BIODIESEL: STORIA, PROPRIETÀ, TIPOLOGIE, VANTAGGI, SVANTAGGI - CHIMICA - 2025

Il carburante biodiesel è di origine naturale che si ottiene dalla reazione di oli vegetali o grassi animali con alcoli a bassa massa molecolare. Questa reazione è chiamata transesterificazione; cioè, nuovi esteri di acidi grassi (chiamati anche esteri monoalchilici) si formano dai trigliceridi originali.

In altri contesti invece di usare la parola “transesterificazione”, si dice che la biomassa subisce un'alcolisi, perché trattata con alcoli; tra loro e prevalentemente, metanolo ed etanolo. L'uso del metanolo per produrre questo biocarburante è così comune che ne è quasi sinonimo.

Pompa biodiesel B5. Fonte: Pxhere.

Il biodiesel è un'alternativa green per l'utilizzo di gasolio, diesel o petrodiesel (evidenziando ancor di più che la sua composizione è costituita da idrocarburi di petrolio). Tuttavia, le loro proprietà e qualità in termini di prestazioni nei motori diesel non differiscono troppo, in modo che entrambi i combustibili siano miscelati in proporzioni diverse.

Alcune di queste miscele possono essere più ricche di biodiesel (B100, per esempio) o più ricche di petrodiesel (con appena il 5-20% di biodiesel). In questo modo, il consumo di diesel si diffonde man mano che il biodiesel viene immesso sul mercato; non senza prima superare una serie di problemi etici, produttivi ed economici.

Da un semplice punto di vista, se l'olio può essere ottenuto come un liquido capace di bruciare e generare energia per muovere macchine, perché non un olio di origine naturale? Tuttavia, questo da solo non è sufficiente: devi ricevere un trattamento chimico se vuoi competere o tenere il passo con i combustibili fossili.

Quando questo trattamento viene effettuato con l'idrogeno, si parla di un affinamento dell'olio vegetale o grasso animale; il suo grado di ossidazione è basso o le sue molecole sono frammentate. Mentre nel biodiesel, al posto dell'idrogeno, vengono utilizzati alcoli (metanolo, etanolo, propanolo, ecc.).

Storia

Reazione di transesterificazione

La risposta al primo problema che i biocarburanti avrebbero dovuto affrontare è stata scoperta in passato. Nel 1853 due scienziati, E. Duffy e J. Patrick, realizzarono la prima transesterificazione di un olio vegetale, anche molto prima che Rudolf Diesel avviò il suo primo motore funzionante.

In questo processo di transesterificazione, i trigliceridi di oli e / o grassi reagiscono con alcoli, principalmente metanolo ed etanolo, per produrre esteri metilici ed etilici di acidi grassi, nonché glicerolo come prodotto secondario. Un catalizzatore di base come KOH viene utilizzato per accelerare la reazione.

Il punto più importante della transesterificazione dei grassi è che ottant'anni dopo uno scienziato belga, di nome G. Chavanne, avrebbe reindirizzato questa reazione per diminuire la viscosità elevata e controproducente degli oli vegetali.

Rudolf Diesel e il suo motore

Il motore diesel è emerso nel 1890, già alla fine del XIX secolo, in risposta ai limiti dei motori a vapore. Ha riunito tutto ciò che volevi da un motore: potenza e durata. Funzionava anche con qualsiasi tipo di carburante; e all'ammirazione dello stesso Rodolfo e del governo francese, poté lavorare con oli vegetali.

Essendo trigliceridi fonti di energia, era logico pensare che bruciati rilasciassero calore ed energia in grado di generare lavoro meccanico. Diesel ha sostenuto l'uso diretto di questi oli, poiché ha accolto con favore il fatto che gli agricoltori potessero elaborare i propri combustibili in luoghi molto distanti dai giacimenti petroliferi.

Il primo modello funzionale del motore diesel fu un successo alla sua presentazione il 10 agosto 1893 ad Augusta, in Germania. Il suo motore funzionava con olio di arachidi, poiché Rudolf Diesel credeva fermamente che gli oli vegetali potessero competere con i combustibili fossili; ma così come venivano lavorati in modo grezzo, senza trattamenti successivi.

Questo stesso motore che funzionava con olio di arachidi fu presentato all'Esposizione Universale di Parigi nel 1900. Tuttavia, non attirò molta attenzione perché da allora il petrolio era una fonte di carburante molto più accessibile ed economica.

petrodiesel

Dopo la morte di Diesel nel 1913, il gasolio (diesel o petrodiesel) fu ottenuto dalla raffinazione del petrolio. E così il modello di motore diesel progettato per l'olio di arachidi ha dovuto essere adattato e ricostruito per funzionare con questo nuovo carburante, che era meno viscoso di qualsiasi altro olio vegetale o di biomassa.

È così che il petrodiesel ha prevalso per diversi decenni come alternativa più economica. Semplicemente non era pratico seminare grandi ettari di masse vegetali per raccogliere i loro oli, che alla fine, essendo così viscosi, finivano per creare problemi ai motori e non eguagliavano le stesse rese ottenute con la benzina.

Il problema con questo combustibile fossile era che aumentava l'inquinamento dell'atmosfera e dipendeva anche dall'economia e dalla politica delle attività petrolifere. Data l'impossibilità di ricorrere ad esso, in alcuni contesti sono stati utilizzati oli vegetali per mobilitare mezzi pesanti e macchinari.

Biocarburante nella seconda guerra mondiale

Quando nella seconda guerra mondiale il petrolio cominciò a scarseggiare a causa del conflitto, diversi paesi ritennero necessario ricorrere nuovamente agli oli vegetali; ma hanno dovuto fare i conti con i danni di centinaia di migliaia di motori a causa della differenza di viscosità che il loro progetto non poteva tollerare (e ancor meno se avessero emulsionato l'acqua).

Dopo la guerra, le nazioni si sono nuovamente dimenticate degli oli vegetali e hanno ripreso la pratica di bruciare solo benzina e petrodiesel.

Nascita del biodiesel

Il problema della viscosità era stato risolto su piccola scala dallo scienziato belga G. Chavanne nel 1937, a cui fu concesso un brevetto per il suo metodo per ottenere esteri etilici degli acidi grassi dall'olio di palma trattato con etanolo.

Si può dire, quindi, che il biodiesel sia nato formalmente nel 1937; ma la sua messa a dimora e produzione in serie dovette attendere fino al 1985, effettuata presso un'università agraria austriaca.

Sottoponendo questi oli vegetali alla transesterificazione, il problema della viscosità è stato finalmente risolto, eguagliando le prestazioni del petrodiesel e rappresentando anche un'alternativa verde al di sopra di esso.

Proprietà

Le proprietà del biodiesel dipendono globalmente dalla materia prima con cui è stato prodotto. Può avere colori che vanno dall'oro al marrone scuro, aspetto fisico che dipende dal processo produttivo.

In termini generali, è un carburante con un buon potere lubrificante, che riduce il rumore del motore, ne allunga la vita e richiede meno investimenti per la manutenzione.

Ha un punto di accensione superiore a 120ºC, il che significa che fino a quando la temperatura esterna non supera questo, non c'è rischio di incendio; Questo non è il caso del diesel, che può bruciare anche a 52 ° C (molto facile da ottenere con una sigaretta accesa).

A causa della mancanza di idrocarburi aromatici come benzene e toluene, non rappresenta un rischio cancerogeno in caso di fuoriuscita o esposizione prolungata.

Allo stesso modo, non ha zolfo nella sua composizione, quindi non produce gas inquinanti SO ₂ o SO ₃ . Quando miscelato con il diesel, gli conferisce un carattere lubrificante maggiore rispetto ai suoi composti solforati naturali. Lo zolfo infatti è un elemento indesiderabile e quando il diesel viene desolforato perde la lubrificazione che deve essere recuperata con biodiesel o altri additivi.

Ottenimento e produzione

Il biodiesel è ottenuto da oli vegetali transesterificati o grassi animali. Ma quale di tutti dovrebbe costituire la materia prima? Idealmente, quello che genera maggiori quantità di olio o grasso da un'area di coltivazione più piccola; che in termini più appropriati, sarebbe il numero di ettari occupati dai tuoi terreni agricoli.

Un buon biodiesel deve provenire da una coltura (cereali, semi, frutti, ecc.) Che produce grandi volumi di olio da piccoli campi; altrimenti, i loro raccolti sarebbero tenuti a coprire interi paesi e non sarebbero economicamente sostenibili.

Una volta raccolta la biomassa, l'olio deve poi essere estratto attraverso infiniti processi; tra questi, ad esempio, c'è l'uso di fluidi supercritici per trasportare e sciogliere l'olio. Una volta ottenuto l'olio, viene sottoposto a transesterificazione per ridurne la viscosità.

La transesterificazione si ottiene miscelando l'olio con metanolo e una base in reattori batch, sotto ultrasuoni, fluidi supercritici, agitazione meccanica, ecc. Quando viene utilizzato il metanolo, si ottengono esteri metilici di acidi grassi (FAME, per il suo acronimo in inglese: Fatty Acid Methyl Ester).

Se invece si utilizza etanolo si otterranno esteri etilici di acidi grassi (FAEE). Sono tutti questi esteri e i loro atomi di ossigeno che caratterizzano il biodiesel.

Metanolo e glicerolo

Il metanolo è l'alcol prevalentemente utilizzato come materia prima nella produzione di biodiesel; e il glicerolo, d'altra parte, è un sottoprodotto che potrebbe essere utilizzato per supportare altri processi industriali e quindi rendere più redditizia la produzione di biodiesel.

Il glicerolo proviene dalle molecole di trigliceridi originali, che viene sostituito dal metanolo per creare tre DMARD.

Tipi di biodiesel

Diversi oli o grassi hanno i propri profili di acidi grassi; pertanto, ogni biodiesel ha esteri monoalchilici diversi come risultato della transesterificazione. Anche così, poiché questi esteri differiscono difficilmente nella lunghezza delle loro catene di carbonio, i combustibili risultanti non mostrano grandi oscillazioni tra le loro proprietà.

Non esiste quindi una classificazione per il biodiesel, ma piuttosto una diversa efficienza e redditività a seconda della fonte di olio o grasso selezionato per la sua produzione. Tuttavia, esistono miscele di biodiesel-petrodiesel, perché entrambi i combustibili possono essere miscelati e sono miscibili tra loro, fornendo le loro qualità benefiche per il motore.

Si dice che il biodiesel puro sia B100; che è pari allo 0% di petrodiesel nella sua composizione. Poi ci sono altri mix:

- B20 (con l'80% di petrodiesel).

- B5 (con il 95% di petrodiesel).

- B2 (con il 98% di petrodiesel).

Le auto costruite prima del 1996 non potevano utilizzare il B100 nei loro motori senza dover sostituire alcuni componenti che si deterioravano a causa della sua azione solvente. Tuttavia, ancora oggi ci sono modelli di auto che non consentono grandi concentrazioni di biodiesel nelle loro garanzie di fabbrica, quindi si consiglia di utilizzare miscele inferiori a B20.

Vantaggio

Di seguito è riportata una ripartizione di una serie di vantaggi che il biodiesel ha sul petrodiesel e che lo rendono un'alternativa verde e attraente:

- Si ottiene dalla biomassa, una materia prima rinnovabile e che spesso viene persa come rifiuto.

- È biodegradabile e non tossico. Pertanto, non inquinerà il suolo o il mare se versato accidentalmente.

- Il suo alto punto di infiammabilità lo rende più sicuro durante lo stoccaggio e il trasporto.

- Non produce gas serra perché la CO ₂ rilasciata rappresenta la stessa quantità di quella assorbita dalle piante. Grazie a ciò, è anche conforme al protocollo di Kyoto.

- Incoraggia le attività rurali per piantare colture da cui viene estratto l'olio vegetale.

- Può essere prodotto anche da olio fritto. Questo punto lo favorisce molto perché il petrolio riciclato, domestico o da ristoranti, invece di essere smaltito e inquinare le acque sotterranee, può essere utilizzato per produrre più carburante verde.

- Rappresenta un modo per diventare indipendenti a lungo termine dal petrolio e dai suoi derivati.

- Lascia meno residui quando brucia.

- Le alghe batteriche sono, oltre alla soia e ai semi di girasole, una promettente fonte di biodiesel non commestibile (e indesiderabile per molti).

svantaggi

Non tutto è perfetto con questo carburante. Il biodiesel ha anche dei limiti che devono essere superati se si vuole sostituire il petrolio diesel. Alcune di queste limitazioni o inconvenienti del suo utilizzo sono:

- Ha una temperatura di solidificazione più alta, il che significa che a basse temperature diventa un gel.

- Il suo potere solvente può distruggere la gomma naturale e la schiuma di poliuretano presenti nelle auto assemblate prima del 1990.

- È più costoso del petrodiesel.

- Aumenta i prezzi delle colture e dei prodotti alimentari perché incorporano un valore aggiunto quando vengono utilizzati come materia prima biodiesel.

- A seconda della biomassa, potrebbero essere necessari molti ettari di coltivazione, il che significherebbe il prelievo di ecosistemi estranei a questo scopo, e quindi influenzerebbe la fauna selvatica.

- Sebbene non produca gas di zolfo durante la sua combustione, rilascia concentrazioni più elevate di ossidi di azoto, NO _x .

- Verrebbero utilizzate grandi quantità di cibo, che invece di saziare le carestie, verrebbero utilizzate per la produzione di biodiesel.

Riferimenti

1. Wikipedia. (2019). Biodiesel. Estratto da: en.wikipedia.org
2. Penelope. (28 dicembre 2011). Biodiesel: vantaggi e svantaggi. Twenergy. Estratto da: twenergy.com
3. Renovetec. (2013). Biodiesel. Estratto da: Plantasdebiomasa.net
4. Van Gerpen Jon. (03 aprile 2019). Storia del biodiesel. Farm Energy. Estratto da: farm-energy.extension.org
5. Scott Hess. (2019). Come funziona il biodiesel. Come funzionano le cose. Recupero da: auto.howstuffworks.com
6. Pacific Biodiesel. (2019). Biodiesel. Estratto da: biodiesel.com