NUOVI MATERIALI E NUOVE TECNOLOGIE PER LA PREPARAZIONE DI BIODIESEL Paolo Bondioli (INNOVHUB SSI-SSOG) Milano, 10 Febbraio 2012 1
1991 2016 : Venticinque anni di biodiesel La prima produzione Italiana di Biodiesel ha avuto luogo presso l impianto di un terzista (GLARIS Caronno Pertusella, VA) nella primavera 1991, utilizzando un impianto batch da 3 Tonnellate. Il processo utilizzato, con catalisi omogenea, utilizzava olio di semi raffinato come materia prima. Queste esperienze, insieme ad altre realizzate presso alcuni terzisti lombardi, furono utilizzate per la progettazione dell impianto NOVAMONT di Livorno. Il processo messo a punto era all avanguardia per quanto riguardava l obiettivo «zero waste», ma richiedeva olio di qualità superiore a quella food grade in termini di acidità libera, umidità e numero di perossidi. 2
EVOLUZIONE DELLE MATERIE PRIME A. Baig, F.T.T. Ng: A novel green catalytic process for biodiesel production from Jatropha. INFORM (2012), 23(10), 632-655 3
EVOLUZIONE DELLE MATERIE PRIME A. Baig, F.T.T. Ng: A novel green catalytic process for biodiesel production from Jatropha. INFORM (2012), 23(10), 632-655 4
MATERIE PRIME AD ELEVATA ACIDITA PFAD Palm Oil Fatty Acids Distilled (Acidità approx. 90 %) AOCHE- Acid Oils from Chemical Refining (Acidità approx. 50 %) AOPHY Acid Oils from Physical Refining (Acidità approx. 85 %) ANFA Animal Fats, Categoria 1 (Acidità 10 50 %) Ogni feedstock porta con sé problematiche specifiche (insaponificabile, fosforo, zolfo, metalli alcalini e alcalino terrosi, etc.) In ogni caso l elevata acidità non consente di utilizzare queste materie prime negli impianti a catalisi alcalina 5
ADEGUAMENTO TECNOLOGICO DEGLI IMPIANTI Valido solo per acidità ridotte, dirty process, perdite elevate, sottoprodotti difficilmente gestibili J. Valdespino: Glycerolysis pretreatment of high FFA feedstocks. INFORM (2015), 26(5), 322-325 6
ADEGUAMENTO TECNOLOGICO DEGLI IMPIANTI Rimozione acidi grassi per distillazione sotto vuoto, solo per acidità ridotte, energy intensive, rischio formazione TG oligomeri J. Valdespino: Glycerolysis pretreatment of high FFA feedstocks. INFORM (2015), 26(5), 322-325 7
ADEGUAMENTO TECNOLOGICO DEGLI IMPIANTI Classico processo 2 step, esterificazione diretta, seguita da transesteri ficazione. Due catalizzatori, glicerina con ceneri elevate, acqua nel sistema J. Valdespino: Glycerolysis pretreatment of high FFA feedstocks. INFORM (2015), 26(5), 322-325 8
ADEGUAMENTO TECNOLOGICO DEGLI IMPIANTI J. Valdespino: Glycerolysis pretreatment of high FFA feedstocks. INFORM (2015), 26(5), 322-325 Preparazione di oli esterificati utilizzando parte del glicerolo che deriva da reazioni precedenti. Consente di trasformare tutto il feedstock in biodiesel. Processo senza catalizzatore, prepara materiale per impianti tradizionali. Possibile formazione di TG oligomeri, aspetto poco accettabile, auspicabile distillazione. 9
ADEGUAMENTO TECNOLOGICO DEGLI IMPIANTI J. Valdespino: Glycerolysis pretreatment of high FFA feedstocks. INFORM (2015), 26(5), 322-325 Esterificazione/Transesterifi cazione enzimatica. Fattore limitante: disponibilità di enzimi a prezzo accettabile o che mantengono nel tempo la loro attività. Bassa richiesta energetica, acqua ben tollerata, alcool metilico è un fattore limitante 10
PROCESSO ENZIMATICO 1 Enzima immobilizzato A. Tafesh, S. Basheer: Commercial scale biodiesel using immobilized enzymes and waste feedstocks. INFORM (2015), 26(1), 46-51 11
PROCESSO ENZIMATICO 2 Enzima in fase liquida P. M.Nielsen: Enzyme catalyzed biodiesel made from low quality oils. INFORM (2014), 25(7), 412-415 12
ADEGUAMENTO TECNOLOGICO DEGLI IMPIANTI J. Valdespino: Glycerolysis pretreatment of high FFA feedstocks. INFORM (2015), 26(5), 322-325 Contemporanea esterificazione e transesterificazione. Rischio di esterificazione incompleta, formazione di sottoprodotti non prevedibili, elevate pressioni e temperature. Process safety e problemi di scale up. 13
NUOVE TECNOLOGIE A. Baig, F.T.T. Ng: A novel green catalytic process for biodiesel production from Jatropha. INFORM (2012), 23(10), 632-655 14
NUOVE TECNOLOGIE Sistemi catalitici In realtà sistemi catalitici a base di ossidi metallici e zeoliti sono noti da tempo, ma hanno il difetto di essere attivi solo ad alte temperature (> 200 C) e di conseguenza ad elevate pressioni. Da molti anni è in funzione a Sete, FR un impianto che opera secondo questa tecnologia. Nonostante i numerosi anni di esercizio è ancora l unico esistente 15
UNO SGUARDO AL FUTURO Le acque di scarico inviate ai depuratori contengono tutto il necessario per coltivare alghe o batteri COPERTINA DI INFORM, Gennaio 2015 16
DALLA FOGNA AI BIOFUELS C. Herman: Flush to fuel. INFORM (2015), 25(1), 6-13 17
RIFLESSIONI L idea è eccellente e negli Stati Uniti sono già in attività impianti dimostrativi. Progetto OMEGA (Offshore Membrane Enclosures for Growing Algae) Il modello basato su alghe fotosintetiche non è probabilmente trasferibile ovunque a causa della richiesta di superfici importanti e di un elevato livello di illuminazione 18
CI SIAMO QUASI! Dopo un periodo di induzione di alcuni anni materie prime da insetti stanno diventando una realtà. La CE consente l impiego di insetti e farine di insetti per l alimentazione dei pet food e sta finanziando progetti in Horizon 2020. Insetti possono essere coltivati su deiezioni animali, scarti dell industria agricola e alimentari non più utilizzabili, scarti industriali. Normalmente si utilizzano le larve 19
A. A. Malad: Insect oils. Nutritional and industrial applications. INFORM (2011), 22(5), 266-268 20 OLI DA INSETTI
OLI DA INSETTI 21
OLI DA INSETTI 22 G. Tran, V. Heuze, H.P.S: Makkar: Insects in Animal Diet. Animal Frontiers (2015), 5 (2), 37-44
OLI DA INSETTI Mosca soldato Baco da Seta G. Tran, V. Heuze, H.P.S: Makkar: Insects in Animal Diet. Animal Frontiers (2015), 5 (2), 37-44 23
CONCLUSIONI Il mondo del biodiesel si è molto evoluto nel corso degli anni, affrontando di volta in volta problemi derivanti dalla tecnologia di produzione, dalla scelta delle materie prime, dalle richieste del settore automotive e del mondo petrolifero. Il biodiesel è da tempo una commodity, regolato dalla specifica Europea EN 14214 riconosciuta in tutto il mondo. Come tutte le commodities è commercializzato a specifica e non in funzione della materia prima dalla quale deriva. Paradossalmente da molto tempo i produttori sono costretti ad utilizzare materie prime di qualità decrescente, mentre il mercato pone limiti sempre più stringenti alla qualità del prodotto finito. 24
GRAZIE PER L ATTENZIONE Progetti di Ricerca e Rapporti con le Aziende 25