Biodegradabilità

Biodegradabilità del biodiesel

Da un punto di vista chimico e biochimico, il biodiesel presenta rispetto al gasolio una configurazione molecolare più "vantaggiosa" per quanto concerne la biodegradabilità. La catena lineare di carbonio, con atomi di ossigeno alle estremità che caratterizza il biodiesel è infatti più "semplicemente" attaccabile dai batteri che in natura degradano oli e grassi, rispetto al gasolio che è povero di ossigeno ed è costituito da una miscela complessa di idrocarburi con numerosi legami doppi, catene ramificate, anelli ecc. Il combustibile fossile oltre a numerosi alcani ed alcheni a lunga catena (C:10 - C:20), privi di ossigeno e quindi biologicamente poco "attraenti", include anche idrocarburi ciclici alifatici, idrocarburi policiclici aromatici e alchilbenze (tossico per i microorganismi), senza contare che lo stesso benzene è molto stabile e richiede un notevole dispendio energetico da parte dei microorganismi per rompere la catena.(Cole, 1993; Randall von Wedel, 1999). Infine bisogna considerare che, per attaccare gli acidi grassi ed i loro derivati quali gli esteri, i microrganismi dispongono degli enzimi necessari, quali l'Acetil-coA deidrogenasi, mentre, nonostante le notevoli possibilità di adattamento ai vari substrati dei batteri, non è altrettanto semplice o comunque immediata la capacità di degradare il gasolio. (Pitter,1990)

Il rovescio della medaglia della biodegradabilità del metil estere è ovviamente la minor stabilità che crea problemi nello stoccaggio del prodotto tal quale e delle miscele biodiesel/gasolio.

Biodegradabilità in acqua

La teorica miglior biodegradabilità del biodiesel, è stata sperimentalmente verificata in studi condotti presso l'Università dell'Idaho i cui risultati sono stati diffusi in diverse pubblicazioni.

In particolare la sperimentazione condotta ha utilizzato una procedura di determinazione della biodegradabilità in ambiente acquatico predisposta dall'Environmental Protection Agency (EPA 560/6-82-0003). In sintesi, tale protocollo di prova determina la biodegradabilità di una sostanza in relazione alla quantità di anidride carbonica sviluppata nel tempo dalla stessa in condizioni normalizzate e controllate: tanto maggiore e rapido è lo sviluppo di CO2, derivato dalla mineralizzazione della sostanza organica ed espresso come percentuale della quantità teorica sviluppabile, tanto più elevata è la biodegradabilità che, ovviamente, è sensibilmente più rapida della mineralizzazione.

I risultati delle prove condotte su gasolio, oli vegetali e loro derivati (biodiesel), oltre al destrosio utilizzato come termine di riferimento sono riassunti in Tabella 1.

Tabella 1: Accumulo progressivo di CO2 dalla mineralizzazione di vari substrati sottoposti al protocolo di prova EPA (concentrazione iniziale = 10 mg/l);


Sviluppo CO2 (% cumulativa)
Giorni
Estere etilico di colza
Estere metilico di colza
Estere etilico di soia
Estere metilico di soia
Olio di colza
Olio di soia
Gasolio
Destrosio
7
69,0
66,3
67,7
68,4
58,4
60,6
13,2
59,8
14
79,2
80,7
78,4
77,8
70,5
70,1
21,0
80,2
28
86,9
88,5
86,4
85,5
78,5
76,0
26,2
87,8

Si rileva pertanto che:

  • statisticamente non vi è alcuna apprezzabile differenza nel tasso di mineralizzazione dei vari tipi di biodiesel;
  • il tasso di mineralizzazione del biodiesel, e quindi la sua biodegradabilità, è sensibilmente più alto di quello del gasolio ed è analogo a quello del destrosio;
  • in relazione ai risultati ottenuti, secondo le definizioni EPA, il biodiesel è da classificarsi "prontamente biodegradabile".

Una conferma a quanto rilevato, si è avuta tramite analisi gas cromatografica tesa a verificare la variazione della concentrazione iniziale di sostanza (10 mg/l) al passare del tempo e quindi la sua degradazione. Come sintetizzato in Tabella 2 dopo soli 2 giorni il biodiesel è completamente scomparso ed è quindi stato parzialmente degradato (degradazione primaria), mentre ancora il 64% del gasolio non è ancora stato "intaccato".

Tabella 2 - Variazione della concentrazione iniziale di sostanza oggetto di prova


Biodiesel
Gasolio
Giorni
(mg/l)
frazione degradata (%)
mg/l
frazione degradata (%)
0
10,0
0
10,0
0
1
3,82
61,8
8,37
16,27
2
0
100
6,41
35,90
4
0
4,65
53,54

Lo stesso protocollo di prova è stato applicato a miscele di estere etilico di colza e gasolio in proporzioni diverse, ottenendo i risultati sintetizzati in Tabella 3.

Tabella 3 : Sviluppo progressivo di CO2 dalla mineralizzazione di miscele biodiesel/gasolio sottoposte al protocollo di prova EPA


Sviluppo CO2 (% cumulativa)
Giorni

Estere etilico di colza
(biodiesel puro)

Biodiesel 80%/
Gasolio 20%
Biodiesel 50%/
Gasolio 50%
Biodiesel 20%/
Gasolio 80%
Gasolio
7
64,1
52,3
37,85
25,2
12,1
14
77,5
61,3
45,7
31,6
15,0
28
84,4
67,8
51,9
35,7
18,2

I risultati delle prove evidenziano quindi che la mineralizzazione delle miscele gasolio/biodiesel aumenta proporzionalmente alla percentuale di estere di colza presente.

La migliore biodegradabilità della miscela è stata confermata anche da analisi gascromatografiche che hanno evidenziato come il gasolio presente in una miscela al 50% con biodiesel "scompaia" e quindi degradi ad una velocità più che doppia rispetto al gasolio puro.

Biodegradabilità nel suolo

Prove sperimentali con tecniche di analisi gascromatografica hanno dimostrato che vari tipi di biodiesel (esteri etilici e metilici di vari oli vegetali) sono rapidamente biodegradabili nel suolo. Con una concentrazione di 10.000 ppm, la percentuale media di degradazione primaria si aggira intorno all'81% in 28 giorni, contro un valore del 54% per il gasolio fossile.

Con concentrazioni iniziali più elevate (100.000 ppm) nello stesso arco di tempo (28 giorni) oltre il 50% del biodiesel subisce una degradazione primaria, mentre solo il 16% del gasolio iniziale non è più rintracciabile come tale: in termini generali maggiore è la concentrazione iniziale, più elevata è la differenza di degradazione tra il biodiesel e il combustibile fossile.

Prove di misurazione dell'anidride carbonica sviluppata in condizioni normalizzate evidenziano, sia per il gasolio che per il biodiesel, che la mineralizzazione è molto più lenta della degradazione primaria; peraltro dall'analisi dei risultati appare che utilizzare il metodo del controllo dello sviluppo di CO2 non garantisce risultati generalizzabili per valutare la degradazione nel suolo, in quanto influenzato dalle caratteristiche del suolo stesso: peranto i risultati di singole prove sono validi solo per il tipo di suolo con il quale è stata effettuata la prova.

Prove su terreni contaminati da biodiesel hanno evidenziato come la naturale degradazione del combustibile consenta uan germinazione dei semi dopo 4-6 settimane dalla contaminazione: più in dettaglio con una contaminazione iniziale di 50.000 ppm dopo 4 settimane germina l'85% dei semi e dopo 6 il 95%.



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