Capitolo 2 - I biocarburanti
I biocarburanti sono prodotti derivati dalla biomassa che, oltre a prestarsi per produrre calore e/o energia elettrica, possono essere usati per autotrazione, sia miscelati con i carburanti da combustibili fossili e sia, in alcuni casi, utilizzati puri.
Le due tipologie principali di biocombustibili sono:
√ Olii vegetali (bioli) estratti da piante oleaginose (colza, girasole, soia e palma), usati sia allo
stato grezzo che trattati chimicamente (esteri metilici o etilici: “biodiesel”) possono essere usati dagli attuali mezzi che utilizzano il gasolio senza bisogno di modifiche;
√ Alcool etilico (bioetanolo, biometanolo), ottenuto da colture zuccherine (canna da zucchero,
mais, sorgo zuccherino, frumento), o un suo derivato chimico, l’mtbe (ethyl-tetra-buthylether).
I biocarburanti sono pertanto alternativi al gasolio e alla benzina, sono meno inquinanti, riducono la dipendenza dal petrolio e favoriscono l'occupazione agricola.
La direttiva europea 30/2003 suggerisce all'Italia l'obiettivo di coprire il 2% della domanda di carburanti con i biocarburanti entro il 2005 e del 5,75% entro il 2010.
L'utilizzo dei biocarburanti è una realtà in Francia e in Germania ma non in Italia dove nel 2005 il contingente defiscalizzato di biodiesel è stato persino ridotto nella finanziaria da 300mila a 200mila tonnellate.
In questo capitolo verrà discussa la parte riguardante gli aspetti generali dei biocarburanti con particolare riferimento al biodiesel; per quanto concerne il bioetanolo si rimanda al capitolo 3.
1. Perché incentivare i biocarburanti?
I biocarburanti sono producibili da qualsiasi azienda agricola in Italia e nel mondo; il Newsweek li definisce 'Green Gold' (Oro Verde). Rispetto al petrolio non esistono problemi di scarsità o di concentrazione delle riserve in poche aree desertiche.
I biocarburanti sono fonte di occupazione per l'agricoltura europea e del sud del mondo e sono meno inquinanti del gasolio e della benzina
I vantaggi economici e sociali dei biocarburanti sono evidenti:
√ Fabbisogno energetico nazionale: crescita dell'auto-produzione nazionale di carburanti
con conseguente miglioramento dell'autosufficienza energetica nazionale. In genere i biocarburanti sono miscelati al 5-25% con i carburanti tradizionali.
√ Occupazione nel settore agricolo: la produzione agricola per fini energetici favorisce
l'occupazione nel settore agricolo ben distribuita sul territorio nazionale.
√ Maggiore redditività delle imprese agricole nazionali: la domanda dei biocarburanti non
mancherebbe, lo dimostra il crescente fenomeno illegale per l'olio di colza alimentare (materia prima agricola da distinguere dai biocarburanti). I biocarburanti rappresenterebbero una valida attività di reddito complementare per le aziende agricole oltre che una possibilità di autoconsumo senza dover dipendere dalle oscillazioni del prezzo del petrolio.
√ I biocarburanti riducono lo smog in città: l'uso dei biocarburanti riduce lo smog in città e
le conseguenze sulla salute dei cittadini. I recenti blocchi del traffico veicolare hanno dimostrato la gravità delle condizioni dell'aria che respiriamo nelle città italiane.
√ Riducono l'effetto serra: i biocarburanti rilasciano nell'aria la stessa quantità di CO2 assorbita dalle piante durante la loro crescita. Il bilancio con l'ambiente si chiude in pareggio e non si alimenta l'effetto serra (Figura 2.1). Favoriscono pertanto il raggiungimento degli obiettivi di Kyoto.
Ricordiamo che quando si parla di effetto serra ci si riferisce al riscaldamento del pianeta per effetto dell’azione dei cosiddetti gas serra, composti presenti nell’aria a concentrazioni relativamente basse (anidride carbonica, vapor acqueo, metano, ecc.)1.
1
I gas serra sono i gas atmosferici che assorbono la radiazione infrarossa e che per questo causano l’effetto serra. I gas serra naturali comprendono il vapor d’acqua (presente in atmosfera in seguito all’evaporazione da tutte le fonti idriche e come prodotto delle varie combustioni), l’anidride carbonica (rilasciata in atmosfera soprattutto quando vengono bruciati rifiuti solidi, combustibili fossili, legno e prodotti derivati dal legno), il metano (derivante dalla decomposizione della sostanza organica), l’ossido nitrico e l’ozono. La presenza nel tempo di un gas in atmosfera è anche detta “vita media atmosferica” e rappresenta, approssimativamente, il tempo necessario affinché l’incremento della concentrazione di un inquinante dovuto all’attività umana si annulli e si ritorni ad un livello naturale (o perché l’inquinante è stato convertito in un’altra sostanza chimica, oppure perché è stato “catturato” da un deposito naturale).
La durata di questo periodo, dipende dal tipo di inquinante, dai depositi e dalla reattività della sostanza. La vita media dei gas serra può variare da 12 anni (metano e HCFC-22), a 50 anni (CFC-11), a circa un secolo (CO2), a 120 anni (N2O) ed anche a migliaia di
Figura 2.1: Bilancio effetto serra
I gas serra permettono alle radiazioni solari di passare attraverso l’atmosfera mentre ostacolano il passaggio verso lo spazio di parte delle radiazioni infrarosse provenienti dalla superficie della Terra e dalla bassa atmosfera (il calore riemesso); in pratica si comportano come i vetri di una serra e favoriscono la regolazione ed il mantenimento della temperatura terrestre ai valori odierni.
Questo processo è sempre avvenuto naturalmente e fa sì che la temperatura della Terra sia circa 33°C più calda di quanto lo sarebbe senza la presenza di questi gas.
Ora, comunque, si ritiene che il clima della Terra sia destinato a cambiare perché le attività umane stanno alterando la composizione chimica dell’atmosfera. Le enormi emissioni antropogeniche di gas serra stanno causando un aumento della temperatura terrestre determinando, di conseguenza, dei profondi mutamenti a carico del clima sia a livello planetario che locale.
Il Comitato Intergovernativo sui Cambiamenti Climatici (Intergovernmental Panel on Climate
Change, IPCC) ritiene che la temperatura media del pianeta sia aumentata di circa 0,6°C dal 1861
Figura 2.2: Variazione della temperatura
Inoltre, sulla base delle tendenze attuali di emissione dei gas serra, si stima un ulteriore aumento della temperatura terrestre compreso tra 1,4 e 5,8°C nel periodo fra il 1990 e il 2100.
Il conseguente cambiamento climatico comporterà delle implicazioni estremamente significative a carico della salute dell’uomo e dell’integrità dell’ambiente. L’incremento della temperatura della Terra può provocare una serie di effetti ambientali di notevoli proporzioni; l’aumento del calore e quindi dell’evaporazione dai grandi bacini idrici comporta un aumento corrispondente della quantità d’acqua in atmosfera e quindi un aumento delle precipitazioni; il riscaldamento globale comporta anche una diminuzione complessiva delle superfici glaciali. Il clima influenza fortemente l’agricoltura, la disponibilità delle acque, la biodiversità, la richiesta dell’energia (ad esempio per il riscaldamento o il raffreddamento) e la stessa economia.
L’approccio dovrà essere necessariamente coordinato, infatti i progressi fatti con la riduzione delle emissioni in un determinato settore possono essere facilmente compromessi dall’aumento delle emissioni in un altro.
In ogni caso le azioni intraprese finora a livello internazionale e locale non sono confortanti e la situazione continua a peggiorare.
Nei Paesi più sviluppati, i combustibili fossili utilizzati per le auto e i camion, per il riscaldamento degli edifici e per l’alimentazione delle numerose centrali energetiche sono responsabili in misura del 95% delle emissioni dell’anidride carbonica, del 20% di quelle del metano e del 15% per quanto riguarda l’ossido nitroso (o protossido di azoto).
√ Maggiore indipendenza dal petrolio: il prezzo del petrolio è ormai in continua crescita (nelle
inflazionistica sui prezzi. Una vera e propria tassa per tutti i cittadini che penalizza soprattutto i ceti meno abbienti. Aumentare la quota dei biocarburanti frenerebbe questa situazione di empasse.
√ Meno guerre per il petrolio: la minore dipendenza dai paesi produttori di petrolio
favorirebbe una caduta del prezzo del petrolio e una minore attenzione geopolitica per le zone ricche di petrolio. Se il petrolio avesse minore importanza non ci sarebbero guerre del petrolio.
√ Minore trasporto del petrolio via mare: Il trasporto petrolifero per via marittima implica un
forte rischio per l'ambiente dovuto ai frequenti casi di incidenti delle petroliere.
E' pertanto fondamentale allineare l'Italia agli obiettivi della direttiva europea sui biocarburanti (direttiva CEE. 30/2003) e aumentare il contingente defiscalizzato degli stessi.
2. Biodiesel
Il Biodiesel è un prodotto naturale utilizzabile come carburante in autotrazione e come combustibile nel riscaldamento, si ottiene dalla spremitura di semi oleaginosi 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).
Il biodiesel 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 consueti carburanti permangono molto a lungo nell’ambiente e garantisce un rendimento energetico analogo a quello dei carburanti e dei combustibili minerali ed un’ottima affidabilità nelle prestazioni dei veicoli e degli impianti di riscaldamento.
Il biodiesel 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 sua produzione è del tutto ecologica, poiché non presuppone la generazione di residui, o scarti di lavorazione; la reazione di transesterificazione prevede infatti la generazione di glicerina quale “sottoprodotto” nobile dall’elevato valore aggiunto, della quale sono noti oltre 800 diversi utilizzi.
Il Biodiesel è utilizzabile direttamente (sia puro che miscelato con il normale gasolio) poiché non richiede, alcun tipo d’intervento sulla produzione dei sistemi che lo utilizzano (motori e bruciatori):
- nell’autotrazione (motori diesel); - nel riscaldamento.
Come precedentemente accennato, 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.
Può essere utilizzato in tutti i mezzi di trasporto dotati di motore diesel di recente concezione puro al 100% od in miscela con gasolio in qualunque proporzione ma una ulteriore utilizzazione in “purezza” può avvenire in tutti i mezzi di trasporto dotati di motore diesel di vecchia generazione, con lievi modifiche da eseguire in officina (sostituzione di guarnizioni e condotti in gomma, eventuali semplici modifiche al circuito d’iniezione). In miscela con gasolio fino al 25 - 30% su tutti i mezzi di trasporto dotati di motore diesel, di qualunque età, senza la necessità di accorgimenti tecnici.
2.1
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%);
- 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 promuove lo sviluppo di produzioni agricole non destinate alla
alimentazione (non food), quindi non generatrici di eccedenze.
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.
Trattandosi di una fonte energetica rinnovabile il bilancio energetico risulta essere sempre più che positivo.
Importantissimo inoltre il contributo ai fini energetici dei “sottoprodotti” dell’intero processo di produzione che, anziché imbarazzanti e scomodi scarti di lavorazione, costituiscono co-prodotti
nobili dall’alto valore aggiunto, sia in termini energetici che economici. che già da soli renderebbero il processo vantaggioso. Nel caso di impiego di olii usati, i vantaggi sono ulteriormente amplificati.
In uno dei più completi studi sulle fonti energetiche, realizzato da Sheehan e collaboratori (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 1 unità 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,
- le emissioni di particolato risultano essere complessivamente il 32% di quelle del gasolio (se 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).
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 rappresenta una valida via per la differenziazione delle fonti energetiche (essendo in proposito l’Italia il fanalino di coda della UE) e delle produzioni agricole.
