biocombustibili

Per ridurre il consumo di combustibili fossili e la conseguente produzione di anidride carbonica, negli ultimi anni si parla sempre più di biocombustibilibiocarburanti (biofuels in inglese). Si tratta di combustibili (solidi, liquidi o gassosi) prodotti a partire dalla biomassa come ad esempio canna da zucchero, olio di palma, grano oppure mais. La loro popolarità è legata non solo al fatto che si tratti di una fonte energetica rinnovabile, ma che sia considerabile carbon neutral. Ma cosa significa? E quali sono le principali tipologie di biocombustibile esistente?

Cosa sono i biocombustibili?

In termini tecnici un biocombustibile è una sostanza che viene bruciata per produrre energia ed è ottenuta mediante il trattamento di residui organici di natura vegetale o animale. Al loro interno sono presenti grandi quantità di carboidrati (zuccheri) e grassi: queste sostanze, opportunamente trasformate da microrganismi o da processi chimici, possono diventare dei combustibili.
Il principale vantaggio dei biocombustibili è il minor impatto ambientale rispetto alla controparte fossile – come petrolio e carbone – soprattutto per quanto riguarda le emissioni di CO2.

Questo vuol dire che i biocarburanti non producono anidride carbonica? No, vuol dire che la quantità che ne producono è la stessa che avevano precedentemente assorbito e trasformato in biomassa grazie alla fotosintesi clorofilliana. Quindi, in sostanza, sono combustibili carbon neutral.

Le tipologie di biocombustibile

Quali sono i biocombustibili più utilizzati? Possiamo dire che ne esistono principalmente di quattro tipi, suddivisi a seconda della tecnica di produzione: bioetanolo, biodiesel, biometano e bioidrogeno. Vediamoli uno per uno.

Bioetanolo

L’etanolo è un alcool e, come tale, brucia piuttosto bene. Il metodo con il quale si ottiene il bioetanolo è lo stesso che si sfrutta per la produzione di bevande alcoliche: si pratica la fermentazione alcolica grazie ad alcuni lieviti (funghi come Saccharomyces cerevisiae, il lievito di birra) in grado di convertire alcuni zuccheri in alcool. 
Dal momento che è molto importante che ci siano zuccheri fermentabili nella biomassa di partenza, la produzione di bioetanolo sarà possibile sia dalla raccolta dell'umido che da scarti lignino-cellulosici (come truciolato delle segherie o scarti delle industrie cartiere). Tramite alcuni pre-trattamenti è possibile liberare gli zuccheri semplici dalle molecole più complesse chiamate polisaccaridi (lunghe collane di perle dove ogni perla è uno zucchero semplice) rendendoli fermentabili (Hajar 2017).

saccharomyces
in foto: Illustrazione 3D del lievito Saccharomyces cerevisiae

Biometano

Il biometano (CH4) è il metano presente nel biogas. In altre parole, possiamo dire che alcuni batteri appartenenti a diverse specie sono in grado di “mangiare”  la sostanza organica in assenza di ossigeno (digestione anaerobica) e creare come prodotti di scarto tutta una serie di molecole definite biogas, tra le quali anche il biometano (Weiland 2010). Queste diverse tipologie di batteri lavorano insieme, prima una tipologia e poi l’altra (Molino 2013), per distruggere la sostanza organica nelle sue più piccole parti, lo scarto di un gruppo di batteri rappresenta il nutrimento per un altro e così via producendo varie sostanze di scarto – tra le quali appunto il nostro biocarburante.

impianto biogas
in foto: Impianto di biogas

Biodiesel

Il biodiesel viene prodotto da oli e grassi esausti tramite un processo  detto "transesterificazione" (Fangrui 1999). In parole semplici: invece che partire da una biomassa ricca di carboidrati da trasformare (tramite lieviti o batteri) partiamo da una biomassa ricca di grassi che, tramite reazioni chimiche chiamate "esterificazioni", dà origine ad un biocombustibile comparabile al diesel.

olii esausti

Bioidrogeno

L’idrogeno è uno dei biocarburanti più interessanti per la sua particolare reazione, che lo porta a rilasciare unicamente vapore acqueo quando subisce il processo di combustione. Il bioidrogeno è prodotto principalmente da alghe, quindi da organismi fotosintetici, in speciali bioreattori. I bioreattori sono come futuristici forni per la biologia: permettono di coltivare varie tipologie di organismi tra cui le alghe, monitorando i principali parametri di interesse come temperatura, umidità, ossigeno, nutrienti e pH (Shaishav 2013). Queste alghe sono in grado in condizioni particolari di operare una fotosintesi clorofiliana alternativa, rilasciando H2 come molecola di scarto anziché O2.

bioidrogeno

Vantaggi e svantaggi dei biocombustibili

Come abbiamo visto, il principale vantaggio dei biocombustibili è quello di essere carbon neutral, ovvero una volta bruciati rilasciano solo l'anidride carbonica precedentemente intrappolata nei tessuti tramite la fotosintesi. Per di più sono compatibili con i motori attualmente usati senza compromettere molto le prestazioni. La loro combustione, oltre che carbon neutral, è anche più pulita dal momento che rilascia una minor quantità di impurità. Sono una fonte rinnovabile, ovvero in grado di rigenerarsi in tempi umani e la possibilità di produrli ovunque li rende, per usare un'espressione correlata al mercato alimentare, a "chilometro zero", riducendo ulteriormente costi ed impatto ambientale per il trasporto e garantendo una maggior sicurezza di approvvigionamento.

I principali svantaggi sono dovuti all'impatto ambientale della coltivazione delle biomasse di partenza: monocolture con perdita di biodiversità, fertilizzanti, uso del suolo, consumo idrico e soprattutto la possibile competizione con il mercato alimentare – problema che è stato risolto passando da biocarburanti di prima generazione a quelli di seconda generazione.

Prima e seconda generazione: la competizione tra biocombustibili ed alimenti

Visto che la maggior parte dei biocombustibili parte da sostanza organica, inizialmente si coltivavano interi campi con colture in grado di essere facilmente convertite in energia. Parliamo dei campi di mais, colza, barbabietola o palma, piante tipicamente usata nella produzione di biocombustibili di prima generazione (principalmente biodiesel, bioetanolo e biometano).

Creare monocolture non è sempre una buona cosa, anche se i costi di produzione e mantenimento possono essere contenuti. Questo, infatti, è stato uno dei primi svantaggi di questa tecnologia. In più, l’utilizzo dei terreni al fine di produrre sostanza organica per i biocombustibili fece aumentare il costo degli alimenti. Le terre coltivabili non sono infinite, destinare un terreno alla produzione di energia invece che alimenti farà sì che l’offerta di cibo sia minore, e quindi il prezzo più alto. Per evitare la competizione tra utilizzo alimentare ed energetico dei terreni si è passati ai biocarburanti di seconda generazione che, diversamente da quelli appena visti, sfruttano resti organici, legnino-cellulosici  pretrattati per evitare questa competizione di uso del suolo. Un'altra possibilità è la produzione di alghe produttrici di biocarburanti. Questi biofuels di seconda generazione permettono quindi di ottenere la materia prima da biomasse inutilizzate secondo l’approccio dell'economia circolare, o comunque di non competere con i terreni agricoli. Ecco che lo spreco si riduce e aumenta la sostenibilità.

Bibliografia

Siti Hajar Mohd Azhar, Rahmath Abdulla, Siti Azmah Jambo, Hartinie Marbawi, Jualang Azlan Gansau, Ainol Azifa Mohd Faik, Kenneth Francis Rodrigues, Yeasts in sustainable bioethanol production: A review, Biochemistry and Biophysics Reports, Volume 10, 2017,Pages 52-61
Weiland, P. Biogas production: current state and perspectives. Appl Microbiol Biotechnol 85, 849–860 (2010).
Molino, F. Nanna, Y. Ding, B. Bikson, G. Braccio, Biomethane production by anaerobic digestion of organic waste, Fuel, Volume 103, 2013, Pages 1003-1009
Fangrui Ma, Milford A Hanna, Biodiesel production: a review1Journal Series #12109, Agricultural Research Division, Institute of Agriculture and Natural Resources, University of Nebraska–Lincoln.1, Bioresource Technology, Volume 70, Issue 1, 1999, Pages 1-15,
Biohydrogen from Algae: Fuel of the Future Sharma Shaishav, Singh R.N. and Tripathi Satyendra International Research Journal of Environment Sciences Vol. 2(4), 44-47, April (2013) 

Articolo a cura di
Lorenzo Bonardo