Bioraffineria
Premessa
Molti oli vegetali possono essere usati in sostituzione del gasolio come carburante in motori diesel. Molto sommariamente le possibilità di uso sono due:
1. olio trasformato in "biodiesel" tramite il processo chimico della esterificazione, usabile in modo diretto in tutti i motori diesel. Nel processo di produzione/consumo, vi è alta complessita e maggiori costi a monte (sistema di trasformazione industriale dell'olio) e bassa complessità a valle (uso diretto)
2. olio grezzo usabile in motori diesel in miscela fino al 30% con gasolio o puro al 100%, tramite kit di modifica del motore. Nel processo di produzione/consumo, vi è bassa complessità e minori costi a monte (sistema di trasformazione semplice) ed alta complessità a valle (uso tramite kit di trasformazione dei motori).
In termini di economia di scala è preferibile il primo processo perchè i costi sono molto minori.
Per un introduzione generale ai biocarburanti, si può leggere lo studio del Dipartimento di Chimica dell'Università di siena:
http://socialforge.net/docs/ita/eco/biocarburanti/biocarburanti_unisiena.pdf
Esiste un modo di produzione dell'olio "tradizionale" che è quello da piante da semi, ed uno più innovativo tramite alghe. I motivi della scelta di quest'ultimo verranno illustrati in seguito.
Sia nel caso delle piante da semi che nel caso delle alghe, complessivamente il processo di produzione/consumo dovrebbe essere a bassissimo impatto ambientale e presumibilmente "CO2 free" (emissione zero) in quanto la captazione di CO2 dall'atmosfera, nel corso della fotosintesi clorofilliana delle piante in crescita dovrebbe sopravvalere od equivalere al CO2 emesso in atmosfera dalla combustione nei motori diesel. E inteso quindi che un processo del genere sarebbe quantomeno uno strumento di applicazione pratica del Protocollo di Kyoto sulle emissioni.
Oltre al basso impatto ambientale, il biodiesel ha anche basso impatto sulla salute umana, come si evidenzia in questo studio del Dipartimento di Tossicologia Ambientale della Università della California di Davis:
http://journeytoforever.org/biofuel_library/UCDavisSumm.html
Produzione di olio da microalghe
Paola Pedroni di "Eni Tecnologie" come premessa ad uno studio pubblicato nel 2001 scrive: "La possibilità di catturare e riutilizzare la CO2 emessa da sorgenti concentrate mediante coltivazioni intensive di microalghe rappresenta un’opzione innovativa ed ecocompatibile per mitigare le emissioni di gas serra derivanti dalla combustione delle fonti fossili e per produrre biocarburanti rinnovabili. Il raggiungimento di adeguati target di convenienza economica richiede attività di ricerca sia di base che applicata a lungo termine. Combinando la cattura della CO2 fossile con servizi ambientali aggiuntivi, come per esempio il trattamento di acque di scarto, è possibile attendersi l’applicazione di tali sistemi biologici in un arco temporale più breve. Per promuovere lo sviluppo tecnologico e l’utilizzo di processi di biofissazione nella mitigazione delle emissioni di gas serra, EniTecnologie? e il DoE statunitense hanno organizzato un Network Internazionale, che opera sotto l’egida dell’IEA GHG R&D Programme, e comprende industrie e organizzazioni governative operanti nel settore energetico. EniTecnologie? partecipa attivamente a tale network con una propria attività di ricerca focalizzata sulla Conversione della biomassa algale a vettori energetici rinnovabili".
http://www.socialforge.net/tiki-index.php?page=Microalgae+for+Greenhouse+Gas+Abatement
La scelta delle alghe come vettore di produzione dell'olio è dovuta alla resa oleica che è ipotizzata essere intorno ai 20.000-75.000 litri/anno per acro (4000mq) di coltivazione, contro i 200-500 litri/anno per acro delle piante da semi, come per esempio la colza. La fonte di questi dati è lo studio del Gruppo di lavoro sul Biodiesel del Dipartimento di Fisica dell'Università del New Hampshire (Usa):
http://www.unh.edu/p2/biodiesel/article_alge.html
Sempre in questo testo si ipotizza anche che qualora si volesse procedere alla sostituzione totale del gasolio con olio vegetale, per coprire l'attuale fabbisogno annuo Usa di carburante per trasporto, dovrebbe essere occupata da impianti di coltivazione di alghe, una superficie di 28.000 kmq, che corrisponde allo 0,3% delle terre degli Usa (NdT una superficie come quella dell'Albania).
Con un semplice impianto di coltivazione di microalghe in acqua sembra sia possibile ottenere contemporaneamente:
- 1. produzione di olio per biocarburanti
- 2. produzione di fertilizzanti naturali
- 3. trattamento acque inquinate
Questi risultati sono possibili ad un basso livello di complessità dell'impianto, consistente sommariamente - nella forma più semplice - in
- 1. vasche di coltivazione delle alghe, esposte al sole
- 2. impianto di spremitura a freddo delle alghe
• 3. impianto di macinatura degli scarti da spremitura delle alghe
Due impianti pilota con caratteristiche simili sono stati implementati a cura del Kluyvercentre, Olanda (http://www.kluyvercentre.nl/)
http://www.kluyvercentre.nl/content/documents/Verslag3biodieselmaurickcollege.pdf
http://www.kluyvercentre.nl/content/documents/Verslag2biodieselBaarnschLyceum.pdf
Con un impianto del genere, localizzato per esempio allo sbocco delle acque reflue in mare, sarebbe possibile - in base agli studi scientifici effettuati - trattare acque di scarto da impianti industriali (metalli pesanti), acque di scarto da coltivazioni agricole a concimazione chimica (i composti azotati sono "cibo" per le alghe che ne velocizzano la crescita) ed acque di scarto da impianti di allevamento bestiame (es. deiezioni di maiali e pollame). Le stesse alghe, arrivate al termine del processo di crescita, verrebbero spremute in loco e come risultato si avrebbe olio vegetale e biomassa di scarto che, oppurtamente triturata, sarebbe usabile come fertilizzante naturale.
Con un maggiore livello di complessità, sarebbe possibile produrre in loco il biodiesel ed anche prodotti nutrizionali, farmaceutici e chimici correlati alla lavorazione di sostanze grasse (glicerina, ecc..).
Riguardo al modello generale che informa questo progetto, sul sito Slashdot c'è un articolo che ipotizza uno scenario plausibile: "Ciò che potenzialmente rende questo ed altri sistemi di bioraffinazione, molto interessanti è che usando bioraffinerie di piccola scala, possiamo andare verso un sistema più distribuito — il modello di internet/del web - applicato alla produzione di carburante. (anche appropriato nella futura versione dell' "economia all'idrogeno")".
Andando nello specifico, l'olio - principale ingrediente per il carburante - potrebbe essere prodotto attraverso alghe alotipiche microscopiche (plancton), come il diatom Phaeodactylum tricornutum (Bacillariophyceae) o il Botryococcus braunii BBG-1.
Per poter usare questo biocarburante negli ordinari motori diesel, l'olio deve essere mescolato con l'alcool (ed altri componenti) e trasformato in biodiesel. Qualora si ipotizzi l'esterificazione in loco, potrebbe essere usato l'etanolo prodotto attraverso la fermentazione della canna da zucchero o di altre risorse rinnovabili locali prodotte in aziende agricole integrate nel sito della "bioraffineria". Parte del Co2 prodotto durante il processo di fermentazione verrebbe riciclato dalle alghe per produrre biomassa e olio.
C'è di più. L'integrazione con aziende agricole della zona potrebbe essere anche più complessa. Si potrebbe anche pensare infatti alla bioraffineria come ad un'estensione delle stesse aziende agricole, finalizzata alla produzione decentrata di energia per l'auto-consumo (generatori autonomi per produzione di elettricità, carburante per trattori, ecc..
( I trattori vanno già vanno ad olio di semi! http://met.provincia.fi.it/comunicati/comunicato.asp?id=22581 )
e per la vendita esterna, alla produzione di concimi ed al trattamento delle acque reflue provenienti dalle aree coltivate e da allevamento di bestiame (così da immettere negli scarichi acque già depurate).
Uno scenario del genere (e molto di più!) è ben evidenziato in un articolo del 2004 tratto dalla rivista americana di agricoltura, Delta Farm Press: http://deltafarmpress.com/mag/farming_commodities_future_algae/index.html
"Le alghe potrebbero ben essere la "coltivazione del futuro", dice Mark Zappi, della Università di Stato del Mississippi, professore emerito di ingegneria chimica. “Quasi ovunque nel mondo si stanno diffondendo le coltivazioni dedicate alla produzione di olio” ha detto Zappi alla conferenza sull'agricoltura "Oltre i confini della città" organizzata dal Governatore dello Stato del Mississippi, Haley Barbour.
“Abbiamo un clima perfetto ed abbiamo anche lagune inquinate da rifiuti (NdT azotati) per supportare la crescita delle alghe. Le alghe producono olio il doppio ed oltre rispetto alla soia e ci si possono fare prodotti nutrizionali ad alto valore economico.”
In Nord - Carolina è stato appena costruito un impianto da 140 milioni di dollari, in cui si fanno crescere le alghe in enormi fermentatori, si estrae l'olio, lo si purifica e lo si vende per essere usato in molte produzioni, compreso il biodiesel. Le sue proteine, gli acidi grassi omega 3, ed altre componenti possono essere usate per fare prodotti nutrizionali. L'impianto impiega 150 persone ad uno stipendio medio di 50,000 dollari (NdT annui). “E' abbastanza redditizio per una comunità locale” dice.
E lo stallatico (NdT le deiezioni del bestiame)? “Credeteci o meno, sta diventando una produzione industriale competitiva,” dice sempre Zappi. “Si può mettere lo stallatico, in forma di residui, nei digestori e i microrganismi producono biogas, che è al 60% metano ed al 40% diossido di carbonio, che può essere usato per generare energia elettrica.” L'elettricità può essere utilizzata per alimentare l'impianto e l'eccesso può essere venduto alla compagnia elettrica locale per essere immessa in rete. Il titolare di un'azienda di pollame nel sud del Mississippi ha messo sù la prima bioraffineria degli Stati Uniti, dice Zappi. “Usa le deiezioni del pollame per fare biogas, che genera l'elettricità per alimentare l'impianto e e per riscaldare i pollai. Inoltre, gli elementi solidi e liquidi rilasciati dal processo sono di alto valore nutritivo per il terreno delle coltivazioni agricole. Le deiezioni del pollame sono al 40% proteine ed egli sta pensando alla strada migliore per usarle, forse per far crescere le alghe.
“E' un operazione semplice, una tecnologia pronta per il Mississippi, ed è economicamente sostenibile quando è usata per abbattere i costi energetici delle fattorie.”
Queste sono solo due tecnologie correlate all'energia su cui il Mississippi è “ben posizionato per capitalizzarle” dice Zappi.
Un'altra è la produzione di etanolo, sia dal granoturco che da biomasse. (a pagina 1 di questo numero della rivista c'è un articolo sulla proposta di costruzione di un impianto di produzione di etanolo nell'area nordovest del Mississippi.)
Il Biodiesel è “facile da fare” dagli oli vegetali o dai grassi animali, dice Zappi, e per ogni 10 galloni di biodiesel, si può produrre 1 gallone di glicerina, “che vale circa due volte il biodiesel." E ancora.. un impianto di biodiesel vicino Las Vegas “produce biodiesel processando tutto l'olio usato di frittura prodotto dall'industria dei casinò.”
Il problema dell'olio prodotto dalla soia, dice Zappi, è il suo alto costo di produzione. “Ciò che sta accadendo è che per ridurre il costo si comincia a produrre biodiesel miscelando olio di soia con olii di media qualità.”
I ricercatori dell'Università di Stato del Mississippi (MSU) hanno scoperto un microrganismo che vive e lavora a temperature di 200 gradi farheneit e che è capace di raddoppiare la migliore produzione mondiale di etanolo dal syngas (NdT gas di sintesi). “Hanno appena battuto ogni record” dice Zappi.
“I microbiologi dicono non è possibile che un batterio possa sopravvivere a quelle temperature, ma invece lo fa. Pensiamo che in base a questa scoperta, per il processo di produzione dell'etanolo si aprono grandi possibilità.” (trad. magius)
Documentazione
Su internet i materiali di documentazione sono moltissimi. Qui di seguito ne vengono solo proposti alcuni, tratti da ricerche sul motore di ricerca dedicato ai materiali scientifici, scholar.google.com
http://scholar.google.com/scholar?hl=en&lr=&q=Botryococcus+braunii++oil&btnG=Search
http://scholar.google.com/scholar?hl=en&lr=&q=Phaeodactylum+tricornutum+Biodiesel&btnG=Search
http://scholar.google.com/scholar?q=algae+biodiesel&hl=en&lr=&start=0&sa=N
http://scholar.google.com/scholar?hl=en&lr=&q=link:tDrpwofu9ckJ:scholar.google.com/
http://govdocs.aquake.org/cgi/content/abstract/2004/915/9150010
Riferimenti
• Progetto Bioraffineria
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Link all'articolo originale: http://www.socialforge.net/bioraffineria