Se hai letto o guardato le notizie di recente, probabilmente ti sei imbattuto in qualche articolo, snippet o commento relativo al petrolio e ai prezzi del petrolio. Anche nella tua routine quotidiana, c'è una buona possibilità 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 una delle merci più discusse (e controverse) su cui i consumatori fanno affidamento quotidianamente.
Tutti questi discorsi sul petrolio suscitano un continuo interesse per le 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 ci sono i biocarburanti , combustibili a base di ingredienti biologici anziché combustibili fossili. Questi ingredienti di partenza possono variare dal mais alla soia al grasso animale, a seconda del tipo di combustibile prodotto e del metodo di produzione.
In questo articolo daremo uno sguardo più da vicino al biodiesel , uno dei maggiori biocarburanti. Per cominciare, sarebbe una buona idea dare un'occhiata a Come funzionano i motori per auto e Come funzionano i motori diesel per avere un po' di background. 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 costituito da ingredienti biologici anziché petrolio (o petrolio greggio). Il biodiesel è solitamente prodotto da oli vegetali o grasso animale attraverso una serie di reazioni chimiche. È sia non tossico e rinnovabili . 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 è miscelato con carburante diesel standard . Le miscele sono indicate dalla sigla Bxx , dove xx è la percentuale di biodiesel nella miscela. Ad esempio, la miscela più comune è B20 o dal 20% di biodiesel all'80% di standard. Quindi, B100 si riferisce al biodiesel puro.
Tuttavia, il biodiesel non è solo un termine generico. Esiste anche una definizione tecnica formale riconosciuta da ASTM International (precedentemente nota 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:
Sembra un po' ruvido, ma è molto più familiare di quanto tu possa pensare:incontri questi acidi grassi ogni giorno. Li esamineremo più in dettaglio nella prossima sezione.
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 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 provenienti da 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 comune condiviso da tutte le fonti di biodiesel è che contengono tutti grassi 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 secondo uno schema specifico. Questi triacilgliceroli sono piuttosto diffusi. Oltre agli oli vegetali per la casa, sono anche cose comuni come burro e strutto. Potresti aver visto una conta dei trigliceridi elencata se sei stato da un medico e hai fatto degli esami del sangue.
Un modo per visualizzare questi triacilgliceroli è pensare a una "E" maiuscola. A formare la spina dorsale verticale di questa E è una molecola nota come glicerolo. Il glicerolo è un ingrediente comune utilizzato nella produzione di sapone, prodotti farmaceutici e cosmetici. Attaccate a questa spina dorsale di 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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\ \ \
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 fanno questi triacilgliceroli a finire 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 devono 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 quindi fatto reagire con un alcol, 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 si trasforma per formare esteri e glicerolo. Gli esteri che rimangono sono ciò che poi chiamiamo biodiesel.
Questa è una vecchia notizia? Nella prossima sezione esamineremo parte della storia e delle motivazioni alla base del movimento per i biocarburanti.
 Foto per gentile concessione di Bob Allan L'attuale produzione statunitense di biodiesel deriva principalmente dal petrolio da semi di soia come questi o da olio da cucina riciclato per ristoranti. |
Il concetto di biocarburanti è sorprendentemente vecchio. 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 Universale di Parigi, in Francia, Diesel ha dimostrato 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 del mais. Alla fine, sia nel caso della Diesel che in quello della Ford, il petrolio è entrato in scena e si è rivelato la fonte di carburante più logica. Ciò si basava, tra le altre cose, su offerta, prezzo ed efficienza. Sebbene non fosse una pratica comune, gli oli vegetali venivano utilizzati anche per il carburante diesel negli anni '30 e '40.
Fu negli anni '70 e '80 che l'idea di utilizzare i biocarburanti fu rivisitata 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 consentito 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 più puliti. Questo ha anche stabilito 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 interna di petrolio, sono serviti a far salire i prezzi. Secondo l'Energy Information Administration del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti, le importazioni di greggio degli Stati Uniti sono state ridotte del 30% durante l'embargo e "il prezzo mondiale del greggio è balzato da circa $ 14 al barile all'inizio del 1979 a oltre $ 35 al barile in gennaio 1981 prima di stabilizzarsi. 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 si tenne a Fargo, ND, la prima conferenza internazionale sugli oli vegetali e vegetali. Questa conferenza trattava argomenti che andavano dal costo del carburante e dagli effetti dell'olio vegetale agli additivi per combustibili 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 il contenuto di zolfo più basso 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 estero. L'emendamento EPACT del 1998 includeva l'uso di carburante biodiesel nei veicoli diesel governativi esistenti come alternativa accettabile all'acquisto di veicoli a carburante alternativo, o AFV, come previsto nell'EPACT originale.
Con tutte queste regole e regolamenti in atto, è comprensibile che qualsiasi alternativa possibile al petrolio susciti clamore. Ma il biodiesel non è un sostituto perfetto della benzina. Vedremo i suoi pro e contro nelle prossime sezioni.
Il controllo delle emissioni è centrale nell'argomento del biodiesel, soprattutto in materia legislativa. Ci sono alcuni componenti delle emissioni che sono particolarmente dannosi e destano preoccupazione tra scienziati, legislatori e consumatori. Lo zolfo ei 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 sulle emissioni in conformità con il Clean Air Act.
| Emissioni medie di biodiesel rispetto al diesel convenzionale | ||
| Componente di emissione | B100 | B20 |
| Totale idrocarburi incombusti | -67% | -20% |
| Monossido di carbonio | -48% | -12% |
| Particolato | -47% | -12% |
| NOx | +10% | +2% |
| Solfati | -100% | -20% |
| PAH | -80% | -13% |
| Fonte:National Biodiesel Board | ||
Inoltre, il B100 può ridurre le emissioni di CO2 del 78% e le proprietà cancerogene del carburante diesel del 94% (National Biodiesel Board, US DOE Office of Transportation Technologies).
Un'altra caratteristica del biodiesel è che è biodegradabile , il che significa che può decomporsi a causa di agenti naturali come i batteri. Secondo l'EPA, il biodiesel si degrada a una velocità quattro volte più veloce del carburante diesel convenzionale. In questo modo, in caso di fuoriuscita, la pulizia sarebbe più facile e le conseguenze non sarebbero così spaventose. Ciò vale 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 prodotto da olio di semi di soia , che è una coltura nazionale importante. Con l'aumento della domanda di petrolio degli Stati Uniti e la diminuzione dell'offerta mondiale, un combustibile rinnovabile come il biodiesel, se adeguatamente implementato, potrebbe alleviare parte della domanda di energia 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 ad allentare i depositi e altre impurità dall'interno di un motore che potrebbero potenzialmente causare intasamenti. Poiché il biodiesel puro non lascia depositi propri, ciò si traduce in una maggiore durata del motore . Si stima che una miscela di biodiesel di appena l'1% potrebbe 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 un punto di infiammabilità maggiore rispetto al diesel convenzionale. Poiché brucia a una temperatura più elevata, è meno probabile che bruci accidentalmente. Ciò rende più facili le regolazioni di movimento e stoccaggio. Successivamente, esamineremo i contro e il futuro del biodiesel.
Naturalmente, nulla 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 l'aumento degli NOx nelle emissioni di biodiesel. Spesso, nella produzione di carburanti diesel, quando si diminuisce 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. Sono in corso di ricerca tecnologie per ridurre le quantità di NOx nelle emissioni di biodiesel.
Un altro problema è il comportamento del biodiesel come solvente . Sebbene questa proprietà sia utile, è una specie di arma 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 potrebbero essere presenti dal vecchio carburante diesel), il biodiesel può causare l'intasamento 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 degradarsi. Oltre ai depositi all'interno del sistema di alimentazione, il biodiesel rompe anche i componenti in gomma. Alcune parti nei sistemi più vecchi, come le tubazioni del carburante e le guarnizioni della pompa del carburante, potrebbero 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 esistere ancora potenziali problemi. Per ulteriori informazioni sul biodiesel e sulle garanzie dei veicoli, consulta The Biodiesel Standard.
Inoltre, in alcuni motori può verificarsi una leggera diminuzione del consumo di carburante e della potenza . In media, c'è una riduzione della potenza di circa il 10%. In altre parole, ci vogliono circa 1,1 galloni di biodiesel per uguagliare 1 gallone di diesel standard.
I principali inconvenienti del biodiesel sono legati al quadro più ampio, ovvero il mercato e la relativa logistica. Di questi, il più importante è il 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 come la materia prima utilizzata e le condizioni di mercato.
L'altra questione, forse più importante, è quella della 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 metodo particolare più adatto a determinati tipi di clienti. Il biodiesel può essere acquistato direttamente dal fornitore, da un distributore di petrolio o dalle pompe pubbliche. Attualmente ci sono 19 membri della NBB che producono e commercializzano biodiesel negli Stati Uniti. Per sapere come ottenere il biodiesel, contattare il National Biodiesel Board. Inoltre, il Data Center sui combustibili alternativi ha una funzione di ricerca che ti consente di individuare le stazioni di rifornimento per città o stato.
Per informazioni sulla localizzazione di stazioni di biodiesel al di fuori degli Stati Uniti, contatta la tua agenzia locale per i biocarburanti.
Allora quanto guadagniamo? Dato il numero di diversi produttori (cioè federali, privati, industriali) e fonti di raccolto, è difficile stabilire una cifra precisa. 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.
Indipendentemente dal fatto che catturi o meno i riflettori occupati da tecnologie più appariscenti, il biodiesel sarà sicuramente un costante work in progress.
Attualmente, il più grande mercato del biodiesel è rappresentato dai 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 gli Stati Uniti Servizio postale, US Air Force, US Army, NASA, US Department of Energy, Duke Energy e Florida Power &Light. Molti servizi di trasporto pubblico stanno anche cercando il biodiesel per integrare l'uso 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.
Con la crescita della consapevolezza pubblica, il biodiesel e i biocarburanti in generale potrebbero facilmente trovare la loro strada nelle conversazioni a cena. Anche il sostegno politico è in aumento e, sulla scia di leggi come l'emendamento EPACT del 1998, le fonti di carburante alternative saranno una necessità in un futuro non troppo lontano.
Per ulteriori informazioni su biodiesel, biocarburanti e argomenti correlati, controlla i link nella pagina successiva.
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