Il biodiesel è un biocombustibile, cioè un combustibile ottenuto da fonti rinnovabili quali oli vegetali e grassi animali, analogo al gasolio derivato dal petrolio.
Non consiste in un olio vegetale puro e semplice, come ad esempio l'olio di colza, bensì è il risultato di un processo chimico (transesterificazione di oli vegetali con alcol etilico o metilico) oppure processi di idrotrattamento a partire da questi o altri componenti biologici.
Storia La transesterificazione dell'olio vegetale era stata condotta già nel 1853, dallo scienziato Patrick Duffy, molti anni prima che il primo motore Diesel diventasse funzionale ma nello stesso anno in cui Barsanti e Matteucci inventarono il primo motore a combustione interna.Patrick Duffy: XXV. On the constitution of stearine. In: Quarterly Journal of the Chemical Society of London. 5, 1853, p. 303, .Rob. Henriques: Über partielle Verseifung von Ölen und Fetten II. In: Zeitschrift für Angewandte Chemie. 11, 1898, p. 697–702, . Il primo modello di Rudolf Diesel, un singolo cilindro in ferro di 3 metri con un volano alla base, funzionò per la prima volta ad Augusta (Germania) il 10 agosto 1893. In ricordo di questo evento, il 10 agosto è stato dichiarato Giornata Internazionale del Biodiesel. Diesel successivamente presentò il suo motore all'Esposizione Mondiale di Parigi del 1898. Questo motore rimase come esempio della visione di Diesel, poiché era alimentato da olio di arachidi — un biocombustibile, anche se non strettamente biodiesel, in quanto non era transesterificato. Diesel credeva che l'utilizzo di un combustibile ottenuto dalla biomassa fosse il vero futuro del suo motore. In un discorso del 1912 disse: «L'uso di oli vegetali per il combustibile dei motori può sembrare insignificante oggi, ma tali oli possono diventare, nel corso del tempo, importanti quanto i derivati dal petrolio e dal carbone dei nostri giorni».
Nel corso degli anni 1920, i produttori di motori Diesel modificarono i loro propulsori per sfruttare la minore viscosità del combustibile fossile (petrodiesel) a scapito dell'olio vegetale. Le industrie petrolifere furono in grado di far breccia nel mercato dei carburanti perché il loro prodotto era più economico da produrre rispetto alle alternative ricavate dalla biomassa. Il risultato fu, per molti anni, la quasi completa eliminazione dell'infrastruttura di produzione del combustibile di biomassa. Solo recentemente le preoccupazioni circa l'impatto ambientale e la diminuzione della differenza di costo hanno reso i carburanti di biomassa un'alternativa valida.
Dal 1978 al 1996, il National Renewable Energy Laboratory (NREL) statunitense ha sperimentato l'uso delle alghe come fonte di biodiesel, nell'ambito dell'Aquatic Species Program. Le sperimentazioni del NREL, durate 16 anni, sono attualmente terminate in quanto il programma di ricerca non è stato ulteriormente rifinanziato. Sempre negli anni novanta, la Francia ha lanciato la produzione locale di biodiesel (nota localmente come diester) ottenuto dalla transesterificazione dell'olio di colza. Viene mischiato in proporzione del 5% nel normale combustibile diesel, e in proporzione del 30% nel combustibile diesel di alcune flotte di mezzi (trasporto pubblico). Renault, Peugeot e altri produttori hanno certificato dei motori da autocarro per l'utilizzo con questo biodiesel parziale, mentre sono in corso esperimenti per impiegare un biodiesel al 50%.
Qualità del combustibile, specifiche e proprietà
Il biodiesel, inteso come FAME (Fatty Acid Methyl Esters), è un biocombustibile liquido, trasparente e di colore ambrato, ottenuto interamente da olio vegetale (colza, girasole o altri), o grassi animali tramite transesterificazione, con una viscosità simile a quella del gasolio per autotrazione ottenuto per distillazione frazionata del petrolio grezzo. È distinto da altri biocarburanti come l’HVO (olio vegetale idrotrattato), che presenta caratteristiche chimico-fisiche differenti.
Alcune grandi compagnie energetiche hanno sviluppato biocarburanti di nuova generazione basati sull’HVO (Hydrotreated Vegetable Oil), un olio vegetale idrogenato ottenuto da materie prime rinnovabili o da residui e scarti attraverso un processo di idrotrattamento, che produce un combustibile paraffinico con caratteristiche chimico-fisiche simili al gasolio fossile. In Italia l’HVO è prodotto esclusivamente da Enilive nelle bioraffinerie di Venezia (Porto Marghera) e Gela. Enilive commercializza l’HVO qui prodotto sotto il marchio HVOlution. Il biocarburante può essere impiegato puro o in miscela, compatibilmente con le specifiche del motore.
Nell’ambito dei biocarburanti avanzati rientra anche il SAF (Sustainable Aviation Fuel, carburante sostenibile per l’aviazione) un biocarburante da materie prime rinnovabili che può essere miscelato con il carburante tradizionale per l'aviazione fino ad un massimo del 50%. Tenendo conto della catena del valore, le emissioni di gas serra (GHG) del SAF sono significativamente inferiori rispetto a quelle dei combustibili fossili tradizionali. Presso la bioraffineria di Gela è stato avviato un impianto dedicato alla produzione di SAF con una capacità che copre fino a quasi un terzo della domanda europea nel 2025.
Per l'identificazione delle miscele si ricorre alla siglatura B (analoga alla BA per le miscele contenenti bio-alcol). Al biodiesel puro viene assegnata la sigla B100, mentre le miscele vengono identificate con una sigla che incorpora un numero corrispondente alla percentuale di biodiesel contenuto (ad esempio, BD20 per un gasolio tagliato al 20% con biodiesel). Negli Stati Uniti la siglatura è simile, ma senza la D (B100, B20, B50, eccetera).
Le specifiche internazionali standard per il biodiesel tradizionale (FAME) sono fissate nella norma EN 14214. Gli Stati Uniti fanno riferimento inoltre alla specifica ASTM D 6751. La Germania a un'apposita specifica DIN che identifica tre tipi di biodiesel:
RME (esteri metilici dell'olio di colza - DIN E 51606) PME (esteri metilici di soli oli vegetali - DIN E 51606) FME (esteri metilici di grassi vegetali e animali - DIN V 51606)
Le specifiche fissano alcuni punti importanti nei processi di produzione del biodiesel:
completezza della reazione rimozione del glicerolo rimozione del catalizzatore rimozione degli alcoli assenza di acidi grassi liberi
La conformità a queste caratteristiche viene generalmente verificata tramite gascromatografia.
Il combustibile ottenuto secondo questi livelli qualitativi risulta molto poco tossico; la dose letale LD50 è maggiore di 50 mL/kg, dieci volte superiore a quella del comune sale da cucina.
Il biodiesel può essere mescolato con il gasolio in ogni proporzione e impiegato nei moderni motori Diesel, anche se alcuni autoveicoli di fabbricazione meno recente possono subire una degradazione di tubi e giunti in gomma per via del maggior potere solvente rispetto al gasolio tradizionale: in questo caso, la gomma sciolta dal biodiesel può poi formare depositi o intasare le linee dell'alimentazione del veicolo. L'adozione di gomme più resistenti nei veicoli di recente fabbricazione (dal 1992 in poi) dovrebbe aver risolto questo inconveniente; inoltre, il maggior potere solvente del biodiesel aiuta a mantenere pulito il motore sciogliendo residui eventualmente presenti.
Poiché il biodiesel viene più spesso utilizzato in miscela con il gasolio di petrolio, ci sono meno informazioni e studi formali sugli effetti del biodiesel puro sui motori non modificati e sui veicoli attualmente in uso; tuttavia non ci si attendono particolari problemi nell'utilizzo del biodiesel puro con i motori attuali, quantomeno finché tutte le parti del motore siano compatibili con il suo maggior potere solvente.
In qualsiasi motore Diesel può essere utilizzato biodiesel puro (BD100 o B100), anche se più comunemente viene utilizzato gasolio con concentrazioni inferiori di biodiesel. Usato come additivo al gasolio, ne migliora il potere lubrificante. In alcune zone è richiesto l'uso di gasolio a bassissimo contenuto di zolfo, che riduce la naturale viscosità e lubrificazione del combustibile poiché sono stati rimossi lo zolfo e certe altre sostanze. Per far sì che scorra propriamente nei motori sono richiesti degli additivi, e il biodiesel è una popolare alternativa. Concentrazioni fino al 2% (BD2 o B2) si sono mostrate in grado di restituire la lubrificazione. Inoltre, molte municipalità hanno iniziato a usare il biodiesel al 5% (BD5 o B5) nei mezzi per la rimozione della neve e in altri sistemi.
Il punto di fusione del biodiesel è influenzato dalla natura e dalla quantità di esteri che contiene. Tuttavia, la maggior parte dei biodiesel prodotti - compreso quello ottenuto dall'olio di soia - hanno un punto di fusione superiore a quello del gasolio; ciò rende necessario soprattutto nelle zone a clima rigido, il riscaldamento dei serbatoi di stoccaggio.
Il biodiesel ha un numero di cetano superiore a quello del gasolio, si incendia quindi più facilmente quando viene iniettato nel motore. Rispetto al gasolio, non è esplosivo, con un flash point posto a 150 °C per il biodiesel rispetto ai 64 °C del gasolio. Contrariamente al gasolio, è biodegradabile e non tossico, e riduce significativamente le emissioni tossiche quando viene bruciato come combustibile.
Impatto ambientale Dal punto di vista ambientale, il biodiesel presenta alcune differenze rispetto al gasolio: Vantaggi Rispetto al gasolio, riduce le emissioni nette di monossido di carbonio (CO) del 50% circa e di diossido di carbonio del 78,45%, perché il carbonio emesso durante la sua combustione è quello che era già presente nell'atmosfera e che la pianta ha fissato durante la sua crescita e non, come nel caso del gasolio, carbonio che era rimasto intrappolato in tempi remoti nella crosta terrestre. Vanno tuttavia considerati i consumi energetici in fase di coltivazione della materia prima, della lavorazione e del trasporto. Praticamente non contiene idrocarburi aromatici; le emissioni di idrocarburi aromatici ad anelli condensati (es: benzopireni) sono ridotti fino al 71%. Non ha emissioni di diossido di zolfo (SO2), dato che non contiene zolfo. Riduce significativamente le emissioni di fuliggine (fino a circa il 50%), ma la percentuale di particolato nocivo rimane simile a quella del gasolio derivante da oli minerali Riduce l'emissione di polveri sottili fino al 65%.
Svantaggi Produce più emissioni di ossidi di azoto (NOx) del gasolio, inconveniente che può essere contenuto riprogettando i motori Diesel e dotando gli scarichi di appositi catalizzatori. Conseguenze negative socio-ambientali: Utilizzo di terre coltivabili non per alimentare la popolazione ma per alimentare le macchine. Innalzamento del prezzo delle materie prime soprattutto nei paesi del terzo mondo. Fra i problemi quello di creare insicurezza alimentare. Se le tecniche di coltivazione sono monocolturali questo riduce la biodiversità, aumenta l'erosione del suolo e il rischio di insetti e batteri che distruggano le coltivazioni.
Critiche
Il settore dei biocarburanti continua a far registrare tassi di crescita a due cifre ed è sempre più al centro degli accordi geopolitici internazionali. Parallelamente si innalzano però anche altre questioni: l'impatto della diffusione delle monocolture agroenergetiche sulla biodiversità e nei confronti delle altre produzioni alimentari. Il coordinatore per l'energia della FAO, Gustavo Best osserva che, in caso di crescita incontrollata del settore, gli elevati profitti della nuova filiera potrebbero indurre un esodo di massa degli operatori e un conseguente deficit nella produzione alimentare locale. Un rischio particolarmente elevato nei paesi in via di sviluppo del terzo e del quarto mondo.