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Tendenze della ricerca internazionale: la produzione decentralizzata di biocarburanti negli Usa

Verso la produzione decentralizzata di biocarburanti, le nuove sfide della ricerca dovranno fare i conti anche con l’industria petroliera. A cura di Mario A. Rosato

Mario A. Rosato di Mario A. Rosato

Tecnica
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Ancora una volta l'Europa è stata superata dagli Stati Uniti che hanno compiuto un ulteriore passo tecnologico verso un'economia decarbonizzata
Fonte foto: © Beboy - Fotolia

Gli Usa hanno fatto un altro piccolo passo tecnologico verso un’economia decarbonizzata, superando ancora una volta la vecchia Europa. Da noi la decentralizzazione si limita alla produzione ed iniezione in rete dell’energia elettrica da fonti rinnovabili, e nel Centro-Nord Europa, anche all’iniezione di biometano nei gasdotti, o al suo utilizzo in situ per l’autotrazione.

Purtroppo Bruxelles continua ancora oggi a sprecare risorse pubbliche per la ricerca di alcune tecnologie, rivelatesi strade morte già da anni, quali il fantomatico biodiesel da alghe, la produzione di elettricità in celle microbiche alimentate a urina, i motori termici azionati da molle con “memoria di forma”, solo per citarne alcune.

Purtroppo le università che formano la nostra classe dirigente non includono termodinamica e altre discipline scientifiche basilari nei loro piani di studio.
Pertanto, gli euroburocrati ed i politici nostrani, incapaci di fare due semplici verifiche, ovvero applicando il Primo ed il Secondo principio, continuano a sprecare denaro pubblico finanziando progetti che non comportano alcun vantaggio reale rispetto alle tecnologie esistenti, ma solo costi aggiuntivi per la collettività, poiché i fondi sono prelevati dalle tasche di tutti i contribuenti.

Almeno dal 2005 migliaia di “preppers” (survivalisti) e “cittadini antisistema” statunitensi si producono da soli il biodiesel a partire da olio e grasso di scarto, con la benedizione dello Stato che, sebbene non incentivi tale pratica con sovvenzioni in “stile europeo”, almeno non pone ostacoli. L’autoproduzione di biodiesel da olio e grasso di scarto è una tecnologia vecchia di quasi un secolo e alla portata di chiunque, con positive ricadute sull’ambiente e sulla società, perché elimina un rifiuto contaminante ed i costi associati alla sua raccolta e trattamento.

In Spagna l’autore stesso riuscì a produrre dell’ottimo biodiesel in modo domestico, utilizzando il reattore sperimentale mostrato nella foto 1, e a testare il combustibile nel proprio veicolo. Nel nostro Paese autoprodursi del biocombustibile è vietato, perché andrebbe contro gli interessi delle lobby dei combustibili fossili.
“La casta” politica nega dunque al cittadino il sacrosanto diritto all’autosufficienza nell’approvvigionamento di risorse, come appunto autoprodurre il carburante per il proprio veicolo, definendo tale pratica come un reato.
A quanto pare i funzionari e i politici, nostrani e stranieri, ignorano o fingono d’ignorare che il diritto all’autosufficienza energetica, idrica e alimentare è implicito nella carta dei diritti umani.
      
Invece secondo l’interpretazione di un funzionario del Mise, fornita all’autore a seguito di una richiesta di approfondimento normativo, in Italia l’autoproduzione di biodiesel costituisce addirittura un duplice reato: in primo luogo per evasione fiscale (perché lo Stato non avrebbe modo di incassare le accise sul carburante autoprodotto dai privati) e, in secondo luogo, di trattamento e smaltimento illegale di rifiuti (perché un privato non potrebbe mai impegnarsi con una fideiussione di 200mila euro a favore dello Stato e soddisfare tutti gli altri adempimenti necessari per avere una licenza di gestore di rifiuti).

Inoltre ricordiamo l’impossibilità legale di acquistare in Italia il metanolo necessario come reagente per la produzione di biodiesel, mentre nel resto del mondo tale prodotto si trova in qualsiasi supermercato o ferramenta.
 
Foto 1: reattore sperimentale per la produzione di biodiesel da olio e grasso di scarto, con capacità per produrre da 500 a 1000 l/giorno e recuperare fra 50 e 100 l/giorno di glicerolo crudo
(Fonte foto © Mario A. Rosato)
 
Produrre biocarburanti in modo decentralizzato è una pratica sostenibile, per cui dovrebbe essere incentivata, o quantomeno non penalizzata, perché elimina il costoso trasporto delle biomasse agli impianti produttivi e le emissioni inquinanti ad esso associate.
Nell’altra sponda dell’Atlantico, i ricercatori dell'Usda (Department of agriculture) e dell’Università di Purdue hanno sviluppato due diverse tecnologie molto promettenti che puntano in tale direzione, come vedremo in seguito.

La prima è un piccolo impianto mobile per la pirolisi ad umido delle biomasse, capace di processare letame, paglia e altri scarti agricoli organici, producendo un fertilizzante liquido (acqua, minerali e azoto contenuti nella biomassa), un liquido chiamato “bio-olio”, molto simile al petrolio grezzo, e un residuo carbonioso chiamato “biochar”(carbonella) da impiegare come ammendante dei terreni.
In tutti i Paesi del mondo quest’ultimo viene sfruttato in modo sostenibile, tranne che in Italia, poiché purtroppo la maggior parte delle amministrazioni ritengono tale ammendante un “rifiuto” e non un “sottoprodotto”. 
 
Foto 2: unità mobile per la produzione di bioolio direttamente in campagna, messa a punto dall’Usda
(Fonte foto: © Usda)

 
La tecnologia pirolitica (secca, a umido, lenta o veloce) non è nuova.
Anche in Europa sono stati messi a punto impianti per la produzione di bio-olio, (primo esempio, secondo esempio), ma l’approccio europeo è comunque imperniato sulla costruzione di impianti di grossa taglia, rispondenti dunque al vecchio criterio industriale della produzione centralizzata con ”economia di scala”.

In altri progetti europei (primo progetto, secondo progetto) è stata analizzata la combustione diretta del bio-olio crudo, che risparmia il costo di raffinazione dello stesso ma che richiede l’utilizzo di bruciatori speciali. Infatti il bio-olio, contenendo gruppi carbossilici (acidi), richiede l’utilizzo di bruciatori realizzati in acciaio inox di alta qualità e la sostituzione delle guarnizioni delle tubazioni in gomma con altre realizzate in Viton®.

Altri progetti europei (ad esempio Empyro) hanno tentato di includere nello stesso impianto l’ulteriore decarbossilazione del bio-olio, ed il suo cracking, per ottenere benzina e altri derivati.
Sebbene ciò sia tecnicamente fattibile, la maggiore complessità dell’impianto, richiesta dagli stadi di cracking e distillazione frazionata, penalizza economicamente l’intero processo, ricadente anche in questo caso nella vecchia filosofia di produzione industriale in impianti centralizzati, ai quali è necessario portare la biomassa.

La filosofia progettuale dell’impianto mobile sviluppato dall’Usda è molto pragmatica: l’industria petrolifera è già dotata di impianti per cracking e distillazione frazionata, per cui, se si diffondesse massivamente la produzione decentralizzata di bio-olio, allora basterebbe trasportare solo quest’ultimo, cioè solo una frazione della biomassa iniziale.

I “preppers” e gli “antisistema” obietteranno sicuramente perché in questo modo il loro diritto all’autosufficienza energetica non viene tutelato, dovendo passare comunque attraverso le distillerie delle multinazionali.
E’ vero, ma la soluzione dell’Usda sembra essere un buon compromesso per ridurre la dipendenza dalle importazioni di greggio, aumentare la percentuale di biocarburanti veramente sostenibili (non come l’olio di palma utilizzato in Italia) nel mix petrolifero, consentire agli agricoltori di generare del reddito con un prodotto bioenergetico, senza però sottrarre risorse alimentari, e, infine, lasciare alla lobby petrolifera una fetta di profitto, affinché non blocchi ogni iniziativa.

La seconda tecnologia, sviluppata dalla Purdue University e la sua spin-off Spero energy, è un elegante “processo catalitico low cost”.
Tale processo utilizza nichel anziché le costose leghe di palladio-zinco, con lo scopo di rompere selettivamente la lignina, liberando così la cellulosa e la emicellulosa che compongono la biomassa vegetale.

In questo modo sarà possibile produrre bioetanolo con le tecnologie di saccarificazione della cellulosa ed ulteriore fermentazione, già esistenti, e nel contempo recuperare i diversi monomeri fenolici, risultanti dalla rottura della lignina, i quali hanno valore per le industrie degli aromi e delle essenze alimentari.

Nel 2014 è stato dimostrato a livello di laboratorio che il 68% della lignina contenuta nella biomassa del Miscanthus si può convertire in monomeri fenolici per via catalitica.        
Il processo è relativamente semplice da eseguire: la biomassa triturata viene messa in una gabbia di acciaio inox microporoso dopato con il catalizzatore di nichel, la gabbia viene messa in un reattore (una specie di “pentola a pressione”, foto 3) riempito con metanolo e chiuso ermeticamente.

Successivamente, una volta riscaldato a 225 °C il reattore sviluppa una grande pressione interna.
In tali condizioni la lignina si scioglie nel metanolo, ma quando la soluzione entra in contatto con il catalizzatore, scatena una serie di reazioni dette alcolisi che portano alla formazione di composti fenolici utili alla produzione di vanillina e lasciano intatta la cellulosa, la quale viene dunque recuperata per produrre alcol o impiegata per i vari usi industriali come ad esempio la pasta di carta.

Dalle fonti d’informazione disponibili, sembra però che il vero business sia proprio la produzione di vanillina e simili composti aromatici piuttosto che la produzione di cellulosa, o bioetanolo combustibile.
 
Foto 3: il reattore utilizzato per l’alcolisi a scala di laboratorio
(Fonte foto: © Spero energy)

L’esempio americano dimostra, ancora una volta, che è possibile raggiungere il paradigma di un’industria agroalimentare ed energetica, o di bioraffineria, nella quale la bioenergia sia prodotta senza sottrarre risorse al comparto alimentare.
Basta avere la giusta dose di pragmatismo e ridurre le inutili complicazioni burocratiche.

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