biocarburanti di seconda generazione (2)

biocarburanti di seconda generazione

Il bio-olio

Il bio-olio è il prodotto liquido della pirolisi della biomassa ligno-cellulosica,

con caratteristiche simili al petrolio.

La pirolisi è un processo termico di decomposizione della biomassa,

condotto in assenza di ossigeno e a temperature moderate (350-550°C).

Tra le varie configurazioni impiantistiche, che consentono dei rendimenti

di produzione di bio-olio elevati (75% in peso asciutto della

biomassa di partenza), si ricordano i reattori a letto fluido bollente,

circolante e trasportato e quelli a ciclone.

Il bio-olio è stato sperimentato con successo nei motori a ciclo Diesel

e nelle turbine ed è annoverato tra gli idrocarburi combustibili di alta

qualità, sebbene attualmente sia gravato da costi energetici ed economici

ancora inaccettabili.

Il biometanolo

Il biometanolo si distingue dal metanolo tradizionale in virtù della

materia prima utilizzata per la sua produzione: mentre il metanolo

tradizionale è ottenuto mediante il processo di conversione catalitica

a partire da un combustibile fossile (generalmente gas naturale), per

il biometanolo si ricorre alla biomassa ligno-cellulosica.

Il processo più diffuso prevede la gassificazione della biomassa e la

conversione catalitica dei gas ottenuti (CO2 e H2)(con ossido di cromo

e ossido di zinco).
La reazione per la produzione del biometanolo

avviene generalmente in condizioni piuttosto spinte di temperatura

(400°C) e pressione (40-80 atm).

In considerazione delle sue proprietà, molto simili a quelle del bioetanolo,

il biometanolo può essere utilizzato nei motori a ciclo Otto ea ciclo Diesel.

Nelle applicazioni per l’autotrazione il biometanolo presenta un comportamento

paragonabile alla benzina per prestazioni e veicoli impiegati

ed è caratterizzato da un valore più elevato per il numero di ottano.

La principale criticità dell’utilizzo del biometanolo è legata alla sicurezza

delle fasi di stoccaggio, trasporto e manipolazione, poiché esso

brucia senza fiamma visibile ed è tossico per inalazione, contatto e

ingestione. Queste problematiche si riflettono negli elevati costi di

gestione a carico della rete di distribuzione.

L’impiego del biometanolo in miscele fino al 20% in volume con la

benzina non richiede modifiche al motore o alle infrastrutture di distribuzione,

mentre un suo utilizzo puro o a elevate concentrazioni in

miscela con la benzina è subordinato a interventi sul motore, per garantirne

la partenza a freddo e per evitare la corrosione dei materiali.

Nella filiera del biodiesel, infine, il biometanolo può essere utilizzato

come reagente nella transesterificazione degli oli vegetali.

Il biodimetiletere (bio-DME)

Si definisce biodimetiletere, o etere di legno, l’etere dimetilico ottenuto

dalla biomassa.

Il processo produttivo si avvale della gassificazione della biomassa

ligno-cellulosica a biometanolo e della sua successiva conversione a

bio-DME; è attualmente in corso di ottimizzazione una tecnologia per

la trasformazione diretta del

syngas
in bio-DME.

In considerazione delle sue proprietà chimiche e fisiche, il bio-DME è

indicato per sostituire il gasolio nei motori a ciclo Diesel (tabella 36).

Il bio-DME è gassoso a temperatura ambiente e liquido se la pressio

ne

è superiore ai 5 bar o se la temperatura è inferiore a -25°C. In linea

generale esso si presta a essere impiegato allo stato liquido, operando

a valori di pressione dell’ordine dei 5-10 bar.

Le ricerche sulle applicazioni del biodimetiletere come carburante

nell’autotrazione sono iniziate recentemente; è già emerso come la

predisposizione dei motori necessiti della sostituzione di alcuni materiali,

quali la plastica, gli elastomeri e le gomme, che possono essere

aggrediti dal bio-DME.

Le operazioni di trasporto, di stoccaggio e di distribuzione del biodimetiletere

sono simili a quelle adottate con il GPL.

Il biobutanolo

Il biobutanolo è un biocarburante liquido, prodotto dalla fermentazione

degli zuccheri a opera del microrganismo Clostridium acetobutylicum

a partire dalle stesse materie prime del bioetanolo.

In considerazione delle sue proprietà (tabella 37), il biobutanolo può

essere utilizzato nei motori a combustione interna a ciclo Diesel e a

ciclo Otto, analogamente al bioetanolo.

Il biobutanolo presenta alcune caratteristiche che lo favoriscono rispetto

al bioetanolo. In primo luogo è meno corrosivo e non danneggia le

infrastrutture esistenti per la distribuzione della benzina. In secondo

luogo, la sua miscelazione con i carburanti fossili è migliore e le miscele

non vanno incontro a separazione delle fasi.
Ne consegue che l’immagazzinamento e la distribuzione del biobutanolo sono facilitati.

A fronte di una densità energetica superiore a quella del bioetanolo, il

biobutanolo evidenzia dei valori più bassi per il numero di ottano: complessivamente,pertanto, il bioetanolo fornisce delle prestazioni migliori.

Il bio-MTBE (Metil Ter Butil Etere)

Il bio-MTBE è prodotto a partire dal biometanolo e può essere utilizzato

come antidetonante nei motori a ciclo Otto, analogamente all’MTBE

di origine fossile, di cui ricalca tutte le caratteristiche (tabella 26).

Il bio-MTBE ha l’effetto di innalzare il numero di ottano della benzina,

senza diminuirne la densità energetica e incrementarne la volatilità.

Poiché alla reazione di sintesi partecipa anche l’isobutene di origine petrolifera,il bio-MTBE è considerato un biocarburante nella misura in cui

il biometanolo contribuisce alla sua composizione, ossia per il 36%.

Con la progressiva eliminazione del piombo, a partire dalla metà degli

anni Ottanta, è diventato una delle componenti più utilizzate per

la formulazione delle benzine: il costo e la tossicità inferiori a quelle

del piombo tetraetile e del benzene ne hanno incrementato l’impiego

come antidetonante in tutte le benzine verdi, fino a essere usato oggi

in percentuali che vanno dal 7% al 12% in volume.

La principale criticità, che penalizza l’utilizzo del bio-MTBE, è la sua

alta solubilità in acqua, che, accompagnata dal modesto adsorbimento

alle frazioni organica e minerale del suolo e dalla scarsa degradabilità,

crea una seria minaccia per la qualità delle acque sotterranee.

L’FT-diesel (FT-liquids o biocarburanti sintetici)

Appartengono a questa categoria gli idrocarburi sintetici o le miscele

di idrocarburi sintetici ricavati dalla biomassa.

Il processo più noto per la conversione energetica della biomassa ligno-

cellulosica in biocarburanti liquidi (BTL,Biomass-to-Liquid) è la

sintesi di Fischer-Tropsch, che è stata usata su vasta scala in Germania

durante la Seconda guerra mondiale.

Il processo denominato Fischer-Tropsch prevede la gassificazione

delle biomasse ligno-cellulosiche, la purificazione e il condiziona

mento del gas prodotto e la successiva conversione in biocarburanti

liquidi (FT-liquids).

I prodotti liquidi sono costituiti da idrocarburi a catena lineare, non

contengono composti dello zolfo e possono essere ulteriormente convertiti

in combustibili per l’autotrazione.

Il diesel Fischer-Tropsch può essere prodotto direttamente, ma si ottengono

dei rendimenti più alti, se si passa per un intermedio, che è

successivamente trasformato tramite un processo di idrolisi.

Il diesel Fischer-Tropsch ha un comportamento simile al gasolio di

origine fossile, in termini di potere calorifico inferiore, densità e viscosità

(tabella 38); può, dunque, sostituire questo carburante fossile

nei motori a ciclo Diesel. Per alcune caratteristiche il diesel di sintesi

presenta un comportamento migliore del gasolio: il numero di cetano

è più alto e il contenuto di composti aromatici è inferiore, con conseguenti

minori emissioni di particolato e ossidi di azoto.

I due carburanti possono essere mescolati in qualsiasi proporzione,

senza l’esigenza di apportare delle modifiche al motore e alle infrastrutture

di distribuzione.

Il syngas

Si definisce gas di sintesi o syngas (dall’inglese synthesis gas) una miscela

di gas, generata mediante il processo di gassificazione dei materiali

contenenti carbonio, tra cui le biomasse ligno-cellulosiche.

Il syngas è composto principalmente da monossido di carbonio (CO)

e idrogeno (H2), quali combustibili principali; sono presenti, inoltre,

azoto e anidride carbonica (CO2). Il suo PCI è variabile, poiché la sua

composizione può essere condizionata nel corso della gassificazione,

usando aria e acqua (steam reforming) per realizzare il rapporto H2/CO desiderato.

Le caratteristiche ottenute in funzione del tipo di gassificatore

utilizzato sono esposte nella tabella 33.

Le sue proprietà chimiche e fisiche ne consentono l’impiego nei mo

toria ciclo Otto e a ciclo Diesel, nelle turbine a gas e nelle celle a

combustibile.

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