I biocarburanti come il bioetanolo, sono combustibili liquidi o gassosi prodotti da frazioni biodegradabili di prodotti, resti di produzione agricola, nonché frazioni biodegradabili di rifiuti industriali e urbani.
Tuttavia, l’etanolo prodotto da fonti energetiche rinnovabili è uno dei biocarburanti più promettenti per il futuro. Sebbene i carburanti a bioetanolo possano essere fabbricati usando la reazione chimica tra etilene e corrente elettrica, viene principalmente prodotto attraverso la fermentazione di zuccheri derivati da colture contenenti amido, come mais, grano, canna da zucchero, ecc.
Attualmente è utilizzato nell’industria dei carburanti come additivo per la benzina. È un combustibile ad alto numero di ottano e ha sostituito il piombo come esaltatore di ottano nella benzina. La miscelazione di etanolo con benzina ha l’obiettivo di ossigenare la miscela di carburante in modo che bruci completamente e riduca le emissioni nocive. La miscela più comune è il 90% di benzina e il 10% di etanolo.
Il bioetanolo è interamente composto da prodotti biologici e quindi la combustione del bioetanolo produce emissioni più pulite (anidride carbonica, vapore e calore). L’anidride carbonica viene assorbita dalle piante e processata tramite fotosintesi per aiutare la pianta a crescere. Questo ciclo di creazione e combustione di energia significa che il bioetanolo potrebbe essere potenzialmente una fonte di combustibile a emissioni zero.
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Come avviene la produzione di bioetanolo
I rifiuti di biomassa sono costituiti da una complessa miscela di polimeri di carboidrati come cellulosa, emi cellulosa e lignina. La biomassa viene pre-trattata con acidi o lasciata reagire con enzimi per ridurre le dimensioni della materia prima e produrre zuccheri.
I polimeri di carboidrati vengono scomposti con l’aiuto di enzimi o diluiti acidi in zucchero saccarosio e quindi fermentati in bioetanolo. Tuttavia, la lignina presente nella biomassa viene utilizzata come combustibile per le caldaie in cui viene prodotto il bioetanolo. L’idrolisi enzimatica, l’idrolisi acida concentrata e l’idrolisi acida diluita sono i tre metodi di base per estrarre lo zucchero dalla biomassa.
Inoltre, il mais può essere trasformato in etanolo mediante macinazione a secco o macinazione a umido. Nel processo di macinazione a secco, il chicco di mais viene pulito e scomposto in particelle fini attraverso la macinazione a martello. Questo processo crea una polvere con una consistenza di tipo farina. Il processo di macinazione a umido prevede l’immersione del chicco di mais in acqua calda per abbattere le sue proteine e rilasciare l’amido.
Una volta che la biomassa o il mais vengono scomposti in zucchero attraverso il processo di idrolisi, la soluzione di zucchero è pronta per essere fermentata in etanolo. L’aggiunta di lievito alla soluzione seguita da un rapido riscaldamento converte gli zuccheri di saccarosio in fruttosio e glucosio con l’aiuto dell’invertasi presente nel lievito.
Questi zuccheri reagiscono ulteriormente con un altro enzima, la zimasi, contenuto nel lievito per produrre etanolo e anidride carbonica. Il processo di fermentazione viene effettuato a temperature comprese tra 250 e 300 gradi centigradi. L’etanolo così prodotto subisce il processo di distillazione frazionata per rimuovere l’acqua in eccesso prodotta durante il processo di fermentazione.
Benefici del bioetanolo
Il bioetanolo ha una serie di vantaggi rispetto ai carburanti convenzionali. Innanzitutto, è prodotto da una risorsa rinnovabile (come le colture). L’anidride carbonica netta è quindi poco o nulla aggiunta all’atmosfera, rendendo il bioetanolo una fonte di energia benefica per l’ambiente.
La rete di trasporto su strada contribuisce notevolmente al rilascio di emissioni di gas a effetto serra nell’atmosfera e, con l’uso del bioetanolo, i tassi di emissione possono essere drasticamente ridotti. È anche biodegradabile e meno tossico rispetto ai combustibili fossili.
Inoltre, la miscelazione del bioetanolo con la benzina compensa la diminuzione delle forniture di petrolio in tutto il mondo, garantendo in tal modo una maggiore sicurezza del carburante e limitando la dipendenza straniera per l’approvvigionamento di carburante. La comunità rurale trarrà inoltre vantaggio dall’aumento della domanda per far crescere le colture necessarie per produrre bioetanolo.
Riduce inoltre l’emissione di monossido di carbonio prodotto dai vecchi motori di veicoli e migliora quindi la qualità dell’aria. Un altro vantaggio importante del bioetanolo è la facilità di integrazione con l’attuale sistema di alimentazione del trasporto su strada: il bioetanolo può infatti essere facilmente miscelato con carburanti convenzionali (fino al 15%) senza necessità di modifiche al motore.
Applicazioni
Il bioetanolo può essere utilizzato nei motori a benzina in alternativa alla benzina. Può essere miscelato con benzina praticamente a qualsiasi percentuale. La maggior parte dei motori a benzina esistenti funzionano con miscele fino al 15% di bioetanolo e petrolio.
Il numero di ottani più elevato di bioetanolo rispetto alla benzina senza etanolo aumenta il rapporto di compressione del motore, aumentando l’efficienza termica. Viene anche utilizzato per alimentare stufe oppure caminetti a bioetanolo. È estremamente adatto per l’uso residenziale in quanto privo di fluidità e non richiede un camino.
Altre importanti applicazioni del bioetanolo includono:
- Combustibile per la generazione di energia mediante combustione termica
- Carburante nei sistemi di cogenerazione
- Materia prima nell’industria chimica
- Carburante per celle a combustibile mediante reazioni termochimiche
Impatto ambientale
Migliorare la qualità dell’aria è una delle funzioni più importanti del bioetanolo. Se aggiunto al carburante, il bioetanolo riduce l’uso di composti di benzina cancerogeni come etilbenzene, xilene, toluene e benzene. Riduce inoltre le emissioni di piccoli particolati e fuliggine dei carburanti e le emissioni di gas serra.
I progetti di impianti di etanolo a risparmio idrico sono molto comuni. Inoltre, l’acqua scaricata da queste piante è regolata in modo tale che l’acqua sia ecologicamente neutra quando lascia la pianta.
Alcuni impianti gestiscono e riutilizzano le acque reflue generate durante il processo di etanolo. Pertanto, è evidente che l’uso del bioetanolo ha un effetto positivo sull’ecologia, riduce al minimo le emissioni di gas di scarico e migliora la sicurezza energetica e il funzionamento delle strutture di trasporto.