Energia verde: ecologica, economica, sostenibile. Prof. Aurelio Stefanelli Prof. Massimo Cappelluzzo

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1 BIODIESEL Energia verde: eclgica, ecnmica, sstenibile Prf. Aureli Stefanelli Prf. Massim Cappelluzz Tre Girni per la Scula Città della Scienza Via Crgli, 57 Napli

2 BIODIESEL : che cs è? Il bidiesel è un cmbustibile alternativ per mtri a cmbustine interna È un cmbustibile ECOLOGICO ttenut da li vegetali e grassi Dall agricltura : semi di sia, di girasle, di clza, Dagli allevamenti: grassi di pll, maiale, bufali, li di pesce Dagli li vegetali esausti e grassi Gli li vengn trattati cn metanl Gli acidi grassi sn trasfrmati in esteri metilici di acidi grassi (FAME) Il FAME è un bidiesel pur Il bidiesel pur è chiamat BD100

3 BIODIESEL : vantaggi dal su utilizz Il Bidiesel riduce le imprtazini di petrli Ha una elevata efficienza energetica: 1 unità di energia dal petrli prduce 3 unità di energia dal Bidiesel Ci sn diverse altre ptenziali materie prime: alghe,.. Il Bidiesel riduce le emissini Riduce azzera la prduzine netta di CO2 ( la CO2 emessa viene riassrbita durante la crescita e la racclta del materiale Riduce le emissini di particlat (PM), idrcarburi e CO Riduce le emissini di cmpsti dell zlf ( < 0,001%) Il Bidiesel ha bassa tssicità e periclsità Nn prduce benzene cmpsti armatici pliciclici Alt punt di infiammabilità Alt ptere lubrificante Il Bidiesel è bidegradabile

4 BIODIESEL: eventuali incnvenienti Il bidiesel ha minre cntenut energetic del diesel minerale Il bidiesel ha minre fluidità a fredd Punt di rugiada da -3 C a 12 C Richiede preriscaldament in lughi freddi Il bidiesel aumenta le emissini di NOx (circa l 8% in men di BTU/gallne riferit al diesel 2 Reagisce c l N2 dell aria alla temperatura di cmbustine Il bidiesel può avere delle incmpatibilità cn cmpnenti meccanici Frmazine di sedimenti in presenza di alcuni metalli (Zn, Sn, Pb, Cu)

5 BIODIESEL: cme si prduce Reazine di transesterificazine catalitica in ambiente basic Eccess di CH3OH per spstare l equilibri vers i prdtti Acqua e acidi grassi liberi inibiscn la reazine e frman sapni

6 BIODIESEL : cmpsizine chimica Da 6 a 10 tipi di FAME principali dipendenti dalle materie prime: Oli di clza : Eurpa e Nrd America Oli di sia : Nrd America e Cina Oli di palma : Sud Est asiatic Tip li C14:0 Clza C16: C18:0 C18:1 C18:2 C18:3 C20:0 C22:0 C20:1 C22: , Sia 0, Palma 1,

7 BIOPRODOTTI E RESIDUI PRESENTI NEL BIODIESEL Si ttengn dal prcess di transesterificazine Glicerina Acidi grassi liberi Oli nn esterificat Metanl Nn reagit Oli mn esterificat Oli esterificat digliceridi Metalli dal catalizzatre La lr cncentrazine viene misurata nel B100

8 BIODIESEL : cmbustibile per auttrazine Bidiesel pur (B100) generalmente nn è usat (può superare le specifiche meccaniche e tecniche previste) Bidiesel spess usat in miscele cn diesel minerale La cmpsizine della miscela è indicata cme Bxx, dve xx = vl% di Bidiesel Le miscele cmmerciali cmunemente utilizzate sn : B2 (2% Bidiesel) usat cme additiv lubrificante B5 (5% Bidiesel) usat in Eurpa B20 (20% Bidiesel) preferit in US Il miscelament miglira le caratteristiche del bidiesel minerale e riduce gli incnvenienti assciati all us del B100

9 Semi lesi Oli esausti da racclta Filiera del Bidiesel H2O Lubrificanti Oli tecnici Trattament Disidratazine Estrazine Panelli Sansa Esterificazine NaOH Oli vegetale CH3OH Catalizzatre Glicerina grezza Distillazine Decantazine Bidiesel grezz Neutralizzazine CH3COOH Lavaggi Glicerina Miscele 20% 100% in gasli Usi tecnici BD100 miscele 20% 30% in gasli Auttrazine BD20 BD30 Miscele < 5% In gasli Auttrazine BD5 Bidiesel Cmbustine diretta

10 Bilanci energetic del bidiesel Gli studi intrapresi dal NREL sul bilanci energetic relativ alla prduzine di bidiesel ha evidenziat cme l energia utilizzabile da un gallne di bidiesel è 3,2 vlte maggire rispett all energia richiesta per prdurl Input Input Kcal Kcal Estrazineli Energia Slare Prduzine Sia SemidiSia 5.556Kg Farinadisia 4.556Kg(82%) Kcal + esterificazine Semi di sia: 18% li 82% Farina Energia 1000 Kg/bidiesel = Kcal Bidiesel 1000Kg(18%) Kcal Csti prduzine li * 0,18 = Kcal. Csti energetici farina di sia * 0,82 = Cnseguentemente il rapprt Energia Bidiesel = = 2,77 Energia Richiesta ( *0,18) + ( *0,82) In cnclusine si ha un guadagn di energia pari a 2,8, per cui il bidiesel prduce mlta più energia di quanta ne è richiesta per la sua prduzine

11 Il Prgett «bidiesel» Descrizine generale del prgett Messa a punt di un cicl di prduzine di bicarburante (bidiesel) a partire da li alimentari esausti (li di frittura) Definizine dell'biettiv del prgett Realizzazine della reazine cn un impiant di tip labratriale Analisi chimica sugli li per valutazine idneità al prcess; Prduzine di Bidiesel (B100); Purificazine del prdtt; Recuper della glicerina quale sttprdtt di pregi; Cntrll qualità del bidiesel. Definizine dell'ambit del prgett Attività di labratri in rari curriculare extra cn alunni dtati di sufficienti cnscenze Utilizz di materiali e reagenti dispnibili e racclta di li esausti press agriturism del lug Utilizz di cnscenze interdisciplinari riguardanti: Analisi Chimica e labratri, Prcessi Chimici, Chimica Organica, Inglese Lavr di grupp

12 PRODUZIONE BIODIESEL Materiali di partenza Reagenti Oli di sia e/ li vegetale esaust (li di frittura) NaOH e CH3OH (miscela catalitica) Prprzine reagenti Oli :x (litri) CH3OH : 0,2*x (litri) NaOH : 3,5*x (grammi) li di sia 1000 ml (li di sia) 3,5 g di NaOH ml CH3OH (miscela catalitica) Oli esaust (di frittura) 1000 ml li esaust 7,0 g di NaOH ml CH3OH (miscela catalitica) Eccess di NaOH per eliminare residui rganici e vapre acque Prdtti 1 litr bidiesel + 0,200 litri glicerina 998 g di bidiesel g di glicerina + 1-2% impurezze

13 PRODUZIONE BIODIESEL Operazini preliminari Determinazine dell'acidità dell'li (analisi vlumetrica) Determinazine numer di idi ( analisi vlumetrica) Filtrazine li vegetale per eliminare residui di cttura Filtrazine su lett di Na2SO4 per eliminare tracce d acqua

14 PRODUZIONE BIODIESEL Alcl Metilic CH3OH Miscela catalitica Idrssid di Sdi NaOH Riscaldament li

15 PRODUZIONE BIODIESEL Esterificazine Decantazine (24 re) Separazine bidiesel Glicerina

16 PRODUZIONE BIODIESEL Distillazine Recuper Metanl Utilizz di CH3OH in eccess per spstare la reazine vers i prdtti Distillazine dei sttprdtti glicerina e metanl per recuperare il metanl e purificare la glicerina

17 PRODUZIONE BIODIESEL Utilizz glicerina Industriale La glicerina ha la capacità di idratare la pelle, per quest mtiv entra a far parte di numerse preparazini ad us csmetic: creme, sapni, gelatine, li Ha un azine antisettica grazie alla capacità di disidratare i batteri E' un ttim slvente cn prprietà stabilizzanti e cnservanti. la si può aggiungere al calcestruzz. Aggiunta al cement ne miglira la Glicerina Segatura resistenza alla cmpressine e alle alterazini dvute agli agenti atmsferici. E un ttim sgrassatre Dmestic Cmbustibile : Panetti in miscela cn segatura X g 0,6 * X g glicerina segatura Bricchett Cmbustine

18 PRODUZIONE BIODIESEL Neutralizzazine bidiesel Misura del ph Calcl ph sluzine di Acid Acetic (ph CH3COOH = 14,0 phbd) Vlume di sluzine da usare: Lavaggi Bidiesel

19 PRODUZIONE BIODIESEL Cmbustine del Bidiesel prdtt Prdtt finale

20 PRODUZIONE BIODIESEL : cntrll qualità prdtt Misura dell'acidità UNI EN (< 0,5 mg KOH/g prdtt) rappresenta la quantità di acidi grassi liberi Numer di idi UNI EN 1411 ( < 120 g I2/100 g prdtt) rappresenta il grad di insaturazine e quindi dei dppi legami presenti Percentuale di esteri metilici degli acidi grassi ed esteri metilici dell'acid linlenic (C18:2) UNI EN (FAME 9,6% e C18:2 12%) Analisi in GC; metdica standard intern

21 PROSPETTIVE FUTURE Utilizz di materie prime diversificate (li di sia, li di girasle, li di clza, li vegetali esausti di frittura; Raffrnt dati sperimentali Cntrll qualità e rispndenza alle specifiche tecniche Sintesi discntinua su scala intermedia Impiant pilta) su quantitativi dell'rdine dei 10 litri per l studi dei parametri del prcess industriale

22 IPOTESI PROGETTUALI Elabrazine di un questinari per la valutazine della quantità di li esausti prdtti in prvincia di Benevent Diversificazine delle fnti (diverse tiplgie di li) e valutazine energetica ed ecnmica delle diverse tiplgie di li Cstruzine di un impiant per la prduzine di bidiesel press il generatre elettric alimentat a bigas prdtt e captat dalla discarica di Pian Brea (BN) sfruttand il calre residu di scart, necessari per la sintesi del bidiesel. Elevata integrazine tra i due sistemi cn ntevle efficienza energetica

23 RICADUTE DIDATTICHE Maggire cnsapevlezza della necessità di definire tecniche di risparmi energetic Maggire cmpetenza a livell labratriale Cnscenza dei meccanismi di implementazine e gestine dei prcessi chimici Capacità di gestire lavri in grupp Affermare la cultura della sperimentazine attravers il ptenziament della didattica labratriale Applicare le tecnlgie infrmatiche alla didattica delle discipline scientifiche La capacità di cnsultazine di una bibligrafia internazinale sull argment trattat Raffrzare l apprendiment nell area tecnic scientifica e prmuvere il merit nell apprendiment delle discipline scientifiche e tecnlgiche

24 Grazie per l attenzine prestata Eunt, quaitur, nn quaendum, est via I dcenti Prf. Aureli Stefanelli, Prf. Massim Cappelluzz Gli alunni delle classi IV e V dell IIS «G. Alberti» - Benevent Sezine Chimica, materiali, bitecnlgie