Esiste un futuro per i biocarburanti?
di Virginia Greco - 19/09/2010
Pur costituendo un’alternativa ecologica ai combustibili fossili, in molti paesi i carburanti di origine vegetale hanno sottratto terre destinate all’agricoltura per scopi alimentari, con gravi conseguenze sul piano sociale-economico. Occorre quindi sviluppare una nuova generazione di biocombustibili, che sfrutti materia prima vegetale di scarto e mantenga i costi su cifre ragionevoli. È fattibile?
Pur costituendo un’alternativa ecologica ai combustibili fossili, in molti paesi i carburanti di origine vegetale hanno sottratto terre destinate all’agricoltura per scopi alimentari
La possibilità di alimentare un motore a scoppio con combustibile derivato dalle piante, quando fu scoperta, colpì tutti e fece sperare in una svolta ecologica nel campo della mobilità. La svolta però non c’è stata in quanto, sebbene i biocarburanti siano oggi diffusi, il loro impiego presenta delle conseguenze negative.
Per produrre carburanti di origine vegetale si utilizzano piante, per lo più granturco e canna da zucchero, che sono coltivate per tale scopo. Sono quindi ad esse destinati vasti suoli fertili, che diversamente sarebbero coltivati a legumi e vegetali per il nutrimento della popolazione. Inoltre i processi attraverso cui il materiale organico deve passare, per arrivare alla generazione dei carburanti, impiegano cospicue quantità di acqua.
Tutto ciò per ottenere un prodotto finale che resta comunque meno efficiente rispetto alla benzina derivata dal petrolio (ossia, a parità di quantità prodotta, i biocarburanti forniscono meno energia). È dunque possibile un futuro per i carburanti di origine vegetale? O si tratta di una strada da abbandonare?
In verità negli Stati Uniti si investe ancora molto su tale tecnologia e le sovvenzioni non mancano. Ciò non vuol dire che il problema non sussista. A occuparsene sono varie aziende e la sfida è interessante perché chi dovesse trovare la soluzione potrebbe trarne un gran profitto.
Onde evitare di affamare il mondo e radere al suolo campi e foreste, la “nuova generazione” di biocarburanti dovrebbe far ricorso esclusivamente a materiale di origine vegetale non alimentare, che cresca velocemente e che non sia coltivato specificatamente per tale scopo. In pratica occorre sfruttare gli scarti dell’agricoltura, gli avanzi dell’industria del legno e i rifiuti provenienti da qualunque processo che coinvolga l’impiego di materiale biologico vegetale.
Per produrre carburanti di origine vegetale si utilizzano piante, per lo più granturco e canna da zucchero, che sono coltivate per tale scopo
Questa materia prima viene normalmente combinata con acqua e anidride carbonica e convertita in un qualche carburante, come etanolo, butanolo, benzina, diesel o combustibile per aviogetti. Ciò avviene in virtù di processi chimico-biologici generati tramite l’ausilio di microrganismi (enzimi, batteri e lieviti).
A vincere la sfida sarà ovviamente l’azienda che riuscirà a mettere a punto un processo in grado di impiegare la minor quantità possibile di energia e di acqua per produrre un carburante in grado di immagazzinare il maggior ammontare di energia, al prezzo più contenuto. Una faccenda non da poco!
Ogni compagnia ha un proprio metodo per produrre carburante da tali ingredienti: se dire che esistono tanti processi quante aziende di biocombustibili è esagerato, è sicuramente vero che il panorama di varianti è davvero vasto. Le procedure si differenziano per la selezione della materia prima, il pretrattamento effettuato su essa, i microrganismi impiegati e le condizioni in cui questi vengono fatti agire e, infine, il prodotto finale.
La difficoltà principale che i produttori devono affrontare è l’elaborazione di materiale vegetale non particolarmente appetibile per batteri e fermenti. L’attuale generazione di biocarburanti, infatti, è di successo (sebbene comporti gli inconvenienti di cui sopra) perché la materia prima utilizzata è rappresentata da granturco e canna da zucchero, ossia piante altamente ricche di zuccheri “buoni”, facilmente attaccabili dai microrganismi in questione: essi ne digeriscono i costituenti e producono di conseguenza grandi quantità di etanolo e simili.
Gli scarti dei processi agricoli ed industriali, o altri tipi di piante utilizzati come alternativa per la nuova generazione di biocarburanti, sono invece molto più ‘indigesti’, ossia batteri e lieviti non riescono facilmente ad attaccarli e a ricavarne nutrimento sufficiente a produrre grossi dosi di combustibile.
La struttura delle piante presenta tre componenti fondamentali: la cellulosa, l’emicellulosa e la lignina
Vediamo cosa ciò voglia dire in pratica. La struttura delle piante presenta tre componenti fondamentali: la cellulosa, l’emicellulosa e la lignina. La cellulosa non è facile da decomporre, ma è la parte migliore in quanto contiene solo glucosio, zucchero fermentabile senza problemi. La struttura dell’emicellulosa è più facile da rompere, ma di contro essa include zuccheri meno utili, delle classi C6 (di cui fa parte però anche il glucosio) e C5 (come lo xilosio). Ciò complica molto le cose in quanto per fermentarli sono necessari enzimi e parassiti specializzati (o comunque processi dedicati). La lignina poi è il vero osso duro. Si tratta del costituente che dà rigidità al fusto della pianta e da essa si ricava ben poco, per cui in genere viene separata dal resto e bruciata per produrre calore.
In quali fasi si articola il processo?
Al di là delle differenze, in generale per passare dalla materia prima al prodotto finale occorre attraversare tre fasi.
Prima di tutto il materiale vegetale viene ‘pre-trattato’, ossia tagliato, macinato e trasformato in poltiglia tramite bagni in vapore ad alta pressione e acidi. L’impasto semiliquido che ne risulta viene quindi sottoposto all’attacco di enzimi, che ne rompono le molecole e lo rendono mistura di zuccheri. A questo punto intervengono i batteri e i lieviti, che svolgono il processo di fermentazione dal quale ne risulta il biocarburante. Secondo quanto visto in precedenza, maggiore è la quantità di cellulosa, maggiore è il prodotto finale.
I processi finora impiegati consentono la produzione di biocarburanti per lo più a prezzi tutt’altro che competitivi. Helena Chum, ricercatrice del Laboratorio Nazionale per l’Energia Rinnovabile (Usa), ha misurato che allo stato attuale i costi sono compresi tra i 5 e i 1000 dollari a gallone [1] di carburante, con una media di 25 dollari. Si tratta di cifre troppo elevate, con le quali evidentemente non si può entrare nel mercato. “Però oggi le conoscenze sono notevoli rispetto a quelle che avevamo 10 anni fa” – aggiunge Chum – “quindi credo che fra non molto qualcuno vincerà la sfida”.
La maggior parte delle imprese sta investendo sulla ‘creazione’ di batteri più adeguati
La maggior parte delle imprese sta investendo sulla ‘creazione’ di batteri più adeguati, ossia sullo sviluppo e selezione di microrganismi in grado di attaccare e digerire con maggiore efficienza qualunque tipo di pianta e produrre etanolo, benzina e diesel. “Se si potessero svolgere tutti i processi con l’impiego di un unico super-organismo sarebbe fatta, si tratterebbe del metodo di minor costo. E’ il sogno che molti inseguono”, commenta Chum. Di sicuro una soluzione di successo, ma molto probabilmente non di così imminente realizzazione.
Altre compagnie hanno optato invece per l’impiego di alghe – anziché piante – come materia prima. Tale scelta è giustificata dal fatto che le alghe crescono facilmente e non devono sviluppare strutture complesse, articolate in fusti e foglie, come le piante, pertanto è più facile decostituirle per produrne etanolo e diesel. I problemi legati a questa scelta si spostano però altrove: le alghe devono essere serbate in appositi contenitori piuttosto costosi, chiamati ‘bioreattori’, in modo che non entrino in contatto con specie selvatiche; inoltre l’estrazione del carburante da esse non è poi così semplice.
Un’interessante alternativa è stata proposta (ed è di fatto già impiegata) dall’azienda americana KL Energy, che ha quartier generale in South Dakota. Essa, prima di tutto, ha deciso di far ricorso -quando possibile - a materia prima proveniente da foreste che sono state distrutte da agenti naturali (coleotteri e parassiti vari), come alcuni boschi di pino in Colorado e in South Dakota.
I processi finora impiegati consentono la produzione di biocarburanti per lo più a prezzi tutt’altro che competitivi
Ma la novità più significativa consiste nel fatto che il processo da essa sviluppato non impiega alcun acido o altro agente chimico. Il taglio e la frantumazione del legno avvengono tramite una prima fase di “cottura a vapore” ad alta temperatura a cui segue un processo meccanico (che la KL Energy sta brevettando), chiamato ‘tosatura assiale. “Questo tipo di taglio, assiale invece che a sezione” – spiega David Litzen, capo del gruppo di scienziati della KL – “consente di separare la fibra di cellulosa, contenuta nella parte centrale, dall’emicellulosa e dalla lignina. E’ come se si “sfoderasse” il legno.”
In seguito a tale separazione, gli enzimi agiscono in maniera più efficace sulla cellulosa e l’emicellulosa; la lignina poi, non essendo alterata da acidi, può essere trasformata in trucioli di pellet da bruciare nelle stufe (quella trattata chimicamente emetterebbe diossido di zolfo). Per altro “il pellet di lignina rende ben il 20% di più di quello derivante dal legno nella sua struttura complessiva”, aggiunge Litzen, “in quanto conserva immagazzinata una grandissima quantità di energia combustibile”.
Ma veniamo al punto cruciale: quali sono i costi dell’etanolo così prodotto?
Il capo esecutivo della KL, Steven Corcoran, afferma che con un impianto di medie dimensioni, del costo di 40 milioni di dollari, e l’impiego di 100mila tonnellate di legname all’anno, si possono produrre circa 5 milioni di galloni di etanolo per un costo tutto-incluso di circa 3.5 dollari a gallone. Ciò senza prendere in considerazione alcun sussidio statale.
La proposta non è troppo antieconomica, ma una riduzione ulteriore sarebbe auspicabile. Occorre vedere come andrà sul lungo termine. Di sicuro la KL cercherà di migliorare l’offerta accaparrandosi un po’ dei fondi che il Dipartimento dell’Energia e quello dell’Agricoltura hanno destinato al sostegno dell’industria dei biocarburanti.
1. Un gallone americano corrisponde a circa 3,8 litri