Pedeorelha | Come funziona il biodiesel

Vova Krasen
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biodiesel Justin Sullivan / Getty Images News / Getty Images Galleria di immagini di veicoli a carburante alternativo

Foto per gentile concessione del Nebraska Soybean Board
Autobus che funziona a biodiesel di soia. Guarda le foto dei veicoli a carburante alternativo.

Se hai letto o guardato le notizie di recente, probabilmente ti sei imbattuto in qualche articolo, snippet o morso relativo al petrolio e ai prezzi del petrolio. Anche nella tua routine quotidiana, ci sono buone probabilità che qualcuno lo menzioni. Che si tratti di automobili, economia, storia, geografia o politica, il petrolio è riuscito a filtrare in quasi ogni aspetto della nostra vita quotidiana. È uno dei prodotti più discussi (e controversi) su cui i consumatori fanno affidamento ogni giorno.

Tutti questi discorsi sulle scintille petrolifere hanno continuato a interessare alternative alla benzina. Si parla di cose come le auto elettriche e le celle a combustibile a idrogeno come alternative fattibili al petrolio. Con il miglioramento della tecnologia, questi concetti potrebbero diventare realtà. Ma adesso?

Persi nel mix sono i biocarburanti, combustibili a base di ingredienti biologici invece di combustibili fossili. Questi ingredienti di partenza possono variare dal mais alla soia al grasso animale, a seconda del tipo di combustibile e del metodo di produzione.

In questo articolo, daremo un'occhiata più da vicino a biodiesel, uno dei principali biocarburanti. Per i principianti, sarebbe una buona idea controllare come funzionano i motori per auto e come funzionano i motori diesel per avere qualche informazione. Dopodiché, torna indietro e separeremo i fatti sul biodiesel dalla finzione.

In generale, il biodiesel è un'alternativa o un additivo al carburante diesel standard ottenuto da ingredienti biologici anziché dal petrolio (o petrolio greggio). Il biodiesel è solitamente prodotto dalla pianta oli o animale Grasso attraverso una serie di reazioni chimiche. È entrambe le cose non tossico e rinnovabile. Poiché il biodiesel proviene essenzialmente da piante e animali, le fonti possono essere reintegrate attraverso l'agricoltura e il riciclaggio.

Il biodiesel è sicuro e può essere utilizzato nei motori diesel con poche o nessuna modifica necessaria. Sebbene il biodiesel possa essere utilizzato nella sua forma pura, di solito lo è miscelato con gasolio standard. Le miscele sono indicate dall'abbreviazione Bxx, dove xx è la percentuale di biodiesel nella miscela. Ad esempio, la miscela più comune è B20, o 20% di biodiesel all'80% standard. Così, B100 si riferisce al biodiesel puro.

Foto per gentile concessione del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti
I biocarburanti, come l'etanolo a base di mais e il biodiesel a base di soia, aiutano a sostenere l'agricoltura americana.

Il biodiesel non è solo un termine generico, tuttavia. Esiste anche una definizione tecnica formale riconosciuta da ASTM International (nota in precedenza come American Society for Testing and Materials), l'organizzazione responsabile della fornitura di standard di settore. Secondo il National Biodiesel Board (NBB), la definizione tecnica di biodiesel è la seguente:

un carburante composto da esteri monoalchilici di acidi grassi a catena lunga derivati da oli vegetali o grassi animali, designato B100 e conforme ai requisiti della ASTM D 6751.

Sembra un po 'approssimativo, ma è molto più familiare di quanto potresti pensare: incontri questi acidi grassi ogni giorno. Li esamineremo più in dettaglio nella prossima sezione.

Foto per gentile concessione del National Biodiesel Board
I semi di soia possono essere trasformati in biodiesel.

Parte di ciò che rende il biodiesel così attraente e interessante è che può essere prodotto da numerose fonti naturali. Sebbene sia possibile utilizzare grasso animale, olio vegetale è la più grande fonte di biodiesel. Probabilmente hai usato alcuni di questi in cucina. Scienziati e ingegneri possono utilizzare oli di colture familiari come soia, colza, colza, palma, semi di cotone, girasole e arachidi per produrre biodiesel. Il biodiesel può anche essere prodotto con grasso da cucina riciclato!

Il filo conduttore condiviso da tutte le fonti di biodiesel è che tutte contengono Grasso in qualche forma. Gli oli sono solo grassi liquidi a temperatura ambiente. Questi grassi, o triacilgliceroli (a volte chiamati trigliceridi) sono costituiti da atomi di carbonio, idrogeno e ossigeno legati insieme e disposti in uno schema specifico. Questi triacilgliceroli sono piuttosto diffusi. Oltre agli oli vegetali domestici, sono anche cose comuni come burro e strutto. Potresti aver visto un conteggio dei trigliceridi elencato se sei stato da un medico e hai fatto delle analisi del sangue.

Un modo per visualizzare questi triacilgliceroli è pensare a una "E" maiuscola. La formazione della spina dorsale verticale di questa E è una molecola nota come glicerolo. Il glicerolo è un ingrediente comune utilizzato nella fabbricazione di cose come sapone, prodotti farmaceutici e cosmetici. Attaccate a questa spina dorsale del glicerolo e che formano gli elementi orizzontali della E ci sono tre lunghe catene composte da carbonio, idrogeno e ossigeno. Questi sono chiamati acidi grassi.

 H H H H H
\ / | \ /
C ----------- C ----------- C
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O O O
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C = O C = O C = O
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H-C-H H-C-H H-C-H
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Quindi come finiscono questi triacilgliceroli in un'auto, un camion o una barca? Il biodiesel non è olio vegetale puro. Sebbene in passato l'olio vegetale grezzo sia stato utilizzato per alimentare i motori diesel, di solito ha causato problemi. Il grasso o l'olio grezzo deve prima subire una serie di reazioni chimiche per diventare combustibile. Esistono diversi modi per produrre biodiesel, ma la maggior parte degli impianti di produzione produce biodiesel industriale attraverso un processo chiamato transesterificazione. In questo processo, il grasso o l'olio viene prima purificato e poi fatto reagire con un alcool, solitamente metanolo (CH3OH) o etanolo (CH3CH2OH) in presenza di un catalizzatore come idrossido di potassio (KOH) o idrossido di sodio (NaOH). Quando ciò accade, il triacilglicerolo viene trasformato per formare esteri e glicerolo. Gli esteri che rimangono sono ciò che allora chiamiamo biodiesel.

Questa è una vecchia notizia? Nella sezione successiva, esamineremo parte della storia e delle motivazioni alla base del movimento dei biocarburanti.

Foto per gentile concessione di Bob Allan
L'attuale produzione di biodiesel negli Stati Uniti proviene principalmente dall'olio di semi di soia come questi o dall'olio da cucina riciclato dei ristoranti.

Il concetto di biocarburanti è sorprendentemente antico. Rudolf Diesel, la cui invenzione ora porta il suo nome, aveva immaginato l'olio vegetale come fonte di carburante per il suo motore. In effetti, gran parte dei suoi primi lavori ruotava attorno all'uso di biocarburanti. Nel 1900, ad esempio, all'Esposizione Mondiale di Parigi, in Francia, Diesel dimostrò il suo motore facendolo funzionare con olio di arachidi. Allo stesso modo, Henry Ford si aspettava che il suo Modello T funzionasse con etanolo, un prodotto a base di mais. Alla fine, sia nel caso di Diesel che in quello di Ford, il petrolio è entrato in scena e si è rivelato la fonte di carburante più logica. Ciò si basava su offerta, prezzo ed efficienza, tra le altre cose. Sebbene non fosse una pratica comune, gli oli vegetali furono usati anche per il gasolio durante gli anni '30 e '40.

È stato negli anni '70 e '80 che l'idea di utilizzare i biocarburanti è stata rivista negli Stati Uniti. Uno degli eventi più importanti si è verificato nel 1970 con l'approvazione del Clean Air Act da parte dell'Environmental Protection Agency (EPA). Ciò ha permesso all'EPA di regolamentare più da vicino gli standard di emissione di inquinanti come anidride solforosa, monossido di carbonio, ozono e ossidi di azoto (NOx). Questo ha posto le basi per lo sviluppo di combustibili a combustione più pulita. Questo stabilisce anche gli standard per gli additivi per carburanti.

Eventi all'estero come l'embargo petrolifero arabo del 1973-1974 e la rivoluzione iraniana del 1978-1979, insieme a una diminuzione della produzione nazionale di petrolio, servirono a far salire i prezzi. Secondo l'Energy Information Administration del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti, le importazioni di petrolio greggio degli Stati Uniti sono state ridotte del 30% durante l'embargo e "il prezzo mondiale del petrolio greggio è balzato da circa $ 14 al barile all'inizio del 1979 a più di $ 35 al barile in Gennaio 1981 prima della stabilizzazione. I prezzi non sono scesi sensibilmente fino al 1983, quando il prezzo mondiale si è stabilizzato tra $ 28 e $ 29 al barile ".

Con l'aumento dei prezzi del petrolio, i ricercatori hanno iniziato a guardare altrove. Nell'agosto 1982, la prima conferenza internazionale sugli oli vegetali e vegetali si è tenuta a Fargo, N.D. Questa conferenza ha affrontato questioni che vanno dal costo del carburante e gli effetti dell'olio vegetale agli additivi del carburante e ai metodi di estrazione.

Nel 1990, il Clean Air Act è stato modificato e includeva restrizioni più rigorose sulle emissioni dei veicoli. L'emendamento ha introdotto disposizioni per cose come l'aumento del contenuto di ossigeno nella benzina (che riduce le emissioni di monossido di carbonio) e un contenuto di zolfo inferiore nei combustibili diesel.

Nel 1992, l'EPA ha approvato l'Energy Policy Act, o EPACT. Ciò aveva lo scopo di aumentare la quantità di carburante alternativo utilizzato dalle flotte di trasporto del governo degli Stati Uniti al fine di ridurre la dipendenza dal petrolio straniero. L'emendamento EPACT del 1998 includeva l'utilizzo di carburante biodiesel nei veicoli diesel governativi esistenti come alternativa accettabile all'acquisto di veicoli a carburante alternativo, o AFV, come stabilito nell'EPACT originale.

Con tutte queste regole e regolamenti in atto, è comprensibile che qualsiasi valida alternativa al petrolio causerebbe clamore. Ma il biodiesel non è un sostituto perfetto della benzina. Vedremo i suoi pro e contro nelle prossime sezioni.

Il biodiesel presenta diversi vantaggi chiave:

Il biodiesel è ecologico.
Può aiutare a ridurre la dipendenza dal petrolio straniero.
Aiuta a lubrificare il motore stesso, diminuendone l'usura.
Può essere utilizzato in quasi tutti i diesel con poche o nessuna modifica al motore.
È più sicuro del diesel convenzionale.

Uno dei principali punti di forza del biodiesel è che è rispettoso dell'ambiente. Il biodiesel ha minori emissioni rispetto al diesel standard, è biodegradabile, ed è un file rinnovabile fonte d'energia.

Il controllo delle emissioni è fondamentale per l'argomento del biodiesel, soprattutto in materia di legislazione. Ci sono alcune componenti delle emissioni che sono particolarmente dannose e destano preoccupazione tra scienziati, legislatori e consumatori. Lo zolfo e i suoi composti correlati contribuiscono alla formazione delle piogge acide; il monossido di carbonio è una tossina ampiamente riconosciuta; e l'anidride carbonica contribuisce all'effetto serra. Ci sono anche alcuni composti meno noti che destano preoccupazione, come gli idrocarburi policiclici aromatici (IPA), composti a forma di anello che sono stati collegati alla formazione di alcuni tipi di cancro. Il particolato (PM) ha effetti negativi sulla salute e gli idrocarburi incombusti contribuiscono alla formazione di smog e ozono.

Il biodiesel riduce le emissioni pericolose. Tra gli attuali biocarburanti, il biodiesel è l'unico ad aver completato con successo i test delle emissioni in conformità con il Clean Air Act.

Emissioni medie di biodiesel rispetto al diesel convenzionale
Componente di emissione	B100	B20
Idrocarburi incombusti totali	-67%	-20%
Monossido di carbonio	-48%	-12%
Particolato	-47%	-12%
NOx	+10%	+2%
Solfati	-100%	-20%
PAH	-80%	-13%
Fonte: National Biodiesel Board

Inoltre, B100 può ridurre le emissioni di CO2 del 78% e abbassare le proprietà cancerogene del gasolio del 94% (National Biodiesel Board, US DOE Office of Transportation Technologies).

Un'altra caratteristica del biodiesel è che lo è biodegradabile, il che significa che può decomporsi come risultato di agenti naturali come i batteri. Secondo l'EPA, il biodiesel si degrada a una velocità quattro volte più veloce del gasolio convenzionale. In questo modo, in caso di fuoriuscita, la pulizia sarebbe più facile e le conseguenze non sarebbero così spaventose. Ciò varrebbe anche per le miscele di biodiesel.

Il biodiesel potrebbe anche ridurre la dipendenza degli Stati Uniti dal petrolio importato e aumentare la nostra sicurezza energetica. La maggior parte del biodiesel negli Stati Uniti è composta da olio di semi di soia, che è una delle principali colture domestiche. Con l'aumento della domanda di petrolio negli Stati Uniti e la diminuzione dell'offerta mondiale, un combustibile rinnovabile come il biodiesel, se adeguatamente implementato, potrebbe alleviare alcune delle richieste energetiche degli Stati Uniti.

Il biodiesel contribuisce anche alla lubrificazione di un motore o alla sua facilità di movimento. Il biodiesel agisce come un solvente, che aiuta a sciogliere depositi e altra sporcizia dall'interno di un motore che potrebbe potenzialmente causare intasamenti. Poiché il biodiesel puro non lascia depositi propri, ne risulta maggiore durata del motore. Si stima che una miscela di biodiesel di appena l'1% possa aumentare la lubrificazione del carburante fino al 65% (US DOE Office of Transportation Technology).

Il biodiesel è anche più sicuro. È non tossico (circa 10 volte meno tossico del sale da cucina) e ha a punto di infiammabilità più alto rispetto al diesel convenzionale. Poiché brucia a una temperatura più elevata, è meno probabile che bruci accidentalmente. Ciò rende più facile adattare le normative di movimento e stoccaggio. Successivamente, esamineremo i contro e il futuro del biodiesel.

Foto per gentile concessione di Paul Roessler
Microalghe, organismi da cui è possibile derivare un carburante simile al diesel: coltivate nei deserti sud-occidentali americani, le microalghe sviluppate da NREL potrebbero un giorno produrre grandi quantità di lipidi da convertire in carburante biodiesel.

Naturalmente, niente è senza penalità e il biodiesel ha i suoi svantaggi. Alcuni hanno a che fare con il carburante stesso e molti hanno a che fare con il quadro più ampio.

Uno dei problemi con il carburante stesso è il aumento di NOx nelle emissioni di biodiesel. Spesso, nella produzione di gasolio, quando si riduce la quantità di particolato nelle emissioni, si verifica un corrispondente aumento degli ossidi di azoto, che contribuiscono alla formazione di smog. Sebbene alcuni di questi problemi possano essere risolti regolando il motore stesso, non è sempre fattibile. Ci sono tecnologie in fase di ricerca per ridurre la quantità di NOx nelle emissioni di biodiesel.

Un altro problema è il comportamento del biodiesel come a solvente. Sebbene questa proprietà sia utile, è una specie di spada a doppio taglio. Alcuni veicoli diesel più vecchi (come le auto prodotte prima del 1992) potrebbero subire intasamenti con concentrazioni più elevate di biodiesel. A causa della sua capacità di sciogliere i depositi accumulati nel motore (che possono essere presenti a causa del vecchio gasolio), il biodiesel può causare l'inceppamento del filtro del carburante con i depositi appena liberati. I produttori di biodiesel suggeriscono di cambiare la pompa del carburante subito dopo il passaggio a miscele di biodiesel ad alta concentrazione. Anche i componenti all'interno di questi vecchi sistemi di alimentazione possono deteriorarsi. Oltre ai depositi all'interno del sistema di alimentazione, il biodiesel scompone anche i componenti in gomma. Alcune parti dei sistemi più vecchi, come i tubi del carburante e le guarnizioni della pompa del carburante, possono rompersi a causa della loro composizione in gomma o simile alla gomma. Questo di solito viene risolto sostituendo tali componenti. Sebbene molti produttori abbiano incluso il biodiesel nelle loro garanzie, potrebbero ancora esistere potenziali problemi. Per ulteriori informazioni sul biodiesel e sulle garanzie dei veicoli, consultare The Biodiesel Standard.

Inoltre, in alcuni motori, può essere lieve diminuzione del risparmio di carburante e della potenza. In media, c'è una riduzione di circa il 10% della potenza. In altre parole, ci vogliono circa 1,1 galloni di biodiesel per eguagliare 1 gallone di diesel standard.

I principali svantaggi del biodiesel sono legati al quadro più ampio, vale a dire il mercato e la logistica associata. Di questi, il più importante è costo. Secondo l'EPA, il biodiesel puro (B100) può costare da $ 1,95 a $ 3,00 per gallone, mentre le miscele B20 hanno una media di circa 30-40 centesimi in più per gallone rispetto al diesel standard. Tutto dipende da variabili quali la materia prima utilizzata e le condizioni di mercato.

L'altra questione, forse più importante, è quella di quantità e disponibilità. Sebbene il biodiesel non sia necessariamente prodotto in tutti i 50 stati, può essere reso disponibile in tutti loro. Esistono tre modi principali per ottenere il biodiesel, con ogni particolare metodo più adatto a determinati tipi di clienti. Il biodiesel può essere acquistato direttamente dal fornitore, da un distributore di petrolio o da pompe pubbliche. Ci sono attualmente 19 membri NBB che producono e commercializzano biodiesel negli Stati Uniti. Per scoprire come ottenere il biodiesel, contattare il National Biodiesel Board. Inoltre, il data center per combustibili alternativi ha una funzione di ricerca che consente di individuare le stazioni di rifornimento in base alla città o allo stato.

Per informazioni su come individuare le stazioni di biodiesel al di fuori degli Stati Uniti, contatta la tua agenzia locale per i biocarburanti.

Quindi quanto guadagniamo? Dato il numero di diversi produttori (ad esempio, federali, privati, industriali) e di fonti di raccolto, è difficile allegare una cifra chiara. In questo momento, gli Stati Uniti producono circa 75 milioni di galloni di biodiesel all'anno (National Biodiesel Board). Questa produzione è flessibile e può essere aumentata o diminuita secondo necessità.

Che attiri o meno i riflettori occupati da tecnologie più vistose, il biodiesel sarà sicuramente un costante work in progress.

Attualmente, il più grande mercato del biodiesel è quello dei veicoli della flotta. Secondo il National Biodiesel Board, negli Stati Uniti ci sono oltre 100 flotte di questo tipo che utilizzano biodiesel. Questi includono organizzazioni federali e pubbliche come il servizio postale degli Stati Uniti, l'aviazione degli Stati Uniti, l'esercito degli Stati Uniti, la NASA, il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti, Duke Energy e Florida Power & Light. Anche molti servizi di trasporto pubblico stanno cercando di utilizzare il biodiesel per integrare l'utilizzo del petrolio. Anche gli autobus urbani come la metropolitana di Cincinnati utilizzano biodiesel. I potenziali obiettivi futuri includono aree come le applicazioni marine e agricole e il riscaldamento domestico.

Man mano che la consapevolezza del pubblico cresce, il biodiesel ei biocarburanti in generale potrebbero facilmente trovare la loro strada nelle conversazioni a cena. Anche il sostegno politico è in aumento e, sulla scia di normative come l'emendamento EPACT del 1998, le fonti di carburante alternative saranno una necessità in un futuro non così lontano.

Per ulteriori informazioni su biodiesel, biocarburanti e argomenti correlati, consultare i collegamenti nella pagina successiva.