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La quasi totalità dellenergia consumata a livello mondiale proviene dai combustibili fossili (petrolio, carbone e gas naturale). Tali risorse sono però

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Presentazione sul tema: "La quasi totalità dellenergia consumata a livello mondiale proviene dai combustibili fossili (petrolio, carbone e gas naturale). Tali risorse sono però"— Transcript della presentazione:

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2 La quasi totalità dellenergia consumata a livello mondiale proviene dai combustibili fossili (petrolio, carbone e gas naturale). Tali risorse sono però limitate e dunque destinate ad esaurirsi. E inoltre stato stimato che la domanda energetica crescerà di oltre il 50% rispetto al valore attuale entro il Allinizio del XX secolo molti materiali industriali (coloranti, solventi, fibre sintetiche) venivano prodotti a partire da materie prime vegetali ed agricole. Negli anni Sessanta tali risorse furono completamente soppiantate dai derivati del petrolio, ma già nel decennio successivo la prima grave crisi petrolifera (1973, guerra arabo-israeliana dello Yom Kippur) rinnovò linteresse verso la sintesi di combustibili da biorisorse. Science, 2006, 311,

3 Biocombustibile: qualunque combustibile contenente almeno l80% di materiali derivati da biomassa

4 Alcuni esempi di biocombustibili: BIOMETANOLO (alcol del legno) BIOMETANOLO (alcol del legno) Biomassa gassificazione 2 H 2 + CO CH 3 OH catalizzatore BIOETANOLO (alcol del grano) BIOETANOLO (alcol del grano) Processo Iogen (Canada)

5 Alcuni esempi di biocombustibili: BIOGAS: Gas combustibile prodotto dalla naturale fermentazione batterica in anaerobiosi dei residui organici provenienti da rifiuti, vegetali in decomposizione, ecc. OLI VEGETALI SVO (Straight Vegetable Oils) WVO (Waste Vegetable Oils)

6 The diesel engine can be fed with vegetable oils and will help considerably in the development of the agriculture of the countries which use it. (Dr. R. Diesel, 1911) Rudolf Diesel ( )

7 OLI VEGETALI Vantaggi: Facilmente accessibili da più di 350 prodotti agricoli diversi Rinnovabili Elevato potere calorifico (circa 88% del diesel comune) Basso contenuto di zolfo e di composti aromatici Biodegradabili Facilmente accessibili da più di 350 prodotti agricoli diversi Rinnovabili Elevato potere calorifico (circa 88% del diesel comune) Basso contenuto di zolfo e di composti aromatici Biodegradabili Svantaggi: Elevata viscosità (circa volte maggiore del diesel comune) Bassa volatilità Possibile reattività di catene alifatiche insature Elevata viscosità (circa volte maggiore del diesel comune) Bassa volatilità Possibile reattività di catene alifatiche insature J. Braz. Chem. Soc., 2005, 16, Lutilizzo diretto degli oli vegetali nei motori Diesel provoca combustione incompleta, formazione di depositi carboniosi nelliniettore, diminuzione di potenza ed efficacia termica dei motori, assottigliamento e gelatinizzazione dellolio lubrificante.

8 (1) Diluizione di 25 parti di olio vegetale con 75 parti di gasolio (2) Microemulsioni con alcoli a catena corta, quali etanolo e metanolo Per ridurre la viscosità degli oli vegetali: (3) Decomposizione termica, per produrre alcani, alcheni, acidi carbossilici e composti aromatici (4) Cracking catalitico, a dare alcani, cicloalcani ed alchilbenzeni (5) Transesterificazione con etanolo o metanolo Prog. Energy Combust. Sci., 2005, 31,

9 Energy Edu. Sci. Technol., 2005, 15, 1-43 Fuel typeCalorific value (MJ/kg) Density (kg/m 3 ) Viscosity at 300K (mm 2 /s) Cetane number PD Sunflower oil Sunflower methyl ester Cottonseed oil Cottonseed methyl ester Soybean oil Soybean methyl ester Comparisons of some fuel properties of vegetable oils and their esters with diesel fuel.

10 BIODIESEL (Bn) Combustibile ottenuto miscelando, in differenti proporzioni, gasolio fossile ed esteri alchilici di oli vegetali o grassi animali. B100 Liquido da giallo chiaro ad ambrato Immiscibile con acqua Viscosità simile al PD Flash-point: ~150°C (64°C per PD) Non esplosivo Biodegradabile e non tossico

11 Il processo di transesterificazione Alcol + Catalizzatore Reattore principale Oli vegetali o Grassi animali BiodieselGlicerina Prog. Energy Combust. Sci., 2005, 31,

12 Requisiti per la fonte ideale di acidi grassi: -Bassi costi di produzione -Disponibilità su larga scala -Elevata percentuale di olio nella pianta ed elevata resa di olio/ettaro -Scarsa richiesta per applicazioni in altri settori (ad es. farmaceutico) Gli WVO e i grassi animali (sego, lardo, ecc.) sono decisamente meno costosi e disponibili in grandi quantità, ma richiedono una purificazione più accurata del prodotto. Oli di diversa provenienza differiscono per la composizione percentuale nei vari acidi grassi e forniscono B100 dalle diverse caratteristiche. J. Braz. Chem. Soc., 2005, 16,

13 In generale, il potere calorifico, il numero di cetano, il punto di fusione e la viscosità dei grassi aumentano allaumentare della lunghezza delle catene e diminuiscono allaumentare del numero di insaturazioni. PropertyUnitsLower limitUpper limit Ester content% (m/m)96.5- Density at 15°Ckg/m Viscosity at 40°C mm 2 /s Flash point°C>101- Sulfur contentmg/kg-10 Cetane number Water contentmg/kg-500 Free glycerine% (m/m)-0.02 EN Gli standard internazionali relativi alla qualità del B100 controllano una serie di fattori relativi al processo di produzione, quali la completezza della reazione, la rimozione di glicerina, catalizzatore ed alcol, lassenza di acidi grassi liberi e il basso contenuto di zolfo.

14 Catalizzatori per il processo di transesterificazione: Catalisi alcalina (NaOR, NaOH, KOH, Na 2 CO 3, K 2 CO 3 ) Catalisi acida (H 2 SO 4, HCl) Catalisi eterogenea: Polimeri guanidinici, sali metallici di amminoacidi, CaCO 3, Ba(OH) 2, Na/NaOH/γ-Al 2 O 3, resine a scambio ionico, enzimi Energy Convers. Manage., 2002, 43, TemperaturaRapporto molare olio:alcol

15 La presenza di H 2 O favorisce la saponificazione dei trigliceridi. Si tratta di una reazione collaterale indesiderata che riduce le rese in B100, consuma in parte il catalizzatore e rende più difficili i passaggi di separazione e purificazione. Nel processo di transesterificazione si possono usare alcoli a catena corta, quali metanolo, etanolo, propanolo, butanolo ed alcol amilico. EtOH sarebbe preferibile perché è rinnovabile e non inquinante, tuttavia si utilizza quasi sempre MeOH in quanto meno costoso e più reattivo. Prog. Energy Combust. Sci., 2005, 31,

16 CO -50%CO 2 -78% PM -20%NO x % B100: 8-15% inferiori a PD B20: uguale a PD Emissioni: Prestazioni: Costi: BD da oli vegetali: $/l BD da grassi animali: $/l PD: $/l La rete di stoccaggio e distribuzione può essere la stessa usata per PD. B100 però solidifica a ~4°C, perciò se usato puro richiederebbe il riscaldamento dei serbatoi durante linverno. Prog. Energy Combust. Sci., 2005, 31,

17 La situazione attuale… Direttiva UE 2003/30/EC (the Biofuels Directive): 2% di biocombustibili entro il 2005 e 5.75% entro il 2010 Geographical overview of the biofuel use in the EU in % and more % % % estimated

18 …e le prospettive future… Necessità di un approccio integrato tra le varie tipologie di combustibili e fonti energetiche rinnovabili. Sviluppo del processo di transesterificazione, ottimizzazione di impianti industriali in continuo e su larga scala, stabilizzazione del prodotto con opportuni additivi. Selezione di varietà vegetali e colture con elevata resa in trigliceridi, recupero di grassi di scarto, ricerca di fonti alternative (alghe?). Preoccupazioni di carattere ambientale: pericolo di disboscamento indiscriminato e riduzione delle coltivazioni alimentari per fare spazio a quelle destinate alla produzione di BD.

19 Grazie per lattenzione!


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