Caratteristiche

Caratteristiche

Un aspetto particolarmente interessante è la caratterizzazione commerciale del biodiesel. Attualmente le caratteristiche tecniche del metilestere sono definite dalla normativa UNI, ma un notevole impegno è stato profuso a livello europeo (CEN) al fine di individuare quali siano effettivamente le caratteristiche del Biodiesel tenendo anche conto che il prodotto utilizzato in centrali termiche (riscaldamento) può avere caratteristiche leggermente differenti da quello utilizzato nei motori diesel (autotrazione).

Le caratteristiche del metilestere di olio vegetale sono sensibilmente differenti da quelle dell'olio grezzo di partenza in quanto il processo di transesterificazione modifica profondamente le proprietà del prodotto.

Entrando nel dettaglio:
Acidità totale:
i metilesteri hanno una acidità totale di circa 0,5 mg KOH/g.

Analisi elementare:
la composizione media del biodiesel di soia, raffrontata con quella media del gasolio, è indicata in tabella.

Combustibile Carbonio Idrogeno Ossigeno Metilestere di olio di soia 77 12 11 Gasolio 2D 87 13 0 Fonte US DOE-NREL 1998

Come si può osservare il metilestere ha un elevato contenuto di ossigeno, questo ovviamente favorisce la combustione.

Contenuto di fosforo: il biodiesel contiene meno di 10 ppm di fosforo, perciò l'unico problema può presentarsi nel caso di impieghi in turbine a gas.

Distillazione: la curva di distillazione migliora sensibilmente rispetto all'olio. Il punto iniziale è sempre più alto in confronto con il gasolio (280-320 °C), mentre il punto finale non supera i 400 °C, perciò i problemi di craking sono sensibilmente ridotti.

Massa volumica:

la massa volumica di qualsiasi metilestere dipende dalla massa volumica dell'olio grezzo di origine. Il valore medio si aggira attorno a 0.88 kg/dm3.

Numero di cetano:

il valore si aggira da 46 a 51 in funzione dell'olio di partenza. Il tipico valore del numero di cetano per un gasolio normale va da 40 a 55 (N°2 D), mediamente 49 nei climi temperati (secondo le specifiche EN 590) e leggermente più basso, 45-47, per i climi artici. Nella tabella sono riportati i numeri di cetano per alcuni metilesteri.

Combustibile Numero di cetano Metilestere di olio di soia (valori medi) 46-51 Metilestere di olio di colza 54 Metilestere di olio di girasole 49 Metilestere di olio di palma 62 Metilestere di olio di cotone 51 Etilestere di olio di soia 48-50 Gasolio 2D (valore medio) 48 Fonte US DOE-NREL 1998

Dipende, oltre che dalla specie oleaginosa di partenza, anche dalle condizioni climatiche della zona in cui cresce la coltura, in quanto climi diversi determinano una diversa composizione chimica dei semi. Il numero di cetano dipende anche dalla miscela di acidi grassi presenti nel metilestere, ogni acido grasso infatti ha un proprio numero di cetano come si può vedere nella tabella allegata.

Per maggiori dettagli sul numero di cetano in relazione al biodiesel consultare anche (Van Gerpen J, 1996)



Numero di iodio:
Il numero di iodio fornisce informazioni sulla qualità del biodiesel. Valori elevati compromettono la stabilità mentre valori troppo bassi, indicativi di un alto contenuto di acidi saturi, influenzano il comportamento a basse temperature (CFPP).

Ad esempio l'acido erucico libero dell'olio di colza ha un valore di iodio variabile da 105 a 126, mentre per il biodiesel la tendenza attuale è per valori inferiori a 120 g I2/100 g (Norma UNI 10946).



Combustibile Numero di iodio Metilestere di olio di soia (Valore medio) 133 Metilestere di olio di colza 91,9 Metilestere di olio di girasole 125,5 Metilestere di olio di cotone 105,7 Etilestere di olio di colza 96,7 Etilestere di olio di soia 123,0 Gasolio 2D 8,6 Fonte US DOE-NREL 1998, Thompson, 1996

Poiché il numero di iodio non varia con la raffinazione e la esterificazione dell'olio grezzo, gli oli e i relativi metilesteri possono essere classificati anche in base al grado di saturazione e alla lunghezza della catena degli acidi grassi che maggiormente li contraddistinguono:

Classe di oli Esempi di oli Numero di iodio Laurici copra, babasso 5-30 Palmitici palma africana 45-58 Stearici cacao 50-60 Oleici oliva, arachide, colza 80-100 Linoleici girasole, soia, mais, cotone >110 Altamente insaturi tabacco, lino Fonte US DOE-NREL 1998, Thompson, 1996 Per ulteriori informazioni sul numero di iodio consultare Prankl, Worgetter 1996.

Potere calorifico inferiore:

gli esteri hanno un PCI attorno a 33 MJ/dm3, mentre il gasolio ha un potere calorifico medio di 35,4 MJ/dm3. I valori in peso sono indicati nella tabella:

Unità Biodiesel puro Gasolio Potere calorifico inferiore MJ/kg 37-38 42,0 Densità kg/dm3 0,874 0,852

Punti di infiammabilità - Flash point:

è molto vicino ai valori osservabili per il gasolio per il biodiesel da colza, mentre per gli altri metiesteri è nettamente superiore. Tale caratteristica dipende dal contenuto di alcoli residui nel metilestere.

Combustibile Punto di infiammabilità Metilestere di olio di soia (valore medio) 155 °C Metilestere di olio di girasole 182 °C Metilestere di olio di cotone 110 °C Metilestere di olio di colza 160 °C Etilestere di olio di soia 160 °C Gasolio 2D (valore medio) 72 °C Fonte US DOE-NREL 1998

La normativa tecnica europea fissa a 120 °C il valore minimo per il biodiesel.

Punto di intasamento a freddo dei filtri - CFPP:

Esistono in commercio additivi che migliorano le caratteristiche a freddo del biodiesel. Il biodiesel da colza prodotto in Austria ha un CFPP compreso tra 10 °C e -15 °C, mentre il biodiesel da soia ha un CFPP di circa -4 °C.

Punto di intorbidimento e di scorrimento:

le caratteristiche a freddo migliorano considerevolmente rispetto all'olio grezzo, anche se qualche cautela è d'obbligo quando si utilizza il biodiesel in condizioni invernali. Anche in questo caso l'utilizzo di miscele risolve parzialmente il problema. Normalmente i valori per il biodiesel sono più alti rispetto a quelli del gasolio. (Peterson et Al, 1997).

Combustibile Punto di Intorbidimento Punto di Scorrimento Metilestere di olio di soia (valore medio) -1 °C -3 °C Metilestere di olio di colza -2 °C -9 °C Metilestere di olio di girasole - -7 °C Metilestere di olio di cotone - 2 °C Etilestere di olio di soia -1 °C -4 °C Gasolio 2D (valore medio) -17 °C -26 °C Fonte US DOE-NREL 1998

Stabilità all'ossidazione: poiché il biodiesel è un prodotto altamente biodegradabile, la sua stabilità ne risente. Il metil estere è più stabile del corrispondente etilestere. Comunque la semplice aggiunta (0,1 - 0,3%) di anti ossidanti sintetici può aumentare considerevolmente (6,5-12 volte) la stabilità. Ovviamente le miscele risentono molto meno di questo problema.

Uno studio americano (Thompson J.C. 1996) ha evidenziato i cambiamenti del metil-estere e dell'etil-estere dell'olio di colza dopo due anni di stoccaggio e i risultati sono riportati in tabella:

Olio di coza Parametro Metil estere Etil estere Densità +1,22 % 0,88% Viscosità +23,1% +16,9% Potere calorifico -1,5% -1,3% Numero di cetano +12% +12% Thompson, 1996 Lo stesso studio ha evidenziato che non esistono sostanziali variazioni nelle prestazioni di un motore alimentato con biodiesel stoccato per due anni, rispetto all'utilizzo dello stesso combustibile appena prodotto.

Viscosità:

il processo di esterificazione modifica molto la viscosità dell'olio di partenza tanto da renderla più simile a quella del gasolio; durante la reazione la molecola di trigliceride si "rompe" e forma tre molecole di metilesteri, più piccole e quindi meno viscose. (Peterson et Al, 1997). Il metil-estere di olio di soia sembra avere la viscosità più bassa (4 cSt), mentre il metilestere di olio di colza sembra essere il più viscoso con circa 6 cSt, mediamente comunque la viscosità di un metilestere supera di 1,3 - 2,1 volte quella del gasolio americano D2. (Peterson et Al, 1997 ; US DOE-NREL 1998; Clements D.L., 1996).

Combustibile Punto di infiammabilità Metilestere di olio di soia (valore medio) 4,01 cSt Metilestere di olio di girasole 4,6 cSt Metilestere di olio di palma 5,7 cSt Metilestere di olio di colza 6 cSt Etilestere di olio di soia 4,41 cSt Gasolio 2D (valore medio) 2,6 cSt Fonte US DOE-NREL 1998

I valori normali di viscosità per un metilestere di olio vegetale si aggirano attorno a 4,5 - 5 cSt (centiStokes).

La presenza di glicerolo determina un aumento della viscosità, ma tale parametro è ovviamente influenzato anche dalla composizione in esteri della miscela del biocombustibile.



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