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Come si produce Biodiesel?

Sebbene negli ultimi anni le procedure industriali si siano evolute in metodi più effifcienti e veloci, resta sempre valida la procedura standard adottata da molte persone in tutto il mondo. Per realizzare il biodiesel, non serve essere dei chimici , basta sapersi arrangiare e conoscere srumenti e metodi per realizzare misure di volume e peso. Durante la lettura verranno analizzati i metodi per produrre biodiesel partendo in primo luogo da olio nuovo, e successivamente verrà affrontato il discorso su come trattare l'olio da cucina usato. E' bene ricordare che in molti casi, le famiglie comuni sono solite smaltire l'olio di frittura esausto nel lavandino, apportando un grave danno all'ambiente. Infatti l'olio è molto inquinante. Recuperando questa preziosa materia prima , possiamo realizzare un combustibile più pulito del gasolio. Va anche ricordato che si può utilizzare il grasso animale per convertirlo in biocarburante, ma quest' aspetto non verrà trattato.

    Indice

  1. Scelte possibili
  2. Biodiesel
  3. Prima prova
  4. Approfondimenti e calcoli
  5. Biodiesel da olio usato
  6. Con lo scarto facciamo il sapone.

Scelte possibili

Ricapitolando esistono tre modi per utilizzare l'olio sul mezzo:

I primi due punti, pur sembrando i più facili da realizzare sono anche i più pericolosi, perchè senza adattare il motore per funzionare ad olio, si va incontro a rottura certa o quasi. Sconsiglio quindi di mettere direttamente l'olio nella vostra auto.


Trattamento
Possibili Guasti
Conversione motore
Costo
Biodiesel
Si
No*
No
Spesa ridotta
SVO/WVO**
Meno
Si
Si
Conveniente sul lungo periodo
* Potrebbe rendersi necessario sostituire il filtro gasolio nelle prime settimane.
** SVO/WVO (straight vegetable oil) (waste vegetable oil)



Biodiesel

Iniziamo ora a spiegare praticamente come si realizza il Biodiesel. Per iniziare è bene partire da olio nuovo e poco per volta, per l'olio usato vedremo in seguito. Come visto in precedenza, il processo che trasforma l'olio in biodiesel è la transesterificazione. Come prodotto di "scarto" viene prodotto sapone e glicerina. Quindi partendo da un litro di olio ci ritroveremo con con un 15%/20% di glicerina e del sapone liquido. Va ricordato che per fare ciò è necessario usare delle sostanze chimiche, che se usate impropriamente possono risultare molto pericolose. Il lettore è caldamente invitato a leggere tutta la guida prima di procedere ad eventuali esperimenti. Per iniziare va ricordato che il biodiesel si ottiene partendo solo da grassi e olii vegetali o animali. I comuni olii motore NON devono essere utilizzati.

Procedura
L'olio e i grassi sono formati da trigliceridi. Come suggerisce il nome sono composti da tre lunghe catene di acidi grassi tenute insieme da una molecola di glicerolo. Molecola triglicerideQuesta particolare composizione e struttura chimica dona all'olio le caratteristiche che tutti noi conosciamo, tra cui la viscosità. Il gasolio infatti è molto meno viscoso dell'olio, e visto che tutto l'impianto di alimentazione dell' auto è progettato sulla sua viscosità, bisogna trovare una soluzione chimica per rendere il nostro olio al pari del gasolio. Per fare ciò serve un catalizzatore (soda caustica) il quale spezza i legami del glicerolo con i tre acidi grassi e permette al metanolo di sostituirsi ad esso. Si crea così il metil-estere che è il nostro biodiesel.

Sostanze chimiche necessarie
Per la riuscita dell'esperimento è buona norma utilizzare prodotti chimici puri e di buona qualità.
Per realizzare il biodiesel occorre un alcool e un catalizzatore. Gli alcool utilizzabili sono due: alcool metilico (metanolo) oppure il più comune e noto alcool etilico(etanolo). Sfortunatamente utilizzare il secondo risulta più difficoltoso, e per iniziare si consiglia di usare il metanolo. Il metanolo deve essere puro al 99%. Occorre prestare molta attenzione ad esso, perchè è molto tossico e se usato impropriamente può provocare cecità o morte. Per quanto riguarda il catalizzatore esso è comune soda caustica (sodio idrossido NaOH). E' usato per pulire le superfici molto sporche. Anche se più costoso e difficile da reperire, esiste un catalizzatore migliore. Esso è il potassio idrossido (KOH). Impiega meno ad agire e la qualità finale risulta migliore. Chi riuscisse a procurarselo a prezzo vantaggioso sarà molto fortunato. Per tutte le sotanze chimiche è buona norma leggere le schede di sicurezza qui prima di iniziare a maneggiarle. Come norme generali diciamo che sono necessari guanti e occhiali di protezione. La soda caustica arreca ustioni chimiche e il metanolo gravi danni al nervo ottico e al sistema nervoso. Se pur in minor quantità , il metanolo può avvelenare anche attraverso il contatto con la pelle. Questi sono i casi peggiori in cui potreste incappare, un utilizzo consapevole non porterà nessun effetto tossico sull'organismo. Tutte le sostanze impiegate sono molto igroscopiche, ovvero assorbono molto velocemente l'umidità dall'aria. Più umidità assorbono e meno svolgono a dovere il loro lavoro. Quindi per non mettere a repentaglio il lavoro , fate presto a richiudere le confezioni.

Tipi di olio
Per iniziare si consiglia di usare olio di girasole, mais o di soia rigorosamente nuovo. Gli altri olii, come arachidi, palma, cocco hanno delle caratteristiche che li rendono adatti solo in estate. Infatti tendono a cristallizzare a temperature non molto basse , anche dai 15 C°. In oltre contengono quantità di grassi superiori che potrebbero annullare la reazione. Per il trattamento di questi olii ci vuole più esperienza e nozioni che vedremo in seguito.

Prima prova

In elenco le componenti necessaria per la prima prova:
Fase uno
Prima di tutto indossare guanti in gomma e occhiali protettivi. La soluzione che andiamo a creare è molto aggressiva.
Misurare 200 millilitri di metanolo e versarli in una delle due bottiglie. Misurate 3,5 grammi di soda caustica sulla bilancia di precisione ed inseriteli nella bottiglia precedentemente riempita con il metanolo. Entrambe le operazioni vanno effettuate velocemente, per impedire che le sostanze assorbano troppa umidità dall'aria. Una volta tappata la bottiglia smuovetela fino a che le scaglie di soda caustica siano scomparse completamente. Il processo potrebbe richiedere parecchi minuti. Se non avete tempo per agitare, lasciate la bottiglia a riposo per qualche ora. Prima di coninuare le operazioni. controllare che la soda caustica si sia completamente dissolta nel metanolo.
Fase due
Affinchè la reazione avvenga in modo corretto, la temperatura dell'olio dovrebbe essere in un intorno dei 50 C°. Quindi preriscaldiamo l'olio fino a tale temperatura. Per fare ciò possiamo usare l'energia solare (ad esempio in estate), oppure un fornello, facendo riscaldare dell'acqua dove verrà messa la bottiglia con l'olio. Evitare il contatto della bottiglia con la fiamma diretta. Una volta raggiunta la temperatura inserire attraverso l'imbuto la soluzione di metanolo e soda caustica preparata nella fase uno. A questo punto non resta che agitare dolcemente il coposto per circa un ora. Per agitarlo potete usare un trapano elettrico alla minima velocità oppure un motorino elettrico che muove il mescoloatore. Per posizionare l'agitatore lascio a voi trovare una soluzione che faccia al caso vostro. Alcuni si servono di trapani a colonna altri costruiscono una sruttura in legno per sorreggere il tutto.Passata un ora spegnete tutto e lasciate la bottiglia decantare per 24 ore.
Fase tre
Osservando la bottiglia, se tutto è andato a buon fine, vedrete sul fondo uno strato scuro di glicerina (e non solo) di color marrone.
Risultato fase due A questo punto il biodiesel è stato creato, infatti è il liquido che sta sopra la glicerina. Se avete ottenuto un risultato simile, l'esperimento è riuscito correttamente. Ora per separare il biodiesel dalla glicerina potete usare due opzioni. Potete girare la bottiglia in modo tale che il tappo sia rivolto verso il basso, ed una volta che la glicerina si è depositata sul fondo, allentare il tappo e far fuoriuscire tutto fino al livello del biodiesel. Oppure usare la carta assorbente come filtro, facendo passare il tutto attraverso la carta. Entambe le soluzioni non sono molto comode, infatti per produzioni in grandi quantità si usano contenitori con rubinetti al fondo, in modo da permettere un deflusso più pratico della glicerina. Il biodiesel è ora pronto , ma non è ancora adatto per essere usato nei motori. Infatti deve subire dei lavaggi per ripulirlo da sostanze residue.
Lavaggio
Il biodiesel ottenuto non è ancora pronto per la sua funzione. Infatti contiene ancora gli scarti della reazione, gli stessi potrebbero arrecare danno ai meccanismi dell'automobile. Per eliminare i residui si procede alla fase di lavaggio. Essa consiste seplicemente nell'aggiungere acqua al biodiesel, in modo delicato, senza agitare troppo, per evitare di trasformare tutto in sapone. Dopo aver mescolato l'acqua aspettare finchè lo strato di sapone e altre sostanze precipiti sul fondo. Questo accade perchè il biodiesel è più leggero dell'acqua , e mischiandoli si crea un emulsione. Per rimuovere il sapone dal fondo procedere come per la glicerina , spiegato nella fase tre. Se per qualche motivo non si forma un emulsione , significa che qualcosa è andato storto e bisona ricominciare dall'inizio. Controllando la purezza dei prodotti, se sono vecchi, oppure le dosi e l'accuratezza degli strumenti.
Risultato primo lavaggio Risultato primo terzo lavaggio In caso positivo dovreste trovarvi più o meno nella stessa situzione della foto a sinistra. Il biodiesel sopra, e subito sotto uno strato cremoso bianco. Sempre nella foto potete vedere al fianco della bottiglia la glicerina precedentemente estratta. Una volta rimosso lo strato bianco , bisogna ripetere la stessa operazione di lavaggio per altre volte, di norma tre, finchè al posto della strato cremoso ci sia acqua pulita e cristallina (immagine a destra).
Asciugatura
Alla fine dei lavaggi il biodiesel è pronto per essere usato. Potrebbe rendersi necessario far evaporare l'acqua residua contenuta in esso. Se al posto di avere un aspetto traslucido e cristallino, appare nebuloso, bisogna riscaldarlo e far così evaporare l'umidità al suo interno. Se la giornata lo consente lasciatelo al sole con il tappo aperto. Quando sarà diventato traslucido potrà essere usato.

Approfondimenti e calcoli

Dosi catalizzatore
Le dosi di catalizzatore dipendono dalla loro concentrazione. Le formule seguenti si riferiscono solo per l'olio nuovo di girasole, mais e di soia.

In linea generale per calcolare la quantità di catalizzatore si usa la seguene formula.
catalizzatore = litri_olio_nuovo X 3,5 grammi di NaOH
Ovviamente se usate KOH sostituite il corrispondente in grammi in base alla percentuale di purezza indicata prima.
catalizzatore = litri_olio_nuovo X 4,9 grammi di KOH
E' importante ribadire il concetto che tali dosi si riferiscono solo all'olio di girasole, mais e di soia.



Biodiesel da olio usato.

Tratteremo ora un metodo per produrre il biodiesel partendo dall'olio usato. Prima però farò delle considerazioni generali su scala globale. Pochi anni fa, si credette per un isante che i biocombustibili fossero i diretti sostituiti del petrolio. Inziò dunque una corsa alle coltivazioni di piante oleacee, che continua anche ora, per aumentare la produzione di biodiesel e bioetanlo. A prima vista potrebbe essere un dato positivo, bisogna però tener presente che soprattutto nei paesi più poveri i contadini iniziarono a coltivare piante per biodiesel perchè più remunerative, a scapito delle colture tradizionali. L'effetto boomerang fu una diminuizione delle derrate alimentari e un aumento dei prezzi del cibo, e dato i paesi in questione il tutto si tradusse in migliaia di morti. Per quel che mi riguarda il biodiesel deve essere sviluppato in modo responsabile, ovvero da piante nelle zone dove è giusto farlo e dall'olio di scarto per la maggiore parte.

Titolazione
Per produrre biodiesel da olio usato la procedura è la medesima di quella vista sopra, l'unica differenza sta nelle quantià di catalizzatore da usare. Ma prima di procedere servono alcune nozioni teoriche.
I grassi e gli olii contengono delle sostanze dette Acidi Grassi Liberi , la cui sigla inglese è FFA. Normalmente si trovano in percentuale dello 0,1%. Nell'olio usato però sono molto di più, questo aumento avviene in modo incrementale in base al riscaldamento e l'usura dell'olio. L'olio del Mc.Donald presumibilmente avrà molti più FFA di quello usato una sola volta a casa vostra. A titolo informativo bisogna sottolineare che più FFA ci sono , maggiori sono le ripercussioni negative sull'organismo. Il punto è che gli FFA interferiscono con il processo di transesterificazione, e il modo per annullare il loro effetto e aggiungere del catalizzatore in proporzione. Lo scopo della titolazione è quello di scoprire quanto catalizzatore in più ci occore per annuallre gli FFA.
Per eseguire la titolazione occorre: Per proseguire ci serve ancora sapere che cos'è il pH. Il pH è una scala di misura dell'acidità di una soluzione acquosa e spazia da 0 (acida) a 14 (basica).Il pH neutro lo troviamo al 7. Per il nostro scopo ci serve arrivare al valore di 8.5 pH. Torna molto utile il viraggio della Fenolftaleina,la quale è incolore fino a pH 8.3 e man mano diventa sempre più rossa fino a toccare il massimo della colorazione a pH 10.4. Quando il colore della Fenolftaleina diventa sul magenta, abbiamo trovato il valore che cerchiamo ovvero 8.5.
Ecco come si procede.
Fase uno
Dissolvere 1g di NaOH o KOH in 1 litro di acqua distillata. In questo modo creiamo una soluzione di catalizzatore allo 0.1% w/v.
Fase due
Dissolvere in una provetta o simile 1 ml di olio in 10 ml di alcool isopropilico puro usando la siringa più adatta. Riscaldare la provetta affinchè l'olio si dissolva completamente e la soluzione risulti trasparente.
Fase tre
Aggiungere 2/3 goccie di Fenolftaleina.
Fase quattro
Ora si entra nella fase critica, un errore in questa fase può compromettere tutto. Usando una siringa di precisione da 1 ml, aggiungere poco alla volta la soluzione preparata nella fase uno. Ad ogni giunta smuovere la provetta ed appena la soluzione acquista una colorazione magenta fermatevi immediatamente. A questo punto leggete sulla siringa il numero di millilitri di catalizzatore aggiunti alla soluzione.
Per sapere quanto catalizzatore usare per ogni litro del vostro olio da trasformare seguite la formula seguente:

grammi_catalizzatore = 3,5 (fisso per NaOH) + millitri di soluzione letti sulla siringa.

Ad esempio se dalla titolazione risulta che avete aggiunto 2,5 ml di catalizzatore, avrete bisogno di 3,5 + 2,5 grammi di catalizzatore per ogni litro di olio da trattare.

Dalla glicerina al sapone

Alla fine di tutto il processo ci ritroviamo con il nostro biodiesel e con della glicerina. Con il primo tutti sanno che farsene, con la seconda magari no. Anche la glicerina infatti non è da buttar via, gli usi sono molteplici. Se purificata può essere usata nell'industria dei cosmetici, se nitrata si ottiene nitroglicerina, se si seguono le isruzioni successive si ottiene un ottimo sapone.

Il sapone

Per prima cosa bisogna sapere che lo scarto del processo non è glicerina pura, infatti la glicerina è bianca, inodore,viscosa e non tossica. Quello che resta al fondo non rispecchia per nulla la descrizione. Infatti è un mix di glicerina, scarti solidi,metanolo, acqua e soda caustica. La componente più pericolosa per la salute è il metanolo, ed il primo passo consiste proprio nel rimuoverlo. Per fare ciò ci basta portare il composto a 64,7 C° , temperatura in cui evapora agilmente. Per i più astuti è possibile far passare i fumi attraverso un condensatore e recuperare il metanolo,in modo riutilizzarlo la volta dopo. Data la pericolosità dei fumi questa operazione va svolta in un luogo ben ventilato, evitando di inalare i fumi e, un mio personale consiglio, fatevi un bel bicchiere di vino prima di iniziare. Infatti l'alcool etilico impedisce la metabolizzazione del metanolo. Il secondo passo consiste nel portare la temperatura a circa 50 C°, ed aggiungere molto lentamente una soluzione di acqua e soda caustica. La soluzione è semplicissima: 100ml di acqua in cui sciogliere 22 grammi di soda caustica se la titolazione è un intorno di 1ml, 30 grammi se si aggira sui 2,5ml.

Riepilogando:

  1. Prendere un litro di glicerina.
  2. Far evaporare il metanolo portando la temperatura a 65 C°.
  3. Portare la temperatura a 50 C°.
  4. Creare una soluzione composta da 100ml di acqua e soda caustica.(vedere la tabella per i grammi di soda caustica da usare)
  5. Mentre si continua a girare aggiugere a piccole dosi la soluzione.
  6. Mescolare per 15 minuti.
  7. Versare il contenuto in degli stampi, che daranno la forma alla saponetta.
  8. Far riposare per una settimana.
Tabella riepilogativa sui dosaggi della soda caustica. I millilitri si riferiscono alla titolazione fatta precedentemente.

Tabella dosaggi soda caustica.