Il biodiesel è costituito da una miscela di esteri monoalchilici di acidi grassi a catena lunga.
Il biodiesel può sostituire il diesel fossile nei motori per autotrazione senza bisogno di modifiche. Infatti:
Gli esteri monoalchilici vengono tradizionalmente prodotti mediante transesterificazione (alcoolisi) dei trigliceridi (in genere oli o grassi vegetali) con un alcool (metanolo), in presenza di un catalizzatore (in genere NaOH).
La reazione non è irreversibile, dunque si opera in eccesso di alcool per spostare l’equilibrio verso i prodotti. L’alcool in eccesso al termine del processo viene separato e reimpiegato.
Gli esteri monoalchilici e la glicerina (che è il co-prodotto della reazione) costituiscono due fasi liquide immiscibili, facilmente separabili.
La valorizzazione della glicerina rappresenta uno dei problemi da risolvere per rendere economicamente vantaggioso il processo.
Il biodiesel ricavato da oli/grassi vegetali è definito biodiesel di I generazione (Figura 2).
L’impiego del biodiesel di I generazione presenta diversi aspetti positivi:
Gli oli vegetali caratterizzati da un moderato contenuto di residui di acidi grassi insaturi, come gli acidi oleico (C18:1) e linoleico (C18:2), (colza, girasole, soia, mais, ecc.) assicurano facilità di combustione e buona stabilità ossidativa del biodiesel prodotto.
Un’eccessiva concentrazione di residui di acidi saturi a catena lunga, come gli acidi palmitico (C16:0) e stearico (C18:0) determina un punto di congelamento troppo elevato.
Al contrario, un’aliquota eccessiva di residui di acidi fortemente insaturi come l’acido linolenico (C18:3) determina l’abbassamento della stabilità ossidativa del biodiesel.
La diffusione del biodiesel di I generazione è limitata da diversi fattori:
Di conseguenza, la ricerca industriale è concentrata sulla produzione di biodiesel con materie prime ottenibili senza l’impiego di terreni fertili.
In Italia vengono prodotte oltre 250.000 ton/anno di oli residuali. Il loro impiego per la sintesi di biodiesel (Figura 3) offrire un’alternativa al biodiesel di I generazione.
Gli oli residuali vanno pretrattati (filtrazione, decantazione) per rimuovere il particolato solido ed altre impurezze.
La presenza di elevate concentrazioni di acidi grassi liberi (prodotti dall’idrolisi dei trigliceridi) impedisce l’impiego di catalizzatori alcalini, che reagirebbero con gli acidi generando dei sali, che provocano la formazione di schiume. Infatti, i sali si sciolgono nella glicerina, riducendone il valore, mentre le schiume rendono problematica la separazione del biodiesel dalla glicerina, abbassando le rese del processo.
L’impiego di oli/grassi con elevate concentrazioni di acidi grassi liberi richiede l’impiego di catalizzatori non alcalini. Ecco le principali alternative:
Lo svolgimento dell’alcoolisi dei trigliceridi in reattori continui è problematico, in quanto i catalizzatori impiegati sono generalmente omogenei, e perché il sistema di reazione è bifasico in quanto la glicerina non è miscibile con i componenti meno polari (trigliceridi, esteri metilici).
La reazione viene svolta con metanolo in eccesso, in modo da spostare l’equilibrio verso i prodotti, dato che la reazione non è irreversibile.
Nel caso in cui la reazione sia catalizzata da enzimi, l’impiego di reattori fed-batch con alimentazione progressiva del metanolo (Figura 5) consente di mantenere bassa la concentrazione dell’alcool, in modo da limitare l’effetto disattivante del metanolo sull’enzima.
Negli ultimi anni si è andato diffondendo l’interesse per la produzione di biodiesel di II generazione, ottenuto fermentando microorganismi oleaginosi in miscele di zuccheri prodotte mediante idrolisi di materiali lignocellulosici, attraverso i metodi discussi nel capitolo X.
1. Bioreattori discontinui - Parte prima
2. Bioreattori discontinui - Parte seconda
3. Bioreattori continui miscelati
4. Bioreattori continui miscelati - Parte seconda
1. Bioreattori discontinui - Parte prima
2. Bioreattori discontinui - Parte seconda
3. Bioreattori continui miscelati
4. Bioreattori continui miscelati - Parte seconda
10. Biocombustibili di II generazione
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