Dal diesel tradizionale ai nuovi diesel, tutte le tecnologie più promettenti

Articolo di Claudio Mascialino, presidente di Resnova

L’evoluzione della normativa e la riduzione delle emissioni dei veicoli motorizzati diesel sono stati resi possibili grazie al cambiamento della qualità del carburante diesel che si è avuta negli ultimi anni.

In particolare si è dovuto ridurre progressivamente nel diesel il tenore di zolfo, aumentare il numero di chetano (valore che indica la rapidità di un gasolio ad accendersi quando viene iniettato in camera di combustione) e aggiungere  una percentuale di biodiesel FAME (Fatty Acid Methil Ester) ricavato dal processo di  trasformazione (trans-esterificazione) degli acidi grassi ottenuti da olii vegetali o grassi animali. Il linea di principio gli olii vegetali dovrebbero provenire da coltivazioni non-food e quindi non sottrarre terreni coltivabili. Alcune sperimentazioni hanno visto l’utilizzo di biomasse impiegate per ridurre in carico di inquinanti su terreni contaminati, oppure il riutilizzo di oli vegetali di scarto come olii di frittura o provenienti da altri processi.

Il cambio della qualità del carburante ha comportato anche la modifica della filiera di produzione, includendo ammodernamenti delle raffinerie e accorciamenti della logistica distributiva per evitare la contaminazione del carburante diesel che si trova maggiormente esposto alla formazione di batteri, alghe e muffe vista la riduzione di un biocida naturale come lo zolfo ora presente in percentuali inferiori ai 10ppm (parti per milione) e al continuo aumento della percentuale di biodiesel che presenta un quantitativo maggiore di acqua, veicolo ottimale per la proliferazione batterica.

La qualità del diesel in Europa è determinata dalla normativa EN590* che ha subito molte evoluzioni negli ultimi anni, come si può notare dalla tabella sotto riportata:

*La normativa EN590 è valida per veicoli stradali, altre tipologie di veicoli possono utilizzare carburanti con specifiche leggermente differenti.

Le società petrolifere restie al cambiamento, tanto che nei i primi anni si sono rifiutate di addizionare biodiesel nel diesel tradizionale e hanno preferito pagare multe sostanziose, negli ultimi anni, obbligate dalla normativa, hanno deciso di sfruttare l’immagine ambientale e hanno portato sul mercato carburanti alternativi aggiungendo al diesel biodiesel e altri additivi per migliorare il numero di cetano e ridurre l’impatto ambientale complessivo.

Molte società petrolifere si sono limitate ad additivare al diesel biodiesel nei quantitativi richiesti dalla normativa e aggiungere prodotti che migliorano il cetano e additivi detergenti per gli iniettori. La società petrolifera nazionale Eni ha invece proposto al mercato un prodotto innovativo chiamato diesel +.

Il diesel+ viene prodotto nello stabilimento di Porto Marghera che è stato trasformato in bioraffineria. Grazie a un innovativo processo di produzione, chiamato “Ecofining™”, l’idrogeno (idrogenazione degli oli vegetali) sostituisce il metanolo nella produzione di biodiesel eliminando completamente l’ossigeno contenuto nella materia prima e ottenendo così un prodotto idrocarburico perfettamente miscibile con il diesel e in grado di garantire un’elevata componente rinnovabile del carburante e un alto potere energetico.

 

Tabella: confronto tra diesel tradizionale, Diesel con aggiunte di biodiesel e diesel+

Il vantaggio particolare del nuovo additivo, miscelato in percentuale del 15%, ma potenzialmente di possibile utilizzo fine al 100% (se non fosse per problemi normativi sulla densità del combustibile), risiede nel fatto che si supera in modo sostanziale il cosiddetto “blend wall”, ossia il limite finora fissato come tollerabile per l’aggiunta di componenti bio nel carburante (fissato al 7% in caso del diesel) e che nel 2020 dovrà raggiungere il 10%.

Il biodiesel normale, a differenza del diesel+, viene ottenuto da un processo che, attraverso una reazione di transesterificazione, trasforma la biomassa in un prodotto (biodiesel) in cui però permane l’ossigeno contenuto nella materia prima di partenza, pertanto, non essendo un componente completamente idrocarburico può presentare, ad alte concentrazioni, problemi di compatibilità con la matrice fossile a cui viene additivato, per tale ragione la sua percentuale viene limitata.

Il prodotto diesel+ ha quindi il pregio di non essere considerato additivato da biodiesel ed è quindi rifornibile su qualunque mezzo diesel senza limitazione della percentuale massima come invece avviene nei prodotti additivati con biodiesel.

La proposta Eni diesel +, a parte la componente rinnovabile del 15%, leggendo i dati, sebbene non verificati, provenienti del produttore stesso, sembra avere una minor quantità di aromatici, poliaromatici e zolfo e test certificati hanno misurato una riduzione pari al 20% del particolato (misurato a monte dei filtri) con un taglio del 40% negli idrocarburi incombusti e un abbattimento pari a quasi la metà del monossido di carbonio complessivo, l’anidride carbonica  viene invece tagliata del 5%.

Importante è anche la provenienza della materia prima di base da cui ricavare  il diesel+, oggi si stanno studiando tre possibili fonti, decisamente rinnovabili e non food, come bio-olio lipidico da biomasse lignocellulosiche (una fermentazione che trasforma zuccheri in lipidi, separati dalla parte acquosa per raggiungere il bio-olio utilizzabile in raffinazione), bio-olio da micro alghe (biomasse di terza generazione che non sfruttano terreno, riciclano la CO2 prodotta dall’impianto e danno vita ad un ciclo chiuso di produzione ad altissima efficienza), Waste to fuel (riciclo di parte della frazione umida dei rifiuti solidi urbani, aprendo una nuova frontiera del riciclaggio e del compostaggio).

Parlando invece di tecnologie affermate per la produzione del diesel non fossile, non possiamo non citare il diesel GTL (Gas To Liquid) ricavato dalla tecnologia che permette di convertire il gas naturale in diesel, utilizzando il processo di  Fischer-Tropsch®. Tale processo, sviluppato nel lontano 1920, utilizza catalizzatori speciali per convertire il gas naturale, attraverso una monossido di carbonio-idrogeno intermedio in una miscela di idrocarburi sintetici denominati syncrude. Il syncrude viene ulteriormente raffinato attraverso isomerizzazione, hydrocracking/ hydrotreating  e processi di frazionamento per la produzione del combustibile finale.

Il diesel syncrude o  diesel GTL, è un prodotto con  eccezionali proprietà, è composto quasi esclusivamente da paraffine, praticamente senza contenuto di idrocarburi o di olefine aromatiche ed è quasi privo di zolfo e azoto. Il numero di cetano del diesel GTL è significativamente superiore al diesel convenzionale – tipicamente nella gamma da 70 a 75.

Allo stesso tempo, il diesel GTL adeguatamente trattato è completamente compatibile con la tecnologia diesel esistenti può essere usato in modo intercambiabile (e misto) con gasolio convenzionale. La densità di energia di GTL diesel è simile al diesel convenzionale. Tipicamente il diesel GTL permette prestazioni migliori rispetto al diesel convenzionale per quanto concerne il monossido di carbonio, gli ossidi di azoto, e le emissioni di particolato, mentre non fornisce alcun vantaggio in termini di emissioni allo scarico di CO2.

Sicuramente la ricerca di fonti alternative che possano sostituire il diesel fossile è solo agli albori, la scelta dei biocarburanti nasce da una esigenza sempre più evidente di tagliare le emissioni per portare sotto il livello di guardia il particolato nelle zone urbane a maggior traffico. Ci sono molti prodotti e progetti innovativi, molti però sono purtroppo solo all’inizio e ci vorranno anni prima che possano essere utilizzati su larga scala, sempre che riescano ad essere competitivi. Il produttore tedesco Audi ad esempio sta sviluppando un nuovo carburante sintetico chiamato “e-diesel”, prodotto da un impianto sperimentale in collaborazione con Sunfire, il nuovo carburante dovrebbe essere creato da biossido di carbonio ed acqua, utilizzando energia rinnovabile per la sua produzione. Il processo di produzione prevede l’utilizzo di energia eolica o solare per separare da una molecola d’acqua l’idrogeno dall’ossigeno (idrolisi), l’idrogeno viene poi fatto reagire con ossido di carbonio ricavato a sua volta da anidride carbonica (ossia biossido di carbonio) estratto dall’aria o da processo di combustione, il mix ricavato viene poi ulteriormente raffinato per ottenere l’e-diesel. Ad oggi si sono prodotti pochi litri del prodotto, dall’impianto escono meno di 100litri/giorno, non proprio sufficienti a rimpiazzare il vecchio diesel.

Tra i prodotti innovativi merita di essere citato il gdiesel che nasce dalla combinazione di diesel con gas naturale, il prodotto cosi ottenuto migliora le prestazioni del motore e ne abbatte quindi i consumi e le emissioni. L’inventore del gdiesel è il Dr. Rudolf Gunnerman, che ha un background di 40 anni nello sviluppo e nella commercializzazione di tecnologie energetiche e  carburanti speciali.  Senza entrare nel dettaglio del processo catalitico ClearRefining brevettato, il processo facilita il collegamento delle molecole di  idrogeno del gas naturale con la catena di carbonio delle molecole diesel, la catena di carbonio di molecole di conseguenza si riduce, migliorando le caratteristiche di combustione, per fare un’analogia facilmente comprensibile è come mettere sul fuoco un grande pezzo di legno (diesel tradizionale) o un insieme di trucioli di legno più piccoli (gdiesel) che bruciano più facilmente, con conseguenti emissioni più pulite e prestazioni più elevate. Il gdiesel ha più idrocarburi con un peso inferiore molecolare (quei piccoli “chips” che bruciano meglio), e un minor numero di idrocarburi con più alto peso molecolare che producono più fuliggine ed emissioni di particolato. Il gdiesel è attualmente prodotto in Nevada con una capacità produttiva pari a 200.000 galloni/giorno, la percentuale di additivazione nel diesel normale non può superare ancora il 10%.

Molta più strada dovrà invece fare per giungere sul mercato il “Myco-diesel”, combustibile ricavato da un fungo della foresta pluviale della Patagonia, scoperto dal team del Prof. Gary Strobel della Montana State University e recentemente pubblicato sulla rivista Microbiology. Il fungo in questione chiamato “Gliocladium roseum” sottoposto ad un ambiente con ossigeno limitato produce un gas contenente molte componenti del diesel. Non si sa ancora quando potremo riempire i nostri serbatoi con questo prodotto innovativo e rinnovabile ma sicuramente la ricerca apre la via allo studio dei geni responsabili della produzione del gas.

L’utilizzo di funghi e batteri non è comunque un processo nuovo, un’équipe di ingegneri del MIT guidato dal Prof. Gregory Stephanopoulos sta utilizzando il batterio “Moorella thermoacetica” per convertire i gas di sintesi provenienti dai rifiuti agricoli, urbani o industriali, una miscela di CO2 e monossido di carbonio o idrogeno, in acido acetico e poi successivamente con l’ausilio del lievito Yarrowia lipolytica in lipidi dai quali si può ricavare biodiesel.

Indubbiamente la ricerca sarà complessa ma quando avremo finito i combustibili fossili, potremo trovarci a non dover dimenticare la parola “diesel”, che sarà allora prodotto in modo rinnovabile e sostenibile per l’ambiente.

La trazione stradale potrà essere già migrata verso autovetture elettriche e ibridi plug-in ma credo che treni e aerei avranno sempre bisogno di carburanti simili a quelli tradizionali.

Data: Marzo 2016

Fonte: Resnova

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