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Biodiesel: un nuovo modo di trasformare le piante in carburante
Gli eco-sognatori hanno a lungo sperato in un modo per guidare senza contribuire al riscaldamento globale, ma il lento ritmo dei progressi nelle tecnologie dei combustibili alternativi ha impedito a questa visione di materializzarsi. Ora, un nuovo processo promettente, progettato dai ricercatori dell'Università del Wisconsin e delineato in un documento apparso sulla rivista Scienza il 2 giugno, potrebbe essere un passo significativo verso la trasformazione di quel sogno in realtà.
Il documento descrive in dettaglio un nuovo modo di produrre carburante biodiesel, che è costituito da materia vegetale. La raffinazione tradizionale del biodiesel utilizza solo gli acidi grassi di una pianta, che in genere costituiscono meno del 10 percento della massa delle piante essiccate. Invece di convertire solo il grasso, questo nuovo metodo promette di trasformare tutto il materiale vegetale essiccato, comprese radici, steli, foglie e frutti, in biodiesel o energia termica.
L'etanolo, il biocarburante più popolare e commerciale, è stato a lungo raffinato dalla materia vegetale, ma richiede la fase costosa e ad alta intensità energetica di distillare ogni molecola di acqua dalla soluzione. Al contrario, il nuovo processo del biodiesel si basa su reazioni in fase acquosa, che non devono passare attraverso la costosa fase di distillazione.
Il più grande progresso che abbiamo da offrire è la mancanza di quel processo di distillazione, afferma George Huber, uno degli autori dell'articolo e uno studente laureato all'Università del Wisconsin che presto insegnerà all'Università del Massachusetts ad Amherst. Ciò significa che il nostro processo è esotermico. In altre parole, non ha bisogno di molta energia extra. E questo è importante, perché il costo maggiore nell'attuale processo di raffinazione dei biocarburanti è l'energia.
Il nuovo metodo è diviso in quattro parti. Innanzitutto, un flusso di biomassa trattata costituito da acqua e zuccheri viene alimentato su un catalizzatore di nichel-stagno per rimuovere alcuni dei suoi atomi di idrogeno. Quindi il flusso viene trattato con acidi che assorbono la maggior parte dell'acqua. La sostanza appiccicosa risultante viene quindi trasportata su un catalizzatore a base solida, che la forma in lunghe catene di carbonio, chiamate alcani. Infine, tali alcani vengono fatti passare attraverso un catalizzatore di platino-silice-allumina ad alte temperature, mentre l'idrogeno del primo passaggio viene immesso nel reattore. Il liquido risultante ha quasi la stessa identica struttura chimica del biodiesel tradizionalmente raffinato e brucia allo stesso modo nei motori diesel. E gli unici sottoprodotti sono acqua e calore.
Se il processo può essere portato a livelli industriali, potrebbe essere un passo importante verso la creazione di un carburante per il trasporto che sia relativamente pulito, non contribuisca al riscaldamento globale e fornisca agli agricoltori statunitensi miliardi di dollari di nuove entrate.
Secondo Bill Jones, presidente del consiglio di amministrazione di Pacific Ethanol, una delle principali società di biocarburanti, l'industria petrolifera attualmente guarda all'emergente industria dei biocarburanti con timore, piuttosto che con accettazione.
Ma alla fine verranno in giro, dice. Capiranno che questa non è solo concorrenza, è un mercato completamente nuovo in cui entrare.
Sottolinea che anche l'industria petrolifera brasiliana ha resistito ai tentativi del governo di promuovere i biocarburanti, ma ora è un grande sostenitore: più della metà delle importazioni di petrolio del Brasile è stata sostituita con biocarburanti (vedi il Revisione della tecnologia Articolo di copertina di aprile sulle idee che cambiano il mondo).
Gli altri non hanno bisogno di essere convinti, però. Charles Wyman, un distinto professore al Dartmouth College di Hannover NH, la cui specialità è la conversione biologica della biomassa cellulosica in etanolo e altri prodotti, afferma che questa nuova metodologia potrebbe dare al biodiesel una possibilità di successo nel mercato commerciale consentendo ai produttori di produrre sia etanolo o biodiesel.
Una volta abbattuti tutti gli zuccheri nel materiale vegetale, l'unica opzione che avevamo prima era quella di produrre etanolo, dice Wyman. Questo presenta più opzioni.
In futuro, un unico centro di produzione, dopo aver raffinato la biomassa in zuccheri, potrebbe produrre biodiesel o etanolo, a seconda della domanda del mercato. Tuttavia, Wyman sottolinea anche che la battaglia economica non è stata necessariamente vinta.
Alla fine è il prezzo alla stazione di servizio in cui queste tecnologie vincono o perdono, non in laboratorio, dice.
Per garantire che sia il biodiesel che l'etanolo diventino più competitivi sul mercato, Wyman afferma che è necessaria una svolta fondamentale per rendere competitivo il carburante diesel o altri prodotti come l'etanolo dagli zuccheri. Secondo lui, i progressi in questo settore potrebbero battere i prezzi all'ingrosso della benzina.
E alcuni credono che la svolta sia all'orizzonte. I progressi negli ultimi due anni nella tecnologia degli enzimi da parte dei laboratori nazionali di energia rinnovabile e di aziende private come Iogen e Novozymes hanno sostanzialmente ridotto i costi di trasformazione della cellulosa, che è allettante vicino a rendere l'intero sistema economicamente competitivo con il gas a basso costo.
Il nuovo processo sviluppato da James Dumesic, professore di ingegneria chimica e biologica presso l'Università del Wisconsin, e Huber contribuirà a ridurre tali costi limitando la quantità di rifiuti, poiché qualsiasi tipo di materia vegetale può essere immessa nel loro sistema. A differenza delle attuali raffinerie di etanolo, che possono funzionare solo con materiali ad alto contenuto di glucosio come il mais, il carburante biodiesel generato da questo processo utilizza la cellulosa, le radici e gli steli di qualsiasi pianta.
Ciò significa che la biomassa di scarto della vasta industria agricola americana - di tutto, dal mais (gli steli e le foglie della pianta) ai gusci di arachidi e alle foglie cadute - può essere utilizzata. Un recente studio del Dipartimento dell'Agricoltura degli Stati Uniti (vedi Quaderno) ha stimato che ogni anno vengono prodotti più di 1,3 miliardi di tonnellate di tali rifiuti. Se tutto fosse trasformato in biodiesel, fornirebbe abbastanza carburante per sostituire un terzo del petrolio consumato negli Stati Uniti. Inoltre, trasformare terreni agricoli attualmente inutilizzati in praterie da raccogliere per la produzione di biodiesel rappresenterebbe facilmente gli altri due terzi del fabbisogno di petrolio.
Ciò, ovviamente, significa che un altro beneficiario di tale trasformazione sarebbero gli agricoltori familiari, secondo Jones di Pacific Ethanol. Le raffinerie di etanolo di proprietà di cooperative di agricoltori forniscono già la maggior parte della produzione di etanolo degli Stati Uniti e le raffinerie di biodiesel potrebbero essere modellate sullo stesso programma.
Affinare questo nuovo processo, tuttavia, è solo il primo passo nel lunghissimo processo di trasformazione del Paese in una nazione a biodiesel. Perché ciò accada, l'intera flotta di auto commerciali degli Stati Uniti dovrebbe passare dai motori a combustione interna a quelli diesel, ovviamente; ma la mossa potrebbe essere allettante, dal momento che i nuovi motori causerebbero meno inquinamento (i veicoli a biodiesel produrrebbero molti meno inquinanti come zolfo e ossidi di azoto).
Un tale cambiamento epocale nell'infrastruttura di trasporto degli Stati Uniti non avverrà rapidamente. Più probabilmente, la produzione di biodiesel inizierà lentamente, per poi crescere su scala industriale, se sarà competitiva con diesel e benzina.
Tuttavia, Huber pensa che il suo team abbia compiuto un passo importante verso lo sfruttamento di una delle risorse energetiche più diffuse, ma meno utilizzate al mondo.
Se questo è un successo, dice, posso dire che ho contribuito a convertire le nostre risorse di biomassa per alimentare il nostro sistema di trasporto.