I Biocombustibili

di Federico Fabbri

cosa sono

I biocombustibili sono sostanze in grado di generare energia provenienti dal trattamento di biomassa ovvero materiale organico di origine vegetale o animale.1 Possono effettivamente essere utilizzati come un sostituto dei combustibili fossili (link perchè si chiamano fossili), col vantaggio che rilasciano molte meno sostanze inquinanti nell’aria e, in particolare quelli derivati da vegetali, i più comuni, liberano una quantità netta di CO2 inferiore. Questo è possibile perchè sono prodotti sfruttando una delle più grandi invenzioni di sempre da parte della natura: la fotosintesi clorofilliana. In breve con la fotosintesi clorofilliana gli organismi vegetali ed alcuni batteri sono in grado, sfruttando l’energia solare, di assorbire il carbonio dalla CO2 liberando ossigeno (O2). Il carbonio sottratto dalla CO2 viene usato dalle piante per formare primariamente zuccheri (o carboidrati) e altri composti organici cioè composti ricchi in carbonio. È proprio l’energia del sole intrappolata dalle piante nei legami chimici del loro organismo che può essere riutilizzata per far funzionare, ad esempio, il motore di un automobile. Così quando bruciamo un biocombustibile vegetale la CO2 che viene liberata dalla combustione(link con processo di combustione e liberazione CO2) è circa la stessa che la pianta ha originariamente assorbito nel corso della sua crescita.

Nonostante quanto detto fin’ora va sottolineato che ogni tipo di biocombustibile industrialmente prodotto fin’ora fa aumentare, se pur in quantità relativamente contenute, la quantità netta di Co2 nell’aria. Cerchiamo ora di capire come questo accada e per farlo analizziamo con maggiore attenzione il processo di produzione.

 

come e da cosa si producono

Nella composizione chimica dei materiali organici carbonio e idrogeno sono solitamente gli atomi presenti in maggiore quantità.

Mentre se andiamo a vedere la composizione degli idrocarburi, ovvero le molecole altamente energetiche di cui è costituito un comune combustibile, essi sono definiti come composti che contengono solamente carbonio e idrogeno.2

Ci accorgiamo così che sono entrambi composti prevalentemente dalle stesse due specie di atomi,  carbonio e idrogeno.

Partendo da  questo presupposto viene da chiedersi perchè non sia possibile “saziare” la nostra auto coi rifiuti provenienti dal bidone delle immondizie della nostra cucina, che sono di fatto materia organica. Non sarebbe questa un’alternativa economica ed ecologica alla sempre più costosa benzina?

La chiave del dilemma sta nel fatto che per quanto le nostre immondizie, contengano un’alta percentuale dei due elementi in questione, questi devono essere raccolti e in seguito organizzati in precise e selezionate disposizioni molecolari. Quanto avvine sui fondali oceanici, per un’apparentemente casuale serie di coincidenze, e nelle industrie di biocombustibile che sono vere e proprie distillirie di idrocarburi, è in breve proprio questo: viene concentrata la parte utile della materia organica (contenente carbonio e idrogeno), scartata quella superflua e riarrangiata la struttura chimica in modo che possa essere tramutata in idrocarburi cioè sostanze altamente energetiche e predisposte per essere usate efficacemente come carburante da un normale motore. Chiaramente per fare ciò servono condizioni particolari ed energia che nei fondali oceanici è fornita dalle elevate pressioni e temperature tipiche di quegli ambienti estremi mentre in un industria di biocombustibile vengono tratte solitamente proprio dai combustibili fossili.

Questa neccessità di consumare energia, e quindi di bruciare combustibili fossili, per convertire i vari tipi di materia organica in idrocarburi è il motivo per cui anche i biocombustibili fanno aumentare la quantità netta di CO2 atmosferica.

Un’ulteriore rilascio di CO2 avviene per l’utilizzo di combustibili fossili nel processo di coltivazione che include l’uso di fertilizzanti la lavorazione della terra e il trasporto dei raccolti.

In pratica la quantità di CO2 che liberiamo nell’aria immettendo biocombustibile di origine vegetale nella nostra auto è uguale alla CO2 prodotta dalla combustione all’interno del motore meno quella assorbita dalle piante durante la loro crescita, circa 0, a cui si somma quella liberata nel processo di produzione che avviene attraverso l’utilizzo di combustibili fossili.

Come accennato in precedenza un’altro vantaggio dell’uso dei biocombustibili nel settore dei trasporti è che questi contengono meno sostanze secondarie quali zolfo azoto monossido e il loro utilizzo potrebbe essere una soluzione per lo meno parziale al problema dell’inquinamento nelle città, dove spesso una vera e propria foschia, il cosìdetto smog è generata dai tubi di scappamento delle auomobili. Il termine smog è infatti stato ideato per distinguere la comune nebbia che si forma quale evento metereologico naturale in corrispondenza di alti livelli di umidità e la foschia tipica dei centri urbani trafficati. La parola smog non è altro che la somma di due parole inglesi smoke (fumo) e fog (nebbia).

 

Tipologie di biocombustibili:

Nell’ambito dei biocombustibili rientrano diversi prodotti che si distinguono fra quelli di prima generazione e di seconda generazione detti anche di tipo avanzato.

Prima generazione: sono ottenuti da coltivazioni di piante utilizzate per la produzione di alimenti quali grano, mais, barbabietola da zucchero, canna da zucchero, soia, girasole, palma da olio ed altri ancora.

Seconda generazione (o di tipo avanzato): ottenuti da materiali organici, non utilizzati in ambito alimentare, quali rifiuti, residui agricoli e forestali, e alcune particolari specie di piante. La produzione di biocombustibile da questi materiali è considerato maggiormente sostenibile in quanto libera una minor quantità di gas serra e “non comprende l’utilizzo di possibili risorse alimentari”.3

Fanno parte di questa categoria anche i biocombustibili ricavati da microalghe, detti anche biocombustibili di terza generazione. Offrono numerosi vantaggi in quanto necessitano di spazi molto più contenuti potendo essere coltivate “in verticale” ovvero in contenitori che si sviluppano verso l’alto, può essere utilizzata acqua salata non potabile per la loro crescita e possono essere coltivate anche in ambienti marginali di basso interesse biologico ed agricolo, i prodotti ottenibili sono molteplici e oltre ai biocombustibili è possibile ottenere diversi supplementi alimentari e cosmetici.

Come detto in precedenza è possibile ottenere combustibile da materiale organico di vario genere di cui fanno parte anche i rifiuti domestici, industriali e agricoli. Le tecnologie in grado di trasformare prodotti di rifiuto in biocombustibile potrebbero rappresentare una importante risorsa in un mondo in cui i nostri rifiuti sono destinati ad aumentare e vi è un sempre maggiore bisogno di riciclare ciò che buttiamo.

Il processo per la generazione del biocombustibile da microalghe, non è altro che un riadattamento di un processo naturale che, dalla notte dei tempi, avviene negli oceani dove, le microalghe planctoniche naturalmente sospese nell’acqua di mare dopo aver completato il loro ciclo vitale assorbendo anidride carbonica, vanno a depositarsi sui fondali marini in cui le particolari condizioni fisico chimiche le trasformano in combustibile fossile. Ciò avviene in milioni di anni. La grande innovazione tecnologica per la produzione dei biocombustibili sta proprio nell’essere riusciti a far avvenire un processo analogo in condizioni controllate e soprattutto in un tempo straordinariamente breve.

 

Sviluppo dei biocombustibili sul mercato, problematiche e possibili vantaggi:

Da quanto detto fin’ora sembrerebbe che i biocombustibili siano una soluzione semplice ed ecologica, basterebbe modificare motori e altri apparecchi meccanici in modo che possano funzionare efficacemente con questi composti organici. Vi sono però diverse controversie nell’utilizzo dei biocombustbili. Oltre al fatto che dipendono dall’utilizzo di combustibili fossili va tenuto conto che per essere prodotti sono neccessari terreni per le coltivazioni, di conseguenza si rischia di sottrarre terreni adibiti alla produzione alimentare. Con la popolazione mondiale in continuo aumento di cui  circa un quarto (1.29 milioni di persone nel 2008) vive sotto la soglia di povertà (1.25$ al giorno secondo la Banca Mondiale4) togliere terreni coltivabili rischierebbe di far aumentare ulteriormente questo inquietante numero. Inoltre un errata gestione dei terreni potrebbe causare consistenti danni all’ambiente ed alla biodiversità conseguentemente ad interventi di deforestazione, impiego eccessivo di fertilizanti, utilizzo di specie invasive e geneticamente modificate.

Nonostante le problematiche appena citate si ritiene che la produzione di biocombustibili correttamente pianificata e gestita potrà fornire risorse di energia maggiormente sostenibili in futuro procurando opportunità di gestione dei terreni, conservazione delle pratiche agricole, adattamento al cambiamento climatico e sviluppo dell’agricoltura di sussistenza.5

L’IEA ( International Energy Agency) è un’organizzazione intergovernativa con lo scopo di facilitare il coordinamento delle politiche energetiche per i 28 paesi membri (gran parte dei paesi europei, Italia compresa, U.S., Canada, Australia e Giappone fra gli altri) che negli ultimi anni ha dato crescente importanza allo sviluppo sostenibile.

Gli studi dell’IEA si sono dunque concentrati sullo sviluppo di nuove risorse energetiche fra cui i biocombustibili. Di seguito si riportano alcuni punti salienti pubblicati dall’IEA a proposito dello sviluppo dei biocombustibili come risorsa energetica:

I biocombustibili potranno assumere un ruolo importante nella riduzione della CO2 atmosferica negli anni a venire, in particolare nel settore dei trasporti assicurando una possibile fonte sicura e sostenibile di energia.

Si stima che nel 2050 il 27% del carburante utilizzato nel settore dei trasporti proverrà da biocombustibili.

Per raggiungere tali obiettivi viene specificato come sia neccessario un miglioramento nell’efficenza delle coltivazioni attualmente utilizzate riducendo l’apporto di combustibili fossili utilizzati e senza interventi dannosi sull’ambiente come la conversione di foreste in campi coltivabili.

Inoltre viene sottolineata l’importanza dello sviluppo a livello commerciale delle tecnologie di tipo avanzato che si prevede diventino la principale fonte di biocombustibile nel 2050.6 Infatti gli attuali processi di produzione non sempre riducono le emissioni di gas serra nei livelli attesi ne tantomeno raggiungono i target di mercato previsti causa prezzi di produzione che in alcuni casi risultano troppo elevati.7

Per raggiungere gli obiettivi sovracitati si specifica la fondamentale importanza della cooperazione a livello internazionale e dell’adozione di appropriate strategie economico-politiche su scala globale.6

 

Situazione nel mondo

Al momento l’utilizzo dei biocombustibili è in crescita in particolare nell’ambito dei carburanti utilizzati nel settore dei trasporti. Globalmente circa il 3% dell’energia nell’ambito dei trasporti stradali proviene dall’utilizzo di biocombustibili. In particolare etanolo che solitamente viene usato miscelato con la normale benzina. I maggiori produttori di etanolo sono Stati Uniti e Brasile che insieme sono responsabili del 90% della produzione di questo combustibile nel mondo (57% U.S. e 33% Brasile). 7

In Brasile dove il clima e gli ampi terreni coltivabili favoriscono la produzione di biocombustibile su ampia scala i biocombutibili giocano un ruolo da protagonisti sulla scena economica. Infatti il Brasile è il secondo produttore al mondo e il maggiore esportatore di etanolo (http://www.biofuelstp.eu/s_america.html). Il 23% della richiesta di combustibile per i trasporti stradali del paese è coperta dall’etanolo ricavato principalmente dalla canna da zucchero. 7

Negli Stati Uniti l’etanolo è ottenuto principalmete da mais. Dunque la maggior parte delle risorse di biocombustibile utilizzate oggi provengono da piante che fanno parte della prima generazione. Questo perchè le innovazioni in campo economico e tecnologico viaggiano spesso a due velocità differenti.

Per quanto riguarda l’Unione Europea è il principale produttore di biodiesel col 53% della produzione mondiale. Si prevede però che alcuni stati europei passino da biodiesel ad etanolo in quanto il secondo è ritenuto più conveniente.8

Per quanto riguarda questo tipo di biocombustibile, il biodiesel, è ricavato principalmente dal trattamento di grassi e oli vegetali e animali.

 

Bibliografia

1 http://www.iea.org/topics/biofuels/

2 http://goldbook.iupac.org/H02889.html

3 http://www.biofuelstp.eu/fuelproduction.html

4 http://web.worldbank.org/WBSITE/EXTERNAL/TOPICS/EXTPOVERTY/0,,menuPK:336998~pagePK:149018~piPK:149093~theSitePK:336992,00.html

5 http://www.iucn.org/what/tpas/energy/key/biofuels/

6 http://www.iea.org/newsroomandevents/pressreleases/2011/april/name,20302,en.html

7 http://www.iea.org/topics/biofuels/

8 http://www.worldwatch.org/biofuels-make-comeback-despite-tough-economy