Togliere il piede dal gas con i biocombustibili
24 Aug 2020
KPI ambientali sempre più rigorosi e la crescente domanda di carburante sono fattori chiave per il successo dei biocombustibili, che si sta evolvendo di pari passo alla concorrenza delle regioni per assicurarsi opportunità di mercato per i produttori agricoli. Le tecnologie di GEA garantiscono lo sfruttamento ottimale delle risorse naturali, comprese le materie prime di nuova generazione per la produzione di biocombustibili avanzati.
Secondo le Prospettive agricole OCSE-FAO del 2019, la futura domanda di biocombustibili sarà ancora più fortemente influenzata dalle politiche nazionali e regionali, poiché i Paesi perseguono le proprie strategie per allontanarsi dai combustibili fossili, garantendo al contempo agli agricoltori mercati per le materie prime. Gli Stati Uniti e l'UE sono ben posizionati nella produzione di biocombustibili, ma in futuro saranno i paesi al di fuori di queste regioni a trainare la crescita in questo settore.
Abbiamo incontrato Barbara Harten, Application Manager, Renewables, eEckard Maedebach, Product Manager Distillation, entrambi di GEA, per parlare di questo settore in evoluzione e di come GEA stia supportando l'industria della trasformazione con soluzioni meccaniche e termiche efficienti.
Cosa sono i biocombustibili e come si producono?
BH:I biocombustibili sono prodotti in parte o completamente a partire da materiale vegetale o grassi animali. Il fatto che queste "materie prime" siano rigenerative significa che sono generalmente classificate come risorse rinnovabili. La maggior parte dei biocombustibili viene miscelata in percentuale nella cosiddetta benzina fossile o diesel per adattarsi ai motori esistenti. I biocombustibili convenzionali o di prima generazione sono prodotti da materie prime fresche o commestibili, come oli e grassi, e sono in uso da oltre 30 anni. I biocombustibili di seconda generazione o avanzati sono prodotti da materie prime non commestibili, compresi i grassi animali, gli oli da cucina usati e i rifiuti contenenti zucchero; in questo caso l'obiettivo è quello di ridurre al minimo l'uso di materie prime che possono essere utilizzate nell'alimentazione umana.
I biocombustibili comunemente usati sono:
- bioetanolo
- biodiesel
- biogas
- biobutanolo
Il bioetanolo, che dipende dalla fermentazione degli zuccheri e degli amidi vegetali, è un succedaneo della benzina. Secondo le Prospettive agricole OCSE-FAO del 2019, circa il 60% del bioetanolo viene prodotto dal mais, il 25% dalla canna da zucchero, il 7% dalla melassa, il 4% dal grano e il resto da altri cereali, manioca o barbabietole da zucchero. Al contrario, circa il 77% del biodiesel, un surrogato del diesel derivante da una reazione chimica tra lipidi (vegetali o animali) e alcool, si basa su oli vegetali: 30% di olio di soia, 25% di olio di palma, 18% di olio di colza (canola) e circa 22% di oli da cucina usati.
Il biogas viene prodotto attraverso la fermentazione di materia organica in assenza di ossigeno, nota come digestione anaerobica. La carta, il legno, alcune materie plastiche, il fogliame essiccato, il letame e i rifiuti urbani sono tutti esempi di materiale organico che si può utilizzare in questo processo. Il biogas, che brucia facilmente e senza inquinare troppo, può essere utilizzato per produrre elettricità verde. Se compresso, può essere utilizzato anche per alimentare i veicoli. Il biobutanolo può essere utilizzato direttamente al posto della benzina senza alcuna trasformazione. Deriva dalla fermentazione di batteri e alghe; gli elevati costi di produzione rimangono comunque una barriera ad un suo più diffuso utilizzo.
Oltre a provenire da risorse rinnovabili, quali altri vantaggi hanno i biocombustibili rispetto ai combustibili fossili?
EM:I biocombustibili emettono meno CO2 se si mantiene una bassa impronta di CO2 nel cosiddetto ciclo "well to wheel" (dal pozzo alla ruota) e hanno densità energetiche vicine a quelle dei combustibili fossili. E a seconda del tipo, i biocombustibili contengono meno o addirittura nessun composto di zolfo. Poiché i biocombustibili sono prodotti con materiali rinnovabili, vengono spesso considerati negli obiettivi di riduzione delle emissioni di gas serra e sono quindi soggetti a sovvenzioni più frequenti, il che contribuisce al loro uso intensivo nell'industria dei trasporti e al loro crescente utilizzo nell'industria aeronautica e marittima. Il biodiesel, considerato un succedaneo del diesel a combustione pulita, può essere usato come miscela in motori diesel senza modifiche; con modifiche al motore, il biodiesel può essere usato al 100%. Il bioetanolo come etanolo disidratato (99,8% vol.) può essere miscelato in percentuale, normalmente fino al 10 o 15%, senza modifiche al motore mentre il bioetanolo come alcol anidro (95-96% vol.) può sostituire una percentuale dello 0-85% di benzina nei motori a doppia alimentazione (flex fuel), che sono comuni in Brasile.
BH: Crescendo, naturalmente, le materie prime vegetali assorbono l'anidride carbonica dall'atmosfera. Un altro fattore da considerare sono i sottoprodotti o co-prodotti generati dalla produzione di biocombustibili. Ad esempio, dalla produzione di biodiesel si può ottenere glicerolo o glicerina, utilizzabile nei fertilizzanti e nei mangimi per animali e, con un'ulteriore purificazione, negli alimenti, nei prodotti farmaceutici e nei cosmetici. Se basato sulla colza (canola), il processo di trasformazione di biodiesel produce farina di colza; e utilizzando semi di soia, si ottiene farina di soia; entrambi contengono minerali e proteine di alta qualità e vengono quindi aggiunti al mangime per bestiame, pollame e pesce.
EM:Analogamente, la produzione di etanolo a base di mais e cereali crea tonnellate di residui di lavorazione, che possono essere utilizzati nell'alimentazione animale, preferibilmente come residui di distilleria essiccati con solubili (DDGS). In alternativa, possibile utilizzare la biomassa come fonte di combustibili rinnovabili, producendo energia elettrica e calore per questo processo, o per la conversione in biometano da usare come combustibile.
Produttori e consumatori sono alla ricerca di modi per abbandonare la glicerina a base di oli minerali. La produzione di biodiesel risponde a questa domanda, creando come coprodotto glicerina verde, che viene poi utilizzata per fabbricare i prodotti per la casa e la cura della persona oggi maggiormente richiesti". – Barbara Harten, Application Manager, Renewables, GEA
– Barbara Harten, Application Manager, Renewables, GEA
GEA gode da tempo di un'eccellente reputazione per quanto riguarda la produzione e il trattamento dei biocombustibili. Quali sono le soluzioni offerte da GEA ai produttori in questo settore?
EM: Per quanto riguarda la produzione di bioetanolo, GEA offre tecnologie e soluzioni chiave che coprono tutti gli aspetti essenziali del processo di base, tra cui: macinazione delle materie prime e ammostamento, liquefazione, saccarificazione, fermentazione, distillazione, disidratazione, nonché decanter, essiccatori ed evaporatori per la separazione e l'essiccazione dei DDGS, oltre a concetti di riciclo/depurazione della condensa per ridurre al minimo i flussi di rifiuti e risparmiare acqua di processo. La competenza GEA ha permesso di costruire importanti impianti di bioetanolo in tutto il mondo, alcuni dei quali raggiungono capacità fino a 500.000 litri al giorno in un treno. Le nostre soluzioni ottimizzano il consumo energetico riutilizzando l'energia termica coinvolta o utilizzando i principi brevettati delle pompe di calore con ricompressione meccanica del vapore.
BH:Le nostre capacità includono la conversione di oli e grassi in biodiesel, nonché il pretrattamento per purificare le materie prime grezze. GEA dispone anche di soluzioni per la decomposizione del sapone tramite separazione, recupero del metanolo ed evaporazione dell'acqua per isolare il glicerolo per la rivendita o il riutilizzo negli impianti.
Separatori GEA RSE e RSI per degommaggio, neutralizzazione e deparaffinazione di oli e grassi vegetali e animali per garantire la produzione di olio di alta qualità per la produzione di biodiesel, compresi biocombustibili avanzati come l'HVO.
Le nostre linee di processo per il pretrattamento, che includono i nostri separatori GEA RSE e RSI, rinomati in tutto il mondo, supportano i processi di raffinazione chimica e fisica mediante:
- eliminazione di cere per rendere il biodiesel più stabile alle basse temperature
- rimozione di impurità per migliorare la qualità della glicerina
- rimozione di gomme, causa di sporcamento nel trattamento termico della glicerina
- rimozione di acidi grassi liberi per ridurre la percentuale di sostanza organica non glicerina
- eliminazione dei fosfati nelle acque reflue per la riduzione dei costi di smaltimento
Il decanter GEA per residui di lavorazione nella produzione di bioetanolo assicura un'alta percentuale di materia secca (fino al 35%), riducendo i costi di essiccazione e minimizzando le incrostazioni. I residui di lavorazione, se combinati con il lievito e poi essiccati, creano un co-prodotto ricco di proteine che può essere utilizzato nell'alimentazione animale, denominato DDGS.
GEA è titolare di un brevetto per il processo di neutralizzazione dell'alcool utilizzato durante il pretrattamento prima della produzione di biodiesel. E ne abbiamo un altro in sospeso, che ridurrà i monogliceridi e il consumo di catalizzatori (risparmio di catalizzatori <0,30% in peso) nella produzione di biodiesel, diminuendo i costi di lavorazione. La nostra gamma di prodotti e la nostra esperienza sia nella produzione di biodiesel che di bioetanolo ci permettono di gestire l'installazione di linee di processo complete per i nostri clienti, eventualmente in collaborazione con terzi, per una messa in servizioefficiente e puntuale.
Si discute molto sul fatto che le materie prime alimentari contribuiscano a modificare l'uso del suolo e a sottrarre risorse all'alimentazione di una popolazione globale in crescita. A che punto è l'industria nello sviluppo di biocombustibili avanzati e in che misura GEA sta sostenendo questo settore?
BH:Il dibattito è aperto, e naturalmente è necessario considerare l'intera catena del valore, compresi gli input, quando si tratta di coltivare materie prime per biocombustibili, senza dimenticare fattori come il trasporto, il trattamento ecc. In termini di sviluppo di biocombustibili avanzati a partire dai rifiuti (umani o animali) e dalla materia secca vegetale, questo è stato incrementato con successo in diversi mercati. In Finlandia, ad esempio, che è un paese senza risorse di gas o petrolio, i prodotti a base di legno e la biomassa forestale vengono utilizzati per produrre biocombustibili avanzati sostenibili. La quota energetica totale dei biocombustibili avanzati nel trasporto stradale dovrebbe raggiungere il 10% entro il 2030. Allo stesso modo, si stanno utilizzando questi combustibili avanzati per produrre plastiche e adesivi più sostenibili che riducono l'impatto ambientale di imballaggi e materiali da costruzione.
In GEA abbiamo assistito a un aumento dei clienti, in particolare nell'UE e negli Stati Uniti, che producono "diesel rinnovabile" o HVOa base di grasso animale e olio da cucina usato. Nel 2005 quando fu introdotto, l'HVO veniva ottenuto esclusivamente da olio di palma. Oggi si tende a produrlo da materie prime di qualità relativamente bassa, il che lo qualifica come biocombustibile avanzato. Privo di aromatici, ossigeno e zolfo, l'HVO ha un elevato numero di ottano, che comporta minori emissioni di NOx, una maggiore stabilità di stoccaggio e migliori proprietà di scorrimento a freddo, che lo rendono adatto a quasi tutti i motori diesel.
L'HVO può essere utilizzato come combustibile puro per flotte (ad es. autobus urbani, veicoli da miniera) ed è anche omologato per la miscelazione con carburante per l'aviazione. Il fatto che esista un mercato commerciale che riutilizza questi oli, compresii grassi dei macelli e del pollame, industriali e post-consumo, ad esempio,è anche vantaggioso perché significa un minor inquinamento delle nostre acque e delle nostre reti, dove sono anche più difficili e costosi da gestire.Per l'industria della trasformazione, un altro importante vantaggio dell'HVO è che non richiede modifiche sostanziali degli impianti di raffinazione esistenti.
I separatori GEA sono molto ricercati per il pretrattamento degli HVO, spesso necessario nella riduzione dei metalli per limitare e/o prevenire l'inattivazione del catalizzatore. Attualmente stiamo conducendo test con grassi animali in queste aree, esaminando le capacità di questi oli e grassi e la loro efficienza per diversi clienti internazionali.
Come combustibile rinnovabile, il biodiesel ha un impatto ambientale notevolmente ridotto rispetto al diesel convenzionale. Il suo basso tenore di zolfo e il fatto che produca meno particolato, abbia una maggiore capacità lubrificante e sia biodegradabile, lo rendono un'opzione migliore per l'ambiente". – Barbara Harten, Application Manager, Renewables, GEA
– Barbara Harten, Application Manager, Renewables, GEA
I veicoli elettrici (EV) influenzeranno la produzione di biocombustibili?
EM:La diffusione dei veicoli elettrici ha registrato un'enorme ripresa nel 2019; detto questo, rappresentano solo il 2% circa del mix globale dei trasporti. Poiché le dimensioni e la capacità delle batterie EV rimangono un ostacolo per i veicoli pesanti per il trasporto su strada a lungo raggio, compresi i camion refrigerati, così come le navi e aerei, l'uso dei biocombustibili è in aumento in questi settori, con un maggior numero di mercati che cercano di utilizzare materiali ricchi di biomassa riciclata.Mentre è importante che il prezzo dei biocombustibili rimanga competitivo rispetto ai combustibili fossili, almeno nel medio termine, i mercati con chiari obiettivi di riduzione delle emissioni continueranno o cominceranno a sovvenzionare i produttori fino a quando l'industria non raggiungerà un punto di svolta della domanda e dell'offerta.
