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pubblicato il 5 marzo 2009 in energia

Biocarburanti

I biocarburanti
I biocarburanti sono una delle grandi speranze nella lotta al cambiamento climatico. Coltivare piante in grado di essere trasformate in alcool o biodiesel, sostituendo benzina e gasolio di origine fossile, sembra un modo perfetto per smettere di immettere anidride carbonica (CO2) in atmosfera, visto che le piante, per crescere, assorbono questo gas dall’aria.  Non bisogna però sottovalutare l’impatto dell’intero ciclo della loro produzione: un utilizzo poco accorto dei terreni disponibili può addirittura incrementare le emissioni complessive dei gas serra oppure l’impiego intensivo di fertilizzanti azotati può rilasciare in atmosfera protossido di azoto. Inoltre è necessario considerare le implicazioni ambientali ed economiche della logistica legata al trasporto delle biomasse agli impianti di conversione e alla distribuzione dei prodotti finali. I problemi ambientali derivanti dalla coltivazione su vasta scala, comporta anche la sottrazione di terre e risorse dedicate alla produzione alimentare. Il risultato è che il prezzo di alcuni alimenti necessari all’uomo, o per imangimi per gli animali, salirebbe e c’è chi prevede il peggio.
Quando si parla di biocarburanti, oggi ci si riferisce all’alcool derivato da zuccheri o amidi vegetali (canna da zucchero, mais, barbabietola), che può sostituire la benzina, al biodiesel, derivato da oli vegetali (soia, colza, palma da olio), che può sostituire il diesel ricavato dal petrolio, e al biogas, derivato dalla fermentazione di sostanze organiche, che può sostituire il gas naturale. Purtroppo, però, più si studiano in dettaglio tutti i passaggi necessaria alla loro produzione e più arrivano brutte notizie sulla loro capacità di farci risparmiare energia fossile e salvarci così dal riscaldamento globale.

Limiti e vantaggi
In particolare è l’etanolo la sostanza su cui stanno puntando molto grandi stati come il Brasile, che già sostituisce in questo modo un terzo della sua benzina, e gli Stati Uniti, che intendono moltiplicare la produzione di questo alcool di molte volte entro il 2020, miscelandolo poi alla benzina, in modo da ridurre dipendenza dal petrolio e emissioni di CO2.
Un primo problema con l’etanolo è che il combustibile è diverso da quello per cui i motori sono stati pensati. Questo problema si può risolvere, ma sostituire tutte le auto a benzina non sarebbe una piccola impresa.
Problema più grave, invece, è che le piante utilizzate per produrre l’etanolo richiedono troppe cure e troppa energia, sotto forma di lavorazioni del terreno e concimi.
Si è già stabilito, per esempio, che per coltivare il mais si consuma più energia di quanta poi se ne ricavi. Per il biodiesel le cose vanno meglio: piante coltivate ai tropici, come la palma da olio o la soia, hanno rendimenti migliori.
Joseph Fargione, dell’associazione Nature Conservancy di Minneapolis, sostiene però che se per coltivare queste piante si dovrà disboscare e dissodare nuovo terreno, il risultato netto, per quanto riguarda l’effetto serra, sarà disastroso. Secondo Fargione, infatti, ogni ettaro di foresta brasiliana che verrà trasformato in campi di soia, rilascerà in aria 700 tonnellate di CO2, sotto forma di legna e radici bruciate o lasciate decomporre. Per recuperare questa CO2 si dovrà coltivare lo stesso ettaro a soia destinata a biodiesel per 300 anni. Nel caso della palma da olio, altra pianta destinata alla produzione di biodiesel, che cresce su suoli torbosi, molto ricchi di carbonio, gli anni per recuperare la CO2 emessa dal terreno disboscato salgono a 400. E se veramente si intende sostituire entro i prossimi venti anni almeno il 15% dei carburanti fossili con biocarburanti, le prospettive di un gigantesco incremento della deforestazione tropicale sono certe.
Il terzo problema, forse il più serio di tutti e certamente quello con effetti più immediati, è che la coltivazione di piante per ottenere biocombustibili sottrae terreni alle colture destinate all’alimentazione. E questa sostituzione, in un pianeta sempre più affollato e affamato, spinge in alto i prezzi delle risorse alimentari più diffuse, con il rischio di innescare crisi soprattutto nei paesi più poveri.

Benzina dalla cellulosa
Il metodo Huber
All’Università del Massachusetts, invece, il chimico Gorge Huber ha messo a punto un processo chimico che riesce in uno solo stadio, senza complesse reazioni e purificazioni, a ottenere dalla cellulosa non etanolo, ma addirittura benzina.
Nel metodo di Huber la cellulosa viene messa in un reattore, scaldata moderatamente in presenza di uno speciale catalizzatore che l’aiuta a trasformarsi, in circa due minuti, in una miscela di idrocarburi liquidi molto simile alla benzina. Fra l’altro la miscela è ricca in idrocarburi aromatici, che sono quelli più pregiati, aumentando il numero di ottani. Secondo Huber il metodo non richiede molta energia, e comunque gran parte di essa può essere recuperata e riutilizzata, rendendo la conversione cellulosa-idrocarburi, assolutamente neutra dal punto di vista energetico e della CO2 emessa. Il chimico americano non ha divulgato molti dettagli sul suo metodo, nell’articolo che ha pubblicato su “Chemistry & Sustainability, Energy & Materials”, per non dare troppi suggerimenti ai tanti competitori che stanno tentando di ottenere gli stessi risultati.

Energia dalla cellulosa
Esistono diverse soluzioni efficienti per ricavare energia dalle biomasse e biocarburanti. L’idea migliore sembra quella di riuscire a ricavare gli zuccheri dalla cui fermentazione si ottiene l’etanolo da fonti non alimentari. Una fonte economica e abbondante è la cellulosa, un polimero fatto di catene di molecole di saccarosio (il comune zucchero da tavola), strettamente unite fra loro. Di cellulosa sono fatte tutte le piante, quindi la carta, quindi una buona parte dei rifiuti che produciamo. Se la si potesse convertire in zucchero e poi in alcool vorrebbe dire che ogni scarto vegetale, dai rami degli alberi, alle cartacce, fino all’erba tagliata, potrebbe diventare un carburante. Ma anche alberi a crescita veloce, come i pioppi, che avrebbero ottime rese rispetto alla superficie coltivata.
Purtroppo anche qui c’è un problema: separare le singole molecole di saccarosio della cellulosa, in modo da renderle disponibili per la fermentazione in alcool, è un’impresa molto difficile. La natura ha fatto un ottimo lavoro quando ha voluto creare una sostanza semplice, ma resistentissima ad ogni assalto chimico. Così, le imprese che tentano di ricavare alcool dalla cellulosa della carta o degli scarti vegetali (ne esistono alcune sperimentali negli Usa ed in Canada) devono prima macinare la biomassa, poi trattare la cellulosa con alcool molto forti ad alta temperatura, completare poi l’opera con enzimi batterici ricavati da microrganismi in grado di digerirla ed infine fermentare il saccarosio in alcool, usando altri enzimi biologici. Questo processo fa sì che ricavare alcool dalla cellulosa sia molto più costoso, inquinante ed energivoro che ricavarlo semplicemente da piante che producono zucchero. In particolare, è l’idrolisi della cellulosa, indispensabile per la decomposizione successiva, è ciò che rende il processo poco conveniente da un punto di vista economico ed energetico e piuttosto inquinante.
La natura stessa, però, conosce sistemi più rapidi per digerire la cellulosa, visto che funghi e batteri, come quelli contenuti nello stomaco delle termiti, riescono facilmente nell’impresa: producono enzimi che a temperatura ambiente e senza sostanze inquinanti smontano la cellulosa nel più digeribile saccarosio. Purtroppo questi enzimi richiedono tempi molto lunghi per fare il loro lavoro.
Microrganismi affamati di cellulosa
Nel 2008, l’Università del Maryland ha annunciato di essere riuscita a trovare un enzima batterico, ricavato dal microrganismo S. degradans, che distrugge la cellulosa velocemente. Per scovare il batterio i ricercatori non sono dovuti andare lontano, visto che vive nelle paludi della costa del Maryland, ma è stato invece complicato riuscire ad isolarne il principio attivo. Una volta ottenutolo, il gruppo di ricercatori diretti dai professori di biologia Steve Hutcheson e Ron Weiner, sono riusciti a crearne una versione sintetica, chiamata Ethazine, che, secondo loro, dovrebbe rivoluzionare il mercato dell’etanolo. Usando questo enzima, infatti, si potrebbero convertire in alcool gran parte degli scarti agricoli degli Usa, ottenendo solo da quelli fino a 250 miliardi di litri di etanolo, contro i 13 attualmente prodotti, principalmente dal mais.

Energia dalle praterie americane
L’agronomo Ken Vogel, dell’Università del Nebraska, ha svolto per il Dipartimento Americano dell’Agricoltura uno studio sull’erba più diffusa nelle praterie americane, la switchgrass. Questa graminacea cresce spontanea fino all’altezza di un uomo e, finora, è stata usata solo per il pascolo. Per lo studio questa erba è stata seminata nel 2001-2003 in vari campi del Midwest, per valutarne la resa in condizioni controllate, nel corso dei 4 anni successivi. Vogel ha così scoperto che la switchgrass, quando è coltivata, rende il doppio della cellulosa che ci si aspettava studiando la pianta selvatica, e quindi trasformare la switchgrass in alcool con i metodi esistenti consentirebbe un guadagno di 5 volte l’energia impiegata nella coltivazione, raccolta e trasformazione ed un abbattimento del 93% della CO2 rispetto ad una uguale quantità di energia ricavata dal petrolio. Ma non basta, la switchgrass non richiede ricchi terreni agricoli, cresce benissimo anche in quelli marginali, inutilizzabili per le specie alimentari, e lo studio si basa solo su specie selvatiche. In realtà ci sono già particolari varietà di switchgrass che producono il 50% in più di cellulosa di quelle selvatiche, mentre le tecnologie di trasformazione della cellulosa in alcool, hanno ancora ampi margini di miglioramento. Se si aggiunge che la switchgrass è una pianta perenne, che può essere raccolta per molti anni senza essere riseminata, il che comporta grandi risparmi energetici nelle lavorazioni agricole, si capisce come forse si possa sperare nelle “erbacce” per far funzionare le auto del futuro.

A cura di Videoscienza

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