigelovii, che può essere coltivata utilizzando acqua salata nelle zone costiere dove non è possibile coltivare colture convenzionali, con rese pari alla produzione di semi di soia e altri semi oleosi coltivati mediante irrigazione con acqua dolce
Fanghi di depurazione – Il settore delle acque reflue-biocarburanti attira l’interesse di importanti aziende come Waste Management e start-up come InfoSpi, che stanno scommettendo che il biodiesel delle acque reflue rinnovabili può diventare competitivo con il diesel di petrolio sul prezzo.
Molti sostenitori suggeriscono che l’olio vegetale di scarto è la migliore fonte di petrolio per produrre biodiesel, ma poiché l’offerta disponibile è drasticamente inferiore alla quantità di combustibile a base di petrolio che viene bruciato per il trasporto e il riscaldamento domestico nel mondo, questa soluzione locale non potrebbe scala al tasso attuale di consumo.
I grassi animali sono un sottoprodotto della produzione e della cottura della carne. Anche se non sarebbe efficace allevare animali (o pescare) semplicemente per il loro grasso, l’uso del sottoprodotto aggiunge valore all’industria del bestiame (suini, bovini, pollame). Oggi gli impianti di biodiesel a più materie prime producono biodiesel di alta qualità a base di grassi animali. Attualmente negli Stati Uniti è in costruzione un impianto da 5 milioni di dollari, con l’intento di produrre 11,4 milioni di litri (3 milioni di galloni) di biodiesel da alcuni dei circa 1 miliardo di kg di grasso di pollo prodotto ogni anno presso il locale Impianto di pollame di Tyson. Allo stesso modo, alcune fabbriche di biodiesel su piccola scala usano l’olio di pesce di scarto come materia prima. Un progetto finanziato dall’UE (ENERFISH) suggerisce che in uno stabilimento vietnamita per la produzione di biodiesel da pesce gatto (base, noto anche come pangasio), una produzione di 13 tonnellate / giorno di biodiesel può essere prodotta da 81 tonnellate di rifiuti di pesce (a sua volta conseguente da 130 tonnellate di pesce). Questo progetto utilizza il biodiesel per alimentare un’unità di cogenerazione nell’impianto di lavorazione del pesce, principalmente per alimentare la pianta di congelamento del pesce.
Quantità di materie prime richieste
L’attuale produzione mondiale di olio vegetale e grasso animale non è sufficiente per sostituire l’uso di combustibili fossili liquidi. Inoltre, alcuni si oppongono alla grande quantità di agricoltura e alla conseguente fertilizzazione, all’uso di pesticidi e alla conversione dell’uso del suolo che sarebbero necessari per produrre l’olio vegetale supplementare. La stima del gasolio per il trasporto e dell’olio per riscaldamento domestico utilizzato negli Stati Uniti è di circa 160 milioni di tonnellate (350 miliardi di sterline) secondo l’Energy Information Administration, Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti. Negli Stati Uniti, la produzione stimata di olio vegetale per tutti gli usi è di circa 11 milioni di tonnellate (24 miliardi di sterline) e la produzione stimata di grasso animale è di 5,3 milioni di tonnellate (12 miliardi di sterline).
Se l’intera superficie coltivabile degli Stati Uniti (470 milioni di acri, ovvero 1,9 milioni di chilometri quadrati) fosse dedicata alla produzione di biodiesel dalla soia, ciò equivarrebbe a fornire i 160 milioni di tonnellate richiesti (ipotizzando un’ottimali 98 dollari USA / acro di biodiesel) . Questa terra potrebbe in teoria essere ridotta in modo significativo usando alghe, se gli ostacoli possono essere superati. Il DOE degli Stati Uniti stima che se il carburante delle alghe sostituisse tutto il combustibile del petrolio negli Stati Uniti, richiederebbe 15.000 miglia quadrate (39.000 chilometri quadrati), che è qualche migliaio di miglia quadrate più grande del Maryland, o il 30% maggiore dell’area del Belgio , ipotizzando un rendimento di 140 tonnellate / ettaro (15.000 US gal / acro). Data una resa più realistica di 36 tonnellate / ettaro (3834 galloni USA / acro), l’area richiesta è di circa 152.000 chilometri quadrati, o approssimativamente uguale a quella dello stato della Georgia o dell’Inghilterra e del Galles. I vantaggi delle alghe sono che può essere coltivato su terreni non coltivabili come i deserti o in ambienti marini, e le potenziali rese di petrolio sono molto più alte rispetto alle piante.
dare la precedenza
L’efficienza di resa della materia prima per unità di superficie influisce sulla fattibilità dell’aumento della produzione agli enormi livelli industriali necessari per alimentare una percentuale significativa di veicoli.
Alcuni rendimenti tipici
Resa delle colture
L / ha US gal / acro
Olio di palma 4752 508
Coconut 2151 230
Cyperus esculentus 1628 174
Colza 954 102
Soy (Indiana) 554-922 59.2-98.6
Sego cinese 907 97
Peanut 842 90
Girasole 767 82
Canapa 242 26
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I raccolti di alghe non sono ancora stati determinati con precisione, ma il DOE dice che le alghe producono 30 volte più energia per ettaro delle colture terrestri come la soia. Rendimenti di 36 tonnellate / ettaro sono considerati pratici da Ami Ben-Amotz dell’Istituto di oceanografia di Haifa, che ha coltivato le alghe commercialmente per oltre 20 anni.
La Jatropha è stata citata come fonte di biodiesel ad alto rendimento, ma le rese dipendono fortemente dalle condizioni climatiche e del suolo. Le stime della fascia bassa hanno portato la resa a circa 200 galloni / acri statunitensi (1,5-2 tonnellate per ettaro) per coltura; in climi più favorevoli sono stati raggiunti due o più raccolti l’anno. È coltivato nelle Filippine, in Mali e in India, è resistente alla siccità e può condividere lo spazio con altre piante da reddito come caffè, zucchero, frutta e verdura. È adatto alle terre semi-aride e può contribuire a rallentare la desertificazione, secondo i suoi sostenitori.
Efficienza e argomenti economici
Secondo uno studio di Drs. Van Dyne e Raymer per la Tennessee Valley Authority, la fattoria americana media consuma carburante al ritmo di 82 litri per ettaro (8,75 US gal / acro) di terra per produrre un raccolto. Tuttavia, le colture medie di semi di colza producono petrolio ad un tasso medio di 1.029 L / ha (110 US gal / acro) e i campi di colza ad alto rendimento producono circa 1.356 L / ha (145 US gal / acro). Il rapporto tra input e output in questi casi è approssimativamente 1: 12,5 e 1: 16,5. Si sa che la fotosintesi ha un tasso di efficienza di circa il 3-6% della radiazione solare totale e se l’intera massa di una coltura viene utilizzata per la produzione di energia, l’efficienza complessiva di questa catena è attualmente di circa l’1%. le celle combinate con una trasmissione elettrica, il biodiesel è meno costoso da dispiegare (le celle solari costano circa US $ 250 al metro quadrato) e il trasporto (i veicoli elettrici richiedono batterie che attualmente hanno una densità energetica molto inferiore rispetto ai combustibili liquidi). Uno studio del 2005 ha rilevato che la produzione di biodiesel usando soia richiedeva il 27% in più di energia fossile rispetto al biodiesel prodotto e il 118% in più di energia usando i girasoli.
Tuttavia, queste statistiche da sole non sono sufficienti a dimostrare se un tale cambiamento abbia un senso economico. Devono essere presi in considerazione fattori aggiuntivi quali: l’equivalente di carburante dell’energia necessaria per la trasformazione, la resa di carburante dal petrolio grezzo, il rendimento degli alimenti da coltivazione, l’effetto che il biodiesel avrà sui prezzi degli alimenti e il costo relativo del biodiesel rispetto petrodiesel, inquinamento delle acque dovuto al dilavamento delle aziende agricole, esaurimento del suolo e costi esternalizzati dell’interferenza politica e militare nei paesi produttori di petrolio destinati a controllare il prezzo del petrodiesel.
Il dibattito sul bilancio energetico del biodiesel è in corso. La transizione completa ai biocarburanti potrebbe richiedere enormi tratti di terreno se vengono utilizzate colture alimentari tradizionali (sebbene possano essere utilizzate colture non alimentari). Il problema sarebbe particolarmente grave per le nazioni con grandi economie, dal momento che il consumo di energia scala con la produzione economica.
Se si usano solo le piante alimentari tradizionali, la maggior parte di queste nazioni non ha sufficiente terra arabile per produrre biocarburanti per i veicoli della nazione. Le nazioni con economie più piccole (quindi meno consumo di energia) e più aree coltivabili potrebbero trovarsi in situazioni migliori, sebbene molte regioni non possano permettersi di allontanare la terra dalla produzione alimentare.
Per i paesi del terzo mondo, le fonti di biodiesel che utilizzano terreni marginali potrebbero avere più senso; ad es., noci di pongam oiltree cresciute lungo strade o jatropha cresciute lungo le linee ferroviarie.
Nelle regioni tropicali, come la Malesia e l’Indonesia, le piante che producono olio di palma vengono piantate a un ritmo rapido per soddisfare la crescente domanda di biodiesel in Europa e in altri mercati. Gli scienziati hanno dimostrato che la rimozione della foresta pluviale per le piantagioni di palme non è ecologicamente corretta poiché l’espansione delle piantagioni di palma da olio rappresenta una minaccia per la foresta pluviale naturale e la biodiversità.
È stato stimato in Germania che il biodiesel di olio di palma ha meno di un terzo dei costi di produzione del biodiesel di colza. La fonte diretta del contenuto energetico del biodiesel è l’energia solare catturata dalle piante durante la fotosintesi. Per quanto riguarda il bilancio energetico positivo del biodiesel:
Quando la paglia è stata lasciata sul campo, la produzione di biodiesel era fortemente positiva, producendo un biodiesel da 1 GJ per ogni 0,561 GJ di input di energia (un rapporto rendimento / costo di 1,78).
Quando la paglia veniva bruciata poiché il fertilizzante veniva usato come combustibile per i semi oleosi, il rapporto rendimento / costo per la produzione di biodiesel era ancora migliore (3,71). In altre parole, per ogni unità di energia immessa per produrre biodiesel, la produzione era di 3,71 unità (la differenza di 2,71 unità sarebbe dovuta all’energia solare).
Impatto economico
Sono stati effettuati studi economici multipli riguardanti l’impatto economico della produzione di biodiesel. Uno studio, commissionato dal National Biodiesel Board, ha riportato che la produzione di biodiesel nel 2011 ha sostenuto 39.027 posti di lavoro e oltre $ 2,1 miliardi di reddito familiare negli Stati Uniti. La crescita del biodiesel aiuta anche ad aumentare significativamente il PIL. Nel 2011, il biodiesel ha generato più di $ 3 miliardi di PIL. A giudicare dalla continua crescita della norma sui combustibili rinnovabili e dall’estensione degli incentivi fiscali per il biodiesel, il numero di posti di lavoro può aumentare fino a 50.725, $ 2,7 miliardi di reddito e raggiungere $ 5 miliardi di PIL entro il 2012 e il 2013.
Sicurezza energetica
Uno dei principali fattori di adozione del biodiesel è la sicurezza energetica. Ciò significa che la dipendenza di una nazione dal petrolio viene ridotta e sostituita con l’uso di fonti disponibili localmente, come carbone, gas o fonti rinnovabili. Quindi un paese può beneficiare dell’adozione di biocarburanti, senza una riduzione delle emissioni di gas serra. Mentre il bilancio energetico totale è discusso, è chiaro che la dipendenza dal petrolio è ridotta. Un esempio è l’energia usata per produrre fertilizzanti, che potrebbe provenire da una varietà di fonti diverse dal petrolio. Il National Renewable Energy Laboratory (NREL) afferma che la sicurezza energetica è la principale forza trainante del programma statunitense sui biocarburanti, e un documento della Casa Bianca “Sicurezza energetica per il 21 ° secolo” chiarisce che la sicurezza energetica è una delle principali ragioni per promuovere biodiesel. L’ex presidente della Commissione europea, Jose Manuel Barroso, intervenendo a una recente conferenza sui biocarburanti dell’UE, ha sottolineato che i biocarburanti correttamente gestiti hanno il potenziale per rafforzare la sicurezza dell’approvvigionamento dell’UE attraverso la diversificazione delle fonti energetiche.
Effetti ambientali
L’ondata di interesse per i biodiesel ha evidenziato una serie di effetti ambientali associati al suo utilizzo. Questi potenzialmente includono riduzioni delle emissioni di gas serra, deforestazione, inquinamento e tasso di biodegradazione.
Secondo l’analisi dell’impatto sull’impatto normativo del programma sugli standard dei combustibili rinnovabili dell’EPA, rilasciata a febbraio 2010, il biodiesel derivato dall’olio di soia risulta in media in una riduzione del 57% dei gas a effetto serra rispetto al diesel di petrolio e il biodiesel prodotto da un olio di scarto rappresenta l’86% riduzione. Vedere il capitolo 2.6 del rapporto EPA per informazioni più dettagliate.
Tuttavia, le organizzazioni ambientaliste, ad esempio Rainforest Rescue e Greenpeace, criticano la coltivazione di piante utilizzate per la produzione di biodiesel, ad es. Palme da olio, soia e canna da zucchero. Dicono che la deforestazione delle foreste pluviali aggrava il cambiamento climatico e che gli ecosistemi sensibili vengono distrutti per liberare la terra dalle piantagioni di palma da olio, soia e canna da zucchero. Inoltre, i biocarburanti contribuiscono alla fame nel mondo, visto che la terra arabile non viene più utilizzata per la coltivazione di alimenti. L’Agenzia per la protezione dell’ambiente (EPA) ha pubblicato i dati nel gennaio 2012, dimostrando che i biocarburanti prodotti con olio di palma non contano per il mandato dei combustibili rinnovabili della nazione in quanto non sono favorevoli al clima. Gli ambientalisti apprezzano la conclusione perché la crescita delle piantagioni di palma da olio ha guidato la deforestazione tropicale, ad esempio in Indonesia e in Malesia.
Cibo, terra e acqua rispetto al carburante
In alcuni paesi poveri l’aumento del prezzo dell’olio vegetale sta causando problemi. Alcuni propongono che il carburante sia prodotto solo da oli vegetali non commestibili come la camelina, la jatropha o la malva costiera che possono prosperare su terreni agricoli marginali in cui molti alberi e colture non crescono o produrrebbero solo basse rese.
Altri sostengono che il problema è più fondamentale. Gli agricoltori possono passare dalla produzione di colture alimentari alla produzione di colture di biocarburanti per guadagnare di più, anche se le nuove colture non sono commestibili. La legge della domanda e dell’offerta prevede che se un numero minore di agricoltori produce cibo, il prezzo del cibo aumenterà. Potrebbe volerci del tempo, poiché gli agricoltori possono impiegare del tempo per cambiare le cose che stanno crescendo, ma la crescente domanda di biocarburanti di prima generazione rischia di provocare aumenti di prezzo per molti tipi di alimenti. Alcuni hanno sottolineato che vi sono poveri agricoltori e paesi poveri che stanno facendo più soldi a causa del prezzo più elevato dell’olio vegetale.
Il biodiesel proveniente dalle alghe marine non sposterebbe necessariamente la terra terrestre attualmente utilizzata per la produzione di cibo e potrebbero essere creati nuovi posti di lavoro nel settore dell’algicoltura.
Per comparazione va detto che la produzione di biogas utilizza rifiuti agricoli per generare un biocarburante noto come biogas e produce anche compost, migliorando in tal modo l’agricoltura, la sostenibilità e la produzione alimentare.
Ricerca attuale
Sono in corso ricerche per trovare raccolti più adatti e migliorare la resa in olio. Altre fonti sono possibili, compresa la materia fecale umana, con il Ghana che costruisce il suo primo “impianto di biodiesel alimentato con fanghi fecali”. Utilizzando i rendimenti attuali, sarebbero necessari grandi quantità di terra e acqua fresca per produrre abbastanza petrolio per sostituire completamente l’uso di combustibili fossili. Richiederebbe due volte la superficie terrestre degli Stati Uniti per dedicarsi alla produzione di semi di soia, o due terzi per la produzione di colza, per soddisfare le attuali esigenze di riscaldamento e trasporto degli Stati Uniti.
Le varietà di senape appositamente allevate possono produrre rese di olio ragionevolmente elevate e sono molto utili nella rotazione delle colture con i cereali, e hanno il vantaggio aggiunto che il pasto avanzato dopo che l’olio è stato estratto può agire come un pesticida efficace e biodegradabile.
La NFESC, con Biodiesel Industries con sede a Santa Barbara, sta lavorando per sviluppare tecnologie di biodiesel per la marina e l’esercito degli Stati Uniti, uno dei maggiori utilizzatori di carburante diesel nel mondo.
Un gruppo di sviluppatori spagnoli che lavorano per una società chiamata Ecofasa ha annunciato un nuovo biocarburante prodotto dalla spazzatura. Il combustibile è creato da rifiuti urbani generici che vengono trattati dai batteri per produrre acidi grassi, che possono essere utilizzati per produrre biodiesel.
Un altro approccio che non richiede l’uso di sostanze chimiche per la produzione comporta l’uso di microbi geneticamente modificati.
Biodiesel algale
Dal 1978 al 1996, il NREL degli Stati Uniti ha sperimentato l’utilizzo di alghe come fonte di biodiesel nel “Programma delle specie acquatiche”. Un articolo auto-pubblicato da Michael Briggs, del gruppo UNH Biodiesel, offre stime per la sostituzione realistica di tutto il combustibile veicolare con biodiesel utilizzando alghe che hanno un contenuto di olio naturale superiore al 50%, che Briggs suggerisce possono essere coltivate su stagni di alghe negli impianti di trattamento delle acque reflue. Queste alghe ricche di olio possono quindi essere estratte dal sistema e trasformate in biodiesel, con il residuo essiccato ulteriormente rielaborato per creare etanolo.
La produzione di alghe per la raccolta di olio per il biodiesel non è stata ancora effettuata su scala commerciale, ma sono stati condotti studi di fattibilità per arrivare alla stima del rendimento di cui sopra. Oltre al suo alto rendimento previsto, l’algacoltura – a differenza dei biocarburanti a base di colture – non comporta una diminuzione della produzione alimentare, poiché non richiede né terreni agricoli né acqua dolce. Molte aziende stanno perseguendo bio-reattori a base di alghe per vari scopi, tra cui il potenziamento della produzione di biodiesel a livelli commerciali.
Il Prof. Rodrigo E. Teixeira dell’Università dell’Alabama di Huntsville ha dimostrato l’estrazione di lipidi di biodiesel da alghe bagnate utilizzando una reazione semplice ed economica nei liquidi ionici.
Pongamia
La Millettia pinnata, conosciuta anche come Pongam Oiltree o Pongamia, è un leguminoso, albero da semi oleosi che è stato identificato come un candidato per la produzione di olio vegetale non commestibile.
Le piantagioni di Pongamia per la produzione di biodiesel hanno un vantaggio ambientale duplice. Gli alberi immagazzinano carbonio e producono olio combustibile. Pongamia cresce su terreni marginali non adatti alle colture alimentari e non richiede fertilizzanti nitrati. L’albero che produce olio ha il più alto rendimento di piante oleaginose (circa il 40% in peso del seme è olio) mentre cresce in terreni malnutriti con alti livelli di sale. Sta diventando un obiettivo principale in un certo numero di organizzazioni di ricerca sul biodiesel. I principali vantaggi di Pongamia sono un maggiore recupero e qualità del petrolio rispetto ad altre colture e nessuna concorrenza diretta con le colture alimentari. Tuttavia, la crescita su terreni marginali può portare a una minore produzione di petrolio che potrebbe causare competizione con le colture alimentari per un terreno migliore.
Jatropha
Diversi gruppi in vari settori stanno conducendo ricerche su Jatropha curcas, un albero velenoso che produce semi considerati da molti come una valida fonte di biodiesel. Gran parte di questa ricerca si concentra sul miglioramento della resa in olio totale per acro di Jatropha attraverso i progressi in genetica, scienze del suolo e pratiche orticole.
SG Biofuels, uno sviluppatore di Jatropha con sede a San Diego, ha utilizzato l’allevamento molecolare e la biotecnologia per produrre semi ibridi di elite di Jatropha che mostrano significativi miglioramenti di resa rispetto alle varietà di prima generazione. SG Biocarburanti afferma inoltre che da tali ceppi sono derivati ulteriori benefici, tra cui una maggiore sincronicità della fioritura, maggiore resistenza a parassiti e malattie e una maggiore tolleranza al freddo.
Plant Research International, un dipartimento dell’Università e centro di ricerca di Wageningen nei Paesi Bassi, mantiene un progetto di valutazione Jatropha (JEP) in corso che esamina la fattibilità della coltivazione su larga scala della Jatropha attraverso esperimenti sul campo e in laboratorio.
Il Center for Sustainable Energy Farming (CfSEF) è un’organizzazione di ricerca senza scopo di lucro con base a Los Angeles dedicata alla ricerca Jatropha nelle aree di scienza delle piante, agronomia e orticoltura. Si prevede che l’esplorazione riuscita di queste discipline aumenterà il rendimento della produzione agricola Jatropha del 200-300% nei prossimi dieci anni.
Fungo
Un gruppo dell’Accademia Russa delle Scienze di Mosca ha pubblicato un documento nel settembre 2008, affermando di aver isolato grandi quantità di lipidi da funghi monocellulari e trasformato in biodiesel in modo economicamente efficiente. Altre ricerche su questa specie di funghi; Cunninghamella japonica e altri probabilmente appariranno nel prossimo futuro.
La recente scoperta di una variante del fungo Gliocladium roseum punta alla produzione del cosiddetto myco-diesel da cellulosa. Questo organismo è stato recentemente scoperto nelle foreste pluviali della Patagonia settentrionale e ha la capacità unica di convertire la cellulosa in idrocarburi di media lunghezza tipici del gasolio.
Biodiesel da fondi di caffè usati
I ricercatori dell’Università del Nevada, a Reno, hanno prodotto con successo biodiesel da olio derivato da fondi di caffè usati. La loro analisi dei terreni usati mostrava un contenuto di olio dal 10% al 15% (in peso). Una volta estratto l’olio, ha subito una trasformazione convenzionale in biodiesel. Si stima che il biodiesel finito possa essere prodotto per circa 1 dollaro USA per gallone. Inoltre, è stato riferito che “la tecnica non è difficile” e che “c’è così tanto caffè in giro che potrebbero essere prodotte centinaia di milioni di litri di biodiesel all’anno”. Tuttavia, anche se tutti i fondi di caffè del mondo fossero utilizzati per produrre carburante, la quantità prodotta sarebbe inferiore all’1% del diesel utilizzato negli Stati Uniti ogni anno. “Non risolverà il problema energetico del mondo”, ha detto il dottor Misra del suo lavoro.
Fonti esotiche
Recentemente, il grasso di alligatore è stato identificato come fonte per la produzione di biodiesel. Ogni anno, circa 15 milioni di chili di grasso di alligatore vengono smaltiti nelle discariche come sottoprodotto della lavorazione della carne di alligatore e della pelle. Studi hanno dimostrato che il biodiesel prodotto da grasso di alligatore è simile nella composizione al biodiesel creato dai semi di soia, ed è meno costoso da raffinare poiché è principalmente un prodotto di scarto.
Biodiesel per il potere delle cellule idrogeno
Un microreattore è stato sviluppato per convertire il biodiesel in vapore di idrogeno per alimentare le celle a combustibile.
Il reforming del vapore, noto anche come reforming dei combustibili fossili, è un processo che produce gas idrogeno da combustibili idrocarburi, in particolare biodiesel grazie alla sua efficienza. Un ** microreattore **, o reformer, è il dispositivo di elaborazione in cui il vapore acqueo reagisce con il combustibile liquido ad alta temperatura e pressione. A temperature comprese tra 700 e 1100 ° C, un catalizzatore a base di nichel consente la produzione di monossido di carbonio e idrogeno:
Idrocarburo + H2O ⇌ CO + 3 H2 (altamente endotermico)
Inoltre, una maggiore resa di idrogeno gassoso può essere sfruttata da un ulteriore ossidante monossido di carbonio per produrre più idrogeno e anidride carbonica:
CO + H2O → CO2 + H2 (leggermente esotermico)
Informazioni di base sulle celle a combustibile a idrogeno
Le celle a combustibile funzionano in modo simile a una batteria in quanto l’elettricità viene sfruttata dalle reazioni chimiche. La differenza tra le celle a combustibile rispetto alle batterie è la loro capacità di essere alimentate dal flusso costante di idrogeno presente nell’atmosfera. Inoltre, producono solo acqua come sottoprodotto e sono praticamente silenziosi. Il rovescio della medaglia delle pile a combustibile alimentate a idrogeno è l’alto costo e il pericolo di immagazzinare idrogeno altamente combustibile sotto pressione.
Un modo in cui i nuovi processori possono superare i pericoli del trasporto dell’idrogeno è quello di produrlo se necessario. I microreattori possono essere uniti per creare un sistema che riscalda l’idrocarburo sotto alta pressione per generare idrogeno e anidride carbonica, un processo chiamato steam reforming. Questo produce fino a 160 galloni di idrogeno / minuto e dà il potenziale di alimentare le stazioni di rifornimento di idrogeno, o anche una fonte di combustibile a idrogeno a bordo per i veicoli a celle a idrogeno. L’implementazione in auto consentirebbe di trasferire all’energia cinetica i combustibili ricchi di energia, come il biodiesel, evitando la combustione e i sottoprodotti inquinanti. Il metallo quadrato a misura di mano contiene canali microscopici con siti catalitici, che convertono continuamente il biodiesel e anche il sottoprodotto del glicerolo in idrogeno.
preoccupazioni
Usura del motore
La lubrificazione del carburante svolge un ruolo importante nell’usura che si verifica in un motore. Un motore diesel fa affidamento sul suo carburante per fornire lubrificazione ai componenti metallici che sono costantemente in contatto tra loro. Il biodiesel è un lubrificante molto migliore rispetto al diesel di petrolio a causa della presenza di esteri. Test hanno dimostrato che l’aggiunta di una piccola quantità di biodiesel al diesel può aumentare significativamente la lubrificazione del carburante a breve termine. Tuttavia, per un lungo periodo di tempo (2-4 anni), gli studi dimostrano che il biodiesel perde la sua capacità di lubrificazione. Ciò potrebbe essere causato da una maggiore corrosione nel tempo dovuta all’ossidazione delle molecole insature o all’aumento del contenuto di acqua nel biodiesel dall’assorbimento di umidità.
Viscosità del carburante
Una delle principali preoccupazioni per quanto riguarda il biodiesel è la sua viscosità. La viscosità del gasolio è 2,5-3,2 cSt a 40 ° C e la viscosità del biodiesel ricavato dall’olio di soia è compresa tra 4,2 e 4,6 cSt La viscosità del gasolio deve essere sufficientemente elevata da fornire una lubrificazione sufficiente per le parti del motore ma sufficientemente bassa da fluire a temperatura operativa L’alta viscosità può collegare il filtro del carburante e il sistema di iniezione nei motori. L’olio vegetale è composto da lipidi con lunghe catene di idrocarburi, per ridurre la sua viscosità i lipidi vengono scomposti in molecole più piccole di esteri. Questo viene fatto convertendo olio vegetale e grassi animali in esteri alchilici usando la transesterificazione per ridurre la loro viscosità. Tuttavia, la viscosità del biodiesel rimane superiore a quella del diesel e il motore potrebbe non essere in grado di utilizzare il carburante a basse temperature a causa del lento flusso attraverso the fuel filter.
Engine performance
Biodiesel has higher brake-specific fuel consumption compared to diesel, which means more biodiesel fuel consumption is required for the same torque. However, B20 biodiesel blend has been found to provide maximum increase in thermal efficiency, lowest brake-specific energy consumption, and lower harmful emissions. The engine performance depends on the properties of the fuel, as well as on combustion, injector pressure and many other factors. Since there are various blends of biodiesel, that may account for the contradicting reports as regards engine performance.