UN RIMEDIO NATURALE ALL’UTILIZZO DEI COMBUSTIBILI FOSSILI L’ENERGIA DEL FUTURO UN RIMEDIO NATURALE ALL’UTILIZZO DEI COMBUSTIBILI FOSSILI Luca Beltrami 5smA Daniele Caminati 5smB

I COMBUSTIBILI FOSSILI Origine: dai resti delle sostanze organiche sottoposte ad alte pressioni e temperature Vantaggi Compatti Facilmente trasportabili e stoccabili Utilizzabili con macchine semplici Bassi costi Svantaggi Pericolosi per la salute e l’atmosfera Non rinnovabili PETROLIO CARBONE GAS NATURALE

PETROLIO Estratto dagli strati superficiali della crosta terrestre Composizione: idrocarburi lineari, ramificati e aromatici, composti dell’O, S, N e metalli Trasformato tramite distillazione in combustibili, asfalti, bitumi, paraffina ecc. Riserve disponibili per altri 40 anni Impatti ambientali: da esplorazione sismica, scarti, estrazione in mare, consumo

CARBONE Estratto da miniere anche a cielo aperto Composizione: carbonio, idrocarburi, composti dello S e metalli Trasformato in gas o liquefatto per trasportarlo Utilizzato come combustibile pronto all’uso Riserve disponibili per 300 anni Impatti ambientali: da smaltimento sostanze filtrate, CO2, anidride solforosa, As, Hg, U e altri isotopi radioattivi

GAS NATURALE Estratto solitamente insieme al petrolio Composizione: idrocarburi lineari fino a 4 atomi di C, solfuro d’idrogeno, Hg Trasportato tramite gasdotti o conservato in bombole Utilizzato come combustibile o per produrre elettricità Riserve disponibili per 60 anni Impatti ambientali: da diminuzione della pressione nel pozzo, CO2, CO, O3, ossidi di azoto

IL PROTOCOLLO DI KYOTO Sottoscritto da 160 paesi nel 1997 Entrato in vigore il 16 febbraio 2005 Obbiettivo: ridurre le emissioni di almeno il 5,2% dal 2008 al 2012

LE ENERGIE RINNOVABILI Si rigenerano nella scala dei tempi umani Vantaggi Non inquinano Alcune prodotte in impianti domestici Svantaggi Non possono soddisfare tutto l'attuale fabbisogno energetico del pianeta (in Italia il 15,2% della richiesta) EN. IDROELETTRICA EN. GEOTERMICA EN. SOLARE EN. EOLICA EN. DA BIOMASSE

ENERGIA IDROELETTRICA Dal movimento di masse d’acqua con dighe o condotte forzate Centrali a salto o ad acqua fluente Sfruttano l’induzione elettromagnetica con un alternatore collegato alle turbine Per immagazzinare energia centrali di pompaggio La costruzione di dighe può provocare lo sconvolgimento dell'ecosistema della zona 12,6% del fabbisogno energetico italiano

ENERGIA GEOTERMICA Dai vapori provenienti dalle sorgenti d'acqua calda del sottosuolo +3°C per ogni 100m di profondità nella crosta terrestre o da fenomeni vulcanici o tettonici Per produrre energia elettrica tramite turbine o per il riscaldamento tramite tubature Sfruttano l’induzione elettromagnetica con un alternatore collegato alle turbine Immissione di acqua fredda in profondità per avere vapore costante Problemi da impatto paesaggistico e odore

ENERGIA SOLARE Dall’irraggiamento del sole Produzione da pannelli solari, a concentrazione o fotovoltaici Per riscaldamento o per alimentare dispositivi distanti dalle reti elettriche dotati di accumulatori Bassa efficienza e alti costi delle tecnologie Discontinuità nella produzione

ENERGIA EOLICA Dalla conversione dell'energia cinetica del vento in energia elettrica Generatori eolici ad asse verticale o orizzontale Prima per rapporto costo/produzione Discontinuità nella produzione Impatto paesaggistico sgradevole, inquinamento acustico

Dalle sostanze di origine animale e vegetale non fossili ENERGIA DA BIOMASSE Dalle sostanze di origine animale e vegetale non fossili Alcune già pronte all’uso Si rigenerano in tempi brevi L’anidride carbonica emessa viene riutilizzata dalle piante per la loro crescita 2-3% del fabbisogno italiano Biocarburanti: etanolo dalla fermentazione dei vegetali ricchi di zuccheri e biodiesel dalle oleaginose Biocombustibili: dalla combustione diretta della biomassa

BIOMASSE PER IL RISCALDAMENTO Vantaggi Neutralità rispetto alla CO2 Costi contenuti Impiego dei prodotti di scarto agroindustriali Sviluppo dell’economia locale Svantaggi Caratteristiche non uniformi Stoccaggio CIPPATO PELLET GUSCI E SEMI MAIS

IL MAIS Proveniente dall'America centro-meridionale Sia come alimento tal quale sia come ingrediente Utilizzato nell’alimentazione animale Chicchi utilizzati come combustibile Bruciare il mais contaminato da micotossine

IL MAIS COME COMBUSTIBILE Calore di combustione: 5300 kcal/kg (12% umidità)

UNA STUFA A MAIS

EMISSIONI DI UNA STUFA A MAIS

ANALISI DELLE CENERI Conducibilità: 3,36 mS Variazione di massa: -37% Titolazione acido base: 1,9x10-5 eq H+ pH: 10,37 Assorbimento atomico: Mg=7,41% K=31,95%

SOSTENIBILITÀ AMBIENTALE ED EDILIZIA Isolamento delle strutture Scambiatore di calore interrato Esposizione solare ottimale Ottimizzare l’illuminazione naturale Cellule fotovoltaiche per gli utilizzatori Utilizzare più di una fonte di energia Recupero di calore Utilizzo di ventole termostatiche Riscaldamento a pavimento

CONCLUSIONI Mais non solo fonte di vita Combustibile naturale Non inquinante Facilmente reperibile Bassi costi Fertilizzante dalle ceneri

I BIOCARBURANTI Sono carburanti liquidi o gassosi prodotti con materiali e residui vegetali di varia natura, come le colture agricole ed i rifiuti urbani. Possono sostituire, totalmente o parzialmente (come componenti di una miscela), i carburanti convenzionali nei veicoli a motore.

TIPI DI BIOCARBURANTI ETBE (Etere Etil Ter Butilico) Biodiesel Biogas Biocarburanti da materiale forestale Bioetanolo

ETBE E utilizzato come miscela, fino al 15%, nella benzina convenzionale. È meno volatile dell’etanolo. Ha il vantaggio di essere un composto ad elevato potere antidetonante.

BIODIESEL È prodotto principalmente da piante oleaginose come la colza e il girasole. È utilizzato nei motori diesel, sotto forma di miscela: al 5% nelle autovetture; fino al 30% negli autobus urbani; in forma pura nei motori modificati;

BIOGAS È il risultato della fermentazione anaerobica di materia organica, che produce una miscela di metano (fino al 60%) e anidride carbonica; È prodotto da: Residui organici (letame); Residui della produzione di prodotti alimentari; Recupero dei gas di discarica;

BIOETANOLO È ottenuto tramite un processo di fermentazione alcolica C6H12O6 2CH3CH2OH + 2CO2 Si utilizzano prodotti agricoli ricchi di carboidrati e zuccheri quali: i cereali (mais, frumento, orzo) le colture zuccherine (canna da zucchero, barbabietola), frutta, vinacce e patate Ogni 100 Kg di cereali fermentati si ottengono circa 30 Kg di etanolo.

DIRETTIVE COMUNITARIE … Gli Stati membri dell’UE devono: favorire la promozione delle fonti rinnovabili; ridurre le proprie emissioni di gas serra; coprire, mediante misure fiscali, il differenziale di prezzo tra biocarburanti e prodotti di origine fossile.

… E NAZIONALI Finanziarie 2001 e 2004: è stato reso operativo il progetto per la produzione di bioetanolo; Finanziaria 2005: tale progetto è traslato al triennio 2005-2007; 11 Marzo 2006: emanata legge per l’integrazione obbligatoria del bioetanolo nelle benzine;

I PROCESSI DI PRODUZIONE DEL BIOETANOLO Bioetanolo da amidi e zuccheri Bioetanolo da biomasse ligneo-cellulosiche

BIOETANOLO DA AMIDI E ZUCCHERI Operazioni da effettuare: Conversione materia prima in soluzione zuccherina; Trasformazione di questa in etanolo e CO2 (utilizzo lieviti); Distillazione etanolo; Disidratazione etanolo acquoso;

BIOETANOLO DA BIOMASSE LIGNEO-CELLULOSICHE La trasformazione di biomasse ligneo-cellulosiche è più difficile rispetto a quella che utilizza amidi e zuccheri a causa dei differenti tipi di legame tra le unità di glucosio (α nell’amido, β nella cellulosa) Operazioni da effettuare: Separare cellulosa e lignina tramite processo “iogen” Idrolisi della cellulosa

PRINCIPALI PRODUTTORI DI BIOCARBURANTI Europa: BIODIESEL: Germania (50%), Francia e Italia (da barbabietola da zucchero); BIOETANOLO: Spagna, Polonia, Francia, Svezia, Repubblica Ceca; Mondo: BIOETANOLO: Brasile (da Canna da zucchero) e USA (da Granturco);

UNA STORIA SVEDESE CHE STA CONTAGIANDO L’EUROPA SVEZIA: ruolo guida nel rispetto dell’ambiente; Saab: partecipa al BEST (Bioetanolo per un Trasporto Sostenibile); SAAB BIOPOWER 100

ESEMPIO DI IMPIANTO PER LA PRODUZIONE DI ETANOLO IN ECUADOR

L’incentivazione della produzione di biocombustibili potrebbe consentire lo sviluppo industriale di paesi economicamente svantaggiati come ad esempio l’Ecuador

LA CANNA DA ZUCCHERO Cellule ricche di zucchero; Ha bisogno di: Alte temperature Molta H2O Fonte di bioetanolo: Frantumazione pianta Fermentazione zuccheri Distillazione Riutilizzo bagasse

IL PROGETTO ECUADOREGNO

OBIETTIVI DEL PROGETTO Uso di etanolo per combattere emissioni gas inquinanti; Utilizzo industria dello zucchero, contribuendo anche al suo sviluppo; Creazione regolamento nazionale che sostenga la produzione di etanolo carburante;

ESPORTAZIONI Esiste la possibilità di entrare nel mercato asiatico dove il Giappone richiede quantità significative di etanolo

FATTORI DI REDDITO Commercializzazione dei sottoprodotti di produzione: alcol e melassa ; Cogenerazione elettrica; Conseguimento certificati di riduzione delle emissioni di gas inquinanti (GEI: Gas Effect Invaded);

REDDITTIVITA DERIVANTE DALLA PRODUZIONE DI ETANOLO [Le seguenti somme si riferiscono ad una piantagione che produce 200.000 litri di etanolo al giorno]

Costo produzione etanolo al litro materia prima $0.05 industrializzazione per litro di etanolo $0.33 COSTO TOTALE PRODUZIONE $0.38

Utile mensile Prezzo di vendita al litro accettato da PETROECUADOR $0.60 Costo di produzione per litro $0.38 Utile per litro $0.22 Utile giornaliera riferita a 200.000 litri US $ 44.000 Utile mensile US $ 1.320.000

Redditività totale mensile Produzione di etanolo US $ 1.320.000 Produzione energia elettrica (15Mw ) US $ 727.500 Vendita certificati GEI US $ 83.000 TOTALE ENTRATE US $ 2.130.500 COSTI E SPESE D’INTERVENTO US $ 1.023.256 UTILE NETTO MENSILE US $ 1.107.244

COSTO DEL PROGETTO Il costo totale per la realizzazione dell’impianto si aggira intorno ai 72.482.203 dollari americani, ammortizzabili in 3 anni

Aspetti ambientali Rispetto accordi della Conferenza Internazionale sul Cambio Climatico (Ecuador sottoscrittore); Riduzione emissioni di gas come CO e PM10; Limitazione uso additivi contenenti benzene (tossico per l’uomo); Miglioramento combustione nei motori;

Il futuro dei biocarburanti: Luci ed Ombre

I biocarburanti hanno due caratteristiche che ne favoriscono l’adozione rapida: Sono utilizzabili nei motori moderni senza necessità di modifiche; Possono essere distribuiti avvalendosi del sistema di distribuzione esistente;

VANTAGGI Sono di origine vegetale; Basso contenuto di zolfo: azzera emissioni di SO2; Sono totalmente biodegradabili; La CO2 emessa durante l’utilizzo del combustibile è bilanciata dall’assorbimento di carbonio durante la crescita delle colture;

SVANTAGGI Sottraggono terreno alle colture alimentari; Sono impiegati fertilizzanti sintetici, pesticidi ed erbicidi; Produzione biologica materia prima: alti costi; Il valore globale delle emissioni di gas serra è fortemente dipendente da: materia prima impiegata; tecnologie di produzione; caratteristiche delle aree coltivate.

ASPETTI ECONOMICI Costi di produzione elevati: 1 litro etanolo costa 3 volte 1 litro benzina, ma con il costante aumento del prezzo del petrolio e con la diffusione della produzione di etanolo, tale gap si potrebbe ridurre o addirittura si potrebbero invertire le posizioni.

POLITICA AMBIENTALE L’avvio di un programma di bioenergia richiede ai governi una politica strategica, in campo: Ambientale Ampliamento superfici coltivabili Creazione di piani di gestione dei terreni adibiti a coltivazione per fini bioenergetici; Protezione risorse idriche; Finanziario Lo sviluppo di tale politica, nonostante sia all’attenzione di paesi come USA, Cina e Comunità europea, richiede tempi lunghissimi.

Fine